開放式、自學習實踐教學體系的研究與實踐

鞠全勇　高素美　鄭李明

摘要：本文針對當前我國高等教育在實踐教學中存在的主要問題，研究了以應用能力培養為主線的開放式、自學習實驗教學體系構建；探索實驗教學平臺軟硬件系統的建設與實踐；給出靈活多樣、卓有成效的開放實驗室的運營模式；總結了全開放、自學習實踐教學平臺建設與應用的成效。

關鍵詞：實踐教學；開放式；實驗室；教學體系

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

國內高校傳統的實驗教學模式是學生在教師的指導下，按照教師制定的實驗方案按部就班地完成實驗，忽視了對學生個性化和創新性的培養。隨著國家對高等教育投入力度的不斷加大，高校實驗教學軟硬件條件逐漸完善，如何充分發揮現有資源優勢，高效培養出社會急需的高級應用型、創新型人才成為各高校亟待解決的問題。與此同時，社會對工程技術人才的需求亦從簡單的知識型向創新應用型轉變。因此，我們在實踐教學體系的設計與實施過程中，必須將學生從傳統的封閉式、灌輸式的教學模式中解放出來。改革實踐教學體系，在課內實驗與課外實踐、校內實訓與校外實習、課程設計與科技創新、生產實習與畢業設計等各實踐環節之間，建立既相互聯系、又與理論教育體系相對獨立的開放式實踐教育體系，為學生提供能夠充分發揮自主性、創造性的學習環境，提供思考空間更大的實驗內容，提供更充裕、靈活的實驗時間。構建一個創新型的開放實驗環境和實驗教學系統，這對于培養創新型人才有著至關重要的作用。

一、構建開放式、自學習實驗教學體系，培養工程應用能力

構建創新型的全開放實驗環境和實驗教學系統是一項系統工程。實踐教學培養方案、實驗教學大綱、實驗教材、實驗儀器設備、實驗場所、實驗教學管理、實驗考核方法等構成一套完整的實驗教學體系。因此，其內容涵蓋開放式的實驗項目、實驗內容、實驗設備、實驗考核方式、實驗時間以及開放實驗的運行管理機制等，其核心是全開放實驗教學體系的構建[1]。制定科學合理的實踐教學培養方案是構建開放式、自學習實驗教學體系的核心。修訂和完善實驗教學大綱，改革實驗教學內容，加強實驗教材建設，逐步建成以培養工程應用能力主線，與理論教學一體化又相對獨立的多層次全開放實驗教學體系。學校注重對學生工程素質培養，營造校內大工程環境，把培養工程意識、工程實踐能力和工程創新能力作為主線，貫穿于整個實驗教學過程。在實踐教學培養方案中，學校增加專業課實驗課時比例，設置專業綜合實驗，提高設計性、綜合性、研究性實驗比例；建立課外創新實踐項目，抵算素質學分機制。學校通過實驗室網絡管理系統，定期公布開放實驗室開放實踐項目，激發學生進入開放實驗室的熱情。學生在開放實踐項目中必須獨立完成方案設計、儀器設備安裝與調試，完成項目并撰寫項目報告[2]。學校構建“三自主、四開放”的實踐教學模式?！叭灾鳌?，即學生自主設計實踐項目、安排實踐時間和進行實踐操作?！八拈_放”，即實踐時間、內容、教學方法和教學手段全開放。實踐時間全開放：學生隨時可以進入實驗室，根據個人情況選擇實驗時數。實踐內容全開放：學生自主選擇實踐項目和儀器設備、制定實踐步驟、分析實踐數據。實踐教學方法全開放：教師引導學生擬定可行的實驗方案，根據個體差異區別輔導，對實驗能力好的學生鼓勵創新，對基礎差的學生要求加強基礎訓練。實踐教學手段全開放：運用錄像、網絡等輔助實踐教學，學生按照自己的進度，自主選擇學習內容。學校以全開放實驗室為依托，通過學生“三自主”模式，培養學生在“四開放”環境下綜合運用所學知識和技術解決實際問題的能力，培養創新能力和工程應用能力。

二、開放式實驗教學平臺軟硬件系統的構建與實踐

自2009年以來，筆者所在學院以“建筑智能化省級實驗教學示范中心”為基地，發揮自身在樓宇智能化領域內的技術優勢，研究和探索如何構建全開放、自學習實驗教學體系，達到培養學生創新能力和工程應用能力的目標。學校初步完成了全開放、自學習實驗教學平臺的構建與實踐。

開放式實驗教學平臺硬件系統，主要由以下四部分組成：（1）由用于網絡化虛擬實驗課程軟件管理的服務器、用于數據備份與存儲的數據服務器和用于教師與學生進行互動教學的服務器組成的云管理中心：通過互聯網接收智慧實驗室各個子系統傳輸的數據，對數據進行計算處理，通過互聯網和物聯網對各子系統設備進行智慧管理。（2）覆蓋所有開放實驗室的視頻監控閉路電視系統；（3）基于校園一卡通系統的開放式門禁管理系統及網絡化實驗預約申請服務系統；（4）基于物聯網的電源、燈光、設備儀器遠程控制系統。

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

開放實驗室總體框架圖如圖1所示。

該平臺將物聯網技術、現場總線技術、傳感器網絡技術、光纖技術、虛擬現實技術、智能建筑系統集成技術、機器視覺技術等高新技術引到開放實驗教學系統平臺中，充分提升開放實驗教學平臺的科技水平，滿足創新性、綜合性、設計性實驗開設的需要。

三、積極構建靈活多樣、卓有成效的開放實驗室管理運行模式

通過借助信息化、網絡化的管理手段，開放實驗教學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：實驗室規定時間，教師有值守開放；實驗室規定時間，教師無值守開放；學生網上預約，教師指導開放；學生網上預約，自主實驗開放[3]。

2.多層次的實踐項目訓練。實驗室開放根據涉及的開放實驗項目，主要分為課內實驗拓展型項目、大學生創新科技項目、職業技能培訓項目、學科競賽項目、教師科研項目等。學生通過參加不同類型的開放實驗項目，獲取不同層面的應用能力。不同的開放實驗項目與多元化的實驗室開放形式相結合，構成科學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。開放實驗室的軟硬件開發是開放實驗室良好運行與持續發展的基本保障。我們采用校、企、行業協同發展的策略，不斷完善開放實驗室軟硬件條件，搭建校企共建實驗室、校企和行業共建專業技術培訓平臺、校企共建工程技術研究中心和校企共建工程實踐教育中心等多平臺，充分發揮學校、企業和行業優勢。實驗室開放環境開發包括：專業技能訓練開放實驗項目開發，設計綜合實驗開放項目開發，實驗開放項目的設備開發等[4]。

4.多層次的管理支持和多渠道的經費投入。全開放、自學習實驗教學平臺建設與運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發展。學校教務處、學院實驗教學中心、實驗室管理系統管理員、實驗指導教師、開放實驗項目學生組長組成多層次的開放實驗室管理系統。相應的中央財政專項資金、省教育廳所立省級實驗教學示范中心經費、校級科技創新活動經費及學院、老師的科研項目等多渠道的經費支持，確保了開放實驗教學平臺建設和發展。

學校覆蓋所有實驗室的閉路電視監控系統，通過記錄實驗過程，實現實驗教學活動的全過程管理與監控，有效保證實驗教學的效果與質量；具有了門禁服務及網絡化實驗預約系統，實現了實驗室的自動開放，提高了實驗室資源的使用效率；門禁系統的時間數據與閉路電視監控系統中的時間信息進行關聯，實現了學生實驗行為的有效監控與管理。

四、全開放、自學習實踐教學平臺應用成效

在“三自主、四開放”的實踐教學模式下，學生可以根據個人興趣自由選擇參加相應的開放實驗項目，能夠充分激發學生的學習熱情和創造力，同時提高實驗室資源利用率。

1.激發了學生的學習積極性和主動性，豐富了課余生活。在開放實驗項目中，由學生自主選擇實踐項目，自主設計項目方案，自主制定項目步驟和分析項目數據，因此學生在進行開放實驗項目前，必須進行充分的準備和調研，確保項目方案的可行性和可實施性。因此，學生的主動性、積極性、創造性在開放實驗項目中得到充分發揮。實驗過程中，學生在調試、編程、測量數據等步驟中認真細致，對得到的數據反復測量。此外，參加開放實驗項目的同學，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，加上采用實踐訓練的方法，就很快掌握。如學生通過參加機器人競賽訓練，很快自學掌握了計算機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行，因為到實驗室進行開放實驗項目，可以充實與豐富大學課余生活。

2.培養了學生分析問題、解決問題的能力，提高了學生自主創新和科研能力。在開放實驗項目中，項目方案和項目步驟都由學生自主設計，因此，學生在做開放實驗項目前要學習項目相關理論知識，掌握項目試驗方法和相關設備操作原理與操作規范。當學生在項目進行中遇到困難時，指導老師不再是直接給出答案，只是給出參考方向，加以引導，很多就沒有標準答案。因此，學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，從而培養他們認真思考、科學嚴謹的治學態度。通過開放實驗項目的鍛煉，學生提高了分析問題和解決問題的能力。另一方面，導師帶領學生進行科技研究活動，讓學生在開放的環境中參與教師的科研課題，使學生提早接觸到專業研究領域，了解學科發展動向，為學?？茖W研究注入了新的活力，提高了學生的自主創新和科研能力。

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時數，充分利用了實驗室的資源和設備，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、不同學科的師生可以共同做開放實驗項目，有利于協作開發，有利于全校實驗資源共享。實驗室根據空閑的程度來確定開放實驗項目的數量和可接納的師生人數，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與擴展。

4.促進教師教學質量和科研水平的提高。開放實驗項目，多數是教學計劃之外的，有些實驗項目的難度和綜合性比課內實驗項目更高，由于沒有統一的模式和要求，學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，這就使得實驗指導教師要主動學習，提升自己的專業水平，提高自己的實驗技術水平，因此，提高了教師的教學質量。尤其是對“從學校到學?！钡牟┦壳嗄杲處?，他們通過指導開放實驗項目，提升實踐能力，積累實踐經驗，并能逐漸將科研項目引入到實驗室，從而提高科研水平。

構建一個創新型的開放實驗環境和實驗教學系統，建立以學生為主體、教師啟發與引導的一種實踐教學模式，是實驗教學改革發展中出現的一種行之有效的實驗教學運行模式，是當前高校實驗教學改革的必然趨勢，是培養應用型人才的重要途徑。其實，涉及到教育與教學理念、實驗教學模式、實驗室管理、實驗師資隊伍、實驗課程體系、教學內容方法等諸多方面的一系列變革，是一項復雜的系統工程。當今，各高校通過加快開放式實驗教學體系的構建，建設全開放、網絡化實驗教學平臺，對應用型、創新型人才的培養具有十分重要的意義。

參考文獻：

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

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

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

[4]余明東，錢波.基于開放實驗教學的創新應用型人才培養[J].實驗科學與技術，2011，（6）.

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

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