河南理工大學(xué)化學(xué)開放實驗實踐與探索

畢文彥，萬劍峰，張林娜，劉 洋

(1 河南理工大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院,河南 焦作 454000；2 河南理工大學(xué)機(jī)械與動力工程學(xué)院,河南 焦作 454000)

在人才強(qiáng)國的今天，培養(yǎng)高素質(zhì)綜合性創(chuàng)新型人才成為高校的重要目標(biāo)[1]。而開放實驗正是針對這一目標(biāo)進(jìn)行設(shè)計和實施[2-7]。作為實踐性較強(qiáng)的化學(xué)學(xué)科，開放實驗建設(shè)更是首當(dāng)其沖?；瘜W(xué)開放實驗是由學(xué)生自擬實驗題目、自行設(shè)計方案，并經(jīng)指導(dǎo)教師審核通過后而實施的自主性實驗，實驗所需儀器設(shè)備和藥品試劑等由開放實驗室提供。

根據(jù)高等教育實驗室改革與發(fā)展的需要[8]，河南理工大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院從2004年以來開始實施開放實驗室建設(shè)，同步進(jìn)行開放實驗教學(xué)的探索與實踐。它以河南理工大學(xué)化學(xué)實驗中心為依托，以提高化學(xué)實驗教學(xué)水平為目標(biāo)，從培養(yǎng)學(xué)生的標(biāo)準(zhǔn)化操作技能、實驗研究能力和創(chuàng)新能力入手，激發(fā)學(xué)生對化學(xué)實驗的熱情和興趣，培養(yǎng)學(xué)生的綠色化學(xué)意識和實踐創(chuàng)新能力。經(jīng)過十幾年的探索和努力，學(xué)生開放實驗項目取得了顯著成績，先后在“全國節(jié)能減排社會實踐與科技競賽”、“步步高”大學(xué)生科技攀登計劃及“挑戰(zhàn)杯”大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽等比賽中獲獎。

1 化學(xué)開放實驗室建設(shè)內(nèi)容

1.1 開放實驗室的硬件建設(shè)

河南理工大學(xué)化學(xué)開放實驗指定有專門的實驗室，位于化學(xué)化工學(xué)院6樓，同時指定具有博士學(xué)歷或講師以上職稱的教師10人負(fù)責(zé)管理，除常用的玻璃儀器外，還配備了成套的儀器設(shè)備和充足的化學(xué)藥品，如中量有機(jī)化學(xué)制備儀、沸點儀、飽和蒸汽壓測定裝置、電動離心機(jī)等，以及分析測試儀器，如電化學(xué)工作站、紅外光譜儀、紫外可見分光光度計、旋光儀、阿貝折射儀，貝克曼溫度計、酸度計等以滿足學(xué)生開放實驗的需求。隨著學(xué)生新的需求的增加，實驗室不斷加強(qiáng)硬件建設(shè)，增加儀器設(shè)備投入，如2019-2021年，相繼為開放實驗室購置了電化學(xué)工作站、沸點儀等。目前，我?；瘜W(xué)開放實驗室已初具規(guī)模，儀器設(shè)備類型較齊全，有實驗儀器、檢測儀器、安全保障設(shè)備等，可以滿足不同類型實驗和不同用途的需求，把開放實驗不斷推向深入。

1.2 開放實驗室的規(guī)范化建設(shè)

開放實驗不同于一般的實驗教學(xué)，一是學(xué)生實驗的時間具有不確定性；二是實驗內(nèi)容涉及面比較寬泛，來自于不同的設(shè)計和目的；三是面對的學(xué)生比較復(fù)雜，有專業(yè)學(xué)科的不同，還有知識層次的區(qū)別等等。如何把這些問題協(xié)調(diào)并管理好，切實保障學(xué)生能順利到達(dá)實驗室，且來了就能做，做了還一定能做好，真正達(dá)到開放實驗的目的，實驗室的制度及管理尤為重要。在這里，重點介紹一下我?；瘜W(xué)開放實驗室的一些做法及經(jīng)驗。

(1) 制度建設(shè)

河南理工大學(xué)化學(xué)開放實驗室構(gòu)建了一系列制度，如《實驗室安全通則》、《實驗室管理人員崗位職責(zé)》、《學(xué)生安全實驗操作規(guī)程》、《實驗安全預(yù)評估》、《化學(xué)實驗報告撰寫要求》等，來滿足不同知識背景的學(xué)生或不同類型的實驗順利進(jìn)行，并且促使學(xué)生規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化操作，幫助學(xué)生良好實驗習(xí)慣的養(yǎng)成，提高學(xué)生的組織能力、分析歸納能力和報告撰寫能力。

(2)實驗預(yù)約

河南理工大學(xué)教務(wù)系統(tǒng)專門建立了開放實驗項目網(wǎng)上預(yù)約平臺，內(nèi)含申報方法、申報要求以及開放實驗公選項目。學(xué)生可隨時在此平臺上進(jìn)行預(yù)約。事實證明，網(wǎng)上預(yù)約可以極大的提高預(yù)約的便捷性、規(guī)范性，而且有利于提高統(tǒng)計效率和預(yù)約情況數(shù)據(jù)的保存。

(3)實驗安全培訓(xùn)

化學(xué)實驗安全永遠(yuǎn)是第一位的[9-11]。安全培訓(xùn)和嚴(yán)格的實驗室準(zhǔn)入制度可以有效的提高實驗的安全性。為提高開放實驗的安全性，河南理工大學(xué)設(shè)備管理處建立了實驗室安全在線培訓(xùn)平臺，提供了網(wǎng)上安全培訓(xùn)課程和在線安全測試系統(tǒng)。學(xué)生進(jìn)入開放實驗室前需要提前學(xué)習(xí)安全培訓(xùn)課程，考試合格才能進(jìn)入化學(xué)開放實驗室，進(jìn)行實驗。

1.3 開放實驗教師隊伍建設(shè)

為了保持開放實驗的活力，需要建立一支穩(wěn)定的指導(dǎo)教師隊伍。河南理工大學(xué)采取了以下措施：

(1)保證指導(dǎo)教師人數(shù)

河南理工大學(xué)除了配備專職的實驗教師外，還通過吸納兼職指導(dǎo)教師的方式，擴(kuò)充開放實驗指導(dǎo)教師人數(shù)，現(xiàn)化學(xué)類開放實驗已有專兼職實驗教師10人。

(2)加大師資培訓(xùn)

開放實驗由于涉及的學(xué)生的專業(yè)背景多樣化，實驗項目尤其是自擬項目涉及的領(lǐng)域較寬，對指導(dǎo)教師的綜合能力和知識面有較高要求，所以指導(dǎo)教師的學(xué)習(xí)與提高成尤為重要，為此，河南理工大學(xué)不僅對開放實驗指導(dǎo)教師進(jìn)行內(nèi)部培訓(xùn)，還派出教師至校外去培訓(xùn)學(xué)習(xí)，如2017-2020年，送1名教師去哥倫比亞大學(xué)進(jìn)修，一名教師去蘇州大學(xué)進(jìn)修等。教師培訓(xùn)對優(yōu)化教師隊伍結(jié)構(gòu)，提高指導(dǎo)教師的專業(yè)素質(zhì)和業(yè)務(wù)能力起到重要作用。

(3)提高薪酬力度

學(xué)校高度重視開放實驗的建設(shè)工作，積極采取措施提高指導(dǎo)教師待遇，如，把開放實驗的指導(dǎo)工作量和津貼掛鉤，充分調(diào)動開放實驗教師的工作熱情，鼓勵更多教師加入到開放實驗建設(shè)中。

1.4 開放實驗可持續(xù)性

隨著各學(xué)科交叉發(fā)展與實驗教學(xué)改革創(chuàng)新的深度融合，開放實驗內(nèi)容趨向復(fù)雜化。開放實驗逐漸成為一種常態(tài)教學(xué)活動，河南理工大學(xué)為了實現(xiàn)開放實驗的可持續(xù)性，采取以下措施。

(1)不斷優(yōu)化開放實驗教學(xué)條件

河南理工大學(xué)不斷對開放實驗教學(xué)硬件和軟件進(jìn)行優(yōu)化，包括實驗儀器、開放實驗預(yù)約系統(tǒng)等方便師生使用。

(2)開放實驗教學(xué)常態(tài)化

河南理工大學(xué)將開放實驗納入正常教學(xué)管理，作為常態(tài)教學(xué)的一部分。

(3)開放實驗項目內(nèi)容具有可延續(xù)性和拓展性

實驗項目和內(nèi)容的難度呈梯度分布，方便不同知識背景的同學(xué)參與和持續(xù)參與，使開放實驗具有可延續(xù)性和繼承性，學(xué)生可以逐級提升。

(4)開放實驗項目的環(huán)境可持續(xù)性

注重開放實驗的環(huán)保性，開放實驗項目優(yōu)選環(huán)保類型的實驗，實現(xiàn)環(huán)境上的可持續(xù)性。

2 化學(xué)開放實驗類型及項目

化學(xué)開放實驗類型分開放實驗公選項目和開放實驗自擬項目兩類。

從開放實驗的實驗項目自身特點又可分為趣味性實驗、驗證性實驗、綜合設(shè)計性實驗和科研競賽類實驗項目。

2.1 開放實驗公選項目

開放實驗公選項目，是根據(jù)化學(xué)學(xué)科特點結(jié)合學(xué)生發(fā)展需要，有開放實驗室設(shè)計實驗題目和實施步驟，供學(xué)生根據(jù)個人興趣和知識基礎(chǔ)合理選擇。實驗題目的確定，一部分來源于能夠體現(xiàn)基本化學(xué)知識規(guī)律的實驗，另一部分來源于教師科研項目以及各類競賽活動(大學(xué)生挑戰(zhàn)杯、 創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)比賽, 及教師橫向/縱向科研項目)等。

公選實驗項目按照培養(yǎng)目標(biāo)和學(xué)生的專業(yè)知識水平和知識面設(shè)定開放程度，以滿足不同知識背景的學(xué)生進(jìn)行選擇(表1)。

表1 開放實驗公選項目的實驗類型、開放對象及相關(guān)開放程度Table 1 Experimental types, student types and opening condition of public experiment projects for selecting

2.2 開放實驗自擬項目

開放實驗自擬項目是由學(xué)生根據(jù)個人興趣和發(fā)展需要自行設(shè)計題目和實施步驟，經(jīng)開放實驗室審核，報教務(wù)部門批準(zhǔn)后進(jìn)行的開放實驗，在教務(wù)系統(tǒng)相關(guān)版塊公布。自擬題目可以是一些趣味性實驗以及與實際生活密切相關(guān)的實驗或者社會熱點問題，也可以是學(xué)生的科技競賽項目，學(xué)生自行設(shè)計實驗內(nèi)容。開放實驗自擬項目可以滿足不同層次學(xué)生對開放化學(xué)實驗的差異性需求。

開放實驗自擬項目實驗類型及遴選標(biāo)準(zhǔn)如表2所示。

表2 開放實驗自擬項目實驗類型及遴選標(biāo)準(zhǔn)Table 2 Experimental types and selection criteria of open experiments for self-designing

3 開放實驗室的功能

(1)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力

開放實驗對學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)主要體現(xiàn)在三個方面。第一，開放實驗可以激發(fā)學(xué)生多樣化的學(xué)習(xí)興趣和探索精神，鼓勵學(xué)生去發(fā)現(xiàn)和解決日常生活中遇到的問題，培養(yǎng)學(xué)生的洞察力和實踐創(chuàng)新能力。其次，各種項目的不同實驗思路與多種解決渠道，有利于學(xué)生科學(xué)觀和方法論的形成，培養(yǎng)學(xué)生的多元思維。此外，開放實驗面向全校，有利于學(xué)科之間的交叉，更有利于取得跨學(xué)科的創(chuàng)新性成果。

(2)提供良好的科研平臺

開放實驗室提供了自主實踐的良好平臺，可以充分發(fā)揮學(xué)生的個性，通過自主實踐和探索，提高理論聯(lián)系實際的能力，進(jìn)一步提升科研興趣和研究的主動性,培養(yǎng)科研探索和求知的能力。

(3)資源共享最大化

開放實驗面向全體學(xué)生，可以使化學(xué)實驗室的資源和化學(xué)理論知識不僅全學(xué)院共享而且可以全校共享，實現(xiàn)資源共享的最大化。開放實驗可以自主選題，因此充滿活力，開放實驗項目經(jīng)過再研究、再發(fā)展，可以孵化出更高水平和高質(zhì)量的研究成果。

4 開放實驗室目前存在的問題的思考

由于開放實驗面向全校學(xué)生，涉及的人數(shù)多、專業(yè)廣，實驗內(nèi)容復(fù)雜化，所以在開放實驗建設(shè)中面臨著一些問題需要思考。

(1)如何實現(xiàn)開放實驗指導(dǎo)教師的自我提升

由于開放實驗的自擬項目題目來源廣泛，對指導(dǎo)教師要求較高。教師有活力學(xué)生才會有活力。如何實現(xiàn)開放實驗指導(dǎo)教師的自我提升，保持開放實驗教師隊伍的活力，對開放實驗的實施效果至關(guān)重要。

(2)如何提高學(xué)生開放實驗的自主性

開放實驗的本質(zhì)在于學(xué)生自主設(shè)計自主完成。如何更好的發(fā)揮學(xué)生開放實驗的自主性，更好的培養(yǎng)和激發(fā)學(xué)生的自主創(chuàng)新能力，也是開放實驗建設(shè)需要不斷研究的內(nèi)容。

(3)如何提升實驗資源的利用率和共享程度

學(xué)生人數(shù)較多，實驗項目選題寬泛，對實驗室要求較高，包括實驗儀器、材料和安全設(shè)施，需要持續(xù)性投入。如何利用先進(jìn)的管理技術(shù)來拓展實驗室功能、提高實驗資源的利用率和共享程度是一個亟需研究的課題。