專業實驗室開放模式的探索與實踐

李 強, 明 艷

(重慶郵電大學 通信與信息工程學院, 重慶 400065)

專業實驗室開放模式的探索與實踐

李 強, 明 艷

(重慶郵電大學 通信與信息工程學院, 重慶 400065)

為了培養學生的創新、創業意識,以行業認證培訓為基點,探討了專業實驗室的有效開放和實驗教學資源的共享。通過積累和整合虛擬實驗教學資源,建設了虛實結合的仿真實驗系統,完善了虛擬實驗信息化管理平臺。通過健全專業實驗室開放運行機制,實現了專業實驗室的遠程開放,并積極地探索了專業實驗開放運行的新模式。

專業實驗室； 開放模式； 行業認證； 虛擬實驗平臺

為了強化對學生創新創業實踐能力的培養,新頒布的《國務院辦公廳關于深化高等學校創新創業教育改革的實施意見》要求高校加強專業實驗室、虛擬仿真實驗室、創新創業實驗室和訓練中心的建設,并面向在校全體學生和社會開放實驗設施,實現教學資源共享。目前許多高校把建設高水平的實驗實訓中心作為人才培養創新實驗區,探索出了具有各自特色的實驗室開放運行模式。由于專業實驗室的教學內容面向專業課程,貼近科學研究[1],實驗平臺和實驗設備多為科研成果的轉化產物,因此專業實驗室是目前提高學生科研能力和創新能力的重要基地[2]。如何充分利用實驗室的教學資源,探索出專業實驗室高效的開放模式是目前高校的一個重點研究課題。

1 專業實驗室開放中存在的問題

高校實驗室在運行過程中,雖然在實驗室的開放力度、學生參與度、教學效果等方面存在差異,但也存在如下幾個共性的問題[3]:一是低年級學生參與開放性實驗的積極性普遍要高于高年級學生；二是基礎性實驗室的開放度要高于專業實驗室,科研實驗室開放質量要高于基礎和專業實驗室；三是專業實驗室投入建設的資金多,實驗場地和設備利用率比基礎實驗室低,實驗室開放效果相對較差,甚至不能有效開放。產生以上問題的主要原因如下:

(1) 低年級學生主要進入的是基礎性實驗室。由于基礎性實驗室覆蓋的專業面廣,做實驗的學生人數多,因此實驗室資源的利用率很高。低年級學生相對單純,學習熱情高,并且熱衷于參與各種社團和競賽活動,如軟件設計大賽、科技小制作、電子競賽等。可以說學生參與及各種競賽活動促進了基礎性實驗室的有效開放。

(2) 科研實驗室雖然接納的學生不多,但各科研團隊以做科研項目為名招募優秀學生。學生進實驗室的目標明確,積極性高,主動性強。學生通過參與科研項目進步很快,其輻射和宣傳效應,能吸引更多的學生積極申請加入科研實驗室。因此,科研項目驅動了科研實驗室的高質量開放和利用。

(3) 高校的專業實驗室帶有明顯的專業屬性和行業特色[4],面對的群體主要是進入專業課學習的大三和大四的學生。相對基礎性實驗室,專業實驗室的專業覆蓋面窄,學生人數少。而高年級的學生專業課程繁重,很多學生開始忙于考研和找工作,社團、競賽等活動已不足以吸引他們了。加之專業實驗室要么是大型的系統設備,要么是高精端的儀器儀表。這些設備和儀器價格昂貴,臺套數少,能支撐的學生數量明顯不如基礎性實驗室。再者,具有工程實踐能力的師資隊伍也不足,設備的專業性也導致吸引其他專業的學生學習難度更大。這些因素制約了專業實驗室的有效開放。

2 專業實驗室有效開放的措施和實踐

2.1 以行業認證推動專業實驗室的有效開放

專業實驗室有自己的特色,有高精尖的儀器儀表,與行業緊密相關的大型系統和設備。如果能充分利用專業實驗室的特色平臺進行技能培訓,并讓經過培訓后的學生參加認可度較高的行業或知名企業的認證,使學生切實體會到通過在專業實驗室學習所提升的工程實踐能力,能夠對就業形成有力支撐。如果學校還能對參加技能培訓和認證的學生給予學分上的認定,這樣就會吸引更多的學生主動到專業實驗室學習和實踐。因此,在高校推廣行業認證可以促進專業實驗室的有效開放。

華為網絡技術學院(簡稱華為網院)是華為公司面向全球推出的網絡技術教育機構,通過與高校在專業課程授課、技術培訓和認證等領域的合作,推動信息技術人才的培養。我校的通信與信息工程學院與華為網學院進行了合作,除了聘請該院教師為我校學生進行移動通信、數據通信以及相關認證課程的授課外,還鼓勵學生參加華為的HCNA、HCNP和HCIE網絡技術認證,并開放數據通信網絡、寬帶接入、移動通信等專業實驗室,滿足學生在理解通信系統和網絡的架構、通信設備的互聯互通,系統的操作和數據配置等方面實踐的需求。在參加認證培訓過程中,學生利用自己的空閑時間到開放的數據通信網絡實驗室,對實際的路由器、二層和三層交換機等數據通信設備進行配置和組網,靈活地實現通信網中以IP應用為基礎的數據業務,既加深了學生對數據網絡設備功能、協議及路由配置的理解,又鍛煉了學生的實際工程應用能力。

圖1是我校學生使用開放的通信專業實驗室以及參加暑期華為認證培訓的場景。我校聘請華為網院教師,免費為學生進行了2期HCNA和HCNP認證培訓,到目前為止已有15名學生通過了HCNA認證,21名學生通過了HCNP認證。在今年舉辦的第一屆華為網絡技術大賽中,我校有13名學生通過了預賽進入復賽,1名學生獲成渝賽區冠軍。在深圳舉行的決賽中,1名學生獲得了季軍。由于通過了認證的學生的言傳身教和輻射作用,提高了學生參與行業認證的積極性。2016年暑期HCNA和HCNP認證培訓班報名人數爆滿,在認證培訓期間,開放了相關的專業實驗室,由高年級的學生負責實驗室的管理。

圖1 專業實驗室開放和華為認證培訓場景

學生在培訓過程中,通過教師或外聘企業教師的引導,不僅可以學習合作企業的專業技術,還可以了解企業的文化和創業經歷,從而萌發出創新創業的想法[5-6]。如果高校能充分利用自己特色專業的影響力,還可以將技能培訓工作向全校、兄弟院校甚至社會推廣,吸引更多的人主動參與，甚至是付費到專業實驗室學習,從而進一步促進專業實驗教學平臺的資源開放和共享。

2.2 加大虛實仿真實驗平臺建設力度,實現專業實驗室遠程開放

專業性強的實驗平臺往往不能同時支持教學班級規模的多用戶操作,當學生人數較多時,實驗室開放能力不夠。如果專業實驗室與學校的科研團隊和企業進行合作,開展虛擬仿真實驗平臺的開發和建設。采取虛擬仿真技術手段,利用信息化技術,學生通過網絡登錄到虛擬實驗仿真系統，自主學習或分組協作學習[7],這樣就突破了傳統實驗室的有限空間,實現了專業實驗的遠程開放。

我校在2006年成功研制了Swlab-PS分組交換虛擬仿真實驗系統；2010年實現了Swlab-SS軟交換交換虛擬仿真實驗系統；2013年開發了移動通信虛擬仿真實驗系統；從2014年到現在,又先后開發了TD-SCDMA RNS實驗仿真教學軟件、TDD-LTE無線側規劃配置仿真軟件、WLAN室內規劃軟件、網優虛擬仿真實訓系統。2015年成立了信息通信技術與網絡虛擬仿真實驗教學中心,加強虛擬仿真實驗平臺的建設力度。通過我校有線接入和無線信號全覆蓋的校園網絡,為學生提供遠程開放式虛擬仿真實驗。

圖2是我校開放式虛擬仿真實驗平臺網站界面,通信與信息類部分專業的實驗項目,如LTE網絡優化、無線網絡規劃和優化、EPON和GPON寬帶業務配置等均可通過虛擬仿真系統進行實驗。學生先通過實驗中心網站上的在線實驗教學視頻熟悉實驗內容,然后在虛擬仿真實驗平臺上進行虛擬仿真實驗,最后到實驗室實際設備或平臺上加以驗證和測試。這種基于軟件設計的虛擬仿真平臺,利用信息化網絡就可以遠程登錄虛擬實驗平臺完成實驗[8],不受時間、地點的限制,將實驗室開放擴展到實驗室以外有網絡的地方,解決了基于專業平臺開展實驗教學能力不足的問題,如支持在線人數少、接口不開放,或專業平臺設備貴、更新快、高危實驗環境等導致學生很難到企業真實環境下開展實習和工程訓練等問題。這種教學模式的運行,也從廣義的角度開放專業實驗室。

圖2 開放式虛擬仿真實驗平臺

高校科研團隊在科研項目實施過程中,常采用虛擬仿真的技術手段,已積累了不少經驗和成果,可以很快地將這些科研成果轉化成專業實驗室的虛擬教學資源。學生通過開放的虛擬仿真平臺可以快捷地體驗到最新科研成果,甚至在實驗過程中激發出實驗項目的改進、創新和創業靈感[9-10]。因此,在鼓勵科研成果轉化教學資源方面,學校可出臺配套政策加以鼓勵,如優先申報教改項目,發放開發新實驗項目勞酬等。一旦科研成果轉化的虛擬實驗項目被學生使用,在一定的時間內,還可以根據學生使用的人時數按比例繼續給予工作量的認定。這樣可以鼓勵教師參與虛擬實驗項目開發的積極性,并可對實驗項目進行持續的完善和優化。

3 專業實驗室開放的2大保障

3.1 實驗室信息化管理平臺

傳統的信息化實驗教學管理平臺主要用于排課和學生預約實驗,教學資源以實驗指導書和教學PPT為主,不提供遠程虛擬實驗教學。這種平臺為學生提供的學習資源有限,開放模式單一,缺少科學的信息化過程管理,教師難以判斷學生自學和預習效果,因此也沒有發揮信息網絡帶來的資源遠程共享的優勢。

一個完善的實驗信息化管理平臺,其框架需涵蓋實驗室開放預約管理、實驗教學資源(包括課件、視頻、Flash、虛擬實驗等)、實驗項目過程管理評價、實驗考核成績等模塊。

(1) 教學資源。包括實驗原理的演示、基礎知識的講解、儀器儀表的使用介紹、設備操作流程和工程案例等視頻和實驗項目。教學視頻可方便學生自學和練習,也能減輕教師重復講解的工作量。

(2) 實驗項目過程管理評價。對于學生登錄到信息化管理平臺進行的虛擬實驗,管理平臺應具有對實驗過程進行監控和評價,實驗錯誤的回放,實驗成績自動評判等功能。

(3) 實驗考核。對要進入實驗室做實驗的學生,可先要求他們通過信息管理平臺下的相關教學資源進行預習或先做虛擬實驗,并參加實驗考核系統自動生成的考題進行考試,合格后才能進入實驗室做實驗。這種信息化的過程管理,使教師能高效、客觀地評判學生的自學和預習效果,從而提升了實驗教學質量。

3.2 校企互動的師資隊伍

當今社會已經進入到各種技術飛速發展的時代,這就意味著學生入校時還是主流的技術到畢業時有可能就落伍了,因而需要教師的知識體系和工程能力與行業發展保持同步。如果教師不接觸企業、不去行業調研、不到企業參加培訓和掛職鍛煉,是很難做到與時俱進的。要想提高教師的教學水平,打造高水平的師資隊伍,可通過與知名企業合作開展技能培訓[11]。教師通過到合作企業學習并取得相應授課資質,接觸到這些企業最新技術的設備,獲取從產品技術資料、課件、設備維護、工程設計等方面的豐富資源,并可將行業內先進的高層次人才培養體系,包括創新能力和工程能力的培養理念、手段等引入到教學中。通過這種校企互動模式,既可持續提升師資隊伍水平,也能保證專業實驗室從平臺建設、教學內容、人才培養模式上與行業接軌,從而更有力地支撐了專業實驗室的開放運行。

4 結語

經過多年的探索和實踐,我校對專業實驗室進行了重點建設,積累了豐富的虛擬實驗教學資源,實現了統一的虛擬實驗信息化管理平臺,逐步完善了專業實驗中心的開放運行機制。2015年我校的信息通信技術與網絡虛擬仿真實驗教學中心入選為國家級虛擬仿真實驗教學中心,實現了專業實驗室的遠程開放。通過與華為網院的合作,以認證培訓為抓手,促進了專業實驗室的有效開放。近年來,我校的專業實驗室教師到華為、中興、移動、聯通、廣電等知名企業學習和掛職鍛煉,在提升了工程實踐能力的同時也引入了先進的人才培養理念,為學生的創新創業能力的培養奠定了基礎。

References)

[1] 張宏玉. 地方高校實驗室建設管理的探索與實踐[J]. 實驗技術與管理,2016,33(7):4-7,32.

[2] 任成龍.論科研實踐與大學生創新能力的提高[J].南京工程學院學報(社會科學版),2010,10(1):48-51.

[3] 寧愛鳳.實驗室開放存在的問題及對策[J].實驗科學與技術,2005,3(2):104-105.

[4] 吳文華,楊慶，沈新元，等. 智能實驗室管理系統下的實驗室開放管理[J]. 實驗技術與管理,2011,28(2):172-176,197.

[5] 白云,柴鈺. 加強開放式實驗教學,培養學生的創新能力[J].實驗室研究與探索,2010,29(8):109-112.

[6] 明艷,李強. 以通信為特色的國家級實驗示范中心的建設[J].實驗室研究與探索,2012,31(5):107-110.

[7] 田貞. 網絡環境下大學生自主與合作學習能力的培養[J].首都師范大學學報(自然科學版),2015,36(3):10-21.

[8] 劉澤良. 發揮虛擬實驗室建設對實驗教學的促進作用[J].實驗技術與管理,2011,28(7):193-194,197.

[9] 沈建華,李飛.通信與信息網絡國家級虛擬仿真實驗教學中心建設與實踐[J]. 實驗室研究與探索,2015,34(1):161-164.

[10] 楊延梅,楊清偉,周富春.高等學校開放式實驗教學的探討[J].高校實驗室工作研究,2012,12(2):6-8.

[11] 張文娣,宋景華,程悅.加強高校創新創業教育師資隊伍建設的途徑探析[J].開封大學學報,2016,30(1):54-57.

Exploration and practice on open mode for professional laboratory

Li Qiang, Ming Yan

(School of Communication and Information Engineering,Chongqing University of Posts and Telecommunications,Chongqing 400065,China)

In order to cultivate students’ consciousness of innovation and entrepreneurship,and based on the industrial certification training, the effective opening of professional laboratories and the sharing of teaching resources are discussed. Through the accumulation and integration of virtual experimental teaching resources,the simulation experimental system with combination of virtuality with reality is established, and the virtual experimental information management platform is improved. Through the completion of the open operation mechanism for the professional laboratory,the remote opening of the professional laboratory is realized,and a new mode for the open operation of the professional laboratory is actively explored.

professional laboratory； open mode; industrial certification； virtual experimental platform

10.16791/j.cnki.sjg.2017.02.058

2016-08-01 修改日期：2016-10-11

重慶市高等教育教學改革研究重大項目(151010)；重慶郵電大學骨干教師培養項目(W2015-78)

李強(1968—),男,湖南益陽,碩士,副教授,重慶郵電大學電子信息工程系主任,主要研究方向為音視頻信號處理.

E-mail：liqiang@cqupt.edu.cn

G642.0

B

1002-4956(2017)2-0224-03