大學生競賽與自主創(chuàng)新開放實驗平臺建設

張　昂，楊小玲

(福州大學　物理與信息工程學院，福州　350116)

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大學生競賽與自主創(chuàng)新開放實驗平臺建設

張昂，楊小玲

(福州大學物理與信息工程學院，福州350116)

摘要該文以大學生競賽與自主創(chuàng)新開放實驗平臺為切入點，以福州大學為例探討開放實驗平臺建設。將開放體系解構(gòu)為多維度和多模式進行分析，并根據(jù)每個問題提出了相應的解決辦法。

關(guān)鍵詞開放實驗；實驗平臺；創(chuàng)新；虛擬儀器；翻轉(zhuǎn)課堂

隨著各高校教學改革深入，以及社會對學生工程實踐水平和創(chuàng)新能力提出更高的要求，培養(yǎng)學生創(chuàng)新實驗能力的實踐教學成為各校都在探索和改革的方向。開放實驗源于20世紀60年代初期美國的物理實驗教學改革，在長期的實驗教學中展現(xiàn)了其優(yōu)越性[1]。

對于大多數(shù)課程實驗，許多高校在進行開放性實驗室建設的過程中已經(jīng)取得了較多的先進成果和經(jīng)驗，如通過網(wǎng)絡進行授課和管理，通過虛擬仿真平臺實現(xiàn)實驗的預習復習等操作等等。然而，隨著我國對自主創(chuàng)新的迫切需求和高校對學生創(chuàng)新類競賽的重視，原本的大綱式實驗教學無法滿足學生創(chuàng)新實踐的需求。大學生競賽與自主創(chuàng)新類實驗通常沒有固定的教學大綱和教學內(nèi)容，沒有固定的授課和實驗時間，實驗活動從教師講授學生實踐的模式轉(zhuǎn)變?yōu)閷W生自主研究而教師進行輔助的模式。

如何在競賽、創(chuàng)新類實驗室進行開放式平臺搭建，如何進行開放管理，如何提升實驗設備利用率，如何保證實踐教學質(zhì)量，如何實現(xiàn)設備和場所的安全管理，以及在實現(xiàn)上述問題的基礎(chǔ)上如何降低實驗室管理和輔導教師的工作量，這些問題是實現(xiàn)競賽與自主創(chuàng)新開放實驗平臺建設的關(guān)鍵。

1開放實驗平臺的構(gòu)成體系

1.1多維度開放

實驗室的開放可分為時間、空間、資源3個維度[2]。時間開放是指進行實驗的學生可以自由支配進行實驗的時間。空間開放是指學生可以根據(jù)需要進入所需設備所在實驗室進行實驗，亦可通過網(wǎng)絡和虛擬仿真平臺在實驗室以外的場所進行實驗。資源開放是指學生可以根據(jù)需求申請不同的實驗資源(包括儀器設備、實驗場地、實驗耗材等)支持。

1.2多模式開放教學

大學生競賽和自主創(chuàng)新等創(chuàng)新型實驗的特殊性，對實驗教學的模式提出了新的要求。進行各項創(chuàng)新性實驗的學生年級和水平參差不齊，各項實踐的進度快慢亦有區(qū)別，無法進行一概而論的實踐教學工作。實現(xiàn)創(chuàng)新性實驗的開放式教學可按照教學模式可分為講授式、互動式、問答式和考察式。對于通用性的教學工作，例如實驗設備和軟件的使用、專業(yè)性培訓及專業(yè)通識類講授等教學可采用講授式教學。對于隨堂訓練，課后和自主訓練作業(yè)、培訓問答環(huán)節(jié)等可采用互動式教學。對于學生在自主實踐創(chuàng)新過程中遇到難以解決的問題，可采取問答式教學。對于學生階段性的考察、選拔和進度掌握等過程，可采用考察式教學。

2開放實驗平臺的實現(xiàn)

2.1多維度開放實現(xiàn)

2.1.1時間開放

從實驗室的開放時間來說，學生更希望能夠自由地安排進行實驗的時間，能夠利用課余時間完成各類創(chuàng)新實踐；而教師則除了工作時間以外希望盡量不增加其他時間。為解決這一矛盾，較好的辦法是實現(xiàn)刷卡門禁系統(tǒng)。以福州大學物理與信息工程學院大學生競賽、創(chuàng)新、創(chuàng)業(yè)3個實驗室為例，通過安裝刷卡系統(tǒng)進行實驗室的門禁管理。學生使用的智能卡即學生證一卡通，學生資料由學校檔案中心數(shù)據(jù)庫共享，無需重新辦卡。教師可通過網(wǎng)絡管理系統(tǒng)進行發(fā)卡操作，對學生進入實驗室的時間、時長、失效期等進行遠程或本地管理。實驗室裝有具備云服務功能的視頻監(jiān)控系統(tǒng)，方便管理人員通過手機等移動設備或遠程計算機進行監(jiān)控管理。

2.1.2空間開放

從實驗室的空間開放來說，學生希望實踐操作時能夠不受實驗室空間位置的限制，在宿舍、圖書館甚至戶外都能使用實驗設備?？臻g開放的實現(xiàn)，較好的辦法是使用各類虛擬儀器和“口袋實驗室”。同樣以我院開放性實驗平臺為例，采用了美國國家儀器有限公司(NationalInstruments)的PXIe虛擬儀器平臺，同時搭建了基于LabView平臺的以北京普源精電公司的示波器、函數(shù)信號發(fā)生器、頻譜分析儀等設備為硬件基礎(chǔ)的網(wǎng)絡化實驗平臺。學生可以采用廉價而小體積的數(shù)據(jù)采集板，通過網(wǎng)絡使用實驗室內(nèi)的設備進行測試。在打破了空間限制的同時，也大大提升了實驗設備的使用效率和范圍?？诖鼘嶒炇业膶崿F(xiàn)是將體積較大、價格較高的實驗箱進行拆分和壓縮，以小型實驗板或開發(fā)板的形式發(fā)放給學生使用。同時，利用一些小型化硬件虛擬儀器進行測試，如漢泰虛擬儀器和學生自行研發(fā)的STM32示波器。這些設備通過學生自己的計算機完成運算與顯示，體積小價格低，在對測量精度和速度要求不高的時候是很好的選擇。

2.1.3資源開放

從實驗室的資源開放來說，包含設備和耗材兩個部分。學校對設備的投入是相對緊缺的，特別是精密、貴重儀器和非常用儀器的數(shù)量相對較少，也需專人管理，因此需提高此類設備的使用效率并集中管理。以我院開放性實驗平臺為例，將此類設備歸入一間獨立實驗室管理，學生由前文所述網(wǎng)絡門禁平臺進行設備使用申請，在獲得授權(quán)后在規(guī)定時間內(nèi)進入實驗室完成實踐操作。耗材資源的開放意在對耗材進行循環(huán)使用，減輕學校和學生經(jīng)濟上的開銷，可以通過網(wǎng)絡論壇等形式由學生自主完成耗材的需求循環(huán)。

2.2多模式開放教學實現(xiàn)

為解決這些問題，我院的開放教學體系采取傳統(tǒng)教學與MOOC、Q&A相結(jié)合的模式進行。對于講授類的通識介紹和基礎(chǔ)入門部分，通過類似大型開放網(wǎng)絡課程MOOC(massiveopenonlinecourses，MOOC)形式進行，由不同教師錄制教學視頻，學生通過網(wǎng)絡自主學習，由此可以減少教師的重復勞動，同時將實驗的預習工作放到實驗室外進行，也減少學生人數(shù)對實驗室造成的負擔。對于自主實踐創(chuàng)新過程中遇到的問題通過Q&A和討論組向教師或其他同學提出，輔導教師組可根據(jù)自身專長回答問題，并可實現(xiàn)學生間自由討論的啟發(fā)式教學模式。學習、技術(shù)資料共享同樣適合采用網(wǎng)絡平臺實現(xiàn)，師生可向平臺上傳資料，平臺通過好評度和熱門度對資料排序，教師也可通過該平臺向特定學生推送和接收資料，實現(xiàn)作業(yè)、隨堂測驗與資料的無紙化管理。

3結(jié)束語

開放性實驗平臺的構(gòu)建，不僅是硬件資源上的開放，也不僅是管理模式上的開放，更主要的是學習形式上的開放。翻轉(zhuǎn)課堂(flippedclassroom)的教學模式已在國內(nèi)外著名高校取得了很高的評價和很好的效果。對于學生競賽與自主創(chuàng)新實驗而言，本身就是以學生為教學主動方的，比一般性課程更加適合翻轉(zhuǎn)課堂模式，也更需要通過各種層面上的開放充分挖掘?qū)W生的主觀能動性。自從我院開放實驗平臺初具雛形以來，學生參與競賽和創(chuàng)新實踐的熱情較之以往顯著高漲，競賽獲獎數(shù)、學生科研立項數(shù)、創(chuàng)新實踐數(shù)、創(chuàng)新成果數(shù)等多個指標均大幅度攀升，成果顯著。開放性實驗平臺的構(gòu)建是一件持續(xù)性工作，是不斷發(fā)展的，需要教育工作者在工作過程中不斷探索，在已有經(jīng)驗基礎(chǔ)上不斷創(chuàng)新，與時俱進。在軟硬件資源相對受限的情況下，如何讓學生的學習時間獲得更大的自由，提供給學生更多的資源與便利，充分挖掘?qū)W生的主觀能動性和引導學生的創(chuàng)新能力，使學習和實踐水平得到更好的發(fā)展，這是貫穿開放性實驗平臺建設的初衷與目的。

參 考 文 獻

[1]郭華東.開放化學實驗項目層次化設計[J].長春師范大學學報，2014(8)：158-159.

[2]李忠新，金鑫，張之敬，等.實驗選修課開放教學體系探索與實踐[J].教育教學論壇，2014(15)：207-208.

Construction of College Students’ OpeningExperiment Platform for Competition and Innovation

ZHANG Ang，YANG Xiaoling

(CollegeofPhysicsandInformationEngineering，F(xiàn)uzhouUniversity，F(xiàn)uzhou350116，China)

AbstractThis paper based on the construction of college students’ opening experiment platform for competition and innovation as the breakthrough point，takes the example of our university to explore open experimental platform construction. This paper analyzes the opening system from multiple dimensions and multiple modes，and puts forward the corresponding solution according to each question.

Key wordsopening experiment；experiment platform；innovation；virtual instrument；Flipped Classroom

收稿日期:2015-06-25

作者簡介：張昂(1984-)，男，實驗師，主要從事通信與信息系統(tǒng)方面的研究。

中圖分類號G642.0；G642.423

文獻標志碼A

doi:10.3969/j.issn.1672-4550.2016.02.066