劉 洋

廣東工業(yè)大學(xué)自動化學(xué)院 廣東廣州 510006

開放式實驗教學(xué)模式的探索與實踐

劉 洋

廣東工業(yè)大學(xué)自動化學(xué)院 廣東廣州 510006

以廣東工業(yè)大學(xué)自動化學(xué)院實驗中心積極探索開放式實驗教學(xué)與加強(qiáng)實驗室信息化管理為例，指出傳統(tǒng)實驗教學(xué)模式的弊端，突出開放式實驗教學(xué)開放化、信息化、層次化、多樣化的特點，最后介紹了開放式實驗教學(xué)管理系統(tǒng)的設(shè)計及主要功能。

開放式實驗教學(xué)；開放式實驗室；實驗教學(xué)管理系統(tǒng)；信息化管理

實驗教學(xué)的基本任務(wù)是幫助學(xué)生深刻理解所學(xué)的理論知識。從這點出發(fā)，傳統(tǒng)實驗教學(xué)以教師為主導(dǎo)，多采用集中式實驗教學(xué)模式。毋庸置疑，傳統(tǒng)實驗教學(xué)模式在高校實驗教學(xué)及學(xué)生動手能力培養(yǎng)等方面發(fā)揮了重要的作用[2]。同時，傳統(tǒng)實驗教學(xué)模式也存在諸多弊端，主要表現(xiàn)在以下幾個方面。

1.1 實驗類型單一，不利于對學(xué)生綜合能力的培養(yǎng)

傳統(tǒng)實驗教學(xué)通常分教師演示實驗和學(xué)生分組實驗兩種類型。由于實驗項目類型單一，驗證性、演示性實驗較多，而設(shè)計性、綜合性實驗項目較少。教師演示實驗學(xué)生只看不做，學(xué)生動手能力和實驗技能的培養(yǎng)無法實現(xiàn)。學(xué)生分組實驗大多都是驗證性實驗，學(xué)生只需根據(jù)實驗指導(dǎo)書，重復(fù)操作步驟，就能順利地完成實驗。這樣導(dǎo)致學(xué)生缺乏對實驗的理性思考，不能真正培養(yǎng)和提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新能力。

1.2 實驗教學(xué)管理不善，實驗教學(xué)效果欠佳

學(xué)生分組實驗是固定班級的學(xué)生在固定的時間段到固定的實驗室做固定的實驗項目。隨著近幾年高校大規(guī)模擴(kuò)招，很多班級人數(shù)都超過50人，在進(jìn)行專業(yè)課實驗時，每組有5人或更多，部分學(xué)生只是看別的同學(xué)做實驗，很少有動手操作的機(jī)會。同時，通常僅有1名指導(dǎo)教師，導(dǎo)致實驗紀(jì)律不好、學(xué)生誤操作較多、對儀表損害大、實驗結(jié)果不準(zhǔn)確、耗時長、效率低，整體實驗效果欠佳。特別是強(qiáng)電類相關(guān)實驗項目，還存在用電安全隱患。

1.3 實驗教學(xué)質(zhì)量評價與監(jiān)督制度不完善，對實驗教學(xué)重視程度不夠

傳統(tǒng)的實驗教學(xué)模式中，對教師實驗教學(xué)缺乏評價和監(jiān)督，對學(xué)生的考查也僅僅限于重復(fù)操作某個實驗項目或者免于考核，導(dǎo)致教師和學(xué)生都不太重視實驗課。因此，急需建立一套合理的實驗教學(xué)質(zhì)量評估制度，促使教師認(rèn)真準(zhǔn)備實驗、認(rèn)真指導(dǎo)實驗、不斷開發(fā)新實驗項目，并要求學(xué)生在實驗前預(yù)習(xí)與設(shè)計、實驗中操作與思考、實驗后總結(jié)與反饋，這樣才能進(jìn)一步優(yōu)化實驗教學(xué)，真正使其發(fā)揮作用。

1.4 實驗室管理難度較大，信息化管理程度低

實驗室管理要求做到儀表設(shè)備擺放整齊、實物賬目清晰統(tǒng)一、實驗開展正常有序、實驗記錄詳細(xì)明了。傳統(tǒng)實驗室管理模式信息化程度低，管理難度較大，良好的實驗室管理主要取決于實驗室管理員認(rèn)真負(fù)責(zé)的工作態(tài)度、一絲不茍的精神和多年實驗室管理經(jīng)驗，通常采用手工數(shù)據(jù)表格登記管理，例如填寫《實驗室儀器設(shè)備使用登記本》《實驗教學(xué)日志》《實驗設(shè)備維修保養(yǎng)記錄》等，一旦記錄本或數(shù)據(jù)丟失，將嚴(yán)重影響實驗室管理和實驗教學(xué)的開展。

2 開放式實驗教學(xué)模式

實際上，實驗教學(xué)不僅要幫助學(xué)生深刻理解所學(xué)的理論知識，同時也要培養(yǎng)學(xué)生的基本實驗操作技能和理論與實踐相結(jié)合的能力，更要培養(yǎng)學(xué)生靈活運用知識的能力、綜合能力和創(chuàng)新能力。隨著現(xiàn)代社會對創(chuàng)新性人才需求的不斷增長，傳統(tǒng)實驗教學(xué)模式已越來越不能適應(yīng)現(xiàn)代高等教育的要求。開放式實驗教學(xué)正是高校實驗教學(xué)改革的必然趨勢和發(fā)展方向[3]。在我校實驗教學(xué)過程中，體現(xiàn)出開放式實驗教學(xué)模式的幾個特點。

2.1 實驗開放化

開放式實驗教學(xué)就是開放實驗時間、實驗場地、實驗項目及實驗儀器，由學(xué)生自主進(jìn)行實驗。學(xué)生還可以根據(jù)自己的興趣和愛好進(jìn)行課程規(guī)定之外的課題實驗及科學(xué)研究。目前，我院實驗中心對全院學(xué)生全天候開放，安排實驗教師值班，對學(xué)生實驗進(jìn)行指導(dǎo)與管理。在條件成熟的情況下，擬對全校學(xué)生及社會開放。

2.2 管理信息化

開放式實驗教學(xué)利用現(xiàn)代計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和信息技術(shù)，實現(xiàn)學(xué)生網(wǎng)上選課、預(yù)約實驗、系統(tǒng)自動派位、學(xué)生刷卡上機(jī)、實驗設(shè)備電源智能管理、實驗室門禁管理、實驗過程實時監(jiān)控、發(fā)布通知、在線學(xué)習(xí)、在線討論、在線答疑、學(xué)生在線提交和教師在線批改電子實驗報告等多種功能。同時通過網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，采用多種教學(xué)手段，學(xué)生可以在開放的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺上自學(xué)相關(guān)實驗預(yù)備知識；可以在實驗室利用軟件工具進(jìn)行實驗方案設(shè)計，通過CAD，EWB，Matlab等仿真軟件優(yōu)化設(shè)計；可以在綜合性實驗系統(tǒng)上進(jìn)行實物搭建，完成實驗報告；實驗過程中，學(xué)生可以通過查詢網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源尋找解決問題的辦法；也可參與在線求助、網(wǎng)絡(luò)討論、教師在線答疑，實現(xiàn)資源與信息共享[4]。

2.3 教學(xué)層次化

將參與實驗的對象分為低年級本科生、高年級本科生和研究生三個層次，開放式實驗室也有針對性地開設(shè)專業(yè)基礎(chǔ)型實驗、綜合性設(shè)計型實驗、學(xué)術(shù)研究型實驗。開放式實驗教學(xué)內(nèi)容一般可分為演示性、驗證性、綜合性、設(shè)計性幾個層次，而開放式實驗項目又可分必做、選做和自擬3種。這能綜合考慮學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律和實際水平，由淺入深，由驗證型到綜合型、設(shè)計型、研究型。形成適應(yīng)專業(yè)特點的實驗教學(xué)體系，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維、實驗技能以及綜合分析、發(fā)現(xiàn)和解決問題的能力，全面提高學(xué)生工程素質(zhì)。

2.4 形式多樣化

為了充分發(fā)揮實驗室的資源效益，目前我院實驗中心采用以下多種開放教學(xué)形式[5]。

(1)課程實驗開放：實驗中心根據(jù)教學(xué)計劃在每學(xué)期初向全院學(xué)生公布課程實驗項目，由學(xué)生向?qū)嶒炇姨岢錾暾埡皖A(yù)約，經(jīng)實驗中心審核同意后方可進(jìn)行實驗。

(2)綜合實驗開放：實驗中心設(shè)置一些與課程相關(guān)的實驗項目，如部分先導(dǎo)問題和后續(xù)延伸問題，學(xué)有余力的學(xué)生可進(jìn)一步深入學(xué)習(xí)，自主進(jìn)入實驗室操作，并安排教師指導(dǎo)。

(3)自選課題實驗開放：實驗設(shè)置一些綜合型、設(shè)計型自選課題實驗，鼓勵學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計。由學(xué)生自己提出實驗題目、要求、方案和步驟，經(jīng)指導(dǎo)教師審查同意后進(jìn)入實驗室操作。學(xué)生在實驗中必須獨立完成課題的方案設(shè)計、試驗裝置安裝與調(diào)試，完成實驗并撰寫實驗報告。

(4)科技活動實驗開放：對參與各類基礎(chǔ)科學(xué)知識競賽及其他課外科技活動、興趣小組的學(xué)生開放實驗，如第二課堂、電工電子學(xué)生聯(lián)合會、全國電子設(shè)計大學(xué)、創(chuàng)業(yè)大賽、建模仿真大賽、汽車設(shè)計大賽等。學(xué)生根據(jù)科技活動的要求，自行擬定課題，結(jié)合實驗室的現(xiàn)有條件，聯(lián)系相應(yīng)實驗室和指導(dǎo)教師開展實驗活動。

(5)科研實驗開放：這種實驗主要面向高年級本科學(xué)生和研究生，由課題指導(dǎo)教師確定題目，實驗中心定期公布研究課題，有針對性地吸收部分優(yōu)秀學(xué)生早期進(jìn)入實驗室參與教師的科學(xué)研究活動。

(6)學(xué)位論文實驗開放。主要針對畢業(yè)生論文相關(guān)的實驗開放，根據(jù)學(xué)位論文的課題，經(jīng)過學(xué)生申請，由論文指導(dǎo)教師和實驗中心主任批準(zhǔn)，進(jìn)行與論文課題相關(guān)的實驗研究。

3 開放式實驗教學(xué)管理系統(tǒng)

我校教師與某公司合作開發(fā)了基于Web的開放式實驗教學(xué)管理系統(tǒng)。它運用Tomcat，MyEclipse和MySQL等工具，采用Java語言編程，選用Browse/Server結(jié)構(gòu)，并根據(jù)我校實驗室的特點與實際需求來設(shè)計，實現(xiàn)開放式實驗教學(xué)管理的網(wǎng)絡(luò)化服務(wù)[6]。從系統(tǒng)用戶的身份來看，本系統(tǒng)主要包括3個功能模塊。

(1)管理員功能模塊：系統(tǒng)管理員具有本系統(tǒng)的最高權(quán)限，授權(quán)給實驗中心主任和指定管理員。實驗中心主任通過網(wǎng)絡(luò)瀏覽相關(guān)文件，審批實驗相關(guān)的申請、報告，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化辦公。指定管理員負(fù)責(zé)本系統(tǒng)的管理與維護(hù)，包括設(shè)置學(xué)期、建立教學(xué)體系、教學(xué)層次、教學(xué)模塊、課程模塊、教學(xué)班級、配置實驗室等；對教師和學(xué)生用戶信息管理，對教學(xué)計劃管理，設(shè)置課程開放計劃、課程排課計劃，教師值班安排、實驗預(yù)約名單管理、發(fā)布實驗通知等工作。

(2)教師功能模塊：教師具有本系統(tǒng)的中級權(quán)限，授權(quán)給實驗相關(guān)教師，主要負(fù)責(zé)與課程、科研相關(guān)的實驗管理與學(xué)習(xí)指導(dǎo)。包括設(shè)置實驗項目、撰寫實驗手冊、查看選課學(xué)生名單、實驗課表、值班課表、查詢實驗項目、實驗進(jìn)度、登記與更新學(xué)生實驗記錄、實驗違規(guī)記錄、批改電子實驗報告、錄入與修改課程成績、開設(shè)網(wǎng)絡(luò)專題討論、上傳實驗教學(xué)課件、視頻等學(xué)習(xí)資料以及進(jìn)行教師在線答疑等。

(3)學(xué)生功能模塊：學(xué)生具有本系統(tǒng)最低權(quán)限，授權(quán)給本院所有學(xué)生。學(xué)生可以網(wǎng)上預(yù)約實驗、刷卡上機(jī)實驗，可查看實驗課表和實驗成績，查詢實驗項目與進(jìn)度、瀏覽實驗通知、在線撰寫并提交電子實驗報告，也可以下載學(xué)習(xí)資料、參與專題討論和在線答疑等。

4 結(jié)束語

目前我校共有20個實驗室，經(jīng)過近兩年的實踐，開放式實驗教學(xué)管理模式運行正常，效果良好。其中，以創(chuàng)新實驗室開放效果尤為顯著，多次獲得國家級、省級和校級大賽獎勵。在2011年全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽中，獲得全國二等獎2項、省一等獎2項、省二等獎3項、省三等獎2項；在2011中國機(jī)器人大賽暨RoboCup公開賽中，獲得仿真項目一等獎1項、二等獎2項。實踐證明，開放式實驗教學(xué)模式實現(xiàn)了我院實驗教學(xué)及實驗室管理工作的科學(xué)化、數(shù)字化、信息化、網(wǎng)絡(luò)化、規(guī)范化和高效化。同時，開放式實驗也還存在實驗經(jīng)費、實驗設(shè)備、人員協(xié)調(diào)、設(shè)備維護(hù)、實驗指導(dǎo)教師保障等方面的問題。因此，開放式實驗教學(xué)模式和開放式實驗室的建設(shè)與管理工作任重道遠(yuǎn)，需要不斷地進(jìn)行探索、研究、創(chuàng)新與實踐。

[1] 李建楠,劉玉峰.高校實驗教學(xué)管理系統(tǒng)的研究與構(gòu)建[J].中國現(xiàn)代教育裝備,2011,1:100-102.

[2] 陳昭炎,李惠玲.開放實驗教學(xué)與管理模式的研究與實踐[J].實驗室研究與探索,2005,11:107-109.

[3] 丁偉雄.實驗室開放管理及開放式實驗教學(xué)的研究與探索[J].中國現(xiàn)代教育裝備,2005,5:50-52.

[4] 陳琦.信息類實驗室開放實驗教學(xué)的實踐和探索[J].教育探索,2008,9:132-133.

[5] 鄭明輝.創(chuàng)新型開放實驗室的探索與實踐[J].實驗室科學(xué),2008,4:109-111.

[6] 孫小權(quán),鄒麗英.實驗室開放的探索與實踐[J].實驗室研究與探索,2005,4:73-75.

[7] 關(guān)惠銘,劉海昌.對開放性實驗室和開放性實驗教學(xué)模式的思考[J] 科技資訊,2007,8:93.

Research and practice on open experimental teaching mode

Liu Yang
Guangdong university of technology, Guangzhou, 510006, China

In this paper, the drawbacks of traditional experimental teaching mode were pointed; the advantages of open experimental teaching mode were highlighted; and the design and functions of the open experimental teaching management system was introduced. Practice showed that the open experimental teaching mode and open laboratory construction achieved good results. The level of experimental teaching was improved, and the scientif c and information of laboratory management was realized.

open experimental teaching; open laboratory; information management

高校實驗室是實驗教學(xué)、科學(xué)研究和社會服務(wù)的主要場所，也是培養(yǎng)學(xué)生動手能力、創(chuàng)新能力的重要基地。《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要(2010-2020年)》明確指出：要加強(qiáng)實驗室基本建設(shè)，著力培養(yǎng)高素質(zhì)專門人才和拔尖創(chuàng)新人才，要充分利用優(yōu)質(zhì)資源和先進(jìn)技術(shù)、創(chuàng)新運行機(jī)制和管理模式，整合現(xiàn)有資源，構(gòu)建先進(jìn)、高效、實用的數(shù)字化教育基礎(chǔ)設(shè)施[1]。因此，借助飛速發(fā)展的信息與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，探索和實踐開放式實驗教學(xué)模式，加強(qiáng)實驗室信息化管理，是實驗教學(xué)改革的方向和必然要求，是高校發(fā)展的重要課題之一。

1 傳統(tǒng)實驗教學(xué)模式

2011-11-04

劉洋，碩士，助理實驗師。