开放式实验教学管理模式的探索与实践

范哲意, 刘志文, 何冰松, 翁澍沁

(北京理工大学 信息与电子学院, 北京 100081)

开放式实验教学管理模式的探索与实践

范哲意, 刘志文, 何冰松, 翁澍沁

(北京理工大学 信息与电子学院, 北京 100081)

以服务国家和学校培养电子信息技术专业“高素质专门人才和拔尖创新人才”为立足点,探索与实践开放式实验教学管理模式,促进高水平实验教学活动的开展。设计“多种层次、多种类型”的开放式实验教学内容,实施“划分层次、因材施教”和“以学生为主体,以教师为主导”的开放式实验指导模式。探索有效的开放实验室的预约管理方式,设计并实现了基于B/S结构的开放式实验教学管理系统,为开放式实验教学管理提供有力支持。

实验教学； 开放式实验教学内容； 开放式实验指导； 实验室开放

《国家中长期教育改革和发展规划纲要(2010—2020年)》[1]、教育部等部门《关于进一步加强高校实践育人工作的若干意见》[2]中明确提出要强化实践教学环节,深化实践教学方法改革。开放式实验室建设和开放式实验教学是深化实验教学改革的重要途径之一[3-6]。我校电子信息技术实验中心以服务国家和学校培养电子信息技术专业“高素质专门人才和拔尖创新人才”为立足点,多年来在实验教学和实验室管理方面开展了大胆的改革与实践,统筹规划和实施开放式实验教学模式,促进高水平实验教学活动的开展,使实验教学更加有利于培养学生的实际动手能力、创新意识和创新精神,提高学生的实践能力和创新能力。

1 传统实验教学模式存在的问题

目前多数高校的实验教学和实验室管理普遍存在以下问题和不足[7-8]:

(1) 传统的实验教学往往采取一刀切模式,参加某一门实验课程的所有学生在同样的时间段完成同样的实验内容,对每个学生都是同样的要求和统一的考核标准,使学生处于约束性很强的被动学习状态。

(2) 目前国内高校实验室多数采用的是非开放式管理模式,即学生只能在教学管理部门和实验室安排好的时间段内到实验室完成规定的实验内容,不能充分发挥学生学习的积极性和主动性,制约了高质量人才的培养。

(3) 实验室在没有安排实验课程教学的时间段往往处于闲置状态,不利于实验室资源的有效利用。

开放式实验教学模式已经成为高校教育教学改革的重要内容之一,是深化实验教学改革的重要途径。针对开放式实验室,我校电子信息技术实验中心分别从开放式教学模式和开放式实验室管理2个方面进行了探索和实践。

2 开放式实验教学模式

2.1 开放式实验教学内容体系设计

综合考虑电子信息技术实验中心承担的各实验课程的知识体系,打破单纯以验证课堂理论教学内容而开设实验的传统做法,从顶层统一规划、优化设计,循序渐进、划分层次,将实验项目和内容划分“基础型、综合设计型、研究创新型”3个层次,构建多层次的实验教学内容体系。其中,基础型实验注重于课程知识体系中理论性较强、较抽象且不易理解和掌握的重要核心知识点；综合设计型实验着力于综合运用所学的知识模块,旨在培养学生分析问题和解决问题的实践能力；研究创新型实验着眼于培养学生良好的科研素养,以及勇于探索的创新精神和创新能力。

以电子信息技术实验中心承担的信号处理课群实验教学为例,该课群由信号与系统、随机信号分析、数字信号处理等课程组成,相关课程概念性和原理性强、理论抽象且公式推导和数值计算过程繁琐,传统的实验项目设计往往突出数学分析和原理验证,理论联系实际不足,原理、方法与应用脱节,多年来形成的一门课开一门实验的局面导致课群内各门课程间的实验缺乏联系,缺少能够综合运用信号处理课程体系知识的综合设计型、研究创新型实验。综合考虑信号处理课群相关课程的特点及实验教学要求,统筹设计了“多种层次、多种类型”的实验教学内容。

信号与系统[9]是课群的入门课程,需要通过实验环节帮助学生建立对信号与系统概念的感性认识,掌握信号与系统的基本分析方法,实验项目设置上以基础型实验内容为主,而数字信号处理和随机信号分析课程内实验则以综合设计型和研究创新型实验项目为主。除课程内实验之外,从信号处理课群的整体角度构建了一个综合设计型和研究创新型实验项目“信号处理系统设计”,从顶层的系统方案设计,到底层的系统各部分功能的确定及实现,到整个系统的调试完成,都要求学生独立完成。该实验为大型开放性实验课题,作为我校电子信息类实验班学生必修课和其他电子信息类学生专业选修课,为能力较强的学生提供了自由发挥的空间,也使传统的学生被动实验变为学生主动实验。构建的信号处理课群实验教学内容体系基本情况详见表1,每一门实验课程都给出了不同层次和类型的实验项目,学生可以从中自主选择实验项目,但是总学时必须至少满足教学大纲的基本要求。

表1 信号处理课群实验教学内容体系

2.2 开放式实验教学指导模式

通过教学实践中的调查统计,不同的学生对实验内容的要求是不相同的,统一的施教和衡量标准使学生的积极性受到抑制,自主学习、探索创新的精神得不到发掘和升华。按照电子信息技术高素质专门人才和拔尖创新人才所需的知识结构、实践能力和创新精神的要求,通过不断的探索与实践,设计以重点培养学生创新能力为目标的“划分层次、因材施教”的开放式实验教学指导模式。

从实际出发,以学生为主体,尊重学生的个性差异,打破所有学生统一培养模式的僵局,针对不同学生知识掌握程度和动手能力方面的差异,以及不同学生培养目标定位的不同,在实验教学中设计和构建了难度层次不同的实验项目,学生可结合自身实际情况选择完成相应的实验项目,利用鲜活的、为不同学生量身打造的教学内容调动每个学生参与实验活动的积极性。在这种教学模式下，学生自我追求的目标越来越高,所选择的实验项目层次随之逐渐提高,学生创新能力、动手能力、实际应用能力也随之不断提高。

从基础型实验到综合设计型和研究创新型实验,是一种“阶梯式”、难度逐级递增的实验教学结构体系。与基础型实验相比,综合设计型和研究创新型实验的知识含量要大得多,综合程度要高得多,学生所遇到的困难也要多得多。因此,从教学和学生认知的基本规律看,大多数学生不可能一蹴而就,合理的实验教学方法应该是循序渐进、逐步升级,按照不同的实验定位,对基础型、综合设计型、研究创新型分层次进行实验教学。通过基础型实验,使学生掌握和加深理解重要核心知识点,掌握基本实验方法和技能,为从事后续的综合设计型实验打好基础；通过综合设计型实验,使学生综合运用知识的能力和实际动手能力得到培养与提高,进而为进行研究创新实验做好准备,并最终培养学生自主学习、自主研究的能力,使学生具备解决问题的实践能力和勇于探索、创新的精神。

教学过程中强调“以学生为主体,以教师为主导”,把传统的“教师教,学生学”转变为“教师引导,学生自主学习”。在指导过程中采用“划分层次、因材施教”的模式,对于基础相对薄弱的学生,提倡引导学生掌握实验方法,培养严谨的实验作风。教学中采用探究式、互动式、问题解决式的方法,把实验过程作为教学重点,辅导中讲解和提问相结合,鼓励学生自己获取知识；对于基础相对扎实一些的学生,要重视学生学习的主动性、实验内容的复合性和实验方法的多样性,实验过程中充分发挥学生的主体作用,教师少讲解或不讲解,对学生遇见的问题分析到位、指导到位,以不同的方式给学生提出不同的问题,要求学生在实验中自己找出答案,使学生克服依赖思想,提高自己解决问题的信心与能力；对于拔尖的学生,教师以引导和服务为主,注重培养学生相互协作的精神、创新能力和实践能力,促使学生积极主动地参与知识的学习和发现。

“划分层次、因材施教”的实验教学模式改革,不仅注重纵向(实验项目)分层次,使实验教学循序渐进、逐步升级,在夯实基础的同时构筑高地；同时也注重横向(学生)分层次,学生依据自己的意愿和能力,选择不同层次的实验项目,教师根据学生的基础和知识掌握情况分层次指导,给予学生更大的发展空间,使其积极性和创造性得以充分发挥。通过多年的实践,这种教学指导模式已经取得了良好的效果。

3 开放式实验室管理

传统的实验教学管理中,由教学管理部门和实验室根据实验课程及每门课程的学生人数进行排课,学生只能在安排好的时间内到指定的实验室完成规定的实验内容,这种非开放式实验教学模式不能充分发挥学生的积极性和主动性,制约了高质量人才的培养。

实验室实行开放,不仅要保证实验室开放的时间,还要保证实验室的利用效率。为此将实验室开放分为2类,一类是面向实验室承担的实验课程开放,另一类是面向课外创新实验(含本科生和研究生)开放。

面向实验室承担的实验课程和课题开放,要面向全院不同专业方向学生。不同学生空闲的时间都不一样,如果没有统筹安排,则有可能出现学生集中在某一个时间段都来实验室,而另一些时间段则会出现实验室虽然开放了,但是来的学生很少,实验室空置严重。为了解决这个问题,设计开发了基于B/S模式的开放式实验室教学管理系统,系统采用ASP技术,结合微软SQL Server数据库设计实现,包括实验预约、实验结果验收、实验报告管理、教学资源共享等功能。系统结构如图1所示。

图1 开放式实验教学管理系统结构图

实验室管理人员结合实验室承担的实验课程、每门课程的学生人数、不同专业学生的理论课上课时间表确定实验室可以向学生开放的时间段,并对每一门课程根据教学大纲的要求给出实验学时和实验内容的基本要求。要求学生登录管理系统预约,在系统给出的开放时间段内自主选择实验时间,每个实验时间段内根据给出的开放式实验项目自主选择实验内容,不同起点、不同层次的学生可以在同一个时间段、同一个实验室完成不同的实验项目,但是每个学生完成实验的总学时和实验内容至少必须满足课程给定的基本要求。此外,管理系统还可以实现实验结果的在线验收、学生在线提交实验报告、教师在线批阅实验报告等功能,实现无纸化的实验教学管理。

在完成实验室承担的实验课程教学任务之外,实验室可以面向课外创新实验(含本科生和研究生)开放,学生可以登录开放式实验室教学管理系统，查询除教学计划安排的实验课程教学时间之外实验室开放的时间,以及实验室具备的实验条件,从管理系统进行预约,经实验室管理人员确认后,可以到实验室进行课外创新实验课题研究。这样可以避免在没有安排实验课程教学的时间段实验室处于闲置状态,有利于实验室资源的有效利用。

4 结语

依托我校电子信息技术实验中心,按照电子信息技术高素质专门人才和拔尖创新人才所需的知识结构、实践能力和创新精神的要求,结合实际实验教学中的探索和研究,从顶层统一规划、优化设计,规划和实施了开放式实验教学管理模式,促进了高水平实验教学活动的开展。主要成果如下:

(1) 通过不断的探索与实践,构建了“多种层次、多种类型、因材施教”和“以学生为主体,以教师为主导”的开放式实验教学模式,引导学生自主学习、探索和创新。

(2) 探索并形成有效的开放实验室管理模式,设计并建设了基于B/S模式的开放式实验教学管理系统,为开放实验室管理提供支持,提高实验室资源利用效率。

这一教学管理模式在我校电子信息技术实验中心的实验教学活动中进行了实践,中心所属实验室全年面向本科生和研究生的实验课程和课外科技创新活动开放,取得了较好的效果。

References)

[1] 教育部.国家中长期教育改革和发展规划纲要(2010-2020年)[EB/OL].(2010-07-29).http://www.moe.edu.cn.

[2] 教育部,中国共产党中央委员会宣传部,财政部,等.教育部等部门关于进一步加强高校实践育人工作的若干意见[EB/OL].(2012-01-10).http://www.moe.edu.cn.

[3] 盖功琪,宋国利.开放式实验教学管理模式的研究与实践[J].黑龙江高教研究,2009(5):162-164.

[4] 宋国利,盖功琪,苏冬妹.开放式实验教学模式的研究与实践[J].实验室研究与探索,2010,29(2):91-93,132.

[5] 张静,董伟,姚军.论多形式开放实验室教学模式[J].教育与职业,2013(18):142-143.

[6] 巩宪伟,陈亚敏,巩天骄.基于培养创新型人才的开放实验室管理与建设[J].实验技术与管理,2016,33(11):271-273.

[7] 谌贵辉,谌海云.以加强实验室建设为推手完善实验实践教学体系[J].实验室研究与探索,2013,32(7):165-167, 197.

[8] 罗频捷,温荷.开放实验室管理信息系统的开发与实现[J].实验技术与管理,2015,32(5):157-160.

[9] 王群,范哲意.信号与系统学习指导与实验[M].北京:北京理工大学出版社,2013.

Exploration and practice on open management mode of experimental teaching

Fan Zheyi, Liu Zhiwen, He Bingsong, Weng Shuqin

(School of Information and Electronics, Beijing Institute of Technology, Beijing 100081, China)

By taking the cultivation of “High-quality and top-notch innovative talents” in the Electronic Information Technology speciality for the country and university as the foothold, the open management mode of experimental teaching is explored and practiced so as to promote the development of the high-level experimental teaching. The open experimental teaching contents of the “Multi-levels and multi-types” are designed, and the open experimental guidance mode of the “Dividing students to various levels and teaching them in accordance with their aptitudes” and “Taking students as the main body and taking teachers as the leading role” is implemented. The effective open laboratory booking management method is explored, and the open experimental teaching management system based on the B/S structure is designed and realized, which provides strong support for the open experimental teaching management.

experimental teaching; open experimental teaching content; open experimental guidance; laboratory opening

10.16791/j.cnki.sjg.2017.12.049

2017-05-23

范哲意(1983—),男,福建莆田,博士,助理研究员,主要从事信号与图像处理方向教学与科研工作.

E-mail：funye@bit.edu.cn

G642.0

B

1002-4956(2017)12-0203-03