课外科技创新活动开放实验设计研究

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摘要:课外科技活动对大学生创新能力的培养有着重要的促进作用，开放实验是高校实验教学改革的一项重大措施，通过合理化设计，可增强学生学习的主动性和创造性，全面提升学生的创新能力。开放实验设计应紧密联系生产实际，引入本学科最新发展成果，将分散的知识点系统化，使学生得到了综合性训练。本文通过分析，提出基于课外科技创新活动的开放实验设计，以生物工程专业开放实验为例，从实验教学模式和运行模式两方面进行了阐述。

关键词:创新;开放实验;实验设计

创新是一个国家和一个民族发展的要求，也是其具有勃勃生机、始终保有强大活力的体现［1］。今天，培养大学生的科技创新能力已成为高等教育的一项重要任务。随着科学技术的迅速发展，现代社会要求高等学校培养的理工科学生，不仅要有一定的科学技术知识和实践动手能力，更应该有明确的科技创新意识、一定的创新能力和创新经验［2］。课外科技活动注重学思结合、知行统一、因材施教，因此对学生创新能力的培养有着重要的促进作用。同时在此过程中，学生独立学习的能力得到增强，回到课堂学习时，也能够更好的理解学习内容，实现知识的融会贯通，最终实现学生综合能力的全面提升［3］。实验教学是培养学生综合实践能力和创新能力的基础，不仅可以加深和巩固学生对理论知识的认识，锻炼学生的基本实验技能;而且通过综合型和创新型实验的开展，还可以进一步培养学生创新思维和综合设计能力［4］。开放性实验是高校实验教学改革的一项重大措施，以学生为本，以能力培养为核心，通过合理化设计，可以拓宽学生的专业视野，增强学生学习的主动性和创造性，通过实验的训练提升学生的创新能力［5］。以生物工程专业开放实验为例，旨在锻炼生物工程专业本科生的基本实验技能，同时对各种生化仪器的性质和使用进行了解。通过开放实验的学习，加深和巩固学生对生物工程相关理论知识的认识，进一步加强学生分析问题和解决问题的能力及设计和创新能力的培养，培养学生具备一定的科学研究能力和严谨的科学态度。

1开放实验教学模式

开放实验设计应紧跟学科发展的新动向，密切联系科研与实践，及时引入新知识与新技术到教学活动中。实验内容要由简单的验证型实验向复杂的综合型、设计型实验转变［6］。建立分层次的开放实验教学体系，因材施教。根据学生年级的不同，所学理论知识的不同，能力水平和兴趣爱好不同分层次开展实验［7］。实验主要分为三个层次:验证型、综合型、设计创新型。验证型实验是基础，综合型实验是过渡，设计创新型实验是核心。低年级学生因课堂教学为主要任务，可以开展验证型为主的简单实验项目，既巩固了他们所学的课堂知识，又锻炼了实验操作的基本技能，还学习到实验设计的基本方法。高年级学生则开展综合型、设计型等具有创新型的复杂实验项目，这些实验涉及到学科知识的综合运用，同时要求学生能自己提出实验方案，教师合理适当的加以指导，培养学生对知识综合运用的能力，循序渐进的提高学生的动手能力和创新能力。生物工程专业的培养目标是培养学生掌握生物工程研究的方法和手段，具备综合运用基础理论、专业知识、基本技能和现代工具等发现、提出、分析和解决本领域复杂工程问题的能力;并培养学生具有一定的创新意识和可持续发展理念，具有生物工程技术设计和开发的能力。因此我校生物工程开放实验设计紧密联系生产实际，引入本学科最新发展的成果，将分散的知识点系统化，使学生得到了综合性训练［8］。生物工程专业的开放实验以酶制剂的产业化为视角进行目的产品全生命周期的设计训练，如图1所示，实验内容综合了生物产品上游的提取加工过程及下游的分离纯化过程。实验整体是由五部分组成的综合创新型实验，但其中也涵盖了验证型实验环节，学生可自主设计选择的实验环节等，比如选择不同的提取、分离、固定化方式，对实验条件进行优化等。通过整个流程的训练，使学生系统的掌握酶蛋白表达、纯化以及固定化的思路、方法，运用生物化学、微生物学、发酵工程、生物反应工程、生物分离工程、分子生物学、基因工程和酶工程的基本理论和方法，进行具体实验操作，提高学生利用理论知识指导实践的能力，锻炼学生的动手能力，以及在实际工作中解决问题的能力。大学生思维活跃，很容易对传统实验方法和理论提出质疑，非常愿意做一些有自主思考价值的实验。开放实验的设计正是最大限度的满足学生的这种需求。在开放实验中可自主设计选择的实验环节，同学们可以充分展现个人才华，在好奇心的驱使下选择自己的实验方案，比如选取哪种酶的固定化方法，种类很多，各有利弊。这样他们在自主选择的实验中经常会碰到大量的问题，有些可以根据之前课本所学知识解决，有些即使是指导老师可能也没有碰到过，这时怎样解决实验中的这些“拦路虎”，对于培养学生独立思考的能力就显得非常关键。通常，指导老师不会直接告诉学生答案，而是引导他们去查阅相关书籍或文献，锻炼他们自己解决问题的能力，等他们找到合适的方法后再给予必要的修正。对于比较难的问题，指导老师也会给出建设性的意见，让学生大胆提出自己的方案，然后共同去验证。这样的指导方式，在学生克服了一个个实验难关之后，既使他们经历了科研思维的训练，也体验了创新过程的喜悦与成就感，有效的激发了他们创新意识和创新热情。

2开放实验运行模式

开放实验的根本目的是为学生提供一个开放、宽松的实验和研究环境，既包括实验教学方式的开放，也包括实验室管理模式的开放。通过开放实验的训练培养学生设计思维、开拓意识、创新能力、科学素养和动手能力，为国家培养创新型人才打下良好基础［9］。人才培养，关键在教师。培养具有创新能力和工程实践能力的一流人才，师资队伍建设尤为重要［10］。开放实验往往涉及多门课程内容交叉，实验过程出现的问题和困难也较多，因此要加强指导教师的科研业务水平和工程实践能力。通过老教师“传帮带”作用、以及开展对外交流、培训学习、合作研发等措施，使指导教师具备扎实的理论功底、丰富的实践经验以及创新思维驱动的钻研能力。为调动青年教师的积极性，引导他们在学生创新能力培养活动中发挥更重要的作用，考虑到青年教师资源少的现实问题，学校积极联系地方企业，通过走访、合作的方式开展交流、实践，及时了解企业需求，逐步调整实验教学内容和模式，使每位青年教师都能独立进行开放实验指导，适应国家发展需求。此外，为了鼓励更多高素质的教师都能参与学生课外科技创新活动的指导，出台了具体的奖励措施，如对参与竞赛获奖的开放实验指导教师在课题申报、职称评定等方面给予相应的优惠政策，同时根据获奖级别给予相应的奖励。开放实验选择学生课外时间完成，这使得实验室教师的工作压力增大，实验室日常管理更为复杂，故通过建立健全实验室使用及安全等一系列管理规定，保障开放实验的正常开展，保障实验仪器设备的良好使用。

3结语

大学生课外科技创新活动是以学生为主体，以导师适当引导的方式来开展的。目的是通过具体科学问题的提出，寻找解决问题的方案，最终解决某一个在该领域尚未解决的问题，从而实现一定程度上的创新。开放实验有效地利用了实验室资源，充分发挥了学生的创造性思维，独立思考能力，主动挑战困难的能力，可全面提高学生的综合素质，为我校生物工程专业创新型人才培养模式探索出一条有效途径。

参考文献

［1］覃东欢，许伟，王丹.大学生课外科技创新活动的实践及创新能力培养研究［J］．高教学刊，2019(25):25－27.

［2］陈作明.高等工科院校开放性实验室建设与创新人才培养［J］．重庆交通学院学报(社会科学版)，2003，3(S1):85－87.

［3］钟珂，杨学宾，杨自力.结合课程内容开展课外科技活动的探索［J］．当代教育实践与教学研究，2020(3):205－206.

［4］赵方方，孙会来，高胜利.构建立体化实验教学模式培养创新型工程实践人才［J］．实验室科学，2007(1):13－15.

［5］刘琳琳.建立开放实验室与高校培养创新人才模式的关系研究［J］．无线互联科技，2017(13):80－81.

［6］刘长宏，张恒庆，李洪磊.实验室开放教学模式的创新与实践［J］．实验技术与管理，2010，27(10):188－190.

［7］李秀红，任家骏，郭策，等.基于大学生课外科技创新活动的实践教学体系重构［J］．高教学刊，2020(19):95－97.

［8］张晓娟，周建军，赵辉，等.生物工程专业开放性实验教学模式的探索［J］．实验室科学，2012，15(2):25－28.

［9］颜七笙，童怀水，游泳.建立开放实验室培养创新人才的探索与实践［J］．东华理工学院学报(社会科学版)，2005，24(4):398－400.

［10］许弟建，施金良.开放实验室培养具有工程实践能力的创新人才［J］．重庆科技学院学报(社会科学版)，2010(2):167－169.

作者:贺莹 马丽 周丽亚 刘冠华 姜艳军 单位:河北工业大学化工学院