開放式實驗教學模式的探索與實踐

劉 洋

廣東工業大學自動化學院 廣東廣州 510006

開放式實驗教學模式的探索與實踐

劉 洋

廣東工業大學自動化學院 廣東廣州 510006

以廣東工業大學自動化學院實驗中心積極探索開放式實驗教學與加強實驗室信息化管理為例，指出傳統實驗教學模式的弊端，突出開放式實驗教學開放化、信息化、層次化、多樣化的特點，最后介紹了開放式實驗教學管理系統的設計及主要功能。

開放式實驗教學；開放式實驗室；實驗教學管理系統；信息化管理

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

1.1 實驗類型單一，不利于對學生綜合能力的培養

傳統實驗教學通常分教師演示實驗和學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，而設計性、綜合性實驗項目較少。教師演示實驗學生只看不做，學生動手能力和實驗技能的培養無法實現。學生分組實驗大多都是驗證性實驗，學生只需根據實驗指導書，重復操作步驟，就能順利地完成實驗。這樣導致學生缺乏對實驗的理性思考，不能真正培養和提高學生的自主學習能力和創新能力。

1.2 實驗教學管理不善，實驗教學效果欠佳

學生分組實驗是固定班級的學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模擴招，很多班級人數都超過50人，在進行專業課實驗時，每組有5人或更多，部分學生只是看別的同學做實驗，很少有動手操作的機會。同時，通常僅有1名指導教師，導致實驗紀律不好、學生誤操作較多、對儀表損害大、實驗結果不準確、耗時長、效率低，整體實驗效果欠佳。特別是強電類相關實驗項目，還存在用電安全隱患。

1.3 實驗教學質量評價與監督制度不完善，對實驗教學重視程度不夠

傳統的實驗教學模式中，對教師實驗教學缺乏評價和監督，對學生的考查也僅僅限于重復操作某個實驗項目或者免于考核，導致教師和學生都不太重視實驗課。因此，急需建立一套合理的實驗教學質量評估制度，促使教師認真準備實驗、認真指導實驗、不斷開發新實驗項目，并要求學生在實驗前預習與設計、實驗中操作與思考、實驗后總結與反饋，這樣才能進一步優化實驗教學，真正使其發揮作用。

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備擺放整齊、實物賬目清晰統一、實驗開展正常有序、實驗記錄詳細明了。傳統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真負責的工作態度、一絲不茍的精神和多年實驗室管理經驗，通常采用手工數據表格登記管理，例如填寫《實驗室儀器設備使用登記本》《實驗教學日志》《實驗設備維修保養記錄》等，一旦記錄本或數據丟失，將嚴重影響實驗室管理和實驗教學的開展。

2 開放式實驗教學模式

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

2.1 實驗開放化

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

2.2 管理信息化

開放式實驗教學利用現代計算機網絡和信息技術，實現學生網上選課、預約實驗、系統自動派位、學生刷卡上機、實驗設備電源智能管理、實驗室門禁管理、實驗過程實時監控、發布通知、在線學習、在線討論、在線答疑、學生在線提交和教師在線批改電子實驗報告等多種功能。同時通過網絡技術，采用多種教學手段，學生可以在開放的網絡教學平臺上自學相關實驗預備知識；可以在實驗室利用軟件工具進行實驗方案設計，通過CAD，EWB，Matlab等仿真軟件優化設計；可以在綜合性實驗系統上進行實物搭建，完成實驗報告；實驗過程中，學生可以通過查詢網絡教學資源尋找解決問題的辦法；也可參與在線求助、網絡討論、教師在線答疑，實現資源與信息共享[4]。

2.3 教學層次化

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專業基礎型實驗、綜合性設計型實驗、學術研究型實驗。開放式實驗教學內容一般可分為演示性、驗證性、綜合性、設計性幾個層次，而開放式實驗項目又可分必做、選做和自擬3種。這能綜合考慮學生的認知規律和實際水平，由淺入深，由驗證型到綜合型、設計型、研究型。形成適應專業特點的實驗教學體系，培養學生的創新思維、實驗技能以及綜合分析、發現和解決問題的能力，全面提高學生工程素質。

2.4 形式多樣化

為了充分發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形式[5]。

(1)課程實驗開放：實驗中心根據教學計劃在每學期初向全院學生公布課程實驗項目，由學生向實驗室提出申請和預約，經實驗中心審核同意后方可進行實驗。

(2)綜合實驗開放：實驗中心設置一些與課程相關的實驗項目，如部分先導問題和后續延伸問題，學有余力的學生可進一步深入學習，自主進入實驗室操作，并安排教師指導。

(3)自選課題實驗開放：實驗設置一些綜合型、設計型自選課題實驗，鼓勵學生進行創新設計。由學生自己提出實驗題目、要求、方案和步驟，經指導教師審查同意后進入實驗室操作。學生在實驗中必須獨立完成課題的方案設計、試驗裝置安裝與調試，完成實驗并撰寫實驗報告。

(4)科技活動實驗開放：對參與各類基礎科學知識競賽及其他課外科技活動、興趣小組的學生開放實驗，如第二課堂、電工電子學生聯合會、全國電子設計大學、創業大賽、建模仿真大賽、汽車設計大賽等。學生根據科技活動的要求，自行擬定課題，結合實驗室的現有條件，聯系相應實驗室和指導教師開展實驗活動。

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

(6)學位論文實驗開放。主要針對畢業生論文相關的實驗開放，根據學位論文的課題，經過學生申請，由論文指導教師和實驗中心主任批準，進行與論文課題相關的實驗研究。

3 開放式實驗教學管理系統

我校教師與某公司合作開發了基于Web的開放式實驗教學管理系統。它運用Tomcat，MyEclipse和MySQL等工具，采用Java語言編程，選用Browse/Server結構，并根據我校實驗室的特點與實際需求來設計，實現開放式實驗教學管理的網絡化服務[6]。從系統用戶的身份來看，本系統主要包括3個功能模塊。

(1)管理員功能模塊：系統管理員具有本系統的最高權限，授權給實驗中心主任和指定管理員。實驗中心主任通過網絡瀏覽相關文件，審批實驗相關的申請、報告，實現網絡化辦公。指定管理員負責本系統的管理與維護，包括設置學期、建立教學體系、教學層次、教學模塊、課程模塊、教學班級、配置實驗室等；對教師和學生用戶信息管理，對教學計劃管理，設置課程開放計劃、課程排課計劃，教師值班安排、實驗預約名單管理、發布實驗通知等工作。

(2)教師功能模塊：教師具有本系統的中級權限，授權給實驗相關教師，主要負責與課程、科研相關的實驗管理與學習指導。包括設置實驗項目、撰寫實驗手冊、查看選課學生名單、實驗課表、值班課表、查詢實驗項目、實驗進度、登記與更新學生實驗記錄、實驗違規記錄、批改電子實驗報告、錄入與修改課程成績、開設網絡專題討論、上傳實驗教學課件、視頻等學習資料以及進行教師在線答疑等。

(3)學生功能模塊：學生具有本系統最低權限，授權給本院所有學生。學生可以網上預約實驗、刷卡上機實驗，可查看實驗課表和實驗成績，查詢實驗項目與進度、瀏覽實驗通知、在線撰寫并提交電子實驗報告，也可以下載學習資料、參與專題討論和在線答疑等。

4 結束語

目前我校共有20個實驗室，經過近兩年的實踐，開放式實驗教學管理模式運行正常，效果良好。其中，以創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年全國大學生電子設計競賽中，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，開放式實驗教學模式實現了我院實驗教學及實驗室管理工作的科學化、數字化、信息化、網絡化、規范化和高效化。同時，開放式實驗也還存在實驗經費、實驗設備、人員協調、設備維護、實驗指導教師保障等方面的問題。因此，開放式實驗教學模式和開放式實驗室的建設與管理工作任重道遠，需要不斷地進行探索、研究、創新與實踐。

[1] 李建楠,劉玉峰.高校實驗教學管理系統的研究與構建[J].中國現代教育裝備,2011,1:100-102.

[2] 陳昭炎,李惠玲.開放實驗教學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的研究與探索[J].中國現代教育裝備,2005,5:50-52.

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

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

[6] 孫小權,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] 關惠銘,劉海昌.對開放性實驗室和開放性實驗教學模式的思考[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、科學研究和社會服務的主要場所，也是培養學生動手能力、創新能力的重要基地。《國家中長期教育改革和發展規劃綱要(2010-2020年)》明確指出：要加強實驗室基本建設，著力培養高素質專門人才和拔尖創新人才，要充分利用優質資源和先進技術、創新運行機制和管理模式，整合現有資源，構建先進、高效、實用的數字化教育基礎設施[1]。因此，借助飛速發展的信息與網絡技術，探索和實踐開放式實驗教學模式，加強實驗室信息化管理，是實驗教學改革的方向和必然要求，是高校發展的重要課題之一。

1 傳統實驗教學模式

2011-11-04

劉洋，碩士，助理實驗師。