開放式、自學(xué)習(xí)實踐教學(xué)體系的研究與實踐

鞠全勇　高素美　鄭李明

摘要：本文針對當(dāng)前我國高等教育在實踐教學(xué)中存在的主要問題，研究了以應(yīng)用能力培養(yǎng)為主線的開放式、自學(xué)習(xí)實驗教學(xué)體系構(gòu)建；探索實驗教學(xué)平臺軟硬件系統(tǒng)的建設(shè)與實踐；給出靈活多樣、卓有成效的開放實驗室的運(yùn)營模式；總結(jié)了全開放、自學(xué)習(xí)實踐教學(xué)平臺建設(shè)與應(yīng)用的成效。

關(guān)鍵詞：實踐教學(xué)；開放式；實驗室；教學(xué)體系

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2014）48-0172-03

國內(nèi)高校傳統(tǒng)的實驗教學(xué)模式是學(xué)生在教師的指導(dǎo)下，按照教師制定的實驗方案按部就班地完成實驗，忽視了對學(xué)生個性化和創(chuàng)新性的培養(yǎng)。隨著國家對高等教育投入力度的不斷加大，高校實驗教學(xué)軟硬件條件逐漸完善，如何充分發(fā)揮現(xiàn)有資源優(yōu)勢，高效培養(yǎng)出社會急需的高級應(yīng)用型、創(chuàng)新型人才成為各高校亟待解決的問題。與此同時，社會對工程技術(shù)人才的需求亦從簡單的知識型向創(chuàng)新應(yīng)用型轉(zhuǎn)變。因此，我們在實踐教學(xué)體系的設(shè)計與實施過程中，必須將學(xué)生從傳統(tǒng)的封閉式、灌輸式的教學(xué)模式中解放出來。改革實踐教學(xué)體系，在課內(nèi)實驗與課外實踐、校內(nèi)實訓(xùn)與校外實習(xí)、課程設(shè)計與科技創(chuàng)新、生產(chǎn)實習(xí)與畢業(yè)設(shè)計等各實踐環(huán)節(jié)之間，建立既相互聯(lián)系、又與理論教育體系相對獨立的開放式實踐教育體系，為學(xué)生提供能夠充分發(fā)揮自主性、創(chuàng)造性的學(xué)習(xí)環(huán)境，提供思考空間更大的實驗內(nèi)容，提供更充裕、靈活的實驗時間。構(gòu)建一個創(chuàng)新型的開放實驗環(huán)境和實驗教學(xué)系統(tǒng)，這對于培養(yǎng)創(chuàng)新型人才有著至關(guān)重要的作用。

一、構(gòu)建開放式、自學(xué)習(xí)實驗教學(xué)體系，培養(yǎng)工程應(yīng)用能力

構(gòu)建創(chuàng)新型的全開放實驗環(huán)境和實驗教學(xué)系統(tǒng)是一項系統(tǒng)工程。實踐教學(xué)培養(yǎng)方案、實驗教學(xué)大綱、實驗教材、實驗儀器設(shè)備、實驗場所、實驗教學(xué)管理、實驗考核方法等構(gòu)成一套完整的實驗教學(xué)體系。因此，其內(nèi)容涵蓋開放式的實驗項目、實驗內(nèi)容、實驗設(shè)備、實驗考核方式、實驗時間以及開放實驗的運(yùn)行管理機(jī)制等，其核心是全開放實驗教學(xué)體系的構(gòu)建[1]。制定科學(xué)合理的實踐教學(xué)培養(yǎng)方案是構(gòu)建開放式、自學(xué)習(xí)實驗教學(xué)體系的核心。修訂和完善實驗教學(xué)大綱，改革實驗教學(xué)內(nèi)容，加強(qiáng)實驗教材建設(shè)，逐步建成以培養(yǎng)工程應(yīng)用能力主線，與理論教學(xué)一體化又相對獨立的多層次全開放實驗教學(xué)體系。學(xué)校注重對學(xué)生工程素質(zhì)培養(yǎng)，營造校內(nèi)大工程環(huán)境，把培養(yǎng)工程意識、工程實踐能力和工程創(chuàng)新能力作為主線，貫穿于整個實驗教學(xué)過程。在實踐教學(xué)培養(yǎng)方案中，學(xué)校增加專業(yè)課實驗課時比例，設(shè)置專業(yè)綜合實驗，提高設(shè)計性、綜合性、研究性實驗比例；建立課外創(chuàng)新實踐項目，抵算素質(zhì)學(xué)分機(jī)制。學(xué)校通過實驗室網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)，定期公布開放實驗室開放實踐項目，激發(fā)學(xué)生進(jìn)入開放實驗室的熱情。學(xué)生在開放實踐項目中必須獨立完成方案設(shè)計、儀器設(shè)備安裝與調(diào)試，完成項目并撰寫項目報告[2]。學(xué)校構(gòu)建“三自主、四開放”的實踐教學(xué)模式。“三自主”，即學(xué)生自主設(shè)計實踐項目、安排實踐時間和進(jìn)行實踐操作。“四開放”，即實踐時間、內(nèi)容、教學(xué)方法和教學(xué)手段全開放。實踐時間全開放：學(xué)生隨時可以進(jìn)入實驗室，根據(jù)個人情況選擇實驗時數(shù)。實踐內(nèi)容全開放：學(xué)生自主選擇實踐項目和儀器設(shè)備、制定實踐步驟、分析實踐數(shù)據(jù)。實踐教學(xué)方法全開放：教師引導(dǎo)學(xué)生擬定可行的實驗方案，根據(jù)個體差異區(qū)別輔導(dǎo)，對實驗?zāi)芰玫膶W(xué)生鼓勵創(chuàng)新，對基礎(chǔ)差的學(xué)生要求加強(qiáng)基礎(chǔ)訓(xùn)練。實踐教學(xué)手段全開放：運(yùn)用錄像、網(wǎng)絡(luò)等輔助實踐教學(xué)，學(xué)生按照自己的進(jìn)度，自主選擇學(xué)習(xí)內(nèi)容。學(xué)校以全開放實驗室為依托，通過學(xué)生“三自主”模式，培養(yǎng)學(xué)生在“四開放”環(huán)境下綜合運(yùn)用所學(xué)知識和技術(shù)解決實際問題的能力，培養(yǎng)創(chuàng)新能力和工程應(yīng)用能力。

二、開放式實驗教學(xué)平臺軟硬件系統(tǒng)的構(gòu)建與實踐

自2009年以來，筆者所在學(xué)院以“建筑智能化省級實驗教學(xué)示范中心”為基地，發(fā)揮自身在樓宇智能化領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)優(yōu)勢，研究和探索如何構(gòu)建全開放、自學(xué)習(xí)實驗教學(xué)體系，達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力和工程應(yīng)用能力的目標(biāo)。學(xué)校初步完成了全開放、自學(xué)習(xí)實驗教學(xué)平臺的構(gòu)建與實踐。

開放式實驗教學(xué)平臺硬件系統(tǒng)，主要由以下四部分組成：（1）由用于網(wǎng)絡(luò)化虛擬實驗課程軟件管理的服務(wù)器、用于數(shù)據(jù)備份與存儲的數(shù)據(jù)服務(wù)器和用于教師與學(xué)生進(jìn)行互動教學(xué)的服務(wù)器組成的云管理中心：通過互聯(lián)網(wǎng)接收智慧實驗室各個子系統(tǒng)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進(jìn)行計算處理，通過互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)對各子系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行智慧管理。（2）覆蓋所有開放實驗室的視頻監(jiān)控閉路電視系統(tǒng)；（3）基于校園一卡通系統(tǒng)的開放式門禁管理系統(tǒng)及網(wǎng)絡(luò)化實驗預(yù)約申請服務(wù)系統(tǒng)；（4）基于物聯(lián)網(wǎng)的電源、燈光、設(shè)備儀器遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)。

開放式實驗教學(xué)平臺軟件系統(tǒng)，主要由以下幾方面組成：（1）實驗室智能管理系統(tǒng)；（2）設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)；（3）身份識別系統(tǒng)；（4）互動信息平臺管理系統(tǒng)；（5）常用儀器設(shè)備管理系統(tǒng)；（6）安防監(jiān)控、照明監(jiān)控與節(jié)能系統(tǒng)；（7）實踐教學(xué)網(wǎng)站等。

開放實驗室總體框架圖如圖1所示。

該平臺將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、現(xiàn)場總線技術(shù)、傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、光纖技術(shù)、虛擬現(xiàn)實技術(shù)、智能建筑系統(tǒng)集成技術(shù)、機(jī)器視覺技術(shù)等高新技術(shù)引到開放實驗教學(xué)系統(tǒng)平臺中，充分提升開放實驗教學(xué)平臺的科技水平，滿足創(chuàng)新性、綜合性、設(shè)計性實驗開設(shè)的需要。

三、積極構(gòu)建靈活多樣、卓有成效的開放實驗室管理運(yùn)行模式

通過借助信息化、網(wǎng)絡(luò)化的管理手段，開放實驗教學(xué)平臺建立了一套靈活多樣、卓有成效的全開放實驗室管理運(yùn)行模式。

1.多元化的實驗室開放形式。開放實驗室開放具有多種形式，主要分為4種：實驗室規(guī)定時間，教師有值守開放；實驗室規(guī)定時間，教師無值守開放；學(xué)生網(wǎng)上預(yù)約，教師指導(dǎo)開放；學(xué)生網(wǎng)上預(yù)約，自主實驗開放[3]。

2.多層次的實踐項目訓(xùn)練。實驗室開放根據(jù)涉及的開放實驗項目，主要分為課內(nèi)實驗拓展型項目、大學(xué)生創(chuàng)新科技項目、職業(yè)技能培訓(xùn)項目、學(xué)科競賽項目、教師科研項目等。學(xué)生通過參加不同類型的開放實驗項目，獲取不同層面的應(yīng)用能力。不同的開放實驗項目與多元化的實驗室開放形式相結(jié)合，構(gòu)成科學(xué)合理的實驗室開放實踐體系。endprint

3.多形式的實驗軟硬件開發(fā)。開放實驗室的軟硬件開發(fā)是開放實驗室良好運(yùn)行與持續(xù)發(fā)展的基本保障。我們采用校、企、行業(yè)協(xié)同發(fā)展的策略，不斷完善開放實驗室軟硬件條件，搭建校企共建實驗室、校企和行業(yè)共建專業(yè)技術(shù)培訓(xùn)平臺、校企共建工程技術(shù)研究中心和校企共建工程實踐教育中心等多平臺，充分發(fā)揮學(xué)校、企業(yè)和行業(yè)優(yōu)勢。實驗室開放環(huán)境開發(fā)包括：專業(yè)技能訓(xùn)練開放實驗項目開發(fā)，設(shè)計綜合實驗開放項目開發(fā)，實驗開放項目的設(shè)備開發(fā)等[4]。

4.多層次的管理支持和多渠道的經(jīng)費投入。全開放、自學(xué)習(xí)實驗教學(xué)平臺建設(shè)與運(yùn)行得到各級管理層面全方位的支持，保證了開放實驗室效果，使開放實驗室可以良好可持續(xù)發(fā)展。學(xué)校教務(wù)處、學(xué)院實驗教學(xué)中心、實驗室管理系統(tǒng)管理員、實驗指導(dǎo)教師、開放實驗項目學(xué)生組長組成多層次的開放實驗室管理系統(tǒng)。相應(yīng)的中央財政專項資金、省教育廳所立省級實驗教學(xué)示范中心經(jīng)費、校級科技創(chuàng)新活動經(jīng)費及學(xué)院、老師的科研項目等多渠道的經(jīng)費支持，確保了開放實驗教學(xué)平臺建設(shè)和發(fā)展。

學(xué)校覆蓋所有實驗室的閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)，通過記錄實驗過程，實現(xiàn)實驗教學(xué)活動的全過程管理與監(jiān)控，有效保證實驗教學(xué)的效果與質(zhì)量；具有了門禁服務(wù)及網(wǎng)絡(luò)化實驗預(yù)約系統(tǒng)，實現(xiàn)了實驗室的自動開放，提高了實驗室資源的使用效率；門禁系統(tǒng)的時間數(shù)據(jù)與閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)中的時間信息進(jìn)行關(guān)聯(lián)，實現(xiàn)了學(xué)生實驗行為的有效監(jiān)控與管理。

四、全開放、自學(xué)習(xí)實踐教學(xué)平臺應(yīng)用成效

在“三自主、四開放”的實踐教學(xué)模式下，學(xué)生可以根據(jù)個人興趣自由選擇參加相應(yīng)的開放實驗項目，能夠充分激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和創(chuàng)造力，同時提高實驗室資源利用率。

1.激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動性，豐富了課余生活。在開放實驗項目中，由學(xué)生自主選擇實踐項目，自主設(shè)計項目方案，自主制定項目步驟和分析項目數(shù)據(jù)，因此學(xué)生在進(jìn)行開放實驗項目前，必須進(jìn)行充分的準(zhǔn)備和調(diào)研，確保項目方案的可行性和可實施性。因此，學(xué)生的主動性、積極性、創(chuàng)造性在開放實驗項目中得到充分發(fā)揮。實驗過程中，學(xué)生在調(diào)試、編程、測量數(shù)據(jù)等步驟中認(rèn)真細(xì)致，對得到的數(shù)據(jù)反復(fù)測量。此外，參加開放實驗項目的同學(xué)，對涉及項目知識的課程也具有更大興趣，很多理論知識通過自學(xué)，加上采用實踐訓(xùn)練的方法，就很快掌握。如學(xué)生通過參加機(jī)器人競賽訓(xùn)練，很快自學(xué)掌握了計算機(jī)C語言編程，起到事半功倍的作用。開放實驗項目一般在晚上、周末或寒暑假等課外時間進(jìn)行，因為到實驗室進(jìn)行開放實驗項目，可以充實與豐富大學(xué)課余生活。

2.培養(yǎng)了學(xué)生分析問題、解決問題的能力，提高了學(xué)生自主創(chuàng)新和科研能力。在開放實驗項目中，項目方案和項目步驟都由學(xué)生自主設(shè)計，因此，學(xué)生在做開放實驗項目前要學(xué)習(xí)項目相關(guān)理論知識，掌握項目試驗方法和相關(guān)設(shè)備操作原理與操作規(guī)范。當(dāng)學(xué)生在項目進(jìn)行中遇到困難時，指導(dǎo)老師不再是直接給出答案，只是給出參考方向，加以引導(dǎo)，很多就沒有標(biāo)準(zhǔn)答案。因此，學(xué)生在開放實驗項目中必須積極思考，獨立解決項目實施過程中所遇到的困難，從而培養(yǎng)他們認(rèn)真思考、科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度。通過開放實驗項目的鍛煉，學(xué)生提高了分析問題和解決問題的能力。另一方面，導(dǎo)師帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)行科技研究活動，讓學(xué)生在開放的環(huán)境中參與教師的科研課題，使學(xué)生提早接觸到專業(yè)研究領(lǐng)域，了解學(xué)科發(fā)展動向，為學(xué)校科學(xué)研究注入了新的活力，提高了學(xué)生的自主創(chuàng)新和科研能力。

3.提高了實驗室資源的利用效。開放實驗項目全部安排在各個實驗室空閑時間段，增加了各個實驗室人機(jī)時數(shù)，充分利用了實驗室的資源和設(shè)備，使實驗室利用率大幅度提高。開放實驗項目是對全校師生開放的，因此，全校不同專業(yè)、不同學(xué)科的師生可以共同做開放實驗項目，有利于協(xié)作開發(fā)，有利于全校實驗資源共享。實驗室根據(jù)空閑的程度來確定開放實驗項目的數(shù)量和可接納的師生人數(shù)，從而大大提高了實驗資源的利用率，實驗室的功能得到增強(qiáng)與擴(kuò)展。

4.促進(jìn)教師教學(xué)質(zhì)量和科研水平的提高。開放實驗項目，多數(shù)是教學(xué)計劃之外的，有些實驗項目的難度和綜合性比課內(nèi)實驗項目更高，由于沒有統(tǒng)一的模式和要求，學(xué)生在開放實驗項目中會遇到更多、更深、更廣泛的問題，涉及到更多的新理論、新知識，這就使得實驗指導(dǎo)教師要主動學(xué)習(xí)，提升自己的專業(yè)水平，提高自己的實驗技術(shù)水平，因此，提高了教師的教學(xué)質(zhì)量。尤其是對“從學(xué)校到學(xué)校”的博士青年教師，他們通過指導(dǎo)開放實驗項目，提升實踐能力，積累實踐經(jīng)驗，并能逐漸將科研項目引入到實驗室，從而提高科研水平。

構(gòu)建一個創(chuàng)新型的開放實驗環(huán)境和實驗教學(xué)系統(tǒng)，建立以學(xué)生為主體、教師啟發(fā)與引導(dǎo)的一種實踐教學(xué)模式，是實驗教學(xué)改革發(fā)展中出現(xiàn)的一種行之有效的實驗教學(xué)運(yùn)行模式，是當(dāng)前高校實驗教學(xué)改革的必然趨勢，是培養(yǎng)應(yīng)用型人才的重要途徑。其實，涉及到教育與教學(xué)理念、實驗教學(xué)模式、實驗室管理、實驗師資隊伍、實驗課程體系、教學(xué)內(nèi)容方法等諸多方面的一系列變革，是一項復(fù)雜的系統(tǒng)工程。當(dāng)今，各高校通過加快開放式實驗教學(xué)體系的構(gòu)建，建設(shè)全開放、網(wǎng)絡(luò)化實驗教學(xué)平臺，對應(yīng)用型、創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)具有十分重要的意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳小虎，楊祥.新型應(yīng)用型本科院校發(fā)展的14個基本問題[J].中國大學(xué)教學(xué)，2013，（1）.

[2]余志華，王永濤，趙娟，等.建設(shè)開放實驗教學(xué)體系建設(shè)的探索與實踐[J].實驗技術(shù)與管理，2011，（11）.

[3]陳淑潔.實驗室開放模式的探索與實踐[J].中國現(xiàn)代教育裝備，2011，（21）.

[4]余明東，錢波.基于開放實驗教學(xué)的創(chuàng)新應(yīng)用型人才培養(yǎng)[J].實驗科學(xué)與技術(shù)，2011，（6）.

本文受：江蘇省教育廳2013年高等教育教學(xué)改革研究課題“全開放、自學(xué)習(xí)實踐教學(xué)體系建設(shè)研究與實踐”（2013JSJG158），和金陵科技學(xué)院第一批特色教改立項項目（2010TSJG-04-2）資助

作者簡介：鞠全勇，金陵科技學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院院長，教授，博士；高素美，金陵科技學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院講師，實驗中心主任；鄭李明，金陵科技學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院副院長，副教授，博士。endprint