提高开放实验室功效，培养学生创新能力

2013-08-15李颖

实验科学与技术 2013年4期

李颖

(电子科技大学电子工程学院，成都 611731)

实验室开放是促进学生理论联系实际、提高学生动手能力和创新能力的重要环节［1］，也是充分发挥实验教学资源作用，满足学生自主学习、实现自我提高的要求。近年来，随着电子科技大学国家级实验教学示范中心的建设和发展，电子实验中心在学校的支持下建立了电子信息工程硬件开放实验室、电子系统设计实验室等开放实验室，对于提高学生主动思维和综合解决实际问题的能力发挥了良好的作用。

1 实验室开放的意义

开放实验室是指时间开放、资源开放、内容开放的实验室［2］，是为学生提供探究的、自主的学习方式和实验环境，是封闭式教学实验室的有益补充。我校90的学生都是电子信息类专业，承担教学计划内的实验课程的实验室只能实行封闭式教学或某一时间段对部分学生开放，这无法满足学生自主学习的要求。而开放实验室允许学生自行安排时间，根据自身情况和实验室的条件，选择自己感兴趣的内容在开放实验室中自主进行研究性学习和实验，运用所掌握的知识选择或提出实验项目、设计实验方案、组织实验仪器、安装调试、排除故障、观察现象、分析数据、获得结论［3］。整个开放性实验过程可以达到培养学生自主学习精神、提高分析问题和解决问题的能力，培养创新意识和能力的目的。

由于开放实验室的实验内容是开放的，因此教师在指导的过程中会遇到各种各样的问题，这对教师知识面的深度和广度提出了更高的要求，也必然促进实验指导教师不断学习新技术、新知识，不断提高业务能力［4］。

2 构建面向不同层次学生的开放实验室

建立开放实验室的目的是希望更多的学生从中受益，因此开放实验室的构建和运行应从功能设置和实验内容上考虑不同层次学生的需求，以期吸引更多的学生有兴趣进入开放实验室学习。

2.1 实验室功能设置

实验室功能设置上适应不同层次学生的需求。低年级学生由于电子设计方面的课程学得较少，他们在开放实验室中大部分进行的是简单的硬件电路的设计和制作，而高年级的学生则可以综合应用单片机、FPGA等进行一些小的电子系统设计，因此，开放实验室从功能上可以考虑设置硬件实验室和电子系统实验室。以电子实验中心的开放实验室为例，目前设置了电子信息工程硬件开放实验室和电子系统设计开放实验室两个开放实验室。在电子信息工程硬件开放实验室中学生可以采用面包板、通孔板或自制PCB板完成数字与模拟电路(纯硬件电路)的单元电路、应用电路的设计与调试。因此，低年级的学生，在学习了基本的电路分析、模拟电路课程后，就可以在该实验室中进行简单的电路制作和测试，也可以对必修的实验课的内容加以延伸和扩展。而电子系统设计实验室则提供了计算机及相关的Matlab、ISE、QuatursⅡ、Modelsim、Pprotel等工具软件，以及单片机、FPGA、嵌入式系统等开发板及相关资料，高年级的学生可以进行复杂的小型电子系统的设计与调试。这样按照不同功能设置的实验室基本可以满足本科不同年级学生的需求。

2.2 实验项目设置

由于不同专业、不同年级的学生之间，甚至同年级同专业的学生之间在能力上、兴趣上存在着差别，部分能力较强的学生能够自主确定研究内容、实验方案，而大部分学生学习没有目的性和针对性［5－6］，想进入开放实验室，但是又不知道该做什么。针对这种情况，开放实验室提供了不同系列的实验项目，如:电源系列，测量与控制系列，通信系列等。每个系列提供由浅入深的、菜单式的实验项目供学生选择，使学生想做事，并且有事可做。

以测量与控制系列实验为例，实验项目可以包括:峰值检测器、声光控制灯、温度控制、汽车防盗报警器、出租车计费器、红外遥控发射和接收、字符显示控制、交通灯控制、竞赛抢答器、数字温度计、超声波测距、可视可听汽车报站器、数字电压表、数字式频率计、简易数字逻辑分析仪、数字相位测量仪、简易数字存储示波器等。这些实验项目均具有一定的实用性和趣味性，实现方法从利用中小规模电路实现到利用单片机、FPGA实现，涉及简单数字电路、模拟电路及模数综合应用，对于每个实验项目就任务要求，涉及的主要知识点给出简单介绍，学生可以根据自己的实际情况选择不同的项目完成。

3 构建高水平、多元化的开放实验室指导教师队伍

随着现代科技的不断发展，专业知识的更新加快，开放实验室指导人员素质的高低直接影响开放实验室运行的效果和可持续发展［7］。因为学生在教师的有效指导下能够完成一个项目或作品，必然会大大增加学生的成就感，提高学习的积极性和主动性。如果始终无法完成项目，必然会降低学生的学习兴趣，所以重视高水平的开放实验室指导教师队伍的建设是非常必要的。

高水平的开放实验室指导队伍应该是理论水平较高、实践能力强，能够对学生进行有效指导的队伍。(1)为了建设这样的教师队伍，可以采取内培外引相结合的方式进行教师的配置，制定配套措施吸引科研团队中工程实践能力强的教师加入开放实验室的指导，合理统筹规划制定开放实验内容、组织教师开发实验项目开发，避免实验项目开发的随意性和盲目性。(2)为了提高教师指导的有效性，要求凡是开放实验室列出的实验项目指导教师必须先做一遍，并且完成一个样品作为展示，这一过程对指导教师也是一个锻炼提高的过程。(3)为了使开放实验室的实验项目不断段更新，紧随新技术的发展，可以定期安排开放实验指导教师参加学术交流活动，一般以国内高校间交流为主，也可安排与科研院所的技术交流。根据工作和培养的需要，对少部分重点岗位工作人员，也应定期安排国际间交流、培养。以上交流可以是几天的，也可以是几个月到半年的［8－9］。

目前，我校电子实验中心的开放实验室的指导完全由实验中心的教师轮流兼职负责。由于每位教师承担的教学计划内的教学任务繁重，没有更多的时间和精力用于开放实验室，加之兼职指导的待遇低，因此，开放实验室的指导教师工作积极性不高。针对这一现状，可以考虑设置专、兼职结合的开放实验室指导教师。专职指导教师专门从事实验室的系列实验项目的规划、开发，实验室管理工作。同时，充分利用学校的“教师新实验开发支持计划”，引导教师开发适合开放实验室的实验项目并兼职参与该项目的指导。另外，可以让研究生参与开放实验室的指导，由于研究生有参与科研的实际经验，且来自不同专业的研究生有着不同的知识结构，可以拓宽本科学生的思路，也可以弥补指导教师不足所带来的问题。

4 营造开放实验室学习研究氛围

浓厚的学习研究氛围可以吸引带动更多的学生主动学习、潜心钻研。为了营造开放实验室学习研究氛围，可以采取以下措施:(1)针对不同系列的实验项目，每半个月举办一次讲座及交流;(2)利用电子实验中心现有的网站资源，建立网络交流平台，提供老师和学生之间、学生和学生之间的有效交流、讨论;(3)每学期邀请一次高水平教授在开放实验室介绍相关的新技术;(4)充分利用联合实验室的资源，与校外公司、企业联合举办新开发工具软件的使用、新器件使用、新技术应用等方面培训等;(5)每年由开放实验室分别面向大一、大二年级的大范围学生主办两次校级电子设计竞赛，实现以赛促学;(6)邀请全国电子设计竞赛获奖学生参与低年级学生的指导，以切身经历告诉学生如何才能实现水平的提高;(7)与理论课相配合，为理论课的课程设计提供实现的平台和环境，使得理论课的课程设计不再只限于纸上谈兵或仿真。

通过以上措施，全方位的营造开放实验室学习研究氛围，希望使得更多的学生加入开放实验室的学习。