开放性创新实验室建设与探索

文/江 敏 王丽萍 吴 刚 张 力 唐 帅

开放性创新实验室建设与探索

文/江 敏 王丽萍 吴 刚 张 力 唐 帅

实验室是诱导创造力和培养实践能力的主要场所，但受到传统实验教学体系的制约，教学模式僵化和封闭式管理，限制了学员独立探索能力和实践能力的培养和发展，无法适应创新型人才的培养需要。针对这一问题，本文通过查阅资料和到国内高校实地调研，设计了集成实验室日常办公、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、实验过程控制等多种功能的开放式创新实验室管理系统，实际运行状况良好，取得了较好的效果。

开放性；创新；实验室建设；信息管理系统

美国教育技术CEO论坛第4年度报告中明确指出，21世纪学生应该达到的能力素质包括：基本学习技能、信息素养、创新思维能力、人际交往与合作精神和实践能力。实验室作为诱导创造力和培养实践能力的主要场所，在培养学员独立探索能力、实际动手操作能力和科学研究兴趣等方面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，普遍存在学员兴趣不浓、参与性不高、缺乏创新意识和发展潜能、教学模式僵化、实验室采用封闭式管理、实验室及仪器利用率低等问题，学员的创新能力、发现问题和解决问题的能力不能得到有效培养，无法适应创新型人才的培养需要。而开放式创新实验室，在完成对学员的基本实践能力训练的基础上，由学员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，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，在培养和提高学员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.开放式创新实验室研究现状

麻省理工学院于上世纪60年代创设了具有代表性的“设计性实验”，其要点是：由学生自己或学生与教师商讨选择实验题目，实验方案的拟定、一起的配置、测量和操作，以致实验中出现的故障的排除等皆由学生自己完成，教师只在必要时给予指点，实验时数和最终要求也不作硬性规定，由学生根据自己的时间、能力和兴趣来安排。从1964年开始在150名一年级本科生中试行，效果良好。受此影响，60年代后期开始，国外许多大学开始了类似于麻省理工学院实验室的教学改革。

通过文献分析，以及对浙江大学、复旦大学、东南大学、南京大学、国防科技大学、重庆大学、北京理工大学、清华大学等军内外重点高校的电工电子类实验教学中心调研，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。如浙江大学电工电子实验中心按照“夯实基础、拓展思维、综合创新”的理念构建了以能力培养为主线、体现“提高基本素质，培养综合能力，引导创新实践”的实验教学体系，开设了基础型、设计型、综合型和自主创新型等多层次、多种教学模式的实验。并以成功开发“开放式实验室管理系统”等为标志的多维实验环境的建设，以及“EDA实验仿真教学”和“启发式、探究式、研讨式”等教学方法的运用，形成适合学生自主创新实践的教学模式，以满足研究型、大学创新型人才培养的需求。

2.开放式创新实验室的作用

开放式创新实验室并不仅是将实验场所及其仪器设备在时间和空间上面向学生开放，而是坚持教育面向现代化，面向世界，面向未来开放，从根本上改革传统的实验教学模式，做到实验教学目标、教学内容、教学策略、教学评价以及教与学角色关系的开放。与传统的实验教学模式相比，具有以下优势：

（1）培养学员创造力

实验室的全面开放，使得学员由被动接受转变为主动选择，能够根据自身的特点和兴趣，选择难度合理的实验方案，或是自行设计、自主完成兴趣所在的实验项目，在实验的过程中，不仅使理论密切联系实际，也能促进学习能力和实践技能的形成。通过教员的合理引导，充分发挥学员的个性，进一步提升兴趣和主动性，形成有益的正反馈，发掘学员潜能，提升其创新性和创造力。

（2）提升实验灵活性

开放性创新实验室在时间和实验室资源上向学员和教员全面开放，突破了实验学时和实验设备有限的限制，给师生提供了一个宽松的实验环境，不受时间的限制，根据自身的实际情况选择时间到实验室进行实验，有利于合理地利用有限的资源，最大限度地满足人才培养的需要，提高了实验室的灵活性和使用效率。

（3）促进教学团队建设

实验室的全面开放不仅体现在时间上，更多体现在内容上。为了能够解决学员在实验中遇到的问题，原有的实验项目知识储备难以满足需求，对教员在业务上提出了更高的要求，必须努力提高自身的理论素养，积极探索新的实验内容和实验方法，掌握更多的实验技能，具有更多的理论和实际经验，从而促进了教学团队的建设与发展。

3.实验室建设目标

2 0 0 9年以来，依托军队院校“2110”二期建设和学院整体搬迁大学城实验室建设，学院共投入大量经费，使全院实验室的硬件条件得到了根本改善，实现了跨越式发展。随着实验室基本建成并正式投入使用，如何在课内、课外使用好实验室，提高实验室利用率，进一步促进教学与科研中心工作，提高人才培养质量，促进学员综合实践能力和创新能力的提高，成为首长、机关和广大实验室工作人员关注的重点问题。

我们在训练部教务处和教保处的指导下，通过3年多的前期研究，以电工电子实验室为对象，对如何利用好实验室、加强实验室的教学和管理改革，进行了一系列探索与实践以期探索出一套具有我院特色的实验室教学与管理的模式。我们认为，要合理利用好实验室，实现首长和机关的意图，根本出路还是全力实现实验室的开放式教学和管理。在完成对学员的基本实践能力训练的基础上，实验室在时间、空间、内容和教学方法等方面对学员开放，由学员自主选择并进行实验学习与研究。由于它能一改传统的实验教学与管理模式，充分体现了以人为本的教学理念，在为培养和提高学员的创新精神和实践动手能力，实现实验室资源优化利用、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。

立足于如何使用好实验室，提高实验室利用率，着眼提高人才培养质量，促进学员综合实践能力和创新能力，首次站在全院实验室和构建整个实验室开放式教学和管理体系的层面上，探索出一条符合我院实情，可操作性强、便于复制的实验室开放式教学与管理模式。

4.实验室建设方案

针对我院机电类、大学物理类基础实验室的特点，在训练部教保处的具体指导和支持下，自主设计的一套实验室综合信息化解决方案。系统集实验室日常办公、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、电源自动控制、电子实验报告、实验过程控制等功能于一体，独具特色，拥有完全知识产权。

图1 系统总体构成示意图

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，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，减轻了客户端的维护工作，同时为远程管理和应用提供了便捷的途径。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。

系统通过了多级的安全认证，并在权限控制上做了大量工作，使权限分配合理有效，并在系统中设有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提高。

系统的主要内容和特点为：（1）建立了专门的网站，配备了专用服务器，为每个实验位配置了计算机，开通了数字化校园网络端口，数字化校园资源可直接进入实验室和实验环节；（2）构建了实验室高清监控系统，实现了实验室无死角高清监控，实验室管理员在监控室就能全面了解每个实验室每位学员实验情况；（3）开发了自动派位和与之配套的门禁系统。学员可利用一卡通在触摸屏自动派位机上自主预约实验（也可在校园网上直接预约），预约成功后，在预约时间内，学员可自行到选定的实验台位上开展相关实验，不需要教员干预，实现了自主性、开放性实验；（4）针对军队院校实验教学组训特点，设计了基础应用型、综合创新型和自主型三类实验的科学、人性化操作流程，使在人员有限、时间有限的情况下开展更多自主性、创新性、综合设计性实验成为可能，并极大地提高学员的学习兴趣和学习的主观能动性；（5）依托实验位信息化终端和数字化仪器设备，通过研制的关键实验数据和图形在线采集、电子操作实验报告和电子版实验报告管理系统，结合门禁、电源自动控制和视频监控等手段，实现了对实验教学全过程的有效控制和实验报告的“无纸化”，确保了实验教学质量的管控和逐步改善。

5.结语

通过建设，设计了集成实验室日常办公、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、实验过程控制等多种功能的开放式创新实验室管理系统，实现了实验报告的“无纸化”和实验室的高效、便捷管理，在运行中节约了大量的物资采购、人员和时间成本，为学员自主实验创造了有利的条件，为人才培养提供了良好的基础支撑。

（作者单位：解放军后勤工程学院机械电气工程系）

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