基于創(chuàng)新開放實(shí)驗(yàn)室的開放式教學(xué)研究

桑海峰，孫芙蓉，李書閣，邢燕好

（沈陽工業(yè)大學(xué) 信息科學(xué)與工程學(xué)院，遼寧 沈陽 110780）

受古代孔子思想與西方赫爾巴特和凱洛夫教育思想的影響，當(dāng)今我國的教育模式逐漸形成了以教材作為獲取知識的源頭、以教師作為講解知識的媒介、以教室作為傳播知識的場地的傳統(tǒng)教學(xué)形式。盡管傳統(tǒng)教學(xué)的知識吸收速度高于開放式教學(xué)，卻忽略了另外一個(gè)群體——學(xué)生主體的重要性。因此，傳統(tǒng)教學(xué)日趨百弊叢生：教師一味灌輸，學(xué)生卻表現(xiàn)出“學(xué)而不思”的常態(tài)。據(jù)社會統(tǒng)計(jì)調(diào)查結(jié)果顯示，人類思維最敏捷的年齡段是在20 歲左右，因此激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新思維的最佳時(shí)間段應(yīng)設(shè)立在中學(xué)至大學(xué)的“黃金時(shí)期”。開放式教學(xué)與傳統(tǒng)型教學(xué)方式相比，自主性是其最大的特點(diǎn)，它彌補(bǔ)了許多傳統(tǒng)教學(xué)不可彌補(bǔ)的弊端，多數(shù)時(shí)間以學(xué)生為中心，形成空間開放、時(shí)間自由、資源共享三大優(yōu)勢，教師在各項(xiàng)環(huán)節(jié)中主要發(fā)揮引導(dǎo)與糾正的作用。不過以目前形勢來看，開放式教學(xué)模式應(yīng)用于自主能力較強(qiáng)且理論知識掌握較好的學(xué)生才有可能達(dá)到理想的效果，但這樣的學(xué)生畢竟居少數(shù)，因此單純地實(shí)施開放式教學(xué)模式也無法直接替代原有的傳統(tǒng)教學(xué)模式，最理想的教學(xué)方式是將上述兩種模式酌盈劑虛、合二為一。

本文將以創(chuàng)新開放實(shí)驗(yàn)室作為依托與實(shí)例，探討開放式教學(xué)與傳統(tǒng)教學(xué)之間的一種新型解決方案，總結(jié)創(chuàng)新型開放實(shí)驗(yàn)室教學(xué)如何能夠更有效地輔佐傳統(tǒng)教學(xué)并充分提高教學(xué)質(zhì)量。

一、“第一課堂”與“第二課堂”的內(nèi)涵及關(guān)系

（一）第一課堂

第一課堂即我們熟知的理論講授式課堂，主要形式為以教師為責(zé)任主體，在課堂上向?qū)W生“一對多”傳授知識點(diǎn)，培養(yǎng)學(xué)生打好理論基礎(chǔ)的意識，注重基礎(chǔ)知識的積累。在專業(yè)培養(yǎng)方案中，除理論課堂外還有實(shí)踐教學(xué)部分，包括對應(yīng)課程的課程設(shè)計(jì)、技能實(shí)習(xí)、工程訓(xùn)練等，時(shí)間協(xié)調(diào)性較差的傳統(tǒng)型實(shí)驗(yàn)室主要服務(wù)于第一課堂實(shí)踐教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生通過使用實(shí)驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行實(shí)踐操作、功能設(shè)計(jì)、最終原理得到驗(yàn)證。本文統(tǒng)稱培養(yǎng)方案內(nèi)的理論或?qū)嵺`課程計(jì)劃安排為第一課堂范疇。

（二）第二課堂

隨著第二課堂在培養(yǎng)一流人才中的重要地位逐漸得到提高，校印發(fā)的《“第二課堂成績單”制度實(shí)施辦法》文件中提到：第二課堂是育人質(zhì)量的評估與督導(dǎo)，目的是培養(yǎng)學(xué)生綜合素養(yǎng)?！暗诙n堂成績單”將學(xué)生在校期間參與的第二課堂各類校內(nèi)外教育實(shí)踐活動(dòng)均按照一定的認(rèn)定辦法轉(zhuǎn)化成對應(yīng)的實(shí)踐學(xué)時(shí)與學(xué)分。第二課堂下設(shè)思想道德、文化健康、社會實(shí)踐、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)等六大類別，從教學(xué)手段上看，它源于第一課堂，卻優(yōu)于第一課堂，其原因在于第二課堂的主體為學(xué)生本身，第二課堂開展的形式多樣：可以由教師開展前沿講座；也可以鼓勵(lì)學(xué)生自主組建團(tuán)隊(duì)，參與課外學(xué)術(shù)類活動(dòng)，豐富大學(xué)生活。其中創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)類別成績單是學(xué)生學(xué)術(shù)研究能力得到快速提升的保證，主要記載學(xué)生參與的課外學(xué)術(shù)類講座和競賽獲獎(jiǎng)情況、論文與專利發(fā)表情況等。學(xué)生參加課外學(xué)術(shù)類競賽所獲成果與所得獎(jiǎng)勵(lì)即為衡量開放式教學(xué)成果的一項(xiàng)重要指標(biāo)。

（三）第一課堂與第二課堂之間的關(guān)系

1.第二課堂是第一課堂的延拓。沒有理論指導(dǎo)的實(shí)踐是盲目的實(shí)踐、沒有實(shí)踐的應(yīng)用是空洞的應(yīng)用。第一課堂注重理論知識培養(yǎng)，工學(xué)講究靈活運(yùn)用理論知識解決實(shí)際問題，產(chǎn)學(xué)研用結(jié)合是優(yōu)秀工程技術(shù)人員的必由之路，第二課堂培養(yǎng)的正是綜合實(shí)踐能力，針對工科學(xué)生定向培養(yǎng)工程創(chuàng)新能力，引導(dǎo)其合理利用第一課堂所學(xué)知識，符合實(shí)際地設(shè)計(jì)、調(diào)試功能。

2.第一課堂與第二課堂相輔相成。第一課堂與第二課堂既要相互配合，又要彼此互補(bǔ)。課題理論知識應(yīng)用于工程實(shí)踐中，需要一個(gè)較為緩慢的過渡過程，在此過程中，創(chuàng)新開放實(shí)驗(yàn)室發(fā)揮著不可或缺的作用，可提供實(shí)際場地與可操作硬件，在實(shí)驗(yàn)室中所學(xué)知識又能得到一定程度上的鞏固，培養(yǎng)學(xué)生的問題意識是課堂教學(xué)的最高境界，在實(shí)驗(yàn)室中，學(xué)生可以對課堂所學(xué)提出問題，并用實(shí)踐驗(yàn)證其正確性，有利于學(xué)生鞏固課本知識，樹立實(shí)踐意識。

二、創(chuàng)新開放實(shí)驗(yàn)室實(shí)例研究

為探索一種高教學(xué)質(zhì)量的開放式教學(xué)形式，并爭取將第二課堂最大化融入第一課堂，將創(chuàng)新開放實(shí)驗(yàn)室作為實(shí)施第二課堂制度的載體，下文將以創(chuàng)新開放實(shí)驗(yàn)室作為實(shí)施案例闡述本文論點(diǎn)。

（一）實(shí)驗(yàn)室性質(zhì)

創(chuàng)新開放實(shí)驗(yàn)室是一個(gè)非課程計(jì)劃安排內(nèi)的實(shí)驗(yàn)場所，目標(biāo)是建設(shè)成為校級創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)成果轉(zhuǎn)化基地與“產(chǎn)學(xué)研用基地”。硬件條件需滿足擁有成型的設(shè)備以及多套用于開發(fā)的基礎(chǔ)設(shè)備，同時(shí)需要擁有全套的可供學(xué)生自主學(xué)習(xí)的資料，激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力。管理?xiàng)l件需滿足開放時(shí)間靈活、可適應(yīng)本專業(yè)需求量、擁有配套完整的管理體系、專業(yè)的管理人員等。開設(shè)目的需實(shí)現(xiàn)涉獵專業(yè)領(lǐng)域廣泛、各項(xiàng)技術(shù)貼合前沿、實(shí)現(xiàn)設(shè)備資源共享、各類競賽消息靈通、為師生之間建立溝通的橋梁，從而有效達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生科研素養(yǎng)、提高學(xué)生自主研發(fā)能力、激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力與創(chuàng)造力的目的，為國家培養(yǎng)更多的創(chuàng)新型工科人才。

（二）實(shí)驗(yàn)室用途

相比于傳統(tǒng)型實(shí)驗(yàn)室，開放型實(shí)驗(yàn)室具有更多優(yōu)點(diǎn)：開放時(shí)間靈活，管理形式多樣，使用方式可變等。理論基礎(chǔ)較強(qiáng)的學(xué)生可以自主設(shè)計(jì)功能，參加各類創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)競賽。就全國電子設(shè)計(jì)大賽來說，對于優(yōu)秀的學(xué)生來說是一個(gè)理論聯(lián)系實(shí)際的能力鍛煉平臺，為參賽學(xué)生提供場地與硬件條件，設(shè)備越齊全，越能滿足學(xué)生的好奇心，從而使得學(xué)生更愿意花費(fèi)課余時(shí)間在實(shí)驗(yàn)室研究，逐漸提高科研層次。對于理論基礎(chǔ)較弱的學(xué)生，更多的是能夠借助實(shí)驗(yàn)室順利完成第一課堂的任務(wù)安排，實(shí)驗(yàn)室除了擁有可使用的硬件資源，還會提供與高年級學(xué)生聯(lián)系的平臺，彼此之間互通有無、相輔相成，徹底打通年級之間、班級之間的信息壁壘與關(guān)系壁壘，有效促進(jìn)學(xué)生提前開闊視野，有助于人才跨層次培養(yǎng)。

（三）實(shí)驗(yàn)室管理體系的成立

1.落實(shí)學(xué)生需求

基于前期廣泛宣傳，并鼓勵(lì)引導(dǎo)各年級同學(xué)自主進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室做實(shí)驗(yàn)的前提下設(shè)計(jì)調(diào)查問卷，對本科生四個(gè)年級進(jìn)行抽樣調(diào)查。調(diào)查顯示，100%的學(xué)生經(jīng)歷過課內(nèi)課程設(shè)計(jì)安排，但僅有27.2%的同學(xué)參加過國家級、省級、校級組織過的創(chuàng)新競賽，獲獎(jiǎng)人數(shù)更是少之又少，也僅有這些同學(xué)能夠達(dá)到第二課堂畢業(yè)要求的學(xué)分。由數(shù)據(jù)可知，學(xué)生參加競賽沒有得到積極引導(dǎo)的情況下，主要使用方向是學(xué)生完成課程設(shè)計(jì)，這對于學(xué)生鞏固第一課堂所學(xué)知識是非常有幫助的，但僅限于第一課堂，未拓展到第二課堂，相應(yīng)的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)學(xué)分需通過此途徑獲得，因此積極引導(dǎo)學(xué)生參加競賽成為創(chuàng)新開放實(shí)驗(yàn)室首要工作。為達(dá)到實(shí)驗(yàn)室提供消息靈通的目的，調(diào)查中設(shè)有一題“你希望創(chuàng)新開放實(shí)驗(yàn)室可以為你帶來哪些信息獲取方面的幫助？”調(diào)查數(shù)據(jù)如圖1 所示。由圖1 總結(jié)出學(xué)生比較希望得到的幫助主要有：（1）組織可積累第二課堂創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)類別學(xué)時(shí)的活動(dòng)；（2）提供與本專業(yè)教師溝通交流的機(jī)會；（3）通過線上平臺提供競賽報(bào)名信息；（4）提供與其他年級學(xué)生溝通的平臺。

圖1 調(diào)查數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

2.確定管理機(jī)制

（1）確定開放時(shí)間。公共開放時(shí)間需滿足覆蓋普遍學(xué)生50%以上的課余時(shí)間，提供更便利、更靈活的可預(yù)約時(shí)間；選擇性開放時(shí)間為雙向預(yù)約，即需要借用實(shí)驗(yàn)室的學(xué)生與實(shí)驗(yàn)室管理人員互相協(xié)調(diào)時(shí)間，可在法定節(jié)假日等時(shí)期為需要使用創(chuàng)新開放實(shí)驗(yàn)室的學(xué)生提供服務(wù)。

（2）確定預(yù)約流程。實(shí)驗(yàn)室預(yù)約方式是必不可少的管理機(jī)制之一，“云預(yù)約”也是當(dāng)前最便捷的預(yù)約方式之一，使用微信預(yù)約小程序，同時(shí)小程序終端需要有“核驗(yàn)”功能，當(dāng)學(xué)生使用實(shí)驗(yàn)室時(shí)，需出示相關(guān)證件（例如學(xué)生證）用來核驗(yàn)使用者身份信息，記錄來往人員信息，在一定程度上確保了實(shí)驗(yàn)室正常運(yùn)營的安全性。

（3）確定外借手續(xù)。實(shí)驗(yàn)室設(shè)備可供實(shí)驗(yàn)室使用者使用，在寒暑假時(shí)期也可為學(xué)生提供外借服務(wù)，為減少實(shí)驗(yàn)室設(shè)備故意人為損壞率，需與外借學(xué)生簽訂《承諾書》。

（4）確定管理人員。確定優(yōu)秀專業(yè)教師作為管理指導(dǎo)教師，選拔優(yōu)秀學(xué)生工作者進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室管理，并通過教師對管理者的培訓(xùn)，提高管理人員對實(shí)驗(yàn)室設(shè)備的使用方法熟知度，加強(qiáng)設(shè)備維護(hù)。除了日常的管理工作，管理人員需通過網(wǎng)絡(luò)平臺對實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行宣傳。

（5）確定實(shí)驗(yàn)室規(guī)章制度。為確保使用者不會發(fā)生故意破壞實(shí)驗(yàn)室設(shè)備，故意將設(shè)備帶離實(shí)驗(yàn)室，不文明使用實(shí)驗(yàn)室等行為，應(yīng)確定實(shí)驗(yàn)室使用規(guī)章制度，用來約束使用者行為。學(xué)生、管理員進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室流程如圖2、圖3 所示。

圖2 學(xué)生使用實(shí)驗(yàn)室流程

圖3 管理員使用實(shí)驗(yàn)室流程

（6）確定學(xué)生信譽(yù)積分制。一旦預(yù)約使用實(shí)驗(yàn)室，不應(yīng)隨意空缺使用資格，尤其在使用高峰期，實(shí)驗(yàn)室無法承受多人使用時(shí)，需限制名額。因此可以建立信譽(yù)積分制，當(dāng)學(xué)生按照規(guī)定使用實(shí)驗(yàn)室一次，可進(jìn)行適當(dāng)積分；當(dāng)學(xué)生出現(xiàn)“預(yù)約卻未使用”“借用設(shè)備未按時(shí)歸還”等行為，進(jìn)行積分扣除。若積分達(dá)到某一規(guī)定值，需要對該生進(jìn)行預(yù)約限制懲罰，以此來實(shí)現(xiàn)資源合理共享。

3.合理利用信息化平臺

創(chuàng)新開放實(shí)驗(yàn)室的宣傳是必不可少的，為打造良好的風(fēng)貌，可以選擇開設(shè)微信公眾號等信息網(wǎng)絡(luò)平臺，對實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行包裝宣傳，吸引優(yōu)秀指導(dǎo)教師、優(yōu)秀學(xué)生前往實(shí)驗(yàn)室，可為實(shí)驗(yàn)室增添可用人才。同時(shí)將預(yù)約小程序、信譽(yù)積分系統(tǒng)與信息網(wǎng)絡(luò)平臺實(shí)現(xiàn)對接，使用者使用起來更加便捷。為做到各類消息靈通、建立師生橋梁，微信公眾平臺為最佳選擇，管理員通過搜集競賽主辦方發(fā)布的信息，整理到微信公眾號推文中，及時(shí)發(fā)布報(bào)名信息，同時(shí)提供指導(dǎo)教師信息，積極引導(dǎo)學(xué)生報(bào)名參加，激發(fā)學(xué)生科研興趣，培養(yǎng)競爭意識，有效發(fā)揮第二課堂在學(xué)生科研素養(yǎng)提升方面的積極作用。

（四）實(shí)驗(yàn)室教學(xué)成果體現(xiàn)

1.組織培訓(xùn)活動(dòng)。借助網(wǎng)絡(luò)平臺廣泛宣傳實(shí)驗(yàn)室機(jī)器人等成型設(shè)備及機(jī)器人大賽比賽概況，錄制機(jī)器人操作視頻，以此來激發(fā)學(xué)生興趣。隨后開展機(jī)器人培訓(xùn)講座，培訓(xùn)人員為研究方向是機(jī)器人的本專業(yè)教師及對機(jī)器人有了解的高年級學(xué)生。最終引起幾十名本科生對中國高校智能機(jī)器人大賽的興趣，并樂意投身對機(jī)器人的研究中。

2.組織實(shí)驗(yàn)小比拼。實(shí)驗(yàn)室中多項(xiàng)成型設(shè)備配套多個(gè)基礎(chǔ)小實(shí)驗(yàn)及網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)資料，有些較為復(fù)雜的小實(shí)驗(yàn)，可以分配團(tuán)隊(duì)共同完成。規(guī)定一段時(shí)間并為參加活動(dòng)的學(xué)生分配任務(wù)，對于完成較快的個(gè)人或團(tuán)隊(duì)給予第二課堂學(xué)分作為激勵(lì)。在組織了多周實(shí)驗(yàn)小比拼后，實(shí)驗(yàn)室周均使用人次穩(wěn)定在200～260 次，覆蓋整個(gè)本科生總數(shù)約二分之一。

3.項(xiàng)目孵化計(jì)劃。實(shí)施項(xiàng)目孵化計(jì)劃，目的在于鼓勵(lì)學(xué)生積極投身大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃并爭取更高級別的立項(xiàng)，依托項(xiàng)目參加“互聯(lián)網(wǎng)+”大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽等全國性比賽。先面向?qū)W生舉辦培訓(xùn)講座，使其了解行業(yè)現(xiàn)狀，熟悉行業(yè)前沿的各項(xiàng)技術(shù)；再結(jié)合現(xiàn)狀提出問題，引導(dǎo)學(xué)生做一些小發(fā)明小創(chuàng)造；最后將提出的問題工程化，建立中心思想，最終立項(xiàng)。隨著計(jì)劃的實(shí)施，前期階段表現(xiàn)出的效果是立項(xiàng)人數(shù)大幅度增加，達(dá)到大二年級和大三年級專業(yè)總?cè)藬?shù)的65%，但立項(xiàng)省級以上項(xiàng)目的人數(shù)僅為專業(yè)總立項(xiàng)人數(shù)的9%。究其原因，學(xué)生眼界無法打開，缺少接觸國際前沿技術(shù)的機(jī)會，無法立足于更高層次。隨后積極調(diào)整方案，引入教授、副教授級別教師對部分優(yōu)秀隊(duì)伍進(jìn)行親自指導(dǎo)，中期階段國家級、省級項(xiàng)目立項(xiàng)人數(shù)占專業(yè)總立項(xiàng)人數(shù)的35%以上，超越其他專業(yè)省級以上立項(xiàng)人數(shù)。

三、開放式教學(xué)模式探討與總結(jié)

（一）創(chuàng)新開放實(shí)驗(yàn)室的重要連接作用

創(chuàng)新開放實(shí)驗(yàn)室在傳統(tǒng)教學(xué)與開放式教學(xué)中發(fā)揮了重要的連接作用，創(chuàng)新開放實(shí)驗(yàn)室需與專業(yè)前沿緊密結(jié)合，適合專業(yè)發(fā)展方向，緊貼社會發(fā)展，管理人員要加強(qiáng)對科技創(chuàng)新競賽的重視，指導(dǎo)教師要積極引導(dǎo)學(xué)生將理論轉(zhuǎn)化為實(shí)踐。

1.科技競賽引導(dǎo)方面：科技競賽講座達(dá)到全覆蓋，各項(xiàng)競賽參賽率大大提高。大創(chuàng)立項(xiàng)人數(shù)由原先的23%提高到65%，電子設(shè)計(jì)大賽參賽率提高到25%，集成電路創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽也逐漸嶄露頭角，數(shù)學(xué)建模大賽參賽率由原先的39%提高到58%。其中大創(chuàng)立項(xiàng)國家級省級隊(duì)伍有明顯的質(zhì)量提升，數(shù)學(xué)建模大賽獲獎(jiǎng)人數(shù)也由原先的8%左右的比率上升到28%。（比率算法：比率=參賽/獲獎(jiǎng)人數(shù)÷本科生大二、大三年級專業(yè)總?cè)藬?shù)×100%）

2.科研素養(yǎng)培養(yǎng)方面：到目前為止，借助創(chuàng)新開放實(shí)驗(yàn)室立項(xiàng)的隊(duì)伍，其中有3 支團(tuán)隊(duì)發(fā)表發(fā)明型、實(shí)用新型專利，7 支隊(duì)伍發(fā)表學(xué)術(shù)論文，15 支隊(duì)伍擁有校級、省級、國家級比賽的獲獎(jiǎng)成績。創(chuàng)新開放實(shí)驗(yàn)室保留了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室前瞻性，又新增了創(chuàng)新性，實(shí)驗(yàn)室可以共享資源，資源達(dá)到了高效利用，學(xué)生的科研素養(yǎng)得到了提高，以此證明了創(chuàng)新開放實(shí)驗(yàn)室在傳統(tǒng)教學(xué)與開放式教學(xué)之間存在的必要性。

（二）基于創(chuàng)新開放實(shí)驗(yàn)室的開放式教學(xué)總結(jié)

1.創(chuàng)新開放實(shí)驗(yàn)室是開放式教學(xué)的有效措施之一，在第一課堂理論教學(xué)足夠充分的前提下，學(xué)生在這里能夠有效提高實(shí)踐操作能力。

2.開放式教學(xué)的目的與第二課堂育人體系核心目標(biāo)密不可分，加強(qiáng)高年級學(xué)生與低年級學(xué)生之間的溝通，保持一定的便捷性與引導(dǎo)性，并利用創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)類第二課堂成績單培養(yǎng)學(xué)生這一領(lǐng)域的綜合素質(zhì)。

3.開放式教學(xué)形式多樣，但成熟的手段少之又少，國家大力提倡創(chuàng)新強(qiáng)國，但創(chuàng)新總是避免不了資源浪費(fèi)，因此在開放式教學(xué)過程中，提倡各高校有效利用資源，多實(shí)施資源共享方案，盡量減少資源浪費(fèi)。

4.建立創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)基地，應(yīng)保證其在學(xué)生群體中的高端性。利用科研資金的流轉(zhuǎn)加大對設(shè)備、技術(shù)的投入。信息時(shí)代千瞬萬變，科技更要跟得上前沿技術(shù)。

四、結(jié)束語

開放式教學(xué)模式已成為高校主流教學(xué)方式之一，不同于傳統(tǒng)教學(xué)，它時(shí)間自由、空間自由，但開放式教學(xué)仍然存在諸多問題亟待解決，如優(yōu)秀教師資源分配不均、學(xué)生積極性難以調(diào)動(dòng)等問題，針對問題提出解決方案，在探索開放式教學(xué)模式的道路上要及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題、調(diào)整方案、解決問題，萬事不可心急，切記欲速則不達(dá)。