民族院校信息類實驗室開放模式的研究與探討

宋 偉

(中央民族大學(xué) 信息工程學(xué)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(chǔ)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(xué)生在入校前的知識結(jié)構(gòu)和知識水平有所差異，導(dǎo)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(rèn)學(xué)生的個體差異的基礎(chǔ)上，教師應(yīng)注重因材施教，充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)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(xué)采取層次化教育比較困難。

對于工科專業(yè)的學(xué)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(jìn)行有效的補充和完善。學(xué)生可以根據(jù)自己的情況合理制訂學(xué)習(xí)計劃，在查漏補缺的基礎(chǔ)上，鍛煉自己各方面能力。為了滿足不同類型學(xué)生群體的不同學(xué)習(xí)需求，保證民族院校大學(xué)生共同發(fā)展，應(yīng)當(dāng)開放實驗室。各類實驗室的開放[5-6]必將對學(xué)生掌握基礎(chǔ)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(xué)信息工程學(xué)院信息類實驗室的建設(shè)，探討實驗室開放模式及相關(guān)問題。

1 中央民族大學(xué)信息類實驗室現(xiàn)狀

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

學(xué)校信息工程學(xué)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(xué)與技術(shù)系、實驗教學(xué)中心、計算機公共教學(xué)部組成。這里聚集了全國56個民族的學(xué)生，少數(shù)民族學(xué)生約占66%，多數(shù)學(xué)生來自邊遠(yuǎn)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(xué)質(zhì)量，是學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)和教師面臨的重要問題。

信息工程學(xué)院實驗示范中心[4]擁有電子信息基礎(chǔ)、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(xué)環(huán)境，成為這些專業(yè)的學(xué)生深入理解和掌握電子信息技術(shù)基礎(chǔ)知識、培養(yǎng)綜合運用知識的能力、鑄就實踐設(shè)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(wù)于學(xué)校的教學(xué)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(xué)實驗室和科研實驗室的開放情況進(jìn)行探討。

2.1 教學(xué)實驗室的開放

本校信息工程學(xué)院的信息類教學(xué)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(xué)為主，完成課程配套的實驗或獨立開設(shè)實驗的場所。教學(xué)實驗室在完成實驗教學(xué)基本內(nèi)容的基礎(chǔ)上進(jìn)行了拓展。

(1) 理論知識的驗證性實驗。在實驗教學(xué)中，適當(dāng)?shù)尿炞C性實驗是必要的。驗證性實驗將學(xué)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(xué)的理論知識去指導(dǎo)實驗的完成，用實驗去驗證理論知識的正確性，從而加深學(xué)生對知識的理解。實驗室在實驗課以外的時間對學(xué)生開放，讓基礎(chǔ)知識薄弱、課堂學(xué)習(xí)吃力的學(xué)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(xì)節(jié)。如在做語音放大電路實驗時，學(xué)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(shè)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(yán)重失真的問題卻不知所措。這表明學(xué)生在學(xué)習(xí)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(xué)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?zāi)K，每一部分相對獨立；綜合性實驗是將這些獨立模塊進(jìn)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(yīng)用型人才必須擅于考慮實際情況和工程需要，從而進(jìn)行工程技術(shù)的開發(fā)和相關(guān)知識的應(yīng)用。因此，創(chuàng)新性實驗要在教師的指導(dǎo)下，通過自己調(diào)研，自己立題目，進(jìn)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(shè)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(xué)生進(jìn)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(xué)科知識，開發(fā)語音變聲系統(tǒng)以保護(hù)留守人員安全的問題。各類創(chuàng)新性實驗的進(jìn)行，培養(yǎng)了工科學(xué)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(xué)類實驗室的開放過程中，對學(xué)生的優(yōu)秀作品、獲獎作品進(jìn)行宣傳展覽，讓學(xué)生能夠切身感受實驗的魅力，激勵其他學(xué)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(xué)研究為主，如圖像處理實驗室、腦認(rèn)知實驗室、模式識別與智能系統(tǒng)實驗室等。科技人才的培養(yǎng)需要學(xué)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(jìn)了教師將科研和教學(xué)有效結(jié)合，也給學(xué)生提供了參與科研的條件和環(huán)境，讓學(xué)生所學(xué)知識為科研服務(wù)，真正體會學(xué)以致用的教學(xué)成果。如學(xué)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(xué)知識和科研內(nèi)容，設(shè)計了基于雙目視覺的自動導(dǎo)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(xué)生在參與項目的過程中，自學(xué)了有關(guān)圖像處理、視頻處理、硬件設(shè)計等各個學(xué)科的知識，大大增強了實踐動手能力，開闊了學(xué)術(shù)視野。參與圖像處理實驗室科研項目的學(xué)生，嘗試?yán)脵C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(shè)攝像頭，采集在實驗室實驗學(xué)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(xué)生，我們更多地建議和鼓勵他們將自己的所學(xué)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(hù)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)實驗室，將民族地區(qū)的生態(tài)環(huán)境作為監(jiān)測對象。學(xué)生在參與過程中，可以將其所學(xué)知識應(yīng)用到服務(wù)家鄉(xiāng)建設(shè)的領(lǐng)域，同時讓學(xué)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(jìn)行有效保護(hù)的緊迫性。

另外，少數(shù)民族除了生態(tài)環(huán)境亟需保護(hù)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(hù)的課題研究適當(dāng)開放，讓學(xué)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(jìn)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(xué)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(jìn)行針對性的保護(hù)。

實驗室鼓勵參與科研項目的學(xué)生將自己的研究成果整理成論文進(jìn)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(xué)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。科研類實驗室的開放，進(jìn)一步推動了研究性教學(xué)的發(fā)展，突出了學(xué)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(yīng)時代的發(fā)展?？蒲袑嶒炇业拈_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(xué)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(shè)備損壞率增加等問題[2-3]，我們對具體問題進(jìn)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(jìn)行數(shù)字圖像處理驗證性實驗)和單獨開設(shè)的實驗(如電子線路實驗)。由于課程設(shè)置的緣故，每學(xué)期所開設(shè)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(jìn)行，這使得每學(xué)期開始時，實驗室利用率較低。

(2) 設(shè)備損壞率提高，實驗室安全隱患突出。實驗室的開放使學(xué)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(shè)備損壞率提高，有些設(shè)備甚至損壞嚴(yán)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(xué)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(shè)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(xué)和實驗準(zhǔn)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(xué)培養(yǎng)計劃，科學(xué)規(guī)劃課程科目。這樣可以使得每個學(xué)期的實驗課需求時間相當(dāng)，可以更合理地安排實驗室，使資源利用達(dá)到最大化。同時，將學(xué)院的所有實驗室進(jìn)行整合，統(tǒng)一交由學(xué)院實驗示范中心進(jìn)行管理。在每學(xué)期開始前，教師提交本學(xué)期實驗室使用申請，包括上課時間、所需設(shè)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(jìn)行優(yōu)化，并根據(jù)課程特性和學(xué)生上課情況進(jìn)行合理安排。實驗室的空余時間在校園網(wǎng)上公布，方便學(xué)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(xué)期完成的傳統(tǒng)教學(xué)習(xí)慣，探索一門實驗課分2個學(xué)期設(shè)置的新教學(xué)模式，這樣既可以使上個學(xué)期學(xué)到的知識在下一學(xué)期得到有效的回顧和復(fù)習(xí)，同時解決了在學(xué)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(xué)期均開設(shè)實驗儀器操作課程或者定期舉辦實驗設(shè)備規(guī)范使用講座，實驗課程考核中提高了實驗設(shè)備使用的考查分?jǐn)?shù)比例，加深學(xué)生對實驗室設(shè)備正確、規(guī)范使用的認(rèn)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(biāo)、管理機制及有效管理辦法，促進(jìn)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(shè)備管理、實驗室教師管理等。

(3) 實驗課時準(zhǔn)備工作量按照開放時間和參與實驗人數(shù)確定，適當(dāng)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(xué)生參與管理，發(fā)放助學(xué)獎學(xué)金。對于實驗表現(xiàn)好、獲得優(yōu)異成績的學(xué)生給予安排固定位置作為獎勵，一方面可以讓這部分學(xué)生參與到實驗室的管理之中，同時也能幫助其他學(xué)生解決一些問題，并成為其他學(xué)生的榜樣。

4 結(jié)束語

大學(xué)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(xué)的基本任務(wù)，各類實驗室的開放對豐富學(xué)生知識結(jié)構(gòu)，培養(yǎng)學(xué)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(xué)院的各個部門，是一個復(fù)雜的系統(tǒng)工程。筆者對實驗室開放模式進(jìn)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(yīng)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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