开放式、自学习实践教学体系的研究与实践

鞠全勇　高素美　郑李明

摘要：本文针对当前我国高等教育在实践教学中存在的主要问题，研究了以应用能力培养为主线的开放式、自学习实验教学体系构建；探索实验教学平台软硬件系统的建设与实践；给出灵活多样、卓有成效的开放实验室的运营模式；总结了全开放、自学习实践教学平台建设与应用的成效。

关键词：实践教学；开放式；实验室；教学体系

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）48-0172-03

国内高校传统的实验教学模式是学生在教师的指导下，按照教师制定的实验方案按部就班地完成实验，忽视了对学生个性化和创新性的培养。随着国家对高等教育投入力度的不断加大，高校实验教学软硬件条件逐渐完善，如何充分发挥现有资源优势，高效培养出社会急需的高级应用型、创新型人才成为各高校亟待解决的问题。与此同时，社会对工程技术人才的需求亦从简单的知识型向创新应用型转变。因此，我们在实践教学体系的设计与实施过程中，必须将学生从传统的封闭式、灌输式的教学模式中解放出来。改革实践教学体系，在课内实验与课外实践、校内实训与校外实习、课程设计与科技创新、生产实习与毕业设计等各实践环节之间，建立既相互联系、又与理论教育体系相对独立的开放式实践教育体系，为学生提供能够充分发挥自主性、创造性的学习环境，提供思考空间更大的实验内容，提供更充裕、灵活的实验时间。构建一个创新型的开放实验环境和实验教学系统，这对于培养创新型人才有着至关重要的作用。

一、构建开放式、自学习实验教学体系，培养工程应用能力

构建创新型的全开放实验环境和实验教学系统是一项系统工程。实践教学培养方案、实验教学大纲、实验教材、实验仪器设备、实验场所、实验教学管理、实验考核方法等构成一套完整的实验教学体系。因此，其内容涵盖开放式的实验项目、实验内容、实验设备、实验考核方式、实验时间以及开放实验的运行管理机制等，其核心是全开放实验教学体系的构建[1]。制定科学合理的实践教学培养方案是构建开放式、自学习实验教学体系的核心。修订和完善实验教学大纲，改革实验教学内容，加强实验教材建设，逐步建成以培养工程应用能力主线，与理论教学一体化又相对独立的多层次全开放实验教学体系。学校注重对学生工程素质培养，营造校内大工程环境，把培养工程意识、工程实践能力和工程创新能力作为主线，贯穿于整个实验教学过程。在实践教学培养方案中，学校增加专业课实验课时比例，设置专业综合实验，提高设计性、综合性、研究性实验比例；建立课外创新实践项目，抵算素质学分机制。学校通过实验室网络管理系统，定期公布开放实验室开放实践项目，激发学生进入开放实验室的热情。学生在开放实践项目中必须独立完成方案设计、仪器设备安装与调试，完成项目并撰写项目报告[2]。学校构建“三自主、四开放”的实践教学模式。“三自主”，即学生自主设计实践项目、安排实践时间和进行实践操作。“四开放”，即实践时间、内容、教学方法和教学手段全开放。实践时间全开放：学生随时可以进入实验室，根据个人情况选择实验时数。实践内容全开放：学生自主选择实践项目和仪器设备、制定实践步骤、分析实践数据。实践教学方法全开放：教师引导学生拟定可行的实验方案，根据个体差异区别辅导，对实验能力好的学生鼓励创新，对基础差的学生要求加强基础训练。实践教学手段全开放：运用录像、网络等辅助实践教学，学生按照自己的进度，自主选择学习内容。学校以全开放实验室为依托，通过学生“三自主”模式，培养学生在“四开放”环境下综合运用所学知识和技术解决实际问题的能力，培养创新能力和工程应用能力。

二、开放式实验教学平台软硬件系统的构建与实践

自2009年以来，笔者所在学院以“建筑智能化省级实验教学示范中心”为基地，发挥自身在楼宇智能化领域内的技术优势，研究和探索如何构建全开放、自学习实验教学体系，达到培养学生创新能力和工程应用能力的目标。学校初步完成了全开放、自学习实验教学平台的构建与实践。

开放式实验教学平台硬件系统，主要由以下四部分组成：（1）由用于网络化虚拟实验课程软件管理的服务器、用于数据备份与存储的数据服务器和用于教师与学生进行互动教学的服务器组成的云管理中心：通过互联网接收智慧实验室各个子系统传输的数据，对数据进行计算处理，通过互联网和物联网对各子系统设备进行智慧管理。（2）覆盖所有开放实验室的视频监控闭路电视系统；（3）基于校园一卡通系统的开放式门禁管理系统及网络化实验预约申请服务系统；（4）基于物联网的电源、灯光、设备仪器远程控制系统。

开放式实验教学平台软件系统，主要由以下几方面组成：（1）实验室智能管理系统；（2）设备监控系统；（3）身份识别系统；（4）互动信息平台管理系统；（5）常用仪器设备管理系统；（6）安防监控、照明监控与节能系统；（7）实践教学网站等。

开放实验室总体框架图如图1所示。

该平台将物联网技术、现场总线技术、传感器网络技术、光纤技术、虚拟现实技术、智能建筑系统集成技术、机器视觉技术等高新技术引到开放实验教学系统平台中，充分提升开放实验教学平台的科技水平，满足创新性、综合性、设计性实验开设的需要。

三、积极构建灵活多样、卓有成效的开放实验室管理运行模式

通过借助信息化、网络化的管理手段，开放实验教学平台建立了一套灵活多样、卓有成效的全开放实验室管理运行模式。

1.多元化的实验室开放形式。开放实验室开放具有多种形式，主要分为4种：实验室规定时间，教师有值守开放；实验室规定时间，教师无值守开放；学生网上预约，教师指导开放；学生网上预约，自主实验开放[3]。

2.多层次的实践项目训练。实验室开放根据涉及的开放实验项目，主要分为课内实验拓展型项目、大学生创新科技项目、职业技能培训项目、学科竞赛项目、教师科研项目等。学生通过参加不同类型的开放实验项目，获取不同层面的应用能力。不同的开放实验项目与多元化的实验室开放形式相结合，构成科学合理的实验室开放实践体系。endprint

3.多形式的实验软硬件开发。开放实验室的软硬件开发是开放实验室良好运行与持续发展的基本保障。我们采用校、企、行业协同发展的策略，不断完善开放实验室软硬件条件，搭建校企共建实验室、校企和行业共建专业技术培训平台、校企共建工程技术研究中心和校企共建工程实践教育中心等多平台，充分发挥学校、企业和行业优势。实验室开放环境开发包括：专业技能训练开放实验项目开发，设计综合实验开放项目开发，实验开放项目的设备开发等[4]。

4.多层次的管理支持和多渠道的经费投入。全开放、自学习实验教学平台建设与运行得到各级管理层面全方位的支持，保证了开放实验室效果，使开放实验室可以良好可持续发展。学校教务处、学院实验教学中心、实验室管理系统管理员、实验指导教师、开放实验项目学生组长组成多层次的开放实验室管理系统。相应的中央财政专项资金、省教育厅所立省级实验教学示范中心经费、校级科技创新活动经费及学院、老师的科研项目等多渠道的经费支持，确保了开放实验教学平台建设和发展。

学校覆盖所有实验室的闭路电视监控系统，通过记录实验过程，实现实验教学活动的全过程管理与监控，有效保证实验教学的效果与质量；具有了门禁服务及网络化实验预约系统，实现了实验室的自动开放，提高了实验室资源的使用效率；门禁系统的时间数据与闭路电视监控系统中的时间信息进行关联，实现了学生实验行为的有效监控与管理。

四、全开放、自学习实践教学平台应用成效

在“三自主、四开放”的实践教学模式下，学生可以根据个人兴趣自由选择参加相应的开放实验项目，能够充分激发学生的学习热情和创造力，同时提高实验室资源利用率。

1.激发了学生的学习积极性和主动性，丰富了课余生活。在开放实验项目中，由学生自主选择实践项目，自主设计项目方案，自主制定项目步骤和分析项目数据，因此学生在进行开放实验项目前，必须进行充分的准备和调研，确保项目方案的可行性和可实施性。因此，学生的主动性、积极性、创造性在开放实验项目中得到充分发挥。实验过程中，学生在调试、编程、测量数据等步骤中认真细致，对得到的数据反复测量。此外，参加开放实验项目的同学，对涉及项目知识的课程也具有更大兴趣，很多理论知识通过自学，加上采用实践训练的方法，就很快掌握。如学生通过参加机器人竞赛训练，很快自学掌握了计算机C语言编程，起到事半功倍的作用。开放实验项目一般在晚上、周末或寒暑假等课外时间进行，因为到实验室进行开放实验项目，可以充实与丰富大学课余生活。

2.培养了学生分析问题、解决问题的能力，提高了学生自主创新和科研能力。在开放实验项目中，项目方案和项目步骤都由学生自主设计，因此，学生在做开放实验项目前要学习项目相关理论知识，掌握项目试验方法和相关设备操作原理与操作规范。当学生在项目进行中遇到困难时，指导老师不再是直接给出答案，只是给出参考方向，加以引导，很多就没有标准答案。因此，学生在开放实验项目中必须积极思考，独立解决项目实施过程中所遇到的困难，从而培养他们认真思考、科学严谨的治学态度。通过开放实验项目的锻炼，学生提高了分析问题和解决问题的能力。另一方面，导师带领学生进行科技研究活动，让学生在开放的环境中参与教师的科研课题，使学生提早接触到专业研究领域，了解学科发展动向，为学校科学研究注入了新的活力，提高了学生的自主创新和科研能力。

3.提高了实验室资源的利用效。开放实验项目全部安排在各个实验室空闲时间段，增加了各个实验室人机时数，充分利用了实验室的资源和设备，使实验室利用率大幅度提高。开放实验项目是对全校师生开放的，因此，全校不同专业、不同学科的师生可以共同做开放实验项目，有利于协作开发，有利于全校实验资源共享。实验室根据空闲的程度来确定开放实验项目的数量和可接纳的师生人数，从而大大提高了实验资源的利用率，实验室的功能得到增强与扩展。

4.促进教师教学质量和科研水平的提高。开放实验项目，多数是教学计划之外的，有些实验项目的难度和综合性比课内实验项目更高，由于没有统一的模式和要求，学生在开放实验项目中会遇到更多、更深、更广泛的问题，涉及到更多的新理论、新知识，这就使得实验指导教师要主动学习，提升自己的专业水平，提高自己的实验技术水平，因此，提高了教师的教学质量。尤其是对“从学校到学校”的博士青年教师，他们通过指导开放实验项目，提升实践能力，积累实践经验，并能逐渐将科研项目引入到实验室，从而提高科研水平。

构建一个创新型的开放实验环境和实验教学系统，建立以学生为主体、教师启发与引导的一种实践教学模式，是实验教学改革发展中出现的一种行之有效的实验教学运行模式，是当前高校实验教学改革的必然趋势，是培养应用型人才的重要途径。其实，涉及到教育与教学理念、实验教学模式、实验室管理、实验师资队伍、实验课程体系、教学内容方法等诸多方面的一系列变革，是一项复杂的系统工程。当今，各高校通过加快开放式实验教学体系的构建，建设全开放、网络化实验教学平台，对应用型、创新型人才的培养具有十分重要的意义。

参考文献：

[1]陈小虎，杨祥.新型应用型本科院校发展的14个基本问题[J].中国大学教学，2013，（1）.

[2]余志华，王永涛，赵娟，等.建设开放实验教学体系建设的探索与实践[J].实验技术与管理，2011，（11）.

[3]陈淑洁.实验室开放模式的探索与实践[J].中国现代教育装备，2011，（21）.

[4]余明东，钱波.基于开放实验教学的创新应用型人才培养[J].实验科学与技术，2011，（6）.

本文受：江苏省教育厅2013年高等教育教学改革研究课题“全开放、自学习实践教学体系建设研究与实践”（2013JSJG158），和金陵科技学院第一批特色教改立项项目（2010TSJG-04-2）资助

作者简介：鞠全勇，金陵科技学院机电工程学院院长，教授，博士；高素美，金陵科技学院机电工程学院讲师，实验中心主任；郑李明，金陵科技学院机电工程学院副院长，副教授，博士。endprint