专业实验室开放模式的探索与实践

李 强, 明 艳

(重庆邮电大学 通信与信息工程学院, 重庆 400065)

专业实验室开放模式的探索与实践

李 强, 明 艳

(重庆邮电大学 通信与信息工程学院, 重庆 400065)

为了培养学生的创新、创业意识,以行业认证培训为基点,探讨了专业实验室的有效开放和实验教学资源的共享。通过积累和整合虚拟实验教学资源,建设了虚实结合的仿真实验系统,完善了虚拟实验信息化管理平台。通过健全专业实验室开放运行机制,实现了专业实验室的远程开放,并积极地探索了专业实验开放运行的新模式。

专业实验室； 开放模式； 行业认证； 虚拟实验平台

为了强化对学生创新创业实践能力的培养,新颁布的《国务院办公厅关于深化高等学校创新创业教育改革的实施意见》要求高校加强专业实验室、虚拟仿真实验室、创新创业实验室和训练中心的建设,并面向在校全体学生和社会开放实验设施,实现教学资源共享。目前许多高校把建设高水平的实验实训中心作为人才培养创新实验区,探索出了具有各自特色的实验室开放运行模式。由于专业实验室的教学内容面向专业课程,贴近科学研究[1],实验平台和实验设备多为科研成果的转化产物,因此专业实验室是目前提高学生科研能力和创新能力的重要基地[2]。如何充分利用实验室的教学资源,探索出专业实验室高效的开放模式是目前高校的一个重点研究课题。

1 专业实验室开放中存在的问题

高校实验室在运行过程中,虽然在实验室的开放力度、学生参与度、教学效果等方面存在差异,但也存在如下几个共性的问题[3]:一是低年级学生参与开放性实验的积极性普遍要高于高年级学生；二是基础性实验室的开放度要高于专业实验室,科研实验室开放质量要高于基础和专业实验室；三是专业实验室投入建设的资金多,实验场地和设备利用率比基础实验室低,实验室开放效果相对较差,甚至不能有效开放。产生以上问题的主要原因如下:

(1) 低年级学生主要进入的是基础性实验室。由于基础性实验室覆盖的专业面广,做实验的学生人数多,因此实验室资源的利用率很高。低年级学生相对单纯,学习热情高,并且热衷于参与各种社团和竞赛活动,如软件设计大赛、科技小制作、电子竞赛等。可以说学生参与及各种竞赛活动促进了基础性实验室的有效开放。

(2) 科研实验室虽然接纳的学生不多,但各科研团队以做科研项目为名招募优秀学生。学生进实验室的目标明确,积极性高,主动性强。学生通过参与科研项目进步很快,其辐射和宣传效应,能吸引更多的学生积极申请加入科研实验室。因此,科研项目驱动了科研实验室的高质量开放和利用。

(3) 高校的专业实验室带有明显的专业属性和行业特色[4],面对的群体主要是进入专业课学习的大三和大四的学生。相对基础性实验室,专业实验室的专业覆盖面窄,学生人数少。而高年级的学生专业课程繁重,很多学生开始忙于考研和找工作,社团、竞赛等活动已不足以吸引他们了。加之专业实验室要么是大型的系统设备,要么是高精端的仪器仪表。这些设备和仪器价格昂贵,台套数少,能支撑的学生数量明显不如基础性实验室。再者,具有工程实践能力的师资队伍也不足,设备的专业性也导致吸引其他专业的学生学习难度更大。这些因素制约了专业实验室的有效开放。

2 专业实验室有效开放的措施和实践

2.1 以行业认证推动专业实验室的有效开放

专业实验室有自己的特色,有高精尖的仪器仪表,与行业紧密相关的大型系统和设备。如果能充分利用专业实验室的特色平台进行技能培训,并让经过培训后的学生参加认可度较高的行业或知名企业的认证,使学生切实体会到通过在专业实验室学习所提升的工程实践能力,能够对就业形成有力支撑。如果学校还能对参加技能培训和认证的学生给予学分上的认定,这样就会吸引更多的学生主动到专业实验室学习和实践。因此,在高校推广行业认证可以促进专业实验室的有效开放。

华为网络技术学院(简称华为网院)是华为公司面向全球推出的网络技术教育机构,通过与高校在专业课程授课、技术培训和认证等领域的合作,推动信息技术人才的培养。我校的通信与信息工程学院与华为网学院进行了合作,除了聘请该院教师为我校学生进行移动通信、数据通信以及相关认证课程的授课外,还鼓励学生参加华为的HCNA、HCNP和HCIE网络技术认证,并开放数据通信网络、宽带接入、移动通信等专业实验室,满足学生在理解通信系统和网络的架构、通信设备的互联互通,系统的操作和数据配置等方面实践的需求。在参加认证培训过程中,学生利用自己的空闲时间到开放的数据通信网络实验室,对实际的路由器、二层和三层交换机等数据通信设备进行配置和组网,灵活地实现通信网中以IP应用为基础的数据业务,既加深了学生对数据网络设备功能、协议及路由配置的理解,又锻炼了学生的实际工程应用能力。

图1是我校学生使用开放的通信专业实验室以及参加暑期华为认证培训的场景。我校聘请华为网院教师,免费为学生进行了2期HCNA和HCNP认证培训,到目前为止已有15名学生通过了HCNA认证,21名学生通过了HCNP认证。在今年举办的第一届华为网络技术大赛中,我校有13名学生通过了预赛进入复赛,1名学生获成渝赛区冠军。在深圳举行的决赛中,1名学生获得了季军。由于通过了认证的学生的言传身教和辐射作用,提高了学生参与行业认证的积极性。2016年暑期HCNA和HCNP认证培训班报名人数爆满,在认证培训期间,开放了相关的专业实验室,由高年级的学生负责实验室的管理。

图1 专业实验室开放和华为认证培训场景

学生在培训过程中,通过教师或外聘企业教师的引导,不仅可以学习合作企业的专业技术,还可以了解企业的文化和创业经历,从而萌发出创新创业的想法[5-6]。如果高校能充分利用自己特色专业的影响力,还可以将技能培训工作向全校、兄弟院校甚至社会推广,吸引更多的人主动参与，甚至是付费到专业实验室学习,从而进一步促进专业实验教学平台的资源开放和共享。

2.2 加大虚实仿真实验平台建设力度,实现专业实验室远程开放

专业性强的实验平台往往不能同时支持教学班级规模的多用户操作,当学生人数较多时,实验室开放能力不够。如果专业实验室与学校的科研团队和企业进行合作,开展虚拟仿真实验平台的开发和建设。采取虚拟仿真技术手段,利用信息化技术,学生通过网络登录到虚拟实验仿真系统，自主学习或分组协作学习[7],这样就突破了传统实验室的有限空间,实现了专业实验的远程开放。

我校在2006年成功研制了Swlab-PS分组交换虚拟仿真实验系统；2010年实现了Swlab-SS软交换交换虚拟仿真实验系统；2013年开发了移动通信虚拟仿真实验系统；从2014年到现在,又先后开发了TD-SCDMA RNS实验仿真教学软件、TDD-LTE无线侧规划配置仿真软件、WLAN室内规划软件、网优虚拟仿真实训系统。2015年成立了信息通信技术与网络虚拟仿真实验教学中心,加强虚拟仿真实验平台的建设力度。通过我校有线接入和无线信号全覆盖的校园网络,为学生提供远程开放式虚拟仿真实验。

图2是我校开放式虚拟仿真实验平台网站界面,通信与信息类部分专业的实验项目,如LTE网络优化、无线网络规划和优化、EPON和GPON宽带业务配置等均可通过虚拟仿真系统进行实验。学生先通过实验中心网站上的在线实验教学视频熟悉实验内容,然后在虚拟仿真实验平台上进行虚拟仿真实验,最后到实验室实际设备或平台上加以验证和测试。这种基于软件设计的虚拟仿真平台,利用信息化网络就可以远程登录虚拟实验平台完成实验[8],不受时间、地点的限制,将实验室开放扩展到实验室以外有网络的地方,解决了基于专业平台开展实验教学能力不足的问题,如支持在线人数少、接口不开放,或专业平台设备贵、更新快、高危实验环境等导致学生很难到企业真实环境下开展实习和工程训练等问题。这种教学模式的运行,也从广义的角度开放专业实验室。

图2 开放式虚拟仿真实验平台

高校科研团队在科研项目实施过程中,常采用虚拟仿真的技术手段,已积累了不少经验和成果,可以很快地将这些科研成果转化成专业实验室的虚拟教学资源。学生通过开放的虚拟仿真平台可以快捷地体验到最新科研成果,甚至在实验过程中激发出实验项目的改进、创新和创业灵感[9-10]。因此,在鼓励科研成果转化教学资源方面,学校可出台配套政策加以鼓励,如优先申报教改项目,发放开发新实验项目劳酬等。一旦科研成果转化的虚拟实验项目被学生使用,在一定的时间内,还可以根据学生使用的人时数按比例继续给予工作量的认定。这样可以鼓励教师参与虚拟实验项目开发的积极性,并可对实验项目进行持续的完善和优化。

3 专业实验室开放的2大保障

3.1 实验室信息化管理平台

传统的信息化实验教学管理平台主要用于排课和学生预约实验,教学资源以实验指导书和教学PPT为主,不提供远程虚拟实验教学。这种平台为学生提供的学习资源有限,开放模式单一,缺少科学的信息化过程管理,教师难以判断学生自学和预习效果,因此也没有发挥信息网络带来的资源远程共享的优势。

一个完善的实验信息化管理平台,其框架需涵盖实验室开放预约管理、实验教学资源(包括课件、视频、Flash、虚拟实验等)、实验项目过程管理评价、实验考核成绩等模块。

(1) 教学资源。包括实验原理的演示、基础知识的讲解、仪器仪表的使用介绍、设备操作流程和工程案例等视频和实验项目。教学视频可方便学生自学和练习,也能减轻教师重复讲解的工作量。

(2) 实验项目过程管理评价。对于学生登录到信息化管理平台进行的虚拟实验,管理平台应具有对实验过程进行监控和评价,实验错误的回放,实验成绩自动评判等功能。

(3) 实验考核。对要进入实验室做实验的学生,可先要求他们通过信息管理平台下的相关教学资源进行预习或先做虚拟实验,并参加实验考核系统自动生成的考题进行考试,合格后才能进入实验室做实验。这种信息化的过程管理,使教师能高效、客观地评判学生的自学和预习效果,从而提升了实验教学质量。

3.2 校企互动的师资队伍

当今社会已经进入到各种技术飞速发展的时代,这就意味着学生入校时还是主流的技术到毕业时有可能就落伍了,因而需要教师的知识体系和工程能力与行业发展保持同步。如果教师不接触企业、不去行业调研、不到企业参加培训和挂职锻炼,是很难做到与时俱进的。要想提高教师的教学水平,打造高水平的师资队伍,可通过与知名企业合作开展技能培训[11]。教师通过到合作企业学习并取得相应授课资质,接触到这些企业最新技术的设备,获取从产品技术资料、课件、设备维护、工程设计等方面的丰富资源,并可将行业内先进的高层次人才培养体系,包括创新能力和工程能力的培养理念、手段等引入到教学中。通过这种校企互动模式,既可持续提升师资队伍水平,也能保证专业实验室从平台建设、教学内容、人才培养模式上与行业接轨,从而更有力地支撑了专业实验室的开放运行。

4 结语

经过多年的探索和实践,我校对专业实验室进行了重点建设,积累了丰富的虚拟实验教学资源,实现了统一的虚拟实验信息化管理平台,逐步完善了专业实验中心的开放运行机制。2015年我校的信息通信技术与网络虚拟仿真实验教学中心入选为国家级虚拟仿真实验教学中心,实现了专业实验室的远程开放。通过与华为网院的合作,以认证培训为抓手,促进了专业实验室的有效开放。近年来,我校的专业实验室教师到华为、中兴、移动、联通、广电等知名企业学习和挂职锻炼,在提升了工程实践能力的同时也引入了先进的人才培养理念,为学生的创新创业能力的培养奠定了基础。

References)

[1] 张宏玉. 地方高校实验室建设管理的探索与实践[J]. 实验技术与管理,2016,33(7):4-7,32.

[2] 任成龙.论科研实践与大学生创新能力的提高[J].南京工程学院学报(社会科学版),2010,10(1):48-51.

[3] 宁爱凤.实验室开放存在的问题及对策[J].实验科学与技术,2005,3(2):104-105.

[4] 吴文华,杨庆，沈新元，等. 智能实验室管理系统下的实验室开放管理[J]. 实验技术与管理,2011,28(2):172-176,197.

[5] 白云,柴钰. 加强开放式实验教学,培养学生的创新能力[J].实验室研究与探索,2010,29(8):109-112.

[6] 明艳,李强. 以通信为特色的国家级实验示范中心的建设[J].实验室研究与探索,2012,31(5):107-110.

[7] 田贞. 网络环境下大学生自主与合作学习能力的培养[J].首都师范大学学报(自然科学版),2015,36(3):10-21.

[8] 刘泽良. 发挥虚拟实验室建设对实验教学的促进作用[J].实验技术与管理,2011,28(7):193-194,197.

[9] 沈建华,李飞.通信与信息网络国家级虚拟仿真实验教学中心建设与实践[J]. 实验室研究与探索,2015,34(1):161-164.

[10] 杨延梅,杨清伟,周富春.高等学校开放式实验教学的探讨[J].高校实验室工作研究,2012,12(2):6-8.

[11] 张文娣,宋景华,程悦.加强高校创新创业教育师资队伍建设的途径探析[J].开封大学学报,2016,30(1):54-57.

Exploration and practice on open mode for professional laboratory

Li Qiang, Ming Yan

(School of Communication and Information Engineering,Chongqing University of Posts and Telecommunications,Chongqing 400065,China)

In order to cultivate students’ consciousness of innovation and entrepreneurship,and based on the industrial certification training, the effective opening of professional laboratories and the sharing of teaching resources are discussed. Through the accumulation and integration of virtual experimental teaching resources,the simulation experimental system with combination of virtuality with reality is established, and the virtual experimental information management platform is improved. Through the completion of the open operation mechanism for the professional laboratory,the remote opening of the professional laboratory is realized,and a new mode for the open operation of the professional laboratory is actively explored.

professional laboratory； open mode; industrial certification； virtual experimental platform

10.16791/j.cnki.sjg.2017.02.058

2016-08-01 修改日期：2016-10-11

重庆市高等教育教学改革研究重大项目(151010)；重庆邮电大学骨干教师培养项目(W2015-78)

李强(1968—),男,湖南益阳,硕士,副教授,重庆邮电大学电子信息工程系主任,主要研究方向为音视频信号处理.

E-mail：liqiang@cqupt.edu.cn

G642.0

B

1002-4956(2017)2-0224-03