以創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力培養(yǎng)為導向的應(yīng)用型高校本科生開放性實驗教學研究與實踐
——以山東建筑大學為例

梁麗華，侯振華，唐 琳

(1.山東建筑大學 信息與電氣工程學院，濟南 250101；2.山東建筑大學 材料科學與工程學院，濟南 250101)

隨著新工科、應(yīng)用型等高等教育新范式、新理念的提出，傳統(tǒng)的實驗教育體系及模式已不能滿足新型人才培養(yǎng)要求，開放性實驗已經(jīng)成為高校實驗教學改革中的一個重要方向，在學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力培養(yǎng)上發(fā)揮著越來越重要的作用。

一、開放性實驗教學是高水平應(yīng)用型高校建設(shè)的重要內(nèi)容

應(yīng)用型高校要著力培養(yǎng)學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力，應(yīng)當在教學內(nèi)容和教學形式上敢于創(chuàng)新、勇于突破，特別是在實踐教學上要重視實驗教學的特殊作用，使實驗教學發(fā)揮延伸課堂、拓展知識的重要作用，成為應(yīng)用型人才培養(yǎng)過程中的重要環(huán)節(jié)。

(一)做好開放性實驗教學是高水平應(yīng)用型高校建設(shè)的必然要求

山東省應(yīng)用型高校建設(shè)標準中提出了推動應(yīng)用型本科高校辦學思路、人才培養(yǎng)定位、辦學方式以及教育教學目標四個轉(zhuǎn)變，四個轉(zhuǎn)變都對學生素質(zhì)能力提高提出了更高要求，其中在教學目標轉(zhuǎn)變中明確提出促進學生實踐動手能力和就業(yè)創(chuàng)業(yè)能力提升。落實四個轉(zhuǎn)變要求高校在教育教學等各方面進行改革，開放性實驗教學的課程特點很好地貫徹了四個轉(zhuǎn)變的要求。開放性實驗教學開辟了一條新的教育教學路徑，形成一套完整的教育體系，實現(xiàn)了對學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力的培養(yǎng)，受到越來越多高校的重視。各高校開放性實驗教學在課程設(shè)置上實行項目化的運作，在經(jīng)費和指導教師上做好保障工作，延伸了課堂教學，拓展了實驗教學，推動了應(yīng)用型高校建設(shè)的四個轉(zhuǎn)變。

(二)開放性實驗教學是高等工程教育理念的具體實踐

隨著新工科的發(fā)展，工程教育進入一個新的階段，CDIO 工程教育理念成為應(yīng)用型高校發(fā)展的重要指南。CDIO 工程教育理念實現(xiàn)了構(gòu)思到設(shè)計、實現(xiàn)、運行的全鏈條教育過程，是開放性實驗教學的重要理念。一是開放性實驗教學在內(nèi)容上實現(xiàn)了CDIO 工程教育模式專業(yè)知識的貫通。開放性實驗在內(nèi)容上更為寬泛，在形式上更為靈活，學生必須綜合課內(nèi)外各種知識才能完成實驗任務(wù)。二是開放性實驗教學在機制上實現(xiàn)了對學生主動性的激發(fā)和調(diào)動。探索性、趣味性是開放性實驗的重要特點，這些特點增強了學生參與積極性和主動性，使開放性實驗教學的成效更加顯著，同時也為教育教學注入了持續(xù)動力，使學生的學習行為成為有源之水。三是注重知識學習和能力提升并重。開放性實驗對個人的能力、團隊的合作以及系統(tǒng)化的統(tǒng)籌能力等方面提供了鍛煉的舞臺，促進了大學生綜合素質(zhì)的提升。

二、開放性實驗教學是應(yīng)用型高校實驗教學改革的重要方向

實驗教學是應(yīng)用型高校學生培養(yǎng)的重要環(huán)節(jié)，按照實驗項目的類型劃分，實驗可以分為驗證性實驗、演示性實驗、研究性實驗、綜合性實驗、設(shè)計性實驗和創(chuàng)新性實驗等。工科專業(yè)實驗課程的驗證性、探索性、綜合性、開放性等特點為開放性實驗教學改革提供了驅(qū)動點，開放性實驗延伸了課堂教學，實現(xiàn)了從知識學習銜接工程實踐的跨越，逐漸成為應(yīng)用型高校實驗教學改革中的一個重要方向。

(一)傳統(tǒng)實驗教學的特點及局限性分析

地方高校實驗室主要承擔本科實驗教學任務(wù)，兼顧科研及學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)培養(yǎng)，實驗室所開實驗按照實驗課程的類型又可以分為獨立設(shè)課實驗(含綜合實驗周)和非獨立設(shè)課實驗(課內(nèi)實驗)。在傳統(tǒng)模式下，因?qū)嶒瀳鏊?、實驗人員和實驗經(jīng)費等多方面的限制，除單獨設(shè)課實驗可以集中時間安排在正常工作日中，跟隨理論課程進度的課內(nèi)實驗則可能分散安排在課堂內(nèi)或課堂時間外進行。因?qū)嶒炇胰蝿?wù)安排緊張，學生需要在規(guī)定的時間內(nèi)完成相應(yīng)的實驗內(nèi)容，往往沒有更多時間進行多種實驗方法驗證，或因為實驗任務(wù)過于集中，學生疲于應(yīng)付從而被動接受，導致學生在實驗實踐教學活動中主動性不高、創(chuàng)新能力不足。

(二)開放性實驗教學是傳統(tǒng)實驗教學的拓展

開放性實驗是傳統(tǒng)實驗教學的有益補充，是傳統(tǒng)實驗教學在教學內(nèi)容、教學方法、教學組織等各方面的轉(zhuǎn)變與提升的重要方向。開放性實驗教學實現(xiàn)了傳統(tǒng)實驗教學的拓展，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：一是在教學內(nèi)容上的開放。開放性實驗來源于課堂教學但不拘泥于課堂教學，更注重對學生興趣的激發(fā)和引導，從而在內(nèi)容上更加豐富，使實驗教學更為“有趣”，對學生的吸引力更強。二是在思維上的開放。思維上的開放來源于開放性實驗工程教育理念的貫徹實施，通過CDIO 工程教育模式的實施，使設(shè)計的不同帶來運行的不同，也使不可能變成可能，這種開放性的理念必將給學生種下開放性思維的種子，提升學生的創(chuàng)新能力和創(chuàng)造能力。三是在組織形式上的開放。開放性實驗通過項目化的運作模式，實現(xiàn)項目的立項、運行和驗收，在項目的實施過程中注重經(jīng)費、導師以及場地等條件的保障工作，使項目的實施更加順暢。在場地上，既有實驗室、研究室等校內(nèi)資源，又可以利用校外實習實訓基地等校外資源。在指導教師隊伍上，可以協(xié)同專業(yè)教師、實驗教師、校外導師等各行各業(yè)的專家，參與的學生團隊實現(xiàn)不同年級不同專業(yè)的開放性組合，這些特點有效拓展了傳統(tǒng)實驗教學的深度與廣度。

(三)立體化教學體系搭建是開放性實驗教學建設(shè)的重要內(nèi)容

應(yīng)用型高校教學改革要立足產(chǎn)業(yè)需求側(cè)為導向從而開展供給側(cè)教育教學的改革，采取的教學方式方法應(yīng)當適應(yīng)應(yīng)用型人才培養(yǎng)需求并有較強的指引性和推廣性。根據(jù)應(yīng)用型高校教學改革的要求，應(yīng)當建立立體化的實驗教學體系，注重教學過程的監(jiān)控，實現(xiàn)對教學質(zhì)量的保障。立體化實驗教學體系包含了獨立設(shè)課實驗和非獨立設(shè)課實驗這些顯性的實驗內(nèi)容，更應(yīng)當涵蓋實驗教學的培養(yǎng)體系建設(shè)和運行機制建設(shè)。要調(diào)動各種有效的驅(qū)動要素形成協(xié)同機制，使開放性實驗實現(xiàn)有效的保障供給，同時實現(xiàn)開放性實驗的過程育人，從時間維度使教育過程拉長，將育人貫穿在每一個階段。實現(xiàn)開放性實驗的高質(zhì)量發(fā)展，要在培養(yǎng)體系與運行機制建設(shè)的基礎(chǔ)上，形成閉環(huán)的生態(tài)系統(tǒng)，使開放性實驗教學實現(xiàn)學生素質(zhì)培養(yǎng)的閉環(huán)。

三、構(gòu)建以創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力培養(yǎng)為導向的立體式教學體系是做好開放性實驗教學的重要路徑

圍繞創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力培養(yǎng)構(gòu)建開放性實驗教學體系，充分利用好現(xiàn)有師資和教學資源，在保證開出全部必做實驗的基礎(chǔ)上，積極創(chuàng)造條件推行單獨設(shè)課實驗，增開設(shè)計性、綜合性、創(chuàng)新性和研究性實驗，進而實現(xiàn)以學生為中心的實驗室全過程、全方位開放。

(一)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力培養(yǎng)是開放性實驗教學的重要目標

創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)是應(yīng)用型高校建設(shè)標準中學生發(fā)展指標的重要支撐點，創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力培養(yǎng)與學生實踐能力培養(yǎng)是相輔相成的。開放性實驗教學要以提升學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力為指引，設(shè)計實驗題目、制定教學計劃、落實實驗項目的實施。一是通過開放性實驗培養(yǎng)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的精神，通過對基礎(chǔ)知識的綜合運用，實現(xiàn)對知識、技能的創(chuàng)新，使追求卓越成為一種習慣，為今后創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)播下種子。二是通過開放性實驗培養(yǎng)學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的能力。通過驗證性、研究性、綜合性、設(shè)計性和創(chuàng)新性實驗實踐教學的遞進規(guī)律，構(gòu)建遞進式立體化的開放性實驗教學體系，高質(zhì)量地完成實驗實踐教學任務(wù)，提升學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力。三是通過開放性實驗提供創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的實踐平臺。從基礎(chǔ)的驗證實驗開始到實現(xiàn)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力提升，最終一部分學生實現(xiàn)創(chuàng)業(yè)，開放性實驗教學為學生提供了實踐鍛煉的廣闊舞臺。

(二)以創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力培養(yǎng)為導向的立體式開放性實驗教學模式搭建

從課堂知識鞏固與拓展→工程技術(shù)實踐應(yīng)用→參加各類競賽→學研結(jié)合→創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)，構(gòu)建時間維度開放性實驗教學模型，模型結(jié)合開放性實驗的教學過程，通過各階段、各節(jié)點作用的發(fā)揮，實現(xiàn)大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力培養(yǎng)。立體式開放性實驗教學模式實現(xiàn)了創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力培養(yǎng)的遞進，具備以下特點。一是培養(yǎng)模式注重扎實的基礎(chǔ)和廣泛的參與。從開放性實驗的立項開始，緊密結(jié)合課堂知識設(shè)計項目，使更多的學生參與到開放性實驗項目中去。二是教學目標圍繞創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力培養(yǎng)。從時間維度來研究大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力的培養(yǎng)過程中各階段和節(jié)點的特點，厘清他們在創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育過程中應(yīng)當承擔的作用。三是實現(xiàn)開放性實驗的持續(xù)性發(fā)展。實驗項目的完成只是完成了一個階段性的工作，遴選優(yōu)秀項目進一步進行打造，幫助項目逐漸完善成長，結(jié)合工程技術(shù)的實踐參加創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)類競賽，在競賽中實現(xiàn)研究和學習的提升，最終走到金字塔的頂端，也就是實現(xiàn)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力的培養(yǎng)。立體化的教學模式，延伸了開放性實驗教學的功能，拓展了人才培養(yǎng)的成效。具體如圖1 所示。

圖1 立體式開放性實驗教學模式模型

(三)以創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力培養(yǎng)為導向的立體式開放性實驗教學運行機制構(gòu)建

按照立體式實驗教學模型梳理開放性實驗的教學流程，首先是進行實驗項目的設(shè)計與申報，通過立項后實施實驗計劃，在校級開放性實驗項目立項后，申請國家級(省級)大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃項目，通過國創(chuàng)項目的申報和實施，打磨成為創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)競賽項目，參加“互聯(lián)網(wǎng)+”“挑戰(zhàn)杯”等競賽，通過競賽的鍛煉使學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力得到進一步提升。參加學生競賽又可以從參加大學生課外科技作品競賽到創(chuàng)業(yè)計劃大賽形成一個小的循環(huán)，也就是在立體式的開放性實驗教學模式下，實現(xiàn)開放性實驗項目→國創(chuàng)項目(省級)→大學生課外科技作品競賽→大學生創(chuàng)業(yè)計劃大賽→論文撰寫、專利申請→創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)型人才的生態(tài)體系。

從開放性實驗教學流程分析中可以看出，驅(qū)動要素是構(gòu)建立體式開放性實驗教學運行機制的重要內(nèi)容，其模型如圖2 所示。一是要建立團隊，學生的參與是開放性實驗教學實施的基礎(chǔ)，要吸引更多的學生在低年級開始組建團隊參加開放性實驗。二是要鼓勵更多專業(yè)教師指導實驗，也可以采取聘請校外創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)導師的形式壯大導師隊伍。導師是開放性實驗教學的實施者，是教育教學成效的關(guān)鍵因素。三是要設(shè)計好合適的實驗項目。實驗項目既要緊扣課堂教學又要實現(xiàn)“開放”的目標，具有一定的成長性，這是使學生走向深入、走向金字塔尖的重要因素。四是要有實驗場所和資金等保障。實驗室、研究室等都可以作為創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的基地，同時高校也可以通過校企合作建立校外的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)基地。高校創(chuàng)客空間、大學生創(chuàng)業(yè)園等作為創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育的主陣地，也是開放性實驗教學的重要場地。

圖2 立體式開放性實驗教學運行機制模型

(四)以創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力培養(yǎng)為導向的立體式開放性實驗教學管理體系搭建

山東建筑大學信電學院圍繞立體式開放性實驗教學模式，進行了管理體系搭建工作，構(gòu)建了安全、高效的管理保障體系，確保開放性實驗教學的有序開展。一是制定全方位安全管理保障體系。在高校實驗室中有不同的潛在安全風險，實驗室各項工作、任務(wù)的開展都要以安全為前提。在保障安全的情況下，依據(jù)學校有關(guān)實驗教學要求，結(jié)合不同專業(yè)實驗室的具體情況，制定相應(yīng)的實驗教學管理制度，以規(guī)范實驗教學，提高實驗教學效果。二是制定實驗教學準入制度。所有實驗指導教師和實驗管理人員都需要通過相應(yīng)的實驗室安全教育考試系統(tǒng)進行相關(guān)實驗的安全操作和環(huán)境保護法律法規(guī)學習，考試合格、簽訂安全責任承諾書后方可安排下一步實驗實踐教學活動。首次上崗指導實驗的教師或技術(shù)人員必須提前試講試做，合格后方可指導實驗。學生在考試合格、簽訂安全責任承諾書后還需要在進行實驗之前，由實驗指導教師或?qū)嶒灩芾砣藛T進行實驗項目安全培訓。三是完善實驗教學管理制度。為提高實驗教學質(zhì)量，制定實驗員崗位職責、學生實驗守則等管理制度，對實驗實踐教學過程進行嚴格管理，健全和規(guī)范實驗實踐教學管理程序，使實驗實踐教學工作做到有章可循、有據(jù)可依。明確在實驗教學各環(huán)節(jié)中指導教師、實驗管理人員、學生應(yīng)該遵守的行為規(guī)范。在實驗實踐教學活動開始前，實驗指導教師和管理人員提前做好實驗準備，保證設(shè)備運行狀態(tài)良好，學生需明確實驗內(nèi)容和要求。實驗教學活動過程中，以學生為主體，實驗指導教師進行演示、巡視指導和答疑，培養(yǎng)學生獨立觀察分析及處理問題的能力。四是制定實驗教學質(zhì)量標準及監(jiān)督制度。實驗教學大綱是保證和檢驗實驗實踐教學質(zhì)量的標準，其中明確規(guī)定實驗教學內(nèi)容、實驗教學課時、實驗指導書、實驗報告等環(huán)節(jié)的質(zhì)量標準。根據(jù)實驗教學大綱，對所有實驗課程主要實驗教學環(huán)節(jié)制定實驗教學質(zhì)量監(jiān)控與評價指標，用于評價實驗實踐教學活動環(huán)節(jié)的質(zhì)量和效果。加強對實驗教學質(zhì)量的管理、督查與監(jiān)控，制定進一步加強課堂教學質(zhì)量的督導辦法，檢查實驗教學執(zhí)行過程和完成情況，保證整個實驗教學的有序運行。通過各種制度的制定實施，保障了開放性實驗教學的有序運行。

四、實施好教學組織和項目運行是開放性實驗教學的關(guān)鍵環(huán)節(jié)

開放性實驗以實踐教學為載體，強調(diào)理論教學與實踐教學相結(jié)合、科研與教學相結(jié)合、自主創(chuàng)新與地方經(jīng)濟建設(shè)相結(jié)合，注重對學生探索精神、科學思維、實踐能力、創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，重視科學研究向?qū)嶒烅椖哭D(zhuǎn)化。山東建筑大學信息與電氣工程學院推行以創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力培養(yǎng)為導向的立體式開放性實驗教學模式，在教學組織和項目運行上積極采取措施、總結(jié)經(jīng)驗、鞏固成績、解決問題，不斷提高開放性實驗教學質(zhì)量，取得良好育人成效。

(一)夯實基礎(chǔ)，開設(shè)多類型獨立設(shè)課實驗

根據(jù)培養(yǎng)方案和教學大綱，修訂課程體系，針對低年級學生重點培養(yǎng)良好的實驗習慣，端正科學態(tài)度，養(yǎng)成正確的實驗價值觀。針對CDIO 工程認證體系中的技能熟練程度、工科學生所應(yīng)具備的職業(yè)素養(yǎng)等要求，主要開設(shè)了金工實習、電工實習、電路原理實驗周、電子技術(shù)課程設(shè)計等獨立設(shè)課實驗實踐環(huán)節(jié)。此類主要是驗證性、演示性實驗，主要夯實學生工程基礎(chǔ)知識和專業(yè)基礎(chǔ)知識的實踐能力，養(yǎng)成科學嚴謹?shù)膶嶒灹晳T，初步具備工程技術(shù)人員應(yīng)有的職業(yè)素養(yǎng)。

(二)分類指導，配備便攜式“口袋實驗室”

為進一步激發(fā)學生對參與實驗的興趣，啟蒙大學生創(chuàng)新以及實踐能力，對單片機類課程進行了教學改革實踐，增設(shè)了單片機入門與實踐實驗項目，并為每一名學生配備了便攜的“口袋實驗室”。學生隨時隨地可以使用裝備、測試工具進行組裝和測試，打破了實驗室的空間和時間限制，方便了老師對學生進行不同實驗項目的指導，更是為學生的設(shè)計、創(chuàng)新工作提供了條件。鼓勵有研究項目的教師在實驗室建立開放的研究基地，為學生提供較完備的實踐與創(chuàng)新開發(fā)環(huán)境。重視校企聯(lián)合，廣泛開展與IT 企業(yè)的合作，建設(shè)學生實習基地和聯(lián)合培育實訓基地，全面提高實驗實踐教學水平和教學質(zhì)量，為培養(yǎng)適應(yīng)信息產(chǎn)業(yè)人才培養(yǎng)需求的創(chuàng)新型、應(yīng)用型人才提供保障。

(三)注重過程，實現(xiàn)開放性實驗項目運行的全過程指導

2017 年，立木檢測機器人項目立項學校實驗室開放項目，建立了由資深教授和青年博士教師組成的指導教師團隊，項目成員由研究生和本科生組成并且涵蓋了高年級和低年級等不同級別。項目組于2018 年成功立項國家級大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃項目，先后組隊參加“挑戰(zhàn)杯”大學生課外科技作品競賽、大學生創(chuàng)業(yè)計劃大賽、“互聯(lián)網(wǎng)+”大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽等，獲得省級獎勵6項；2018 年項目獲得“創(chuàng)青春”全國銅獎；2019 年國創(chuàng)項目結(jié)項后入選第十三屆大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)年會，獲評“我最喜歡的項目”。項目負責人考取博士繼續(xù)深造，參與的本科生實現(xiàn)高質(zhì)量就業(yè)。立木檢測機器人項目從立項到實施的整個過程，是項目運行全過程指導的具體實踐，是立體式開放性實驗教學模式應(yīng)用的典型案例。