新工科背景下高校开放实验室建设研究

摘要：在新工科背景下，高校开放实验室建设至关重要。以贺州学院人工智能学院为例，鉴于开放实验室建设中存在传统教学难以因材施教、预约管理效率低、学生内动力不足和安全管理隐患等问题，提出了加强开放实验室建设的对策，其中包括建立预约管理系统、实行自助式开放管理、校企合作推动大数据实验室建设、构建安全管理教育体系等措施，以解决当前面临的挑战，推动高校开放实验室的建设与发展。

关键词：高校；开放实验室；问题；对策

中图分类号：G642 文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2025）01-0171-04 开放科学（资源服务） 标识码（OSID） ：

0 引言

在 2017 年 2 月 18 日，教育部于复旦大学召开高等工程教育发展战略研讨会。此次会议深入研讨了新工科（Emerging Engineering Education） 的内涵、特质、未来建设与发展的路径规划等事宜，并先后形成了“复旦共识”“天大行动”以及“北京指南”[1-3]。新工科内涵乃是以应对变化、塑造未来等新理念为基准，以培养未来呈多元化、创新型的卓越工程为全新要求，以“继承与创新、交叉与融合、协调与共享”新途径为依托。并且，新工科的特征为战略性、创新性、系统性以及开放性等显著特性[4]。

新工科建设实质是学科建设与高等工程教育改革的协同共进。由此，新工科的内涵特征对高校开放实验室建设提出了诸多全新要求，学科交叉融合的需求进一步促使高校实验室教学实效的提升、实验资源开放性以及实验器材共享性的增强，以实现更多师生及科研人员对实验室的高效利用。在新工科建设大背景下，本文以贺州学院人工智能学院为例，对开放实验室的教学与管理模式展开了积极探索与改革，旨在通过提升实验室的开放性、交互性以及跨学科合作性，全力推动学科建设与高等工程教育改革的双向促进，积极契合教育现代化的总体要求。

1 开放实验室的内涵特征及建设意义

1.1 开放实验室的内涵特征

开放实验室是指针对广大师生和研究者开放的实验室，其旨在推动资源共享、加强互动交流与合作，从而为多方开展共同研究提供便捷条件。高校开放实验室的开放受众通常涵盖教师、学生以及其他研究人员[5]。实验室向学生开放的具体形式分为学生实验补充型、学生科技竞赛活动型、自选实验课题型等，采用的是以学生为主体、教师予以启发指导的实验教学模式。

开放实验室具备开放性、共享性、参与性和灵活性等四大特点。比如营造开放式学术情境，推动设施资源运用，促进学术交流合作；践行资源共享理念，实现设备知识经验融合，提升资源利用与成果共享成效；激发师生参与热情，营造参与式学习与研究氛围，激发学习主动性与创新能力；彰显灵活性特征，支撑多样化学术活动开展与实验实施，满足不同研究需求，助力创新教学实践推进。

因此，开放实验室是实现资源共享和促进科研合作的重要平台，也是落实创新人才培养、强化学科交叉融合的关键举措。

1.2 开放实验室的建设意义

开放实验室的建设有助于提高教育教学质量。通过开放实验室，教师可以设计更多贴近实际、具有探索性和创新性的实验课程，使学生能够在实践中学习和应用理论知识，增强解决实际问题的能力。

开放实验室的建设助于提升高校的科研影响力和社会服务能力。通过资源共享，高校可以吸引更多的企业、研究机构参与科研项目中来，共同开发新技术、新产品，推动科技成果转化。

开放实验室的建设有助于高校资源整合与优化配置，推动管理体系及机制创新。于教师而言，其为学术交流平台可分享研究成果，进行学术探讨，也是作为教学场域指导学生实验教学。于学生而言，是培养科研兴趣、参与实验研究、竞赛的便捷场域。对学校来说，同院不同专业实验室之间的开放益处多，如仪器设备广泛使用，降低资源浪费，节约经费用于改善环境条件和设备更新，以优化教育教学资源配备。例如贺州学院人工智能学院的通信工程、机械设计制造及其自动化和物联网工程3个专业因互通性而彼此开放，实现开放、共享和参与。

2 开放实验室建设的现状与问题剖析过程中面临的问题

国外高校中，实验课是司空见惯的，实验教学与理论教学相辅相成变得极为重要[6]。德国大学多无专门设置实验室管理机构，即便有也仅 1～2 人且不涉管理事务[7]。英国高校常有弹性开放实验室，以学生为中心，提供多元教学法，帮助学生自主学习以培养终身学习能力[8]。南澳大学重视学生自主学习，课程成绩由平时作业、期末考试、实验作业等多方面的加权平均成绩组成，学生作业可独立完成，困难时可交流[9]。国外大学开放实验室一般24小时开放，学生凭卡出入实验室[10]。国内高校开放实验室的建设规模随着新工科的提出而不断扩大，但面临诸多问题，如师生安全意识薄弱[11]、开放实验室队伍薄弱、经费短缺、学生自主创新能力不足[12]、实验室空间配置失衡[13]、管理机制不完善[14]等。贺州学院人工智能学院开放实验室目前存在实验室教学难以因材施教、预约管理效率低、学生内动力不足和安全隐患等问题，故而需借鉴国外经验，改进自身不足，推动发展。

2.1 开放实验室预约和资源管理效率欠佳

首先，烦琐的预约流程导致教师和学生在申请使用特定设备时面临困境，尤其是在资源有限时，这种状况愈发明显。其次，预约系统的人工审核机制延长了审核周期，用户往往需要历经较长时间才可确认预约结果，如此便降低了实验室的使用效率和用户满意度。此外，部分实验室的预约系统在稳定性方面存有缺陷，如易发生系统崩溃之类的状况，同时缺少实时监控功能，这不仅会对预约流程的顺畅性形成干扰，有时还使得取消预约变得困难。

2.2 传统实验室教学难以实现因材施教

传统的实验教学存在一些问题：一是与理论课程衔接不足致实验内容与理论脱离，学生仅简单操作，对原理知识缺乏深入理解；二是课时量不足，其仅占课程时间小部分，致学生实验时间有限，难以深入实践探索；三是实验资源存在浪费，教学班次与时间因素致设备材料浪费，且设备更新慢难适应新需求。基于此，传统实验教学未形成完整系统实验课程体系，致创新型人才培养滞后[15]。

2.3 学生内在动力不足，对开放实验室的参与度不高

内在动力是指个体内部驱动力，促其行为与目标一致。但学生内在动力不足或因多方面引起：缺乏自我效能感致使学生对实验室参与成效产生怀疑；对实验室的兴趣不足也可能使参与度下降，外部奖励体系的缺失可能致使学生内在动力削弱，若学生感觉未能获得认可或回报，则减少对实验室的投入。同时，学生对实验学习缺乏热情和主动性，影响其创新能力和实践能力的培养。

2.4 开放实验室存在安全管理隐患

校级和院级虽有相关安全管理制度，然执行时不力，监管与执行力度欠缺导致制度落实欠佳；其次，安全教育体系虽已建立，实效却不佳，师生的安全意识未能显著提高，安全培训和演练缺乏针对性，未能有力增强师生应急反应能力；最后，日常监管和维护力度不足，导致潜在的安全风险未能得到及时发现或有效处理。

3 加强高校开放性实验室建设的对策

3.1 建立基于钉钉小程序的开放实验室预约管理系统

针对当前开放实验室预约和资源管理效率低的问题，考虑预约系统的稳定性，结合学院实际情况，贺州学院试图设计并开发一套基于钉钉小程序的开放实验室在线预约管理系统。

钉钉小程序的作为媒介具备的功能（审批、钉公告、钉盘、钉聊、免费电话和视频会议以及签到） 与开放实验室的预约管理在功能上有一定的重合度[16]。具体而言，钉钉审批功能可为开放实验室预约申请审批流程提供灵活自定义审批模式；钉公告功能可满足开放实验室预约管理中相关通知及规定发布传达给师生之需，确保预约师生获得通知；钉盘可作开放实验室预约管理数据及实验室相关文档资料的云存储；钉聊提供即时交流途径，可解师生疑问或线上提供技术支持；免费电话和视频会议功能可供实验员、教师与学生远程交流及指导；钉钉签到功能可用于实验室用户签到记录与考勤管理。

钉钉小程序的开放实验室预约系统有多种功能。师生可查询实验室信息并申请预约，查看开放实验室和工位使用情况后选择空闲空间。实验管理员或导师能审批申请，管理员可操作预约管理，系统会向申请用户发送通知和提醒，用户还可反馈与评价等。通过这些功能，该预约系统可为用户（师生） 提供便捷的实验室预约服务。

3.2 实行实验室自助式开放管理

基于钉钉小程序的开放实验室在线预约管理系统为人工智能学院实验中心24 h开放具备现实可行性，但亦会伴生潜在运行风险。学院为确保开放实验室安全高效运转，设置并执行了“三级管理责任层制度体系”。如图1所示，“三级管理责任层制度体系”由分工明确的责任层级，将实验室管理细分为不同职能领域，且各责任层均配置有相应负责人员履行相应职责实施管理。区域管理层负责整体管理政策和区域监督；房间管理层负责特定房间管理和实验活动安排；设备管理层负责设备采购、维护和安全职责。这样实现了全人员、全设备、全实验场所的覆盖，既确保了实验室设施设备的正常运行，又强化了对安全和教学质量的把控。

针对开放实验室的高使用频数多与重科研竞赛任务实际情况，学院执行“指导教师制下的开放式实验室使用制度”，即把开放实验室在线预约管理系统的部分预约权限赋予指导教师，由指导教师承担科研指导、监督和协调资源确保科研和教学顺利，预约完成后还负责学生教育和实践指导工作。同时设置助理岗位，招聘助管学生以助力自助式开放管理制度顺利实施，进一步提高实验室运行的利用率与安全实效。

3.3 校企合作赋能大数据开放实验室建设

教育部鼓励高校对现有教室进行多功能技术改造，而人工智能学院现有机房设备及实验场所闲置可充分利用进行大数据开放实验室建设。学院积极寻求校企合作的创新突破，建设开放实验室大数据教学平台和科研平台，为教师和同学提供多方位的教学服务。建设方案如下：

建设开放实验室大数据教学平台。依不同专业与年级设置实验项目学习方案，整合课程基础至高级，调节教学比重，构建递进式独立实验课程体系，为各学期实验项目提供指导手册、视频资源、范例代码等，让学生经多维度实践理解掌握课程。以软件工程专业为例，新教学模式下开放式实验教学课程体系分学科基础、专业基础、专业扩展三大子系统，各由同门同类课程元素构成。学科基础实验含电路分析等，培养编程与基础知识理解能力；专业基础实验含电工电子技能训练等，教会软件工程理论方法；专业扩展实验含项目开发等实践，使学生深入项目应用知识。将完整体系与理论课程互补结合，增强学生学习动力与实践能力，提升教学质量与创新人才培养。通过系统课程学习，学生可在开放环境中有机学习实践，夯实基础并提升能力，课程设置会据实际调整优化。

建设开放实验室大数据科研平台。针对开放实验室大数据教学平台的实验项目学习内容，以科研平台为载体，学习科研平台的开源开发工具，其中包括技术科研（数据源与SQL引擎、数据采集、机器学习算法和搜索引擎） 、自然语言处理（词法、语法、文本和情感分析） 和数据可视化等开发工具，让师生充分利用线载体工具，线下辅助实验项目操作，全面提升教学与科研实效。

依托开放实验室大数据教学平台和科研平台，能够强化大学生创新创业项目并支持学生竞赛。其一，实验室可通过提供先进技术设备和资源，鼓励学生基于大数据科研平台进行创新研究和项目开发。其二，组织各种创新创业竞赛，例如数据挖掘竞赛、人工智能应用创新大赛等，引导学生利用大数据科研平台开展相关项目。其三，依托开放实验室大数据科研平台，与校内外企业、科研机构建立合作关系，使学生的项目成果与实际应用场景结合，促进科研成果转化与产业化。

3.4 构建与实施开放实验室安全管理教育体系

针对当前开放实验室存在安全管理隐患问题，学校健全校级和院级管理制度。校级层面：确立校级实验室工作规程的实验室安全管理等制度；院级层面：贺州学院人工智能学院结合实验室管理情况，制定一系列相关实验室安全管理规章制度并深入执行，如图2所示。