电工电子实验开放式教学与管理的研究

吴 刚，许鹏飞，王维俊，郭军华，王丽萍

(后勤工程学院，重庆 401311)

2009年以来，依托军队“2110”整体条件重点建设和学院整体搬迁大学城实验室建设，我院电工电子实验室的硬件条件得到了根本改善，实现了跨越式发展。2009年12月，随着实验室基本建成并正式投入使用，如何使用好实验室，进一步加强实验教学改革和实验室管理，成为实验室日常工作的重中之重。为此，根据我院的具体特点，我们对电工电子实验室的开放式教学和管理进行了一系列研究与实践，探索出了一套具有我院特色的开放式实验教学与实验室管理的模式。

1 我院实验管理现状

1.1 实验室管理存在的问题

高等学校实验室在培养学生独立探索能力、实际动手操作能力和科学研究的兴趣等具有独特的优势和明显的功效。但在传统的高校实验教学体系下，普遍存在实验内容陈旧、教材改革滞后等问题，学生兴趣不浓，参与性不高，缺乏创新意识和发展潜能;教学模式僵化，实验课程一直沿用传统的验证式的教学模式，教为主导代替了学为主体。多数实验室采用封闭式管理，限制了老师和学生利用业余时间进行课外实验活动;除承担大纲计划的实验内容外，实验室及仪器基本闲置，有的实验室甚至一个学期都没实验任务，造成极大的资源浪费。另外，实验手段的落后、课程体系设置的随意性也给实验教学和管理带来一定的障碍。学生的创新能力、发现问题和解决问题的能力不能得到有效培养，无法适应创造性人才培养的需要。

1.2 开放式实验教学与管理

而构建开放式实验教学与管理，是在完成对学生的基本实践能力训练的基础上，由学生根据自己的兴趣和特长独立拟定实验方案，组成合作团队，设计实验技术路线，独立操作完成实验过程，指导老师对整个实验不进行任何干预，只有在学生提出请求时，才到实验现场给予必要的启发与引导，实验完成以后对实验结果和实验报告进行审查和评估。

由于它能一改传统的实验教学与管理模式，充分体现以人为本的教学理念，在为培养和提高学生的创新精神和实践动手能力，实现高校实验教学资源优化利用、促进教学观念和学风转变、满足分层次和个性化教学要求的需要等方面起到十分积极的作用，因此近年来成为我国高等院校推崇和探究的新型实验教学与管理方式。

1.3 总参和教育部的具体要求

总参和教育部有关实验室建设标准对开放式实验教学与管理均有具体要求。

总参《军队院校基础实验室建设标准》明确规定:①应实行课程教学与开放教学(阶段性开放或预约开放)相结合的教学方式，每天可开放的时间一般应≥4小时;②实验室应配置一套完整的实验室管理系统及软件，并配有支持开放实验教学的设备和设施(如刷卡机、监控设备等)。

教育部《高等学校基础课实验教学示范中心建设标准》明确规定:①中心实行开放式教学，实验室提供选题(含必修、选修)，学生可自带课题，中心为学生提供技术指导等全方位服务;②中心计划内教学任务应服从教学计划的安排，每天可开放时间不少于10小时。有的实验可实行阶段性全时开放或预约开放;③要根据不同学校、不同学科的特点建立以学生为中心、实现以学生自我为主的教学模式;④中心应运用现代化技术及先进的实验教学手段，充分利用网络，使用计算机辅助教学实验软件和多媒体教学课件，推广应用虚拟、仿真等实验技术手段。同时对于必要的实验要促进虚拟、仿真实验与实际实验的结合;⑤中心充分利用现代化技术手段实现实验教学、实验室基本工作信息和仪器设备的计算机网络化管理。

1.4 实验室全开放式管理方法

2008年5月至2010年10月，我们分别到了军内外重点高校，对他们的电工电子类实验教学中心进行了调研。重点对浙江大学、东南大学、北京理工大学和重庆大学这四个具有电工电子类国家级实验教学示范中心的学校进行了调研，通过介绍和参观实验室，基本掌握了目前开放式实验教学和管理的现状:主要重点高校均正推行和深化实验室的全开放式管理和开放式自主实验教学模式。各重点高校均积极、充分利用校园网、一卡通(或IC卡)、实验室自动派位系统、门禁系统和视频监控系统，用信息化管理手段实现实验室的全开放式管理。

21世纪的实验教学讲求各学科之间的相互交叉，渗透和综合化的发展，传统的实验教学和管理模式与当前高速发展的前沿科学新理论、新技术严重脱节。而开放式实验教学与管理模式增加了学生动手机会、利于学生自主学习和个性发展，极大的调动了学生的学习积极性，促进了主动性、创造性以及现代科学思维方法的形成。实行全方位，多层次的开放式教学与管理是实验教学与管理改革的必然趋势和发展方向。同时，随着信息技术和实验技术的发展，校园网、一卡通、实验室自动派位系统、门禁系统、视频监控系统等信息化管理手段的逐渐普遍应用，开放式实验教学与管理正在向全开放式管理方向发展。开放式实验教学在建立适应开放教学模式的教学质量保障体系、确保开放式实验教学的成效的基础上，开放的内涵从实验时间和实验空间将拓展到实验内容、教学管理、考核评价、实验指导、实验室与设备管理等方面，实现真正意义上的开放式教学，使学生逐渐摆脱对老师的依赖心理，养成自主发现、解决问题的习惯。也极大地提高了实验教学资源的使用效益。

2 我院实验教学改革

2.1 我院实验教学特点

由上述对开放式教学与管理分析总结，以及各标准的具体规定可见，要使用和管理好实验室，达到总参和教育部标准化、示范中心的有关要求，其根本出路就在于实行开放式实验教学与管理。虽然我院电工电子实验室的硬件条件已完全能满足开放式实验教学和管理对实验台套数、实验场地、实验仪器设备等硬件条件的要求，但是由于我院实验室工作人员少、学员集中管理、课余时间少、计划学时少，以及电工电子类课程实验教学未独立设课、大多教学班教学进度一致、各实验项目前后有关联和不能倒序等特点，要开展开放式实验教学与管理，必须改革现有实验教学模式，构建新的多层次的实验教学体系，并充分利用校园网、一卡通、实验室自动派位系统、门禁系统、视频监控系统等信息技术和信息化管理手段，采用技术手段降低开展综合性、设计性、自主性、创新性实验教学的难度。

2.2 确立新教学目标

电工电子类课程作为信息技术的基础，对后勤信息化人才的培养具有至关重要的作用，我院《实验室框架体系调整优化方案》明确要求“以素质教育、创新教育理念为先导，以培养工程实践能力和创新能力为主线”，为此只有将培养能综合应用电工电子技术，具有较熟练的电工电子实践技能(即具有综合用电能力的人才)、终生自主学习能力、工程实践能力和创新能力的军事专业技术人才作为电工电子实验教学的目标，才能培养出适应建设信息化军队、打赢信息化战争、需要的军队专业技术人才。

2.3 实验课程体系和教学内容的改革

为改革原来的电工电子实验教学模式，我们建立起了多层次模块化实践教学体系。从学科专业实践教学和工程训练需求出发，建立包含实验教学、工程训练、课程设计和课外科技实践活动在内，覆盖电类基础课和专业基础课的多层次开放式模块化实践教学体系，教学模块可以不断增添，实验项目可以随技术的发展不断更新，面向全院，提供菜单式实践教学服务，各系可以根据学科专业的需要，在各层次教学模块中选择实验项目，构成适合于不同学科、专业的实验课程和实践教学计划，成为具有学科专业特色的实践教学套餐。

电工电子类实验分为三类实验(基础、综合和自主)，五个层次。

1)为基础训练，含电工电子实践基本知识、工程技能训练，教学模块中以基础实验为主要教学内容。采取实验室现场集中授课和实践的形式，传授实验基础知识，进行基本方法和技能的训练。

2)含电工电子基础课程实验教学内容，其中演示和验证性基础实验约占30%，综合设计实验占70%，主要采取集中授课与开放式教学相结合模式。

3)课程设计，由学员在规定范围内自主选题，在实验室自主完成。设计课题中，设计、综合性内容占80%以上，留有20%左右的空间供学员进行研究和自主创新发挥。

4)专业基础课程类实验，实验室和教学资源向学员全面开放。实验教学的模式由理论课教师选择，可以是传统模式的，也可以是开放式的;教学内容中，基础型实验占10%，综合设计型实验占70%，其余为自主研究创新型实验。

5)对前面4个层次教学的总结和提高，学员综合运用前面各教学模块所学到的专业知识和工程技能，面对较大规模的电子系统，经过需求分析、资料查询、方案论证、设计搭试、调试测试、分析总结等过程，在开放式的综合实验系统上完成课题。

2.4 课程的组织与管理的改革

1)基础实验

对于基础实验，除必要的基本实验技能、测试方法和复杂贵重仪器设备的使用外，其他实验内容采用模块化、全开放菜单式形式(包含所有实验项目名称、实验要求、实验目的、可提供的全部实验仪器、设备、工具和可利用的全部电子元器件)，呈献给学员。实验室开放时间、每项内容同时可容纳的最多人数等都将在网上公布，供学员选择，让各专业的学员按自己的知识结构和兴趣选择实验内容。

学员根据培养计划、教学标准要求，结合自己的兴趣选择具体的实验项目。然后自己根据实验项目查找资料，设计实验，然后预约实验室，在预约的时间到实验室准备需要的实验仪器设备工具和材料，并在实验室按自己设计的步骤和要求完成实验，最后进行实验报告的完成和提交。这种开放式实验教学中，学员是实验的主体，通过查找资料，使学过的理论知识得到了巩固，认识加强了;通过准备实验，得到了实际工作经验;教员只需进行必要的答疑和辅导，最后批改实验报告。基础应用型组织训练流程如图1所示。

图1 基础应用型组织训练流程

2)综合设计实验。

其基本流程基本流程如图2所示。

2 综合设计型实验组织训练流程

(3)自主研究创新实验。

其基本流程如图3所示。

图3 自主研究创新实验组织训练流程

3 我院电工电子实验室信息化实践

3.1 主要功能

1)构建软硬件相结合的实践环境，实现实验室的开放式管理和开放式自主实践教学模式 利用校园网、一卡通、实验室自动派位系统、门禁系统和视频监控系统，用信息化管理手段实现实验室的开放式管理。该模式集实验室日常办公、实验教学管理、资产管理、耗材管理、实验室无人值守、自动派位、电子实验报告、实验过程控制和立体化教学资源库等功能于一体。

2)建立适应开放教学模式的教学质量保障体系和实验过程控制有效利用门禁、实验位电源自动控制、关键实验数据实时在线采集、电子预习、操作和综合实验报告、视频监控等手段，实现实验教学的全过程控制和教学质量的管控。

3)采用人性化界面和灵活方便的参数设置和系统组态方式。

3.2 总体设计

系统采用B/S和C/S混合架构设计。主体采用Brower/Sever结构体系，其具有易安装、成本低、易升级、可扩充、完全开放、不受站点物理空间限制等特点，系统功能、界面的升级、维护均在服务器端即可完成，客户端(教员机和学员机)不需安装其它过多的软件，使用IE浏览器就可以完成主要任务，减轻客户端的维护工作，并使得远程管理和应用得以实现。对于特殊环节，通过C/S结构设计的结合实现系统来补充B/S结构让系统更加的合理。同时也体现了C/S架构与硬件结合的紧密性，制造出系统稳定性和自由度发挥的完美结合。

系统结合通过多级的安全认证，并在权限控制上做大量工作，使权限分配合理有效，并在系统中内含敏感操作的系统日志，使整个系统的完整性和可维护性得到了极大增加。系统构成如图4所示。

4 系统总体构成示意图

4 结语

实行全方位、多层次的开放式教学与管理是实验教学与管理改革的必然趋势和发展方向。且随着信息技术和实验技术的发展，正在向全开放式管理方向发展。它是充分发挥实验室功能的需要、是培养学生实践能力和创新精神的需要、培养高素质教员队伍的需要促进教学观念和学风转变的需要、满足分层次和个性化教学要求的需要，也是总参和教育部有关建设标准的基本要求。所以我们要大力加强开放式教学与管理的改革和研究。

电工电子实验的开放式教学与管理它不但涉及到实验教学课程体系改革，还涉及学院资金的投入、设备的更新、仪器的添置、实验耗材的保证和场地的合理设置，另外还涉及到学员的管理、实验室工作人员工作量核算等方方面面，是一项复杂的系统工程，需要不断的深入和完善，以及各力面的支持与配合。因此，要实现我院实验教学全方位、多层次开放持续有效地开展，必须加强开放后实验教学与管理体制的配套改革，以便更好地适应新时期人才培养的需要和实现实验室顺利有序、可持续地开放。

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