開放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理模式的探索與實(shí)踐

范哲意, 劉志文, 何冰松, 翁澍沁

(北京理工大學(xué) 信息與電子學(xué)院, 北京 100081)

開放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理模式的探索與實(shí)踐

范哲意, 劉志文, 何冰松, 翁澍沁

(北京理工大學(xué) 信息與電子學(xué)院, 北京 100081)

以服務(wù)國家和學(xué)校培養(yǎng)電子信息技術(shù)專業(yè)“高素質(zhì)專門人才和拔尖創(chuàng)新人才”為立足點(diǎn),探索與實(shí)踐開放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理模式,促進(jìn)高水平實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動的開展。設(shè)計(jì)“多種層次、多種類型”的開放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容,實(shí)施“劃分層次、因材施教”和“以學(xué)生為主體,以教師為主導(dǎo)”的開放式實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)模式。探索有效的開放實(shí)驗(yàn)室的預(yù)約管理方式,設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了基于B/S結(jié)構(gòu)的開放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理系統(tǒng),為開放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理提供有力支持。

實(shí)驗(yàn)教學(xué)； 開放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容； 開放式實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)； 實(shí)驗(yàn)室開放

《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要(2010—2020年)》[1]、教育部等部門《關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)高校實(shí)踐育人工作的若干意見》[2]中明確提出要強(qiáng)化實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié),深化實(shí)踐教學(xué)方法改革。開放式實(shí)驗(yàn)室建設(shè)和開放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)是深化實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的重要途徑之一[3-6]。我校電子信息技術(shù)實(shí)驗(yàn)中心以服務(wù)國家和學(xué)校培養(yǎng)電子信息技術(shù)專業(yè)“高素質(zhì)專門人才和拔尖創(chuàng)新人才”為立足點(diǎn),多年來在實(shí)驗(yàn)教學(xué)和實(shí)驗(yàn)室管理方面開展了大膽的改革與實(shí)踐,統(tǒng)籌規(guī)劃和實(shí)施開放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式,促進(jìn)高水平實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動的開展,使實(shí)驗(yàn)教學(xué)更加有利于培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際動手能力、創(chuàng)新意識和創(chuàng)新精神,提高學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。

1 傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式存在的問題

目前多數(shù)高校的實(shí)驗(yàn)教學(xué)和實(shí)驗(yàn)室管理普遍存在以下問題和不足[7-8]:

(1) 傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)往往采取一刀切模式,參加某一門實(shí)驗(yàn)課程的所有學(xué)生在同樣的時間段完成同樣的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,對每個學(xué)生都是同樣的要求和統(tǒng)一的考核標(biāo)準(zhǔn),使學(xué)生處于約束性很強(qiáng)的被動學(xué)習(xí)狀態(tài)。

(2) 目前國內(nèi)高校實(shí)驗(yàn)室多數(shù)采用的是非開放式管理模式,即學(xué)生只能在教學(xué)管理部門和實(shí)驗(yàn)室安排好的時間段內(nèi)到實(shí)驗(yàn)室完成規(guī)定的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,不能充分發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動性,制約了高質(zhì)量人才的培養(yǎng)。

(3) 實(shí)驗(yàn)室在沒有安排實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)的時間段往往處于閑置狀態(tài),不利于實(shí)驗(yàn)室資源的有效利用。

開放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式已經(jīng)成為高校教育教學(xué)改革的重要內(nèi)容之一,是深化實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的重要途徑。針對開放式實(shí)驗(yàn)室,我校電子信息技術(shù)實(shí)驗(yàn)中心分別從開放式教學(xué)模式和開放式實(shí)驗(yàn)室管理2個方面進(jìn)行了探索和實(shí)踐。

2 開放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式

2.1 開放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容體系設(shè)計(jì)

綜合考慮電子信息技術(shù)實(shí)驗(yàn)中心承擔(dān)的各實(shí)驗(yàn)課程的知識體系,打破單純以驗(yàn)證課堂理論教學(xué)內(nèi)容而開設(shè)實(shí)驗(yàn)的傳統(tǒng)做法,從頂層統(tǒng)一規(guī)劃、優(yōu)化設(shè)計(jì),循序漸進(jìn)、劃分層次,將實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目和內(nèi)容劃分“基礎(chǔ)型、綜合設(shè)計(jì)型、研究創(chuàng)新型”3個層次,構(gòu)建多層次的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容體系。其中,基礎(chǔ)型實(shí)驗(yàn)注重于課程知識體系中理論性較強(qiáng)、較抽象且不易理解和掌握的重要核心知識點(diǎn)；綜合設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)著力于綜合運(yùn)用所學(xué)的知識模塊,旨在培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題的實(shí)踐能力；研究創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)著眼于培養(yǎng)學(xué)生良好的科研素養(yǎng),以及勇于探索的創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力。

以電子信息技術(shù)實(shí)驗(yàn)中心承擔(dān)的信號處理課群實(shí)驗(yàn)教學(xué)為例,該課群由信號與系統(tǒng)、隨機(jī)信號分析、數(shù)字信號處理等課程組成,相關(guān)課程概念性和原理性強(qiáng)、理論抽象且公式推導(dǎo)和數(shù)值計(jì)算過程繁瑣,傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)計(jì)往往突出數(shù)學(xué)分析和原理驗(yàn)證,理論聯(lián)系實(shí)際不足,原理、方法與應(yīng)用脫節(jié),多年來形成的一門課開一門實(shí)驗(yàn)的局面導(dǎo)致課群內(nèi)各門課程間的實(shí)驗(yàn)缺乏聯(lián)系,缺少能夠綜合運(yùn)用信號處理課程體系知識的綜合設(shè)計(jì)型、研究創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)。綜合考慮信號處理課群相關(guān)課程的特點(diǎn)及實(shí)驗(yàn)教學(xué)要求,統(tǒng)籌設(shè)計(jì)了“多種層次、多種類型”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容。

信號與系統(tǒng)[9]是課群的入門課程,需要通過實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)幫助學(xué)生建立對信號與系統(tǒng)概念的感性認(rèn)識,掌握信號與系統(tǒng)的基本分析方法,實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)置上以基礎(chǔ)型實(shí)驗(yàn)內(nèi)容為主,而數(shù)字信號處理和隨機(jī)信號分析課程內(nèi)實(shí)驗(yàn)則以綜合設(shè)計(jì)型和研究創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目為主。除課程內(nèi)實(shí)驗(yàn)之外,從信號處理課群的整體角度構(gòu)建了一個綜合設(shè)計(jì)型和研究創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目“信號處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)”,從頂層的系統(tǒng)方案設(shè)計(jì),到底層的系統(tǒng)各部分功能的確定及實(shí)現(xiàn),到整個系統(tǒng)的調(diào)試完成,都要求學(xué)生獨(dú)立完成。該實(shí)驗(yàn)為大型開放性實(shí)驗(yàn)課題,作為我校電子信息類實(shí)驗(yàn)班學(xué)生必修課和其他電子信息類學(xué)生專業(yè)選修課,為能力較強(qiáng)的學(xué)生提供了自由發(fā)揮的空間,也使傳統(tǒng)的學(xué)生被動實(shí)驗(yàn)變?yōu)閷W(xué)生主動實(shí)驗(yàn)。構(gòu)建的信號處理課群實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容體系基本情況詳見表1,每一門實(shí)驗(yàn)課程都給出了不同層次和類型的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,學(xué)生可以從中自主選擇實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,但是總學(xué)時必須至少滿足教學(xué)大綱的基本要求。

表1 信號處理課群實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容體系

2.2 開放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)指導(dǎo)模式

通過教學(xué)實(shí)踐中的調(diào)查統(tǒng)計(jì),不同的學(xué)生對實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的要求是不相同的,統(tǒng)一的施教和衡量標(biāo)準(zhǔn)使學(xué)生的積極性受到抑制,自主學(xué)習(xí)、探索創(chuàng)新的精神得不到發(fā)掘和升華。按照電子信息技術(shù)高素質(zhì)專門人才和拔尖創(chuàng)新人才所需的知識結(jié)構(gòu)、實(shí)踐能力和創(chuàng)新精神的要求,通過不斷的探索與實(shí)踐,設(shè)計(jì)以重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力為目標(biāo)的“劃分層次、因材施教”的開放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)指導(dǎo)模式。

從實(shí)際出發(fā),以學(xué)生為主體,尊重學(xué)生的個性差異,打破所有學(xué)生統(tǒng)一培養(yǎng)模式的僵局,針對不同學(xué)生知識掌握程度和動手能力方面的差異,以及不同學(xué)生培養(yǎng)目標(biāo)定位的不同,在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中設(shè)計(jì)和構(gòu)建了難度層次不同的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,學(xué)生可結(jié)合自身實(shí)際情況選擇完成相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,利用鮮活的、為不同學(xué)生量身打造的教學(xué)內(nèi)容調(diào)動每個學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)活動的積極性。在這種教學(xué)模式下，學(xué)生自我追求的目標(biāo)越來越高,所選擇的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目層次隨之逐漸提高,學(xué)生創(chuàng)新能力、動手能力、實(shí)際應(yīng)用能力也隨之不斷提高。

從基礎(chǔ)型實(shí)驗(yàn)到綜合設(shè)計(jì)型和研究創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn),是一種“階梯式”、難度逐級遞增的實(shí)驗(yàn)教學(xué)結(jié)構(gòu)體系。與基礎(chǔ)型實(shí)驗(yàn)相比,綜合設(shè)計(jì)型和研究創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)的知識含量要大得多,綜合程度要高得多,學(xué)生所遇到的困難也要多得多。因此,從教學(xué)和學(xué)生認(rèn)知的基本規(guī)律看,大多數(shù)學(xué)生不可能一蹴而就,合理的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法應(yīng)該是循序漸進(jìn)、逐步升級,按照不同的實(shí)驗(yàn)定位,對基礎(chǔ)型、綜合設(shè)計(jì)型、研究創(chuàng)新型分層次進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)。通過基礎(chǔ)型實(shí)驗(yàn),使學(xué)生掌握和加深理解重要核心知識點(diǎn),掌握基本實(shí)驗(yàn)方法和技能,為從事后續(xù)的綜合設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)打好基礎(chǔ)；通過綜合設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn),使學(xué)生綜合運(yùn)用知識的能力和實(shí)際動手能力得到培養(yǎng)與提高,進(jìn)而為進(jìn)行研究創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)做好準(zhǔn)備,并最終培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、自主研究的能力,使學(xué)生具備解決問題的實(shí)踐能力和勇于探索、創(chuàng)新的精神。

教學(xué)過程中強(qiáng)調(diào)“以學(xué)生為主體,以教師為主導(dǎo)”,把傳統(tǒng)的“教師教,學(xué)生學(xué)”轉(zhuǎn)變?yōu)椤敖處熞龑?dǎo),學(xué)生自主學(xué)習(xí)”。在指導(dǎo)過程中采用“劃分層次、因材施教”的模式,對于基礎(chǔ)相對薄弱的學(xué)生,提倡引導(dǎo)學(xué)生掌握實(shí)驗(yàn)方法,培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶?shí)驗(yàn)作風(fēng)。教學(xué)中采用探究式、互動式、問題解決式的方法,把實(shí)驗(yàn)過程作為教學(xué)重點(diǎn),輔導(dǎo)中講解和提問相結(jié)合,鼓勵學(xué)生自己獲取知識；對于基礎(chǔ)相對扎實(shí)一些的學(xué)生,要重視學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的復(fù)合性和實(shí)驗(yàn)方法的多樣性,實(shí)驗(yàn)過程中充分發(fā)揮學(xué)生的主體作用,教師少講解或不講解,對學(xué)生遇見的問題分析到位、指導(dǎo)到位,以不同的方式給學(xué)生提出不同的問題,要求學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中自己找出答案,使學(xué)生克服依賴思想,提高自己解決問題的信心與能力；對于拔尖的學(xué)生,教師以引導(dǎo)和服務(wù)為主,注重培養(yǎng)學(xué)生相互協(xié)作的精神、創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力,促使學(xué)生積極主動地參與知識的學(xué)習(xí)和發(fā)現(xiàn)。

“劃分層次、因材施教”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式改革,不僅注重縱向(實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目)分層次,使實(shí)驗(yàn)教學(xué)循序漸進(jìn)、逐步升級,在夯實(shí)基礎(chǔ)的同時構(gòu)筑高地；同時也注重橫向(學(xué)生)分層次,學(xué)生依據(jù)自己的意愿和能力,選擇不同層次的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,教師根據(jù)學(xué)生的基礎(chǔ)和知識掌握情況分層次指導(dǎo),給予學(xué)生更大的發(fā)展空間,使其積極性和創(chuàng)造性得以充分發(fā)揮。通過多年的實(shí)踐,這種教學(xué)指導(dǎo)模式已經(jīng)取得了良好的效果。

3 開放式實(shí)驗(yàn)室管理

傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理中,由教學(xué)管理部門和實(shí)驗(yàn)室根據(jù)實(shí)驗(yàn)課程及每門課程的學(xué)生人數(shù)進(jìn)行排課,學(xué)生只能在安排好的時間內(nèi)到指定的實(shí)驗(yàn)室完成規(guī)定的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,這種非開放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式不能充分發(fā)揮學(xué)生的積極性和主動性,制約了高質(zhì)量人才的培養(yǎng)。

實(shí)驗(yàn)室實(shí)行開放,不僅要保證實(shí)驗(yàn)室開放的時間,還要保證實(shí)驗(yàn)室的利用效率。為此將實(shí)驗(yàn)室開放分為2類,一類是面向?qū)嶒?yàn)室承擔(dān)的實(shí)驗(yàn)課程開放,另一類是面向課外創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)(含本科生和研究生)開放。

面向?qū)嶒?yàn)室承擔(dān)的實(shí)驗(yàn)課程和課題開放,要面向全院不同專業(yè)方向?qū)W生。不同學(xué)生空閑的時間都不一樣,如果沒有統(tǒng)籌安排,則有可能出現(xiàn)學(xué)生集中在某一個時間段都來實(shí)驗(yàn)室,而另一些時間段則會出現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室雖然開放了,但是來的學(xué)生很少,實(shí)驗(yàn)室空置嚴(yán)重。為了解決這個問題,設(shè)計(jì)開發(fā)了基于B/S模式的開放式實(shí)驗(yàn)室教學(xué)管理系統(tǒng),系統(tǒng)采用ASP技術(shù),結(jié)合微軟SQL Server數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn),包括實(shí)驗(yàn)預(yù)約、實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)收、實(shí)驗(yàn)報告管理、教學(xué)資源共享等功能。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 開放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

實(shí)驗(yàn)室管理人員結(jié)合實(shí)驗(yàn)室承擔(dān)的實(shí)驗(yàn)課程、每門課程的學(xué)生人數(shù)、不同專業(yè)學(xué)生的理論課上課時間表確定實(shí)驗(yàn)室可以向?qū)W生開放的時間段,并對每一門課程根據(jù)教學(xué)大綱的要求給出實(shí)驗(yàn)學(xué)時和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的基本要求。要求學(xué)生登錄管理系統(tǒng)預(yù)約,在系統(tǒng)給出的開放時間段內(nèi)自主選擇實(shí)驗(yàn)時間,每個實(shí)驗(yàn)時間段內(nèi)根據(jù)給出的開放式實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目自主選擇實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,不同起點(diǎn)、不同層次的學(xué)生可以在同一個時間段、同一個實(shí)驗(yàn)室完成不同的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,但是每個學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)的總學(xué)時和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容至少必須滿足課程給定的基本要求。此外,管理系統(tǒng)還可以實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的在線驗(yàn)收、學(xué)生在線提交實(shí)驗(yàn)報告、教師在線批閱實(shí)驗(yàn)報告等功能,實(shí)現(xiàn)無紙化的實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理。

在完成實(shí)驗(yàn)室承擔(dān)的實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)任務(wù)之外,實(shí)驗(yàn)室可以面向課外創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)(含本科生和研究生)開放,學(xué)生可以登錄開放式實(shí)驗(yàn)室教學(xué)管理系統(tǒng)，查詢除教學(xué)計(jì)劃安排的實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)時間之外實(shí)驗(yàn)室開放的時間,以及實(shí)驗(yàn)室具備的實(shí)驗(yàn)條件,從管理系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)約,經(jīng)實(shí)驗(yàn)室管理人員確認(rèn)后,可以到實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行課外創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)課題研究。這樣可以避免在沒有安排實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)的時間段實(shí)驗(yàn)室處于閑置狀態(tài),有利于實(shí)驗(yàn)室資源的有效利用。

4 結(jié)語

依托我校電子信息技術(shù)實(shí)驗(yàn)中心,按照電子信息技術(shù)高素質(zhì)專門人才和拔尖創(chuàng)新人才所需的知識結(jié)構(gòu)、實(shí)踐能力和創(chuàng)新精神的要求,結(jié)合實(shí)際實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的探索和研究,從頂層統(tǒng)一規(guī)劃、優(yōu)化設(shè)計(jì),規(guī)劃和實(shí)施了開放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理模式,促進(jìn)了高水平實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動的開展。主要成果如下:

(1) 通過不斷的探索與實(shí)踐,構(gòu)建了“多種層次、多種類型、因材施教”和“以學(xué)生為主體,以教師為主導(dǎo)”的開放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式,引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、探索和創(chuàng)新。

(2) 探索并形成有效的開放實(shí)驗(yàn)室管理模式,設(shè)計(jì)并建設(shè)了基于B/S模式的開放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理系統(tǒng),為開放實(shí)驗(yàn)室管理提供支持,提高實(shí)驗(yàn)室資源利用效率。

這一教學(xué)管理模式在我校電子信息技術(shù)實(shí)驗(yàn)中心的實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動中進(jìn)行了實(shí)踐,中心所屬實(shí)驗(yàn)室全年面向本科生和研究生的實(shí)驗(yàn)課程和課外科技創(chuàng)新活動開放,取得了較好的效果。

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Exploration and practice on open management mode of experimental teaching

Fan Zheyi, Liu Zhiwen, He Bingsong, Weng Shuqin

(School of Information and Electronics, Beijing Institute of Technology, Beijing 100081, China)

By taking the cultivation of “High-quality and top-notch innovative talents” in the Electronic Information Technology speciality for the country and university as the foothold, the open management mode of experimental teaching is explored and practiced so as to promote the development of the high-level experimental teaching. The open experimental teaching contents of the “Multi-levels and multi-types” are designed, and the open experimental guidance mode of the “Dividing students to various levels and teaching them in accordance with their aptitudes” and “Taking students as the main body and taking teachers as the leading role” is implemented. The effective open laboratory booking management method is explored, and the open experimental teaching management system based on the B/S structure is designed and realized, which provides strong support for the open experimental teaching management.

experimental teaching; open experimental teaching content; open experimental guidance; laboratory opening

10.16791/j.cnki.sjg.2017.12.049

2017-05-23

范哲意(1983—),男,福建莆田,博士,助理研究員,主要從事信號與圖像處理方向教學(xué)與科研工作.

E-mail：funye@bit.edu.cn

G642.0

B

1002-4956(2017)12-0203-03