基于十多年实验教学工作的积累，结合学院基础无机化学实验和中级无机化学实验教学的特点，分析了开放式实验教学研究的现状，提出并实施了“三维三层次全开放”的实验教学模式，即针对学生的个性需求和发展空间，采取时间、空间、内容、仪器和设备等全开放的形式；并根据不同年级、不同阶段的学生情况，实行基础实验室、专业实验室、科研实验室三层次全开放模式。“三维三层次全开放”实验教学模式的特色与创新在于改变以往只有部分实验室开放、部分学生受益的局面，使所有学生按不同专业、不同层次全部获益，并让少数科研能力突出的学生参与教师的科研课题，进一步提高其科研创新能力。
1 开放式实验教学研究现状分析
创新人才是提升国力的坚实力量，创新人才的培养是我们从事高等教育的教师肩负的责任和使命。我国从20世纪80年代开始，部分高校就成立学生课外科研小组，鼓励学生积极开展科研活动。进入21世纪后，教育部、各省市、各高校教育管理部门大力支持、积极倡导培养学生的创新能力，并逐年加大投入。2012年教育部启动了第一届大学生创新创业训练计划项目，在《教育部关于做好“本科教学工程”国家级大学生创新创业训练计划实施工作的通知》(教高函[2012]5号)中明确了大学生创新训练计划目标是“通过实施国家级大学生创新创业训练计划，促进高等学校转变教育思想观念，改革人才培养模式，强化创新创业能力训练，增强高校学生的创新能力和在创新基础上的创业能力，培养适应创新型国家建设需要的高水平创新人才”[6]。这是教育部第一次在国家层面实施的、直接面向本科生立项的创新训练项目，旨在带动广大学生在本科学习阶段进行科学研究与发明创造，培养和提高创新能力。教育部“本科教学工程”的起动充分说明了国家对本科阶段教育的重视。但国家级或省级“大创项目”的实施涉及的学生人数少，只利于拔尖人才的培养，满足不了大多数学生的科研愿望，而开放实验室是提高整体学生科研素养的大本营[7-10]。在实验室开放方面，国外很多高校为我们提供了许多值得借鉴的经验，比如完全自主式开放，即学生白天和晚间均可进入实验室自由工作，没有专任教师指导或参与，充分调动了学生自主科研的积极性。然而这样做也存在一定的弊端，一方面不能及时发现问题给予恰当指导，同时还会带来一些安全隐患。目前，我国很多高校化学实验室也实行了部分开放，有教师专门指导，学生的自主科研效果比较突出，但只有少部分学生受到科研训练。在“大众创业、万众创新”的新浪潮中，实验室部分开放形式只能满足很少数学生的创新需求，大部分学生在本科学习阶段并没有经受过专门的科研训练，创新思维和创新能力均很差，这将不利于我国教育人才培养目标的实现，亟待加强这方面的工作。
2 开放式实验教学改革探索
借鉴国内外开放式实验教学经验，针对实验教学中存在的问题和学生的科研需求，我们在开放实验教学中坚持以学生为本，并对以下问题进行了探讨和改革。
2.1 分层次开放实验室
学生在大一至大三年级学习阶段虽然已开设四大基础化学实验以及部分综合性、设计性实验，但这对于学习成绩好、学有余力的学生而言，远不能满足他们的求知欲望。他们有强烈的科研创新的兴趣和愿望，但只有少数科研实验室有能力接受这样的学生，这不利于学有余力的学生快速地成长。对于高年级学生，已具备一定的化学实验技能，但专业实验室开放规模小，学生选不上课，大部分有创新需求的学生被拒之门外，影响了创新技能和创新人才的培养。因而有必要从基础实验室开放入手，在实验中，教师要善于引导学生发现问题、探讨问题与解决问题，并分层次进行基础实验室、专业实验室、科研实验室的全开放式实验教学，合理利用各实验资源，以满足更多学生的科研需求。
中级无机化学实验自2004年采取全开放实验教学模式以来，已形成一支富有经验的老、中、青结合的教学团队。实验中以学生为主体，设立了4个必做实验和每人一题的研究性实验题目。对于必做实验，采取时间开放模式，学生可利用课余时间进行实验，并实行预约制，其实验内容、操作要求和成绩考核的标准相同，要求学生必须学会几种特殊合成方法(如电化学合成、水溶液中直接沉淀法合成、溶剂萃取法合成、无水无氧高温合成等)和简单仪器、装置(如红外光谱仪、紫外光谱仪、电化学分析仪、显微熔点测定仪、恒电位仪、显微镜、开启式管式电阻炉等)的使用，最后须交统一格式的实验论文。以上必做实验占总成绩的60%，每个实验设有预习、操作、实验结果、卫生、值日、实验论文等各项评分点。对于学生个体而言，必须严格规范操作；对于教师则须严格指导和监督，这样不但可以保障教学质量，还培养了学生的良好实验习惯。而对于研究性实验，采取全开放模式，每人一题，题目可自拟。教师进行专题讲座，指导学生从查阅文献入手，写出文献综述报告、实验设计方案等，然后根据题目类型分配到各科研实验室与研究生一道进行小组学习和实验探究，最后独立完成实验操作并写出实验论文。在科研创新过程中学生尝到了甜头，系统地体验了自主科研的全过程，这不但培养了学生积极创新的思维意识，提高了实验技能，同时还加强了学生的团队协作精神。例如，基础无机化学实验“硫代硫酸钠的制备”[11]，其传统操作方法存在很多弊端，教师在教学中启发学生去发现问题，并让其带着问题在后期的中级无机化学开放实验中进行了改革探索，通过两届学生的共同努力，成功地改进了实验装置和实验条件，解决了原实验方法中原料板结、产率过低、SO2外逸造成的环境污染等问题，该成果已公开发表[12]。另外，在基础无机化学实验中会形成大量含碘废液，如果直接排放，不但会污染环境，还会造成碘的浪费；如果环保部门回收又需要高额的费用。我校2名二年级本科生在教师的指导下，通过查阅文献，自行设计了以O3为氧化剂、CCl4为萃取剂，在碱性条件下歧化和酸性条件下逆歧化析出碘，利用升华法获得单质碘的实验方案。其创新点突出，学生利用家用活氧机简单装置即可获得臭氧，而且实验中所用萃取剂、碱液均可循环使用[13]。这种让学生发现问题、解决问题的实验教学方法，不但培养了学生积极思考解决问题的能力，还锻炼了学生动手、创新以及论文写作的能力，同时也将“绿色”化学的理念渗透到基础实验中。目前，含碘废液的处理已列为我校应用化学专业高年级工业实习项目。
除解决基础实验中发现的问题外，教师也十分注重引导学生通过实验解决在理论学习中发现的问题。例如，在学习金属Pb与硝酸的反应时，教材中对于Pb是否与浓硝酸反应以及反应产物是什么等的论述存在一些问题。在教师的鼓励和指导下，学生通过查阅国内外教材，并进行了历时一年多的探究，最终圆满地解决此问题，且对教材的修订做出了一定的贡献[14]。
另外，中级无机化学实验教学团队还积极创造条件，组织本科生参加国内和国际学术会议，并指导本科生申报各类大学生创新创业训练计划项目(简称“大创项目”)及参与各类竞赛，迄今本科生为项目负责人，主持并完成国家级项目1项(201510165039)、省级项目2项(CSXL201210165003，201610165000022)及校级大创项目若干项。通过系统地体验自主科研的全过程，学生的独立操作能力、逻辑思维能力、开拓创新及组织写作能力均得到大幅度的提升。
2.2 发挥学院实验教学中心测试平台作用，让学生接触并使用大型仪器
让学生学会正确地分析问题和解决问题，是科研训练工作的核心，尤其对化学学科的学生而言，不但要学会做实验，更重要的是要学会表述实验过程和分析实验结果。也就是说，本科生在各级开放实验室项目的后续工作中，通过对样品的表征、性能测试等工作，能接触并学会使用大型仪器。但最初的测试费都是由教师科研经费承担，这样加大了教师的负担，同时也影响了教师指导本科生的积极性。在不断探索中，学院化学实验教学中心实行了大型仪器向本科生部分开放，并匹配一定的经费，大大缓解了经费无出处或经费短缺等问题，并改变了原来学生只能看不能亲手操作大型仪器的现状，使学生学会了单独使用红外和紫外光谱仪、X射线衍射仪、电化学分析仪、荧光光谱仪、气相色谱仪等大型仪器。
2.3 以点带面进行“三维三层次全开放”的实验教学
在十余年的实验室开放教学工作中，我们始终坚持以学生为本，尽管教师工作量大，且责任重大，仍力求做到“教书育人”，让学生真正得到锻炼。目前，我校基础无机化学实验室、中级无机化学实验室、多酸与催化科研团队已完全实行对本科生全开放的实验教学模式，并获得了良好的教学效果。在实验室全开放中，实行教授负责制。学生可以采取预约方式进入各实验室，在时间、场所和内容上全开放，同时对于有测试需求的学生，可通过教师课题组进行网络预约，尽量满足学生的科研需求。另外，对于学习和科研成绩优秀的研究生，让其辅助教学，在指导本科生的科研工作中，不但起到了榜样的作用，同时也能互相促进。
“三维三层次全开放”的实验教学模式大大改变了原来实验室部分开放、极少数学生经历科研训练的局面，学生科研创新意识得到普遍加强。有很多学生在大学一年级就表现出了强烈的科研愿望，他们在经历基础无机实验、中级无机实验开放实验室项目训练后，具备了一定的科研基础，学生可以根据自己的兴趣爱好有选择地进入各类实验室；教师也可根据学生的具体科研情况，选择优秀的学生进入科研实验室继续从事科研课题研究，对于优秀成果可推荐发表。例如近年来，以本科生为第一作者，先后在辽宁化工、嘉应学院学报、大学化学、应用化学及SCI收录期刊无机化学学报、Inorg. Chem. Commun.、Chem. A. Eur. J.等杂志上发表论文多篇[15-21]，刊物的影响因子最高的可达5以上。
“三维三层次全开放”的实验教学模式，目前已在全院推广并应用，不但中级无级化学实验实行全开放模式，中级有机化学、分析化学、物理化学及应用化学等实验课程也实行全开放模式。该实验教学模式不但使学生学会和提高了各种基本实验技能和论文写作能力，更重要的是培养了学生的创新能力，拓宽了知识视野，并在学生中形成了良好的实验和创新氛围。
3 “三维三层次全开放”实验教学中需解决的关键问题
(1)开放实验室项目已在辽宁师范大学化学化工学院实施多年，学校对开放实验室项目除政策上支持外，从资金上也给予一定的资助，如学校鼓励教师申报校级开放实验室项目或科研训练项目，对立项的课题每年拨放一定的资金支持，同时学院也会发放一定的匹配资金用于样品的表征和测试。另外，学院将已立项的开放实验教学项目作为正常教学课程体系对待，年终考核时按照正常课时计算教师的教学工作量，大大调动了教师的积极性。同时，为了将开放实验室项目有序、深入开展，学院对于部分开放的中级实验室实行了教授负责制。但是随着学生需求不断的增加，后期科研测试及管理还存在困难，虽然可借助学院现有的省实验教学示范中心大型仪器测试平台及各专业科研平台，实行开放完全能满足学生测试上的需求，但是，亟需在学校及学院新实验课程体系、实验室资源的组织、管理和使用制度下，建立建全的对“三维三层次全开放”开放实验室运行与评价机制，强化开放实验室的日常管理和学院基础化学实验教学中心的仪器使用和维护。
(2)要面对和解决不同年级、不同学科、不同专业的多层次交叉与融合问题。改变以往实验教学过程中专业、学科及教学内容和教学资源的独立，加强包括科研团队、实验室、实验仪器和设备等资源共享，鼓励部分学生跨学科跨专业进入开放实验室，培养学生的发散性创新思维和全面创新能力。
(3)我院实验室开放教学团队教师学历高，大部分为具有理学或工学博士学位的老中青教师，具有丰富的从事科研工作的经验和指导学生创新实验的工作热情，能科学地引领学生进行科研创新活动，尤其是青年教师更能发挥榜样的力量，以自己的科研历程去影响学生。各位教师要加强责任心，青年教师注重自身提高，老教师注重传帮带，加之各学科教学团队紧密配合，为更加有效地实施“三维三层次全开放”实验教学模式提供人力上的支持和保障。
4 加强“三维三层次全开放”实验教学模式落实具体实施方案
采取实验教学团队、指导教师、辅导员、基础化学实验教学中心测试平台密切配合，分层次、分学科、分专业、有针对性地对学生实行“三维三层次”全面开放实验室，具体落实到每个学生和教师，重能力培养，切忌表面化，务实、求新，不断提升学生创新思维意识和创新能力。具体实施方案如下：
(1)对学生基础实验完成情况、学生需求进行调查：需辅导员或年级指导教师和实验教师共同完成，以利于学生分层次、分专业适时进入开放实验室；
(2)课内开放实验题目的确定：包括综合性、设计性实验题目，学生单人操作可完成的题目，学生多人操作完成的题目，每个实验题目和开放实验室实行教师负责制；
(3)课外实验内容开放题目的确定：对于实验操作基础好和理论知识扎实的学生，可开展科研型题目，包括教师科研课题、学生自拟题目，也包括涉及本院内各学科交叉题目及与其他学院相关学科交叉题目。教师要协助沟通获得校、院的支持；
(4)学生实验课题测试所涉及大型仪器的准备和申请：根据实验测试具体要求，由学生对院、校实验测试管理部门提出申请并预约，指导教师负责把关，学院基础化学实验教学中心教师负责学生的测试指导；
(5)对于提出申请想获得开放实验室创新学分的学生，要根据学校项目管理规定，实验教学团队教师要组织学生答辩并给出成绩；
(6)对每个开放实验室项目进行总结，教师要写出结题报告，学生要完成实验论文；
(7)运用新的课程体系评价机制和本项目相关的开放实验室运行与评价机制对每个开放项目进行评价，并提出整改意见。
5 结语
“三维三层次全开放”实验教学模式的实施，将使所有学生都有机会受到创新思维和创新能力培养和提升的训练，不但提高仪器设备的利用率，培养具有创新精神和社会竞争力的优秀学生，同时为促进实验教学改革提供可借鉴的经验。
参考文献
