宋 偉

(中央民族大學 信息工程學院， 北京 100081)

民族院校為各少數(shù)民族地區(qū)培養(yǎng)所需基礎性人才和管理人才[1-4]。然而由于各地區(qū)教育水平和教育質(zhì)量的不同，民族院校大學生在入校前的知識結(jié)構(gòu)和知識水平有所差異，導致在接受新課程時所花費的時間和投入的精力也不同。在承認學生的個體差異的基礎上，教師應注重因材施教，充分調(diào)動學生學習的積極性和主動性。然而，由于師資少，基于培養(yǎng)計劃的課堂理論課教學采取層次化教育比較困難。

對于工科專業(yè)的學生來說，動手能力、實踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)是重中之重，而這些能力的培養(yǎng)可以通過實驗室的開放進行有效的補充和完善。學生可以根據(jù)自己的情況合理制訂學習計劃，在查漏補缺的基礎上，鍛煉自己各方面能力。為了滿足不同類型學生群體的不同學習需求，保證民族院校大學生共同發(fā)展，應當開放實驗室。各類實驗室的開放[5-6]必將對學生掌握基礎知識和培養(yǎng)創(chuàng)新意識起到舉足輕重的作用。本文結(jié)合中央民族大學信息工程學院信息類實驗室的建設，探討實驗室開放模式及相關(guān)問題。

1 中央民族大學信息類實驗室現(xiàn)狀

中央民族大學是全國唯一一所由國家民族事務委員會直屬并進入“211工程”和“985工程”建設的綜合性重點大學，是以少數(shù)民族學生為主體、以為少數(shù)民族和民族地區(qū)服務為宗旨的高等院校，在我國高等教育體系和民族團結(jié)進步事業(yè)中具有十分重要的地位。

學校信息工程學院成立于2007年，由電子信息工程系、通信工程系、自動化系、計算機科學與技術(shù)系、實驗教學中心、計算機公共教學部組成。這里聚集了全國56個民族的學生，少數(shù)民族學生約占66%，多數(shù)學生來自邊遠地區(qū)及西部地區(qū)[3]。在存在文化差異和語言障礙的情況下如何提高教學質(zhì)量，是學院領(lǐng)導和教師面臨的重要問題。

信息工程學院實驗示范中心[4]擁有電子信息基礎、現(xiàn)代電子信息技術(shù)、綜合創(chuàng)新研究等10多個實驗室，面積約1 203 m2，為全校理工科各專業(yè)提供了一個良好的電子工程實驗教學環(huán)境，成為這些專業(yè)的學生深入理解和掌握電子信息技術(shù)基礎知識、培養(yǎng)綜合運用知識的能力、鑄就實踐設計和創(chuàng)新能力的基地。

2 實驗室開放內(nèi)容與開放形式的探討

高校實驗室服務于學校的教學和科研，其顯著特點是數(shù)量多、類型多，功能各異[5]。本文分別對本校教學實驗室和科研實驗室的開放情況進行探討。

2.1 教學實驗室的開放

本校信息工程學院的信息類教學實驗室包括電路分析實驗室、模擬電子技術(shù)實驗室、信號與系統(tǒng)實驗室等，是以實踐教學為主，完成課程配套的實驗或獨立開設實驗的場所。教學實驗室在完成實驗教學基本內(nèi)容的基礎上進行了拓展。

(1) 理論知識的驗證性實驗。在實驗教學中，適當?shù)尿炞C性實驗是必要的。驗證性實驗將學生動手能力的培養(yǎng)承載于實驗內(nèi)容之上，注重實驗過程中困難問題的解決和分析，從以實驗結(jié)果為目的變?yōu)橐詫嶒炦^程為核心，更加注重實驗操作和問題的解決，用所學的理論知識去指導實驗的完成，用實驗去驗證理論知識的正確性，從而加深學生對知識的理解。實驗室在實驗課以外的時間對學生開放，讓基礎知識薄弱、課堂學習吃力的學生通過課下努力，補全欠缺知識。

(2) 綜合性實驗。驗證性實驗是由小模塊構(gòu)成，知識相對零散，綜合性實驗則將各個知識點組成一個系統(tǒng)，需要考慮很多實際問題及理論知識的細節(jié)。如在做語音放大電路實驗時，學生能夠?qū)喂芊糯箅娐返睦碚撝R有較好的了解，可以解決靜態(tài)工作點設置、輸入輸出電阻求解、單級失真判斷等問題，但對于多級放大電路中每級放大電路波形都正常，級聯(lián)之后波形嚴重失真的問題卻不知所措。這表明學生在學習直接耦合和阻容耦合組態(tài)對靜態(tài)工作點影響原理不同這一知識點上沒有深刻理解。通過綜合性實驗的操作，加深學生對耦合電容存在極性、接地等概念的掌握。

(3) 創(chuàng)新性實驗。驗證性實驗是單獨的實驗模塊，每一部分相對獨立；綜合性實驗是將這些獨立模塊進行連接，實現(xiàn)了更強大的功能，但很少考慮成本、可行性等實際情況；而應用型人才必須擅于考慮實際情況和工程需要，從而進行工程技術(shù)的開發(fā)和相關(guān)知識的應用。因此，創(chuàng)新性實驗要在教師的指導下，通過自己調(diào)研，自己立題目，進行實驗仿真驗證，然后去市場購買元器件，完成畫板焊接等工作。例如我校的URTP項目以及往年的電子競賽題目、程序設計競賽題目等均可作為創(chuàng)新性開放題目，在開放的時間段內(nèi)，讓感興趣的學生進行自我鍛煉。例如在開放的題目中，我們針對少數(shù)民族地區(qū)外出人員較多，留守兒童和婦女弱勢群體普遍存在的現(xiàn)象，提出利用數(shù)字信號處理、單片機等學科知識，開發(fā)語音變聲系統(tǒng)以保護留守人員安全的問題。各類創(chuàng)新性實驗的進行，培養(yǎng)了工科學生必備的4項素質(zhì)和2項能力：即工藝素質(zhì)、市場素質(zhì)、工程素質(zhì)、團隊合作素質(zhì)和獨立思考能力、用理論解決實際問題的能力。

在教學類實驗室的開放過程中，對學生的優(yōu)秀作品、獲獎作品進行宣傳展覽，讓學生能夠切身感受實驗的魅力，激勵其他學生參與實驗，開拓創(chuàng)新。

2.2 科研實驗室的開放

科研類實驗室是以科學研究為主，如圖像處理實驗室、腦認知實驗室、模式識別與智能系統(tǒng)實驗室等?？萍既瞬诺呐囵B(yǎng)需要學生盡早接觸到最前沿的科研工作，提升自身的科研素養(yǎng)?？蒲蓄悓嶒炇业拈_放，促進了教師將科研和教學有效結(jié)合，也給學生提供了參與科研的條件和環(huán)境，讓學生所學知識為科研服務，真正體會學以致用的教學成果。如學生在參與模式識別與智能系統(tǒng)實驗室的科研項目時，結(jié)合所學知識和科研內(nèi)容，設計了基于雙目視覺的自動導航購物車實現(xiàn)方案，并利用軟硬件結(jié)合的方法制成實物樣車。學生在參與項目的過程中，自學了有關(guān)圖像處理、視頻處理、硬件設計等各個學科的知識，大大增強了實踐動手能力，開闊了學術(shù)視野。參與圖像處理實驗室科研項目的學生，嘗試利用機器視覺實現(xiàn)基于人臉識別的實驗室考勤系統(tǒng)。通過在實驗室架設攝像頭，采集在實驗室實驗學生的相關(guān)信息，用機器識別代替課堂點名，為教師授課贏得了更多的時間。

對于民族院校信息專業(yè)的學生，我們更多地建議和鼓勵他們將自己的所學知識與家鄉(xiāng)少數(shù)民族地區(qū)的實際情況相結(jié)合，多多參與具有民族特色的科研活動。如針對少數(shù)民族地區(qū)環(huán)境監(jiān)測和保護的無線傳感器網(wǎng)絡實驗室，將民族地區(qū)的生態(tài)環(huán)境作為監(jiān)測對象。學生在參與過程中，可以將其所學知識應用到服務家鄉(xiāng)建設的領(lǐng)域，同時讓學生了解自己家鄉(xiāng)的環(huán)境現(xiàn)狀和利用信息處理技術(shù)進行有效保護的緊迫性。

另外，少數(shù)民族除了生態(tài)環(huán)境亟需保護外，人文環(huán)境也有待重視。我校將關(guān)于少數(shù)民族文化保護的課題研究適當開放，讓學生通過信息技術(shù)對自己民族的文化、服飾、建筑、舞蹈等建模，進行數(shù)字化保存，同時參與到該領(lǐng)域一些重點、難點問題的解決討論中。學生在研究過程中加深了對自己民族的文化理解，發(fā)現(xiàn)了自己民族文化的豐富多彩，從而可以更加有意識地針對民族文化特點，利用信息科技手段進行針對性的保護。

實驗室鼓勵參與科研項目的學生將自己的研究成果整理成論文進行發(fā)表，并給予一定獎勵，實驗室還將這些論文張貼宣傳，激勵更多的學生參與到教師的科研課題中，提高其創(chuàng)新的熱情和積極性?？蒲蓄悓嶒炇业拈_放，進一步推動了研究性教學的發(fā)展，突出了學生的能力和個性培養(yǎng)，培養(yǎng)了他們的創(chuàng)新意識，讓他們更好地適應時代的發(fā)展。科研實驗室的開放對提高人才培養(yǎng)質(zhì)量具有重要意義。

3 遇到的問題和解決辦法探討

實驗室的開放，為培養(yǎng)學生的實踐動手能力和創(chuàng)新能力提供了空間。但實驗室開放也會帶來很多新問題，如實驗室設備損壞率增加等問題[2-3]，我們對具體問題進行了總結(jié)，并提出了一些解決的辦法。

3.1 實驗室開放帶來的問題

(1) 開放時間不固定，實驗室利用率低。我校信息類實驗分為理論課配套實驗(如利用Matlab進行數(shù)字圖像處理驗證性實驗)和單獨開設的實驗(如電子線路實驗)。由于課程設置的緣故，每學期所開設的實驗課程的內(nèi)容和數(shù)量不同，給統(tǒng)一開放時間帶來了困難。此外，配套實驗在理論課開始幾周后才進行，這使得每學期開始時，實驗室利用率較低。

(2) 設備損壞率提高，實驗室安全隱患突出。實驗室的開放使學生自主性實驗增多，但由于不規(guī)范操作或者錯誤使用實驗儀器，使得實驗設備損壞率提高，有些設備甚至損壞嚴重。另外，由于實驗教師和管理人員不足，不可能一直在實驗室察看學生實驗狀況，因?qū)嶒灥恼`操作給實驗室的安全帶來很多隱患。

(3) 教師工作量加重，實驗人員緊缺。實驗課時的增加、開放時間的延長、實驗設備損壞率的升高，提高了實驗教師的工作強度，需要有更多的教師參與實驗室開放。但實驗教師數(shù)量有限，如何有效激勵教師參與到實驗教學和實驗準備的工作中，也是實驗室開放過程中面臨的問題。

3.2 相關(guān)問題解決方法探討

(1) 優(yōu)化教學培養(yǎng)計劃，科學規(guī)劃課程科目。這樣可以使得每個學期的實驗課需求時間相當，可以更合理地安排實驗室，使資源利用達到最大化。同時，將學院的所有實驗室進行整合，統(tǒng)一交由學院實驗示范中心進行管理。在每學期開始前，教師提交本學期實驗室使用申請，包括上課時間、所需設備等基本信息。實驗室教師根據(jù)申請對實驗課時間和地點進行優(yōu)化，并根據(jù)課程特性和學生上課情況進行合理安排。實驗室的空余時間在校園網(wǎng)上公布，方便學生自主選擇開放時間到實驗室從事課題研究。部分實驗室全天候開放，滿足了那些需要連續(xù)且不間斷操作的實驗需求。實驗室還打破了實驗課必須在一個學期完成的傳統(tǒng)教學習慣，探索一門實驗課分2個學期設置的新教學模式，這樣既可以使上個學期學到的知識在下一學期得到有效的回顧和復習，同時解決了在學期開始階段實驗室空置率較高的問題，提高了實驗室利用率。

(2) 每學期均開設實驗儀器操作課程或者定期舉辦實驗設備規(guī)范使用講座，實驗課程考核中提高了實驗設備使用的考查分數(shù)比例，加深學生對實驗室設備正確、規(guī)范使用的認識。另外，完善實驗室規(guī)章管理制度,通過研究實驗室開放模式下新的實驗室管理目標、管理機制及有效管理辦法，促進和協(xié)調(diào)各部門實驗室管理人員有效合作，定期檢查實驗室情況。比如建立一套完整的實驗室綜合管理系統(tǒng)，包括實驗室日常衛(wèi)生管理、實驗室安全管理、實驗項目管理、儀器設備管理、實驗室教師管理等。

(3) 實驗課時準備工作量按照開放時間和參與實驗人數(shù)確定，適當提高實驗室教師的課程系數(shù)，保障教師合理收入，實現(xiàn)按勞分配、勞有所得，提高教師工作積極性。還可以讓學生參與管理，發(fā)放助學獎學金。對于實驗表現(xiàn)好、獲得優(yōu)異成績的學生給予安排固定位置作為獎勵，一方面可以讓這部分學生參與到實驗室的管理之中，同時也能幫助其他學生解決一些問題，并成為其他學生的榜樣。

4 結(jié)束語

大學生創(chuàng)新意識與科研能力的培養(yǎng)，是高校信息類專業(yè)教學的基本任務，各類實驗室的開放對豐富學生知識結(jié)構(gòu)，培養(yǎng)學生的動手能力、實踐能力和創(chuàng)新能力具有不可替代的作用，但實驗室開放涉及到課程安排、培養(yǎng)計劃、管理體制機制和學院的各個部門，是一個復雜的系統(tǒng)工程。筆者對實驗室開放模式進行探討，以期有更加高效的實驗室開放模式，更加有效的解決問題的辦法，使得我校信息類實驗室在培養(yǎng)應用型和創(chuàng)新型少數(shù)民族地區(qū)人才中發(fā)揮更大的作用。

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