開放性創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室建設(shè)與探索

文/江 敏 王麗萍 吳 剛 張 力 唐 帥

開放性創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室建設(shè)與探索

文/江 敏 王麗萍 吳 剛 張 力 唐 帥

實(shí)驗(yàn)室是誘導(dǎo)創(chuàng)造力和培養(yǎng)實(shí)踐能力的主要場所，但受到傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系的制約，教學(xué)模式僵化和封閉式管理，限制了學(xué)員獨(dú)立探索能力和實(shí)踐能力的培養(yǎng)和發(fā)展，無法適應(yīng)創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)需要。針對這一問題，本文通過查閱資料和到國內(nèi)高校實(shí)地調(diào)研，設(shè)計(jì)了集成實(shí)驗(yàn)室日常辦公、實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理、資產(chǎn)管理、耗材管理、實(shí)驗(yàn)室無人值守、自動派位、電子實(shí)驗(yàn)報(bào)告、實(shí)驗(yàn)過程控制等多種功能的開放式創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)，實(shí)際運(yùn)行狀況良好，取得了較好的效果。

開放性；創(chuàng)新；實(shí)驗(yàn)室建設(shè)；信息管理系統(tǒng)

美國教育技術(shù)CEO論壇第4年度報(bào)告中明確指出，21世紀(jì)學(xué)生應(yīng)該達(dá)到的能力素質(zhì)包括：基本學(xué)習(xí)技能、信息素養(yǎng)、創(chuàng)新思維能力、人際交往與合作精神和實(shí)踐能力。實(shí)驗(yàn)室作為誘導(dǎo)創(chuàng)造力和培養(yǎng)實(shí)踐能力的主要場所，在培養(yǎng)學(xué)員獨(dú)立探索能力、實(shí)際動手操作能力和科學(xué)研究興趣等方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢和明顯的功效。但在傳統(tǒng)的高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系下，普遍存在學(xué)員興趣不濃、參與性不高、缺乏創(chuàng)新意識和發(fā)展?jié)撃堋⒔虒W(xué)模式僵化、實(shí)驗(yàn)室采用封閉式管理、實(shí)驗(yàn)室及儀器利用率低等問題，學(xué)員的創(chuàng)新能力、發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力不能得到有效培養(yǎng)，無法適應(yīng)創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)需要。而開放式創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室，在完成對學(xué)員的基本實(shí)踐能力訓(xùn)練的基礎(chǔ)上，由學(xué)員根據(jù)自己的興趣和特長獨(dú)立擬定實(shí)驗(yàn)方案，組成合作團(tuán)隊(duì)，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)技術(shù)路線，獨(dú)立操作完成實(shí)驗(yàn)過程，實(shí)驗(yàn)完成以后對實(shí)驗(yàn)結(jié)果和實(shí)驗(yàn)報(bào)告進(jìn)行審查和評估。由于它能一改傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)與管理模式，充分體現(xiàn)以人為本的教學(xué)理念，在培養(yǎng)和提高學(xué)員的創(chuàng)新精神和實(shí)踐動手能力，實(shí)現(xiàn)高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源優(yōu)化利用、促進(jìn)教學(xué)觀念和學(xué)風(fēng)轉(zhuǎn)變、滿足分層次和個(gè)性化教學(xué)要求等方面起到十分積極的作用，因此近年來成為我國高等院校推崇和探究的新型實(shí)驗(yàn)教學(xué)與管理方式。

1.開放式創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室研究現(xiàn)狀

麻省理工學(xué)院于上世紀(jì)60年代創(chuàng)設(shè)了具有代表性的“設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)”，其要點(diǎn)是：由學(xué)生自己或?qū)W生與教師商討選擇實(shí)驗(yàn)題目，實(shí)驗(yàn)方案的擬定、一起的配置、測量和操作，以致實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的故障的排除等皆由學(xué)生自己完成，教師只在必要時(shí)給予指點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)時(shí)數(shù)和最終要求也不作硬性規(guī)定，由學(xué)生根據(jù)自己的時(shí)間、能力和興趣來安排。從1964年開始在150名一年級本科生中試行，效果良好。受此影響，60年代后期開始，國外許多大學(xué)開始了類似于麻省理工學(xué)院實(shí)驗(yàn)室的教學(xué)改革。

通過文獻(xiàn)分析，以及對浙江大學(xué)、復(fù)旦大學(xué)、東南大學(xué)、南京大學(xué)、國防科技大學(xué)、重慶大學(xué)、北京理工大學(xué)、清華大學(xué)等軍內(nèi)外重點(diǎn)高校的電工電子類實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心調(diào)研，基本掌握了目前開放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)和管理的現(xiàn)狀：主要重點(diǎn)高校均正推行和深化實(shí)驗(yàn)室的全開放式管理和開放式自主實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式。各重點(diǎn)高校均積極、充分利用校園網(wǎng)、一卡通（或IC卡）、實(shí)驗(yàn)室自動派位系統(tǒng)、門禁系統(tǒng)和視頻監(jiān)控系統(tǒng)，用信息化管理手段實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室的全開放式管理。如浙江大學(xué)電工電子實(shí)驗(yàn)中心按照“夯實(shí)基礎(chǔ)、拓展思維、綜合創(chuàng)新”的理念構(gòu)建了以能力培養(yǎng)為主線、體現(xiàn)“提高基本素質(zhì)，培養(yǎng)綜合能力，引導(dǎo)創(chuàng)新實(shí)踐”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，開設(shè)了基礎(chǔ)型、設(shè)計(jì)型、綜合型和自主創(chuàng)新型等多層次、多種教學(xué)模式的實(shí)驗(yàn)。并以成功開發(fā)“開放式實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)”等為標(biāo)志的多維實(shí)驗(yàn)環(huán)境的建設(shè)，以及“EDA實(shí)驗(yàn)仿真教學(xué)”和“啟發(fā)式、探究式、研討式”等教學(xué)方法的運(yùn)用，形成適合學(xué)生自主創(chuàng)新實(shí)踐的教學(xué)模式，以滿足研究型、大學(xué)創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的需求。

2.開放式創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室的作用

開放式創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室并不僅是將實(shí)驗(yàn)場所及其儀器設(shè)備在時(shí)間和空間上面向?qū)W生開放，而是堅(jiān)持教育面向現(xiàn)代化，面向世界，面向未來開放，從根本上改革傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，做到實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)策略、教學(xué)評價(jià)以及教與學(xué)角色關(guān)系的開放。與傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式相比，具有以下優(yōu)勢：

（1）培養(yǎng)學(xué)員創(chuàng)造力

實(shí)驗(yàn)室的全面開放，使得學(xué)員由被動接受轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃舆x擇，能夠根據(jù)自身的特點(diǎn)和興趣，選擇難度合理的實(shí)驗(yàn)方案，或是自行設(shè)計(jì)、自主完成興趣所在的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，在實(shí)驗(yàn)的過程中，不僅使理論密切聯(lián)系實(shí)際，也能促進(jìn)學(xué)習(xí)能力和實(shí)踐技能的形成。通過教員的合理引導(dǎo)，充分發(fā)揮學(xué)員的個(gè)性，進(jìn)一步提升興趣和主動性，形成有益的正反饋，發(fā)掘?qū)W員潛能，提升其創(chuàng)新性和創(chuàng)造力。

（2）提升實(shí)驗(yàn)靈活性

開放性創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室在時(shí)間和實(shí)驗(yàn)室資源上向?qū)W員和教員全面開放，突破了實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)和實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限的限制，給師生提供了一個(gè)寬松的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，不受時(shí)間的限制，根據(jù)自身的實(shí)際情況選擇時(shí)間到實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，有利于合理地利用有限的資源，最大限度地滿足人才培養(yǎng)的需要，提高了實(shí)驗(yàn)室的靈活性和使用效率。

（3）促進(jìn)教學(xué)團(tuán)隊(duì)建設(shè)

實(shí)驗(yàn)室的全面開放不僅體現(xiàn)在時(shí)間上，更多體現(xiàn)在內(nèi)容上。為了能夠解決學(xué)員在實(shí)驗(yàn)中遇到的問題，原有的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目知識儲備難以滿足需求，對教員在業(yè)務(wù)上提出了更高的要求，必須努力提高自身的理論素養(yǎng)，積極探索新的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)方法，掌握更多的實(shí)驗(yàn)技能，具有更多的理論和實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，從而促進(jìn)了教學(xué)團(tuán)隊(duì)的建設(shè)與發(fā)展。

3.實(shí)驗(yàn)室建設(shè)目標(biāo)

2 0 0 9年以來，依托軍隊(duì)院?！?110”二期建設(shè)和學(xué)院整體搬遷大學(xué)城實(shí)驗(yàn)室建設(shè)，學(xué)院共投入大量經(jīng)費(fèi)，使全院實(shí)驗(yàn)室的硬件條件得到了根本改善，實(shí)現(xiàn)了跨越式發(fā)展。隨著實(shí)驗(yàn)室基本建成并正式投入使用，如何在課內(nèi)、課外使用好實(shí)驗(yàn)室，提高實(shí)驗(yàn)室利用率，進(jìn)一步促進(jìn)教學(xué)與科研中心工作，提高人才培養(yǎng)質(zhì)量，促進(jìn)學(xué)員綜合實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的提高，成為首長、機(jī)關(guān)和廣大實(shí)驗(yàn)室工作人員關(guān)注的重點(diǎn)問題。

我們在訓(xùn)練部教務(wù)處和教保處的指導(dǎo)下，通過3年多的前期研究，以電工電子實(shí)驗(yàn)室為對象，對如何利用好實(shí)驗(yàn)室、加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)室的教學(xué)和管理改革，進(jìn)行了一系列探索與實(shí)踐以期探索出一套具有我院特色的實(shí)驗(yàn)室教學(xué)與管理的模式。我們認(rèn)為，要合理利用好實(shí)驗(yàn)室，實(shí)現(xiàn)首長和機(jī)關(guān)的意圖，根本出路還是全力實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室的開放式教學(xué)和管理。在完成對學(xué)員的基本實(shí)踐能力訓(xùn)練的基礎(chǔ)上，實(shí)驗(yàn)室在時(shí)間、空間、內(nèi)容和教學(xué)方法等方面對學(xué)員開放，由學(xué)員自主選擇并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)與研究。由于它能一改傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)與管理模式，充分體現(xiàn)了以人為本的教學(xué)理念，在為培養(yǎng)和提高學(xué)員的創(chuàng)新精神和實(shí)踐動手能力，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室資源優(yōu)化利用、促進(jìn)教學(xué)觀念和學(xué)風(fēng)轉(zhuǎn)變、滿足分層次和個(gè)性化教學(xué)要求的需要等方面起到十分積極的作用。

立足于如何使用好實(shí)驗(yàn)室，提高實(shí)驗(yàn)室利用率，著眼提高人才培養(yǎng)質(zhì)量，促進(jìn)學(xué)員綜合實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力，首次站在全院實(shí)驗(yàn)室和構(gòu)建整個(gè)實(shí)驗(yàn)室開放式教學(xué)和管理體系的層面上，探索出一條符合我院實(shí)情，可操作性強(qiáng)、便于復(fù)制的實(shí)驗(yàn)室開放式教學(xué)與管理模式。

4.實(shí)驗(yàn)室建設(shè)方案

針對我院機(jī)電類、大學(xué)物理類基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)室的特點(diǎn)，在訓(xùn)練部教保處的具體指導(dǎo)和支持下，自主設(shè)計(jì)的一套實(shí)驗(yàn)室綜合信息化解決方案。系統(tǒng)集實(shí)驗(yàn)室日常辦公、實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理、資產(chǎn)管理、耗材管理、實(shí)驗(yàn)室無人值守、自動派位、電源自動控制、電子實(shí)驗(yàn)報(bào)告、實(shí)驗(yàn)過程控制等功能于一體，獨(dú)具特色，擁有完全知識產(chǎn)權(quán)。

圖1 系統(tǒng)總體構(gòu)成示意圖

系統(tǒng)采用B/S和C/S混合架構(gòu)設(shè)計(jì)。主體采用Brower/Sever結(jié)構(gòu)體系，具有易安裝、成本低、易升級、可擴(kuò)充、完全開放、不受站點(diǎn)物理空間限制等特點(diǎn)，系統(tǒng)功能、界面的升級、維護(hù)均在服務(wù)器端即可完成，客戶端（教員機(jī)和學(xué)員機(jī)）不需安裝其它過多的軟件，使用IE瀏覽器就可以完成主要任務(wù)，減輕了客戶端的維護(hù)工作，同時(shí)為遠(yuǎn)程管理和應(yīng)用提供了便捷的途徑。對于特殊環(huán)節(jié)，通過C/S結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的結(jié)合實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)來補(bǔ)充B/S結(jié)構(gòu)讓系統(tǒng)更加合理。同時(shí)也體現(xiàn)了C/S架構(gòu)與硬件結(jié)合的緊密性，制造出系統(tǒng)穩(wěn)定性和自由度發(fā)揮的完美結(jié)合。

系統(tǒng)通過了多級的安全認(rèn)證，并在權(quán)限控制上做了大量工作，使權(quán)限分配合理有效，并在系統(tǒng)中設(shè)有內(nèi)含敏感操作的系統(tǒng)日志，使整個(gè)系統(tǒng)的完整性和可維護(hù)性得到了極大提高。

系統(tǒng)的主要內(nèi)容和特點(diǎn)為：（1）建立了專門的網(wǎng)站，配備了專用服務(wù)器，為每個(gè)實(shí)驗(yàn)位配置了計(jì)算機(jī)，開通了數(shù)字化校園網(wǎng)絡(luò)端口，數(shù)字化校園資源可直接進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室和實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)；（2）構(gòu)建了實(shí)驗(yàn)室高清監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)室無死角高清監(jiān)控，實(shí)驗(yàn)室管理員在監(jiān)控室就能全面了解每個(gè)實(shí)驗(yàn)室每位學(xué)員實(shí)驗(yàn)情況；（3）開發(fā)了自動派位和與之配套的門禁系統(tǒng)。學(xué)員可利用一卡通在觸摸屏自動派位機(jī)上自主預(yù)約實(shí)驗(yàn)（也可在校園網(wǎng)上直接預(yù)約），預(yù)約成功后，在預(yù)約時(shí)間內(nèi)，學(xué)員可自行到選定的實(shí)驗(yàn)臺位上開展相關(guān)實(shí)驗(yàn)，不需要教員干預(yù)，實(shí)現(xiàn)了自主性、開放性實(shí)驗(yàn)；（4）針對軍隊(duì)院校實(shí)驗(yàn)教學(xué)組訓(xùn)特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了基礎(chǔ)應(yīng)用型、綜合創(chuàng)新型和自主型三類實(shí)驗(yàn)的科學(xué)、人性化操作流程，使在人員有限、時(shí)間有限的情況下開展更多自主性、創(chuàng)新性、綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)成為可能，并極大地提高學(xué)員的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)的主觀能動性；（5）依托實(shí)驗(yàn)位信息化終端和數(shù)字化儀器設(shè)備，通過研制的關(guān)鍵實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和圖形在線采集、電子操作實(shí)驗(yàn)報(bào)告和電子版實(shí)驗(yàn)報(bào)告管理系統(tǒng)，結(jié)合門禁、電源自動控制和視頻監(jiān)控等手段，實(shí)現(xiàn)了對實(shí)驗(yàn)教學(xué)全過程的有效控制和實(shí)驗(yàn)報(bào)告的“無紙化”，確保了實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量的管控和逐步改善。

5.結(jié)語

通過建設(shè)，設(shè)計(jì)了集成實(shí)驗(yàn)室日常辦公、實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理、資產(chǎn)管理、耗材管理、實(shí)驗(yàn)室無人值守、自動派位、電子實(shí)驗(yàn)報(bào)告、實(shí)驗(yàn)過程控制等多種功能的開放式創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)報(bào)告的“無紙化”和實(shí)驗(yàn)室的高效、便捷管理，在運(yùn)行中節(jié)約了大量的物資采購、人員和時(shí)間成本，為學(xué)員自主實(shí)驗(yàn)創(chuàng)造了有利的條件，為人才培養(yǎng)提供了良好的基礎(chǔ)支撐。

（作者單位：解放軍后勤工程學(xué)院機(jī)械電氣工程系）

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