梁海安 杨泽平 薛凯喜 查文华 程新俊

[摘 要] 地方工科高校实验室的开放模式，是高校践行教育改革考虑的重要问题之一。基于地方工科高校实验室承担的任务及目标特点，对我国地方高校当前开放实验室管理模式及实验教学特点进行分析和归纳，将CDIO工科教育理念与地方工科高校开放实验室的一体化教学体系相结合，对地方工科高校实验室开放对策及模式进行探讨。认为可根据地方工科高校的实际，从实验室开放时间、实验室开放设备资源、实验内容开放等方面分层次、有侧重地构建地方工科高校实验室管理模式。可为地方工科高校的实验室开放管理提供借鉴。

[关键词] CDIO工科教育;开放实验室;实验室管理;地方高校

[基金项目] 2017年度东华理工大学校教改项目“地方高校基于CDIO工科教育的土木工程实验室开放模式与管理机制改革研究”（DHJG-07-24）;2020年度江西省高校实验室设备及管理项目“省部共建地方高校土木类实验室基于‘核军工精神的创新文化体系创建研究”（Y20JXS0003）

[作者简介] 梁海安（1980—），男，广东台山人，工学博士，东华理工大学土木与建筑工程学院副教授，土木工程试验教学中心主任，主要从事实验室管理研究。

[中图分类号] G642     [文献标识码] A     [文章编号] 1674-9324（2021）22-0021-04     [收稿日期] 2021-01-22

一、引言

实验室教学作为大学教育的重要组成部分，是工科高校实验教学的重要场所。建立科学、合理的本科开放实验室管理模式，合理、高效利用有限的实验教学资源，保障实践教学正常运行，既是高校教育教学改革的着重点，也是培养知识、能力、素质协调发展的本科应用型人才的必然要求。与“985”“211”高校相比，虽然许多地方工科高校也投入了很多实验设施、经费，但在资源有限、实验学时有限、专职实验人员短缺的情况下，如何保证实践教学不缩水，进行切实有效的开放模式改革，建立适合地方工科高校情况、切实可行的实验室开放模式，是提高地方工科高校学生培养高素质创新人才的重要课题。将CDIO工程教育“实践中学习”和“基于项目教育和学习”理念与本科开放实验室的一体化教学体系相结合，是地方工科大学开放实验室管理模式的一种创新型实践探索和改革，有利于提高学生工程基础知识、个人能力、人际团队能力和工程系统能力四个层面的素质。

二、地方工科高校实验室开放模式及特点

与科研型重点实验室、重点大学研究实验室肩负的任务显著不同，地方高校实验室多以承担本科及研究生实验教学为主，兼顾科研及学生创新创业培养。国内中山大学，南京大学、清华大学等部分高校院系根据专业特点，开展了开放实验室模式的探索。由于此类高校实验室经费、基础硬件、师资条件较普通地方高校有较大优势，其开放模式难以在地方工科院校推广。针对普通地方高校的实验室开放模式，陈华絮[1]等采用必修实验型、设计性综合型实验型、课程设计、毕业设计型、教师科学研究型、学生科技活动型、基本技能训练型六种类型。柴钰[2]根据开放实验室的自主管理方式，将开放实验室模式划分为各项规章制度为依据的日常管理的仿公司制和以技术培训为基础的师徒制两类，并配以经费支持。赵明富[3]等认为开放性实验室模式可以分导师制度开放式和时间段开放式两种基本形式。吴青凤等[4]根据不同层次教学特点将实验室开放模式分为教学计划内实验项目模式、自拟综合性设计性实验项目、学生参与教师科研项目模式、学生参与科技活动开放模式四种类型。王斌[5]等根据地方高校实验室的实验内容，将实验室开放模式分为技能训练型、科学研究型、毕业设计（论文）型三类。王贵才[6]等对高校实验室开放模式划分为科学研究模式、自主学习模式和创新素质培养模式、职业技能培养模式四类。强根荣[7]等针对学校实际情况以及不同的实验教学要求将实验室的开放模式分为基础规范性实验的开放、综合设计性实验的开放、研究探索性实验的开放三种。上述实验室开放模式分类方式各异，对地方工科院校实验室而言，开放模式应契合实验室任务目标定位，结合行业特点，因地制宜，发挥实验室优势，根据实验课程训练目标，不宜将开放模式过分细化。根据地方高校具体的实践操作层面分类，可以将实验室开放模式分为实验时间的开放模式、实验室资源的开放模式，实验内容的开放模式三类。针对使用实验室的学生而言，就是开放实验室管理模式，对不同类型的学生和实验内容，回答“什么时候可以使用实验室”“可以用实验室的什么设备和材料”，以及“可开展哪些类型的实验”三项基本问题。

三、地方工科高校实验室承担任务及其目标特点

地方工科高校实验室与科研性实验室相比，必须承担较大数量的本科教学实验，并承担本科毕业设计实验、大学生创新创业实验及教授科研实验任务。与教育部直属重点院校相比，地方高校实验室任务定位偏重教学实验，同时必须保证创新性实验及科研实验。其定位是在满足本科专业教学实验的基础上，大力推进科研和创新型实验的开展。目前我国高校实验项目就有13类之多，陆国栋[8]从学生的认知规律与思维活动特点出发分为三种类型，即基础规范型、综合设计型、研究探索型。赵建华[9]根据地方高校开展的实验内容，根据本科教学实验的教学功能分为演示性实验、验证性实验、综合性实验、设计性实验和探索性实验五类，根据教学实验对培养学生实验能力的作用可分为基础性实验、综合性实验、设计性实验、创新性实验四类。对于工科院校教学环境下学生对知识体系的认识和发展规律而言，学生自入学伊始，实践教育就开始贯穿其本科及研究生阶段。从基础性原理和规律的验证到以科学规律和原理为指导，对提出实验假设，进而观察、测量、记录、分析、归纳等一系列实验教学存在必然的客观实验教学规律。对于大学新生，实验室教学需解决的是使学生掌握基本的科学实验方法，养成基本的科学态度和实验价值观，培养学生形成科学严密的实验操作能力;对于已建立起良好实验习惯，养成基本科学态度，完成专业基础教育的本科生，实验室教育的目標是指导和引导学生设计并设施方案，解决学生“如何设计”和“如何实施”实验的能力以及解决实验问题的专业素养;对于研究生及开展创新创业课题的本科生，其实验通常是在不预设结果的前提下，由学生自己提出实验问题，自行设计实验方案并开展具体实验内容，最终通过实验数据的分析和归纳，给出实验结论的过程，此类实验结构具有不确定性，失败是常有的，也是允许的，主要培养学生工程推理和解决问题能力、实验中探寻知识实践能力。地方高校除了承担上述三种类型的实验外，通常还需协助和配合拥有科研任务教师的实验任务，此类实验与前述第三种类型一致，只是实验的主体是教师及其科研团队，实验经费一般较为充裕。针对高校实验室所承担的不同任务，高校实验室教学应当与之适应，采取有针对性的开放模式，以达到地方高校实验室的培养目标。

四、CDIO工科教育对地方工科高校实验室开放模式的实现方式

高校实验室的本质是服务教学和科研，为培养知识、能力、素质协调发展的应用型人才服务。然而，课堂教学的时数毕竟有限，有必要将课内教学向课外延伸。实验教学更有必要做到课内外结合，在规定时间内能完成的实验其创意往往有限，地方工科高校实验室如何在资源有限、实验学时有限、专职实验人员短缺、保证实践教学不缩水的情况下，进行开放模式与管理机制改革研究，建立适合本校情况、切实可行的实验室开放模式和管理机制，是提高地方高校学生综合素质的基础保障。以CDIO构思（Conceive）、设计（Design）、实现（Implement）和运作（Operate），为主线，对高校开放实验室实践课程的教学内容、方法、手段进一步改革，建设运行流程尽可能简化、易操作的开放实验室规章制度，更好的体现和实践21世纪对人才实践创新性的要求。

在“培养什么人”的问题上，CDIO改革提出三个总目标[ 10 ]，要求学生能够更深地掌握技术基础知识，可领导新产品、过程或系统的开发与运行，理解研究与技术发展对社会的重要性与战略影响。地方工科高校在师资和软硬件资源有限的条件下要培养具有良好技术基础知识、能领导创新开发与运行并且具有社会与历史责任感的工程师，就必须改革实验室开放模式，并与CDIO工科培养目标相契合，制定合理、完整、通用、可概括的实验室教学目标，以达成实验室对学生未来职业素养和社会责任感的训练和养成。将CDIO改革与地方工科高校开放实验室培养模式相互支持和交叉，将高校实验室教学主动性、实验性、分组学习为特征的活动，与课堂和现代学习工作相结合，培养构建系统技能，掌握扎实的工程基础应用知识。由CDIO工程教育将毕业生的实践动手能力从工程基础知识、个人能力、人际团队能力和工程系统能力四个层面达到预定目标，使技术知识和推理能力、工程推理和解决问题能力、实验中探寻知识实践能力得到锻炼。

五、基于CDIO地方工科高校实验室开放对策及模式探讨

从实验室实践教学CDIO大纲的组织结构设计出发，结合地方高校特色，构建分层次、有侧重的开放管理制度。针对性地对地方工科高校实验室开放模式进行改革，是推进新工科背景下学生技术知识和推理能力、工程推理和解决问题、实验中探寻知识实践能力提高的重要途径。

对于基础性实验，实验室教学中应注重CDIO系统所要求的知识结构、技能熟练程度及工程学生所应该培养的工作品质，对于该类演示性实验、验证性实验型实验，可由实验室教师主导，以培养学生个人职业素养和社会责任感的训练和养成为目的。对于此类形式实验室应当侧重对实验时间模式方面的开放和创新，通过开放实验时间，由实验教师引导，夯实学生工程基础知识和高级工程基础知识的实践能力，促使学生形成科学严谨的实验习惯，养成基本科学态度，培养工程技术知识原理和技术推理目标。

对于创新素质培养和自主学习类型实验，此类实验室训练的目标在于培养学生用于职业环境下的职业技能与态度。通过开放实验室的培训和引导，养成工科大学生在职业实践中主要有以下三种思考模式：工程推理与问题的解决，包括问题的识别与形成、建模、近似与定性的分析、不确定性分析、解决方案与建议;实验与知识的发现，包括前提假设的形成、纸档与电子档文献的调研、实验调查、前提假设的测试与辩护;系统思维，包括整体性思维、系统的浮现与交互、优先级排序与关注、解决方案的决断与平衡。对于此类形式实验室应当侧重实验设备和实验时间的开放和创新，通过开放实验设备及自主实验时间，由课题导师主导并提供实验室经费和耗材，实验室提供实验室学生基本安全教育，尽最大可能给学生提供完善的实验室开放环境，培养学生带领团队，培养进行工程系统的概念、设计、执行和运作的能力，以此提升学生团队协作、沟通和外语运用的素质。

对于研究探索型类型实验，此类实验对地方工科高校而言，多由两类组成，一是第二课题或创新创业竞赛中一般由学生自行立题、设计并加以实现，指导教师对课题的可行性和实验方案进行把控。另一类型的探索性实验多由学生在指导教师的研究领域或者其个人的学科方向进行有目的、有意识的实质性探索与研究活动。对此类实验，实验内容的自主性实验结果具有未知性，实验方法、手段没有标准规范，实验时间不确定，因此实验失败的可能相对较大，造成仪器设备的损坏是在所难免的。对此类实验，开放仪器设备维护任务重和难度大，实验消耗也随着增加，而地方工科高校对实验室低值消耗品的投入经费有限，直接影响了开放实验室的进程。对于此类形式的实验室应当侧重对实验设备及实验经费管理的开放和创新，只要不影响正常本科实验教学，有足够的项目课题经费的保障，应当尽可能开放实验时间、提供实验室资源及实验内容，但应确保常规实验按照既定的规程操作，达成学生在企业与社会环境下的构思、设计、实现和运作系统实践工程职业角色的培养目标，奠定学生将来从事本领域研究或工作的基础。

六、结语

地方高校在基于CDIO工科教育的土木工程实验室开放模式本科生实践动手能力培养方面，提高自身竞争力，确立符合自我定位，建设具有特色的人才培养目标和规格，合理利用有限的实验教学设备，保障实践教学正常运行，既是高校教育教学改革的着重点，也是培养知识、能力、素质协调发展的本科应用型人才的必然要求。对地方工科院校实验室而言，一是在资源有限，实验学时有限、专职实验人员短缺的情况下，保证学生在工程基础知识、个人能力、人际团队能力和工程系统能力四个层面达到实践教学预定目标，就需要构建实验室从开放实验时间、实验室资源和实验内容方面，分层次、有侧重的开放管理制度。通过开放对学生科学研究模式、自主學习模式、创新素质培养模式、职业技能培养模式的贯通和对接。二是针对不同层次的学生，可将CDIO改革与地方工科高校开放实验室培养模式相互支持和交叉，在实验室时间开放模式、实验室资源开放模式和实验内容开放模式等方面进行创新，将学生的实践动手能力从工程基础知识、个人能力、人际团队能力和工程系统能力四个层面达到预定目标，使技术知识和推理能力、工程推理和解决问题能力、实验中探寻知识实践能力得到锻炼。三是针对对于基础性实验、创新素质培养和自主学习类型实验、研究探索型类型实验，地方工科高校实验室应结合实验室的硬件条件、实验室管理机制、经费支撑的力度等因素，设立合理的实验室开放方案，制定多类型的开放项目，吸引不同层次的学生参与推进实验室开放程度。

CDIO工程教育“實践中学习”和“基于项目教育和学习”理念与地方工科高校开放实验室的一体化教学体系相结合，向行业输送能够在复杂的社会和自然环境下创造性地构思、设计、实施、运行工程产品，满足行业和社会要求的合格工程师。

参考文献

[1]陈华絮，杨素娇.开放实验室模式与管理探讨[J].技术与创新管理，2007（3）：55-57+60.

[2]柴钰.大学生自主管理的开放创新实验室模式[J].实验室研究与探索，2012，31（1）：82-85.

[3]赵明富，陈渝光，陈旭川.以素质教育为目标的开放式实验教学方法和实验室开放模式的研究[J].重庆工学院学报，2000，14（6）：4-7.

[4]聂海，吴风松，杨宗帅，等.CDIO模式下学生创新项目与实验室开放管理的探讨[J].实验科学与技术，2012，10（6）：170-

173.

[5]王斌，张腾霄，王佩华，等.地方高校应用型专业实验室开放模式的探讨[J].赤峰学院学报（自然科学版），2012，28（5）：217-219.

[6]王贵才，杨九民.高校实验室开放模式探讨[J].实验室研究与探索，2011，30（9）：317-320.

[7]强根荣，刘秋平，盛卫坚，等.普通高校实验室开放的模式与管理机制探索[J].实验技术与管理，2010，27（10）：185-187.

[8]陆国栋.实验教学改革的思考与实验分类研究[J].中国大学教学，2010（9）：72-74.

[9]赵建华.本科教学实验的分类研究[J].中国大学教学，2012（1）：71-73.

[10]胡文龙.工程教育如何确定人才培养标准？——《CDIO大纲》开发与修订过程的启示[J].高等理科教育，2013（6）：6-12.

Research on the Open Models of  Laboratories Based on CDIO of Local General Engineering Colleges and Universities

LIANG Hai-an， YANG Ze-ping， XUE Kai-xi， ZHA Wen-hua， CHENG Xin-jun

（School of Civil & Architecture Engineering， East China University of Technology， Nanchang， Jiangxi 330013， China）

Abstract： The open model of laboratories in local engineering colleges and universities is one of the important issues considered by colleges and universities in the practice of education reform. Based on the tasks and objectives of the laboratories in local engineering colleges and universities， this paper analyzes and summarizes the current management models of open laboratories and the characteristics of experiment teaching in local colleges and universities， combines the CDIO engineering education philosophy with the integrated teaching system of the open laboratories of local engineering colleges and universities， and discusses the countermeasures and models of open laboratories in local engineering colleges and universities. It is believed that based on the actual situation of local engineering colleges and universities， the laboratory management model of local engineering colleges and universities can be constructed hierarchically and with emphasis from the opening time of laboratories， the equipment resources and the experiment content. It can provide a reference for the management of open laboratories in local engineering colleges and universities.

Key words： CDIO engineering education; open laboratory; laboratory management; local colleges and universities