高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心可持續(xù)發(fā)展探索

田華 姜萍 孫榮霞 馬蕾 張雷

摘要：高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心的可持續(xù)發(fā)展對(duì)深化本科教學(xué)、提升教學(xué)質(zhì)量、推動(dòng)創(chuàng)新人才培養(yǎng)具有重要的推動(dòng)作用。本文結(jié)合具體實(shí)踐內(nèi)容，重點(diǎn)探討了虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)和項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)室開放在實(shí)驗(yàn)中心可持續(xù)發(fā)展中的建設(shè)思路、措施和效果。

關(guān)鍵詞：實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心；虛擬仿真實(shí)驗(yàn)；實(shí)驗(yàn)室開放；可持續(xù)發(fā)展

中圖分類號(hào)：G647 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2016）16-0044-02

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是本科教學(xué)工作的重要組成部分，是培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力的重要一環(huán)。高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心的發(fā)展建設(shè)涉及政策、經(jīng)費(fèi)、教學(xué)體系、人員隊(duì)伍和規(guī)章制度等諸多方面，關(guān)系錯(cuò)綜復(fù)雜，能否完善實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源、提升實(shí)驗(yàn)手段進(jìn)而提升學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新能力，成為實(shí)驗(yàn)中心持續(xù)發(fā)展需要解決的根本問題，也是衡量實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革是否可行的標(biāo)準(zhǔn)。本文結(jié)合實(shí)際工作，從以下兩個(gè)方面探討了在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心發(fā)展中所做的嘗試及取得的效果。

一、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)對(duì)實(shí)驗(yàn)中心建設(shè)的補(bǔ)充及推動(dòng)作用

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)是利用虛擬現(xiàn)實(shí)、多媒體、人機(jī)交互、數(shù)據(jù)庫(kù)和網(wǎng)絡(luò)通訊等技術(shù)，構(gòu)建高度逼真、信息開放的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)環(huán)境和實(shí)驗(yàn)對(duì)象，使學(xué)生在虛擬環(huán)境中開展真實(shí)實(shí)驗(yàn)難以完成的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)不是傳統(tǒng)實(shí)物實(shí)驗(yàn)的虛擬化和重復(fù)，而是其有益的補(bǔ)充。下面介紹我院虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的建設(shè)思路。

1.起步階段——整合資源。針對(duì)一些真實(shí)實(shí)驗(yàn)存在的成本高、不可逆、大型實(shí)踐操作無(wú)法實(shí)現(xiàn)等問題，我院在2004年獲批的河北省“電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心”基礎(chǔ)上，依托電子信息工程學(xué)院和臨床醫(yī)學(xué)院，以3個(gè)一級(jí)學(xué)科碩士點(diǎn)、3個(gè)專業(yè)學(xué)位碩士點(diǎn)以及教育部引智創(chuàng)新基地、醫(yī)工交叉省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室為支撐，以本科教學(xué)為著眼點(diǎn)，整合現(xiàn)有本科虛擬仿真教學(xué)資源，并通過(guò)發(fā)掘科研項(xiàng)目和科研成果為實(shí)驗(yàn)教學(xué)服務(wù)，利用現(xiàn)代信息技術(shù)，建設(shè)了醫(yī)工交叉、現(xiàn)代通信網(wǎng)、集成電路設(shè)計(jì)、自動(dòng)化、專業(yè)基礎(chǔ)5個(gè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，2013年首批獲得河北省“電氣信息虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心”。中心虛擬仿真實(shí)驗(yàn)資源架構(gòu)如圖1所示。

經(jīng)過(guò)持續(xù)建設(shè)，中心初步構(gòu)建起包括實(shí)驗(yàn)、實(shí)訓(xùn)、實(shí)習(xí)以及畢業(yè)設(shè)計(jì)與創(chuàng)新實(shí)踐活動(dòng)相結(jié)合的多層次、模塊化、全過(guò)程的虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，提升了實(shí)驗(yàn)手段，豐富了實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，提高了學(xué)生的專業(yè)理論水平，增強(qiáng)了學(xué)生的科技創(chuàng)新能力。

2.提升階段——挖掘特色。河北大學(xué)位于“中國(guó)電谷”——河北省保定市，近幾年隨著光伏技術(shù)和電力電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，保定市形成了以光伏發(fā)電為特色的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)集群優(yōu)勢(shì)，聚集了一批在國(guó)內(nèi)外有重要影響的企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)。河北大學(xué)充分利用京津冀地區(qū)光伏產(chǎn)業(yè)龍頭聚集優(yōu)勢(shì)，與英利集團(tuán)、天威集團(tuán)和巨力集團(tuán)等光伏骨干企業(yè)單位建立了長(zhǎng)期人才培養(yǎng)及科研開發(fā)合作關(guān)系。針對(duì)本科實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，光伏技術(shù)相關(guān)實(shí)驗(yàn)存在高耗能、高污染、微觀機(jī)理過(guò)程無(wú)法展示、與企業(yè)結(jié)合的大型綜合工程實(shí)訓(xùn)難以開展等難題，學(xué)校依托英利集團(tuán)“國(guó)家能源光伏技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室”、“光伏材料與技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室”，利用“中西部綜合實(shí)力提升計(jì)劃”等經(jīng)費(fèi)，對(duì)中心建設(shè)給予持續(xù)支持，將校內(nèi)教學(xué)資源與光伏技術(shù)人才需求緊密結(jié)合起來(lái)，成立了“光伏技術(shù)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心”。實(shí)驗(yàn)中心按照教學(xué)大綱的要求，以學(xué)生為主體，圍繞光伏技術(shù)教學(xué)內(nèi)容與目標(biāo)，結(jié)合企業(yè)生產(chǎn)與虛擬仿真技術(shù)，制定翔實(shí)的設(shè)計(jì)需求，通過(guò)自主開發(fā)和合作開發(fā)等方式，建設(shè)了光伏材料、太陽(yáng)電池制備、光伏發(fā)電和專業(yè)基礎(chǔ)四個(gè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)資源平臺(tái)，覆蓋了從材料到發(fā)電的所有光伏相關(guān)知識(shí)，形成了鮮明的特色。硅基薄膜太陽(yáng)電池制備虛擬仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)如圖2所示。

光伏技術(shù)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)克服了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)高污染、高能耗、高危險(xiǎn)、大型實(shí)驗(yàn)難以開展等缺點(diǎn)，提供了安全、可靠和經(jīng)濟(jì)的虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境，解決了設(shè)備昂貴和臺(tái)套數(shù)受限等問題。學(xué)生通過(guò)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)與大型儀器設(shè)備虛實(shí)互補(bǔ)的實(shí)驗(yàn)方式，進(jìn)一步深化了理論知識(shí)的理解，提升了實(shí)踐能力。

二、規(guī)范高效的實(shí)驗(yàn)室開放對(duì)實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容和質(zhì)量的提升

目前高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)中普遍存在課內(nèi)實(shí)驗(yàn)課時(shí)數(shù)偏少、創(chuàng)新性和綜合性實(shí)驗(yàn)比例偏小的問題。針對(duì)此問題，學(xué)校及學(xué)院逐年加大對(duì)實(shí)驗(yàn)室開放的支持力度，開展多種級(jí)別的開放和創(chuàng)新項(xiàng)目，逐漸形成“項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)”的實(shí)驗(yàn)室開放模式，成為實(shí)踐訓(xùn)練的有效補(bǔ)充。特別是專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)支持的“河北大學(xué)實(shí)驗(yàn)室開放項(xiàng)目”，需要經(jīng)過(guò)選題、申報(bào)、評(píng)審、中期檢查、結(jié)題及驗(yàn)收，對(duì)研究?jī)?nèi)容和流程管理都經(jīng)過(guò)嚴(yán)格把關(guān)，這就保證了開放內(nèi)容的豐富、優(yōu)質(zhì)和實(shí)驗(yàn)室開放運(yùn)行的高效、穩(wěn)定。下面以嵌入式實(shí)驗(yàn)室開放項(xiàng)目“智能消防物聯(lián)網(wǎng)模擬系統(tǒng)”為例，說(shuō)明實(shí)驗(yàn)室開放在提升實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容和質(zhì)量上的作用及效果。

1.開放項(xiàng)目研究?jī)?nèi)容。本項(xiàng)目主要研究智能消防物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的組成及具體功能的實(shí)現(xiàn)。以基于Cortex A8架構(gòu)的AM335X處理器為核心，在嵌入式Linux操作系統(tǒng)下編寫相應(yīng)程序，開發(fā)一套嵌入式智能消防物聯(lián)網(wǎng)模擬系統(tǒng)。重點(diǎn)實(shí)現(xiàn)基于RS485、ZigBee和CAN通信方式的多點(diǎn)信號(hào)量的采集、傳輸、顯示以及控制信號(hào)的輸出。項(xiàng)目綜合性強(qiáng)，涉及到嵌入式開發(fā)多個(gè)重要知識(shí)點(diǎn)。系統(tǒng)采用四塊335xS開發(fā)板，其中一塊設(shè)置為主機(jī)（中央控制子系統(tǒng)），三塊設(shè)置為節(jié)點(diǎn)從機(jī)（兩個(gè)采集系統(tǒng)、一個(gè)控制系統(tǒng)）。軟件部分基于Linux操作系統(tǒng)，用C語(yǔ)言編寫驅(qū)動(dòng)程序和通信等應(yīng)用程序，用C++編寫QT人機(jī)界面程序。系統(tǒng)構(gòu)成及運(yùn)行結(jié)果如圖3所示。

2.開放項(xiàng)目實(shí)施方式及效果。學(xué)生在項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中占主體地位，研究?jī)?nèi)容的分配、實(shí)驗(yàn)室的管理、開放日志等資料的記錄和整理學(xué)生全程參與，校內(nèi)教師及校外科技公司技術(shù)人員定期進(jìn)行指導(dǎo)。以實(shí)驗(yàn)室開放項(xiàng)目為平臺(tái)，課題組的同學(xué)通過(guò)協(xié)同合作、認(rèn)真鉆研，掌握了嵌入式工程項(xiàng)目的開發(fā)流程，提升了專業(yè)知識(shí)，培養(yǎng)了科研意識(shí)和團(tuán)隊(duì)精神，獲得了更為工程化的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，為今后順利步入工作崗位從事科學(xué)研究工作奠定了基礎(chǔ)。科學(xué)、穩(wěn)定、高效的實(shí)驗(yàn)室開放工作能夠豐富實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容、提高教師的實(shí)踐教學(xué)經(jīng)驗(yàn)、增強(qiáng)學(xué)生的開拓創(chuàng)新能力，這是推動(dòng)實(shí)驗(yàn)中心持續(xù)發(fā)展的重要工作內(nèi)容。

高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心的可持續(xù)發(fā)展對(duì)深化本科教學(xué)、提升教學(xué)質(zhì)量、推動(dòng)創(chuàng)新人才培養(yǎng)具有重要作用。本文通過(guò)實(shí)際工作案例，探討了虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)和項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)室開放模式在實(shí)驗(yàn)中心可持續(xù)發(fā)展中的作用及實(shí)施過(guò)程。實(shí)踐結(jié)果表明，規(guī)范、穩(wěn)定的實(shí)驗(yàn)室開放是發(fā)掘和培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的重要途徑，先進(jìn)信息技術(shù)的引入是實(shí)踐教學(xué)持續(xù)發(fā)展的重要推動(dòng)力量。

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