電工電子實驗開放式教學與管理的研究

吳 剛，許鵬飛，王維俊，郭軍華，王麗萍

(后勤工程學院，重慶 401311)

2009年以來，依托軍隊“2110”整體條件重點建設和學院整體搬遷大學城實驗室建設，我院電工電子實驗室的硬件條件得到了根本改善，實現(xiàn)了跨越式發(fā)展。2009年12月，隨著實驗室基本建成并正式投入使用，如何使用好實驗室，進一步加強實驗教學改革和實驗室管理，成為實驗室日常工作的重中之重。為此，根據(jù)我院的具體特點，我們對電工電子實驗室的開放式教學和管理進行了一系列研究與實踐，探索出了一套具有我院特色的開放式實驗教學與實驗室管理的模式。

1 我院實驗管理現(xiàn)狀

1.1 實驗室管理存在的問題

高等學校實驗室在培養(yǎng)學生獨立探索能力、實際動手操作能力和科學研究的興趣等具有獨特的優(yōu)勢和明顯的功效。但在傳統(tǒng)的高校實驗教學體系下，普遍存在實驗內(nèi)容陳舊、教材改革滯后等問題，學生興趣不濃，參與性不高，缺乏創(chuàng)新意識和發(fā)展?jié)撃?教學模式僵化，實驗課程一直沿用傳統(tǒng)的驗證式的教學模式，教為主導代替了學為主體。多數(shù)實驗室采用封閉式管理，限制了老師和學生利用業(yè)余時間進行課外實驗活動;除承擔大綱計劃的實驗內(nèi)容外，實驗室及儀器基本閑置，有的實驗室甚至一個學期都沒實驗任務，造成極大的資源浪費。另外，實驗手段的落后、課程體系設置的隨意性也給實驗教學和管理帶來一定的障礙。學生的創(chuàng)新能力、發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力不能得到有效培養(yǎng)，無法適應創(chuàng)造性人才培養(yǎng)的需要。

1.2 開放式實驗教學與管理

而構(gòu)建開放式實驗教學與管理，是在完成對學生的基本實踐能力訓練的基礎上，由學生根據(jù)自己的興趣和特長獨立擬定實驗方案，組成合作團隊，設計實驗技術(shù)路線，獨立操作完成實驗過程，指導老師對整個實驗不進行任何干預，只有在學生提出請求時，才到實驗現(xiàn)場給予必要的啟發(fā)與引導，實驗完成以后對實驗結(jié)果和實驗報告進行審查和評估。

由于它能一改傳統(tǒng)的實驗教學與管理模式，充分體現(xiàn)以人為本的教學理念，在為培養(yǎng)和提高學生的創(chuàng)新精神和實踐動手能力，實現(xiàn)高校實驗教學資源優(yōu)化利用、促進教學觀念和學風轉(zhuǎn)變、滿足分層次和個性化教學要求的需要等方面起到十分積極的作用，因此近年來成為我國高等院校推崇和探究的新型實驗教學與管理方式。

1.3 總參和教育部的具體要求

總參和教育部有關(guān)實驗室建設標準對開放式實驗教學與管理均有具體要求。

總參《軍隊院?；A實驗室建設標準》明確規(guī)定:①應實行課程教學與開放教學(階段性開放或預約開放)相結(jié)合的教學方式，每天可開放的時間一般應≥4小時;②實驗室應配置一套完整的實驗室管理系統(tǒng)及軟件，并配有支持開放實驗教學的設備和設施(如刷卡機、監(jiān)控設備等)。

教育部《高等學?；A課實驗教學示范中心建設標準》明確規(guī)定:①中心實行開放式教學，實驗室提供選題(含必修、選修)，學生可自帶課題，中心為學生提供技術(shù)指導等全方位服務;②中心計劃內(nèi)教學任務應服從教學計劃的安排，每天可開放時間不少于10小時。有的實驗可實行階段性全時開放或預約開放;③要根據(jù)不同學校、不同學科的特點建立以學生為中心、實現(xiàn)以學生自我為主的教學模式;④中心應運用現(xiàn)代化技術(shù)及先進的實驗教學手段，充分利用網(wǎng)絡，使用計算機輔助教學實驗軟件和多媒體教學課件，推廣應用虛擬、仿真等實驗技術(shù)手段。同時對于必要的實驗要促進虛擬、仿真實驗與實際實驗的結(jié)合;⑤中心充分利用現(xiàn)代化技術(shù)手段實現(xiàn)實驗教學、實驗室基本工作信息和儀器設備的計算機網(wǎng)絡化管理。

1.4 實驗室全開放式管理方法

2008年5月至2010年10月，我們分別到了軍內(nèi)外重點高校，對他們的電工電子類實驗教學中心進行了調(diào)研。重點對浙江大學、東南大學、北京理工大學和重慶大學這四個具有電工電子類國家級實驗教學示范中心的學校進行了調(diào)研，通過介紹和參觀實驗室，基本掌握了目前開放式實驗教學和管理的現(xiàn)狀:主要重點高校均正推行和深化實驗室的全開放式管理和開放式自主實驗教學模式。各重點高校均積極、充分利用校園網(wǎng)、一卡通(或IC卡)、實驗室自動派位系統(tǒng)、門禁系統(tǒng)和視頻監(jiān)控系統(tǒng)，用信息化管理手段實現(xiàn)實驗室的全開放式管理。

21世紀的實驗教學講求各學科之間的相互交叉，滲透和綜合化的發(fā)展，傳統(tǒng)的實驗教學和管理模式與當前高速發(fā)展的前沿科學新理論、新技術(shù)嚴重脫節(jié)。而開放式實驗教學與管理模式增加了學生動手機會、利于學生自主學習和個性發(fā)展，極大的調(diào)動了學生的學習積極性，促進了主動性、創(chuàng)造性以及現(xiàn)代科學思維方法的形成。實行全方位，多層次的開放式教學與管理是實驗教學與管理改革的必然趨勢和發(fā)展方向。同時，隨著信息技術(shù)和實驗技術(shù)的發(fā)展，校園網(wǎng)、一卡通、實驗室自動派位系統(tǒng)、門禁系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)等信息化管理手段的逐漸普遍應用，開放式實驗教學與管理正在向全開放式管理方向發(fā)展。開放式實驗教學在建立適應開放教學模式的教學質(zhì)量保障體系、確保開放式實驗教學的成效的基礎上，開放的內(nèi)涵從實驗時間和實驗空間將拓展到實驗內(nèi)容、教學管理、考核評價、實驗指導、實驗室與設備管理等方面，實現(xiàn)真正意義上的開放式教學，使學生逐漸擺脫對老師的依賴心理，養(yǎng)成自主發(fā)現(xiàn)、解決問題的習慣。也極大地提高了實驗教學資源的使用效益。

2 我院實驗教學改革

2.1 我院實驗教學特點

由上述對開放式教學與管理分析總結(jié)，以及各標準的具體規(guī)定可見，要使用和管理好實驗室，達到總參和教育部標準化、示范中心的有關(guān)要求，其根本出路就在于實行開放式實驗教學與管理。雖然我院電工電子實驗室的硬件條件已完全能滿足開放式實驗教學和管理對實驗臺套數(shù)、實驗場地、實驗儀器設備等硬件條件的要求，但是由于我院實驗室工作人員少、學員集中管理、課余時間少、計劃學時少，以及電工電子類課程實驗教學未獨立設課、大多教學班教學進度一致、各實驗項目前后有關(guān)聯(lián)和不能倒序等特點，要開展開放式實驗教學與管理，必須改革現(xiàn)有實驗教學模式，構(gòu)建新的多層次的實驗教學體系，并充分利用校園網(wǎng)、一卡通、實驗室自動派位系統(tǒng)、門禁系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)等信息技術(shù)和信息化管理手段，采用技術(shù)手段降低開展綜合性、設計性、自主性、創(chuàng)新性實驗教學的難度。

2.2 確立新教學目標

電工電子類課程作為信息技術(shù)的基礎，對后勤信息化人才的培養(yǎng)具有至關(guān)重要的作用，我院《實驗室框架體系調(diào)整優(yōu)化方案》明確要求“以素質(zhì)教育、創(chuàng)新教育理念為先導，以培養(yǎng)工程實踐能力和創(chuàng)新能力為主線”，為此只有將培養(yǎng)能綜合應用電工電子技術(shù)，具有較熟練的電工電子實踐技能(即具有綜合用電能力的人才)、終生自主學習能力、工程實踐能力和創(chuàng)新能力的軍事專業(yè)技術(shù)人才作為電工電子實驗教學的目標，才能培養(yǎng)出適應建設信息化軍隊、打贏信息化戰(zhàn)爭、需要的軍隊專業(yè)技術(shù)人才。

2.3 實驗課程體系和教學內(nèi)容的改革

為改革原來的電工電子實驗教學模式，我們建立起了多層次模塊化實踐教學體系。從學科專業(yè)實踐教學和工程訓練需求出發(fā)，建立包含實驗教學、工程訓練、課程設計和課外科技實踐活動在內(nèi)，覆蓋電類基礎課和專業(yè)基礎課的多層次開放式模塊化實踐教學體系，教學模塊可以不斷增添，實驗項目可以隨技術(shù)的發(fā)展不斷更新，面向全院，提供菜單式實踐教學服務，各系可以根據(jù)學科專業(yè)的需要，在各層次教學模塊中選擇實驗項目，構(gòu)成適合于不同學科、專業(yè)的實驗課程和實踐教學計劃，成為具有學科專業(yè)特色的實踐教學套餐。

電工電子類實驗分為三類實驗(基礎、綜合和自主)，五個層次。

1)為基礎訓練，含電工電子實踐基本知識、工程技能訓練，教學模塊中以基礎實驗為主要教學內(nèi)容。采取實驗室現(xiàn)場集中授課和實踐的形式，傳授實驗基礎知識，進行基本方法和技能的訓練。

2)含電工電子基礎課程實驗教學內(nèi)容，其中演示和驗證性基礎實驗約占30%，綜合設計實驗占70%，主要采取集中授課與開放式教學相結(jié)合模式。

3)課程設計，由學員在規(guī)定范圍內(nèi)自主選題，在實驗室自主完成。設計課題中，設計、綜合性內(nèi)容占80%以上，留有20%左右的空間供學員進行研究和自主創(chuàng)新發(fā)揮。

4)專業(yè)基礎課程類實驗，實驗室和教學資源向?qū)W員全面開放。實驗教學的模式由理論課教師選擇，可以是傳統(tǒng)模式的，也可以是開放式的;教學內(nèi)容中，基礎型實驗占10%，綜合設計型實驗占70%，其余為自主研究創(chuàng)新型實驗。

5)對前面4個層次教學的總結(jié)和提高，學員綜合運用前面各教學模塊所學到的專業(yè)知識和工程技能，面對較大規(guī)模的電子系統(tǒng)，經(jīng)過需求分析、資料查詢、方案論證、設計搭試、調(diào)試測試、分析總結(jié)等過程，在開放式的綜合實驗系統(tǒng)上完成課題。

2.4 課程的組織與管理的改革

1)基礎實驗

對于基礎實驗，除必要的基本實驗技能、測試方法和復雜貴重儀器設備的使用外，其他實驗內(nèi)容采用模塊化、全開放菜單式形式(包含所有實驗項目名稱、實驗要求、實驗目的、可提供的全部實驗儀器、設備、工具和可利用的全部電子元器件)，呈獻給學員。實驗室開放時間、每項內(nèi)容同時可容納的最多人數(shù)等都將在網(wǎng)上公布，供學員選擇，讓各專業(yè)的學員按自己的知識結(jié)構(gòu)和興趣選擇實驗內(nèi)容。

學員根據(jù)培養(yǎng)計劃、教學標準要求，結(jié)合自己的興趣選擇具體的實驗項目。然后自己根據(jù)實驗項目查找資料，設計實驗，然后預約實驗室，在預約的時間到實驗室準備需要的實驗儀器設備工具和材料，并在實驗室按自己設計的步驟和要求完成實驗，最后進行實驗報告的完成和提交。這種開放式實驗教學中，學員是實驗的主體，通過查找資料，使學過的理論知識得到了鞏固，認識加強了;通過準備實驗，得到了實際工作經(jīng)驗;教員只需進行必要的答疑和輔導，最后批改實驗報告?；A應用型組織訓練流程如圖1所示。

圖1 基礎應用型組織訓練流程

2)綜合設計實驗。

其基本流程基本流程如圖2所示。

2 綜合設計型實驗組織訓練流程

(3)自主研究創(chuàng)新實驗。

其基本流程如圖3所示。

圖3 自主研究創(chuàng)新實驗組織訓練流程

3 我院電工電子實驗室信息化實踐

3.1 主要功能

1)構(gòu)建軟硬件相結(jié)合的實踐環(huán)境，實現(xiàn)實驗室的開放式管理和開放式自主實踐教學模式 利用校園網(wǎng)、一卡通、實驗室自動派位系統(tǒng)、門禁系統(tǒng)和視頻監(jiān)控系統(tǒng)，用信息化管理手段實現(xiàn)實驗室的開放式管理。該模式集實驗室日常辦公、實驗教學管理、資產(chǎn)管理、耗材管理、實驗室無人值守、自動派位、電子實驗報告、實驗過程控制和立體化教學資源庫等功能于一體。

2)建立適應開放教學模式的教學質(zhì)量保障體系和實驗過程控制有效利用門禁、實驗位電源自動控制、關(guān)鍵實驗數(shù)據(jù)實時在線采集、電子預習、操作和綜合實驗報告、視頻監(jiān)控等手段，實現(xiàn)實驗教學的全過程控制和教學質(zhì)量的管控。

3)采用人性化界面和靈活方便的參數(shù)設置和系統(tǒng)組態(tài)方式。

3.2 總體設計

系統(tǒng)采用B/S和C/S混合架構(gòu)設計。主體采用Brower/Sever結(jié)構(gòu)體系，其具有易安裝、成本低、易升級、可擴充、完全開放、不受站點物理空間限制等特點，系統(tǒng)功能、界面的升級、維護均在服務器端即可完成，客戶端(教員機和學員機)不需安裝其它過多的軟件，使用IE瀏覽器就可以完成主要任務，減輕客戶端的維護工作，并使得遠程管理和應用得以實現(xiàn)。對于特殊環(huán)節(jié)，通過C/S結(jié)構(gòu)設計的結(jié)合實現(xiàn)系統(tǒng)來補充B/S結(jié)構(gòu)讓系統(tǒng)更加的合理。同時也體現(xiàn)了C/S架構(gòu)與硬件結(jié)合的緊密性，制造出系統(tǒng)穩(wěn)定性和自由度發(fā)揮的完美結(jié)合。

系統(tǒng)結(jié)合通過多級的安全認證，并在權(quán)限控制上做大量工作，使權(quán)限分配合理有效，并在系統(tǒng)中內(nèi)含敏感操作的系統(tǒng)日志，使整個系統(tǒng)的完整性和可維護性得到了極大增加。系統(tǒng)構(gòu)成如圖4所示。

4 系統(tǒng)總體構(gòu)成示意圖

4 結(jié)語

實行全方位、多層次的開放式教學與管理是實驗教學與管理改革的必然趨勢和發(fā)展方向。且隨著信息技術(shù)和實驗技術(shù)的發(fā)展，正在向全開放式管理方向發(fā)展。它是充分發(fā)揮實驗室功能的需要、是培養(yǎng)學生實踐能力和創(chuàng)新精神的需要、培養(yǎng)高素質(zhì)教員隊伍的需要促進教學觀念和學風轉(zhuǎn)變的需要、滿足分層次和個性化教學要求的需要，也是總參和教育部有關(guān)建設標準的基本要求。所以我們要大力加強開放式教學與管理的改革和研究。

電工電子實驗的開放式教學與管理它不但涉及到實驗教學課程體系改革，還涉及學院資金的投入、設備的更新、儀器的添置、實驗耗材的保證和場地的合理設置，另外還涉及到學員的管理、實驗室工作人員工作量核算等方方面面，是一項復雜的系統(tǒng)工程，需要不斷的深入和完善，以及各力面的支持與配合。因此，要實現(xiàn)我院實驗教學全方位、多層次開放持續(xù)有效地開展，必須加強開放后實驗教學與管理體制的配套改革，以便更好地適應新時期人才培養(yǎng)的需要和實現(xiàn)實驗室順利有序、可持續(xù)地開放。

［1］ 丹忠麗，董字艷，董國強.高校開放性實驗室建設探討［J］.實驗技術(shù)與管理，2005(22)

［2］ 陸小珊，田嵐，劉志軍.高校實驗室現(xiàn)代化管理方式的探索與實踐［J］.電氣電子教學學報，2004(8)

［3］ 尹發(fā)根.關(guān)于地方高校開放性實驗室建設的探討［J］.科教文獻，2008(12)

［4］ 于 波，余 成.基礎課開放性實驗室建設的實踐與探索［J］.長江大學學報(自然科學版)，2008(3)

［5］ 胡國華，譚敏，范寧.基于web的B/S結(jié)構(gòu)實驗室管理系統(tǒng)設計與實現(xiàn)［J］.淮南師范學院學報，2008(3)