文/江 敏 王麗萍 吳 剛 張 力 唐 帥

開放性創(chuàng)新實驗室建設(shè)與探索

文/江 敏 王麗萍 吳 剛 張 力 唐 帥

實驗室是誘導(dǎo)創(chuàng)造力和培養(yǎng)實踐能力的主要場所，但受到傳統(tǒng)實驗教學(xué)體系的制約，教學(xué)模式僵化和封閉式管理，限制了學(xué)員獨立探索能力和實踐能力的培養(yǎng)和發(fā)展，無法適應(yīng)創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)需要。針對這一問題，本文通過查閱資料和到國內(nèi)高校實地調(diào)研，設(shè)計了集成實驗室日常辦公、實驗教學(xué)管理、資產(chǎn)管理、耗材管理、實驗室無人值守、自動派位、電子實驗報告、實驗過程控制等多種功能的開放式創(chuàng)新實驗室管理系統(tǒng)，實際運行狀況良好，取得了較好的效果。

開放性；創(chuàng)新；實驗室建設(shè)；信息管理系統(tǒng)

美國教育技術(shù)CEO論壇第4年度報告中明確指出，21世紀學(xué)生應(yīng)該達到的能力素質(zhì)包括：基本學(xué)習(xí)技能、信息素養(yǎng)、創(chuàng)新思維能力、人際交往與合作精神和實踐能力。實驗室作為誘導(dǎo)創(chuàng)造力和培養(yǎng)實踐能力的主要場所，在培養(yǎng)學(xué)員獨立探索能力、實際動手操作能力和科學(xué)研究興趣等方面具有獨特的優(yōu)勢和明顯的功效。但在傳統(tǒng)的高校實驗教學(xué)體系下，普遍存在學(xué)員興趣不濃、參與性不高、缺乏創(chuàng)新意識和發(fā)展?jié)撃堋⒔虒W(xué)模式僵化、實驗室采用封閉式管理、實驗室及儀器利用率低等問題，學(xué)員的創(chuàng)新能力、發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力不能得到有效培養(yǎng)，無法適應(yīng)創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)需要。而開放式創(chuàng)新實驗室，在完成對學(xué)員的基本實踐能力訓(xùn)練的基礎(chǔ)上，由學(xué)員根據(jù)自己的興趣和特長獨立擬定實驗方案，組成合作團隊，設(shè)計實驗技術(shù)路線，獨立操作完成實驗過程，實驗完成以后對實驗結(jié)果和實驗報告進行審查和評估。由于它能一改傳統(tǒng)的實驗教學(xué)與管理模式，充分體現(xiàn)以人為本的教學(xué)理念，在培養(yǎng)和提高學(xué)員的創(chuàng)新精神和實踐動手能力，實現(xiàn)高校實驗教學(xué)資源優(yōu)化利用、促進教學(xué)觀念和學(xué)風(fēng)轉(zhuǎn)變、滿足分層次和個性化教學(xué)要求等方面起到十分積極的作用，因此近年來成為我國高等院校推崇和探究的新型實驗教學(xué)與管理方式。

1.開放式創(chuàng)新實驗室研究現(xiàn)狀

麻省理工學(xué)院于上世紀60年代創(chuàng)設(shè)了具有代表性的“設(shè)計性實驗”，其要點是：由學(xué)生自己或?qū)W生與教師商討選擇實驗題目，實驗方案的擬定、一起的配置、測量和操作，以致實驗中出現(xiàn)的故障的排除等皆由學(xué)生自己完成，教師只在必要時給予指點，實驗時數(shù)和最終要求也不作硬性規(guī)定，由學(xué)生根據(jù)自己的時間、能力和興趣來安排。從1964年開始在150名一年級本科生中試行，效果良好。受此影響，60年代后期開始，國外許多大學(xué)開始了類似于麻省理工學(xué)院實驗室的教學(xué)改革。

通過文獻分析，以及對浙江大學(xué)、復(fù)旦大學(xué)、東南大學(xué)、南京大學(xué)、國防科技大學(xué)、重慶大學(xué)、北京理工大學(xué)、清華大學(xué)等軍內(nèi)外重點高校的電工電子類實驗教學(xué)中心調(diào)研，基本掌握了目前開放式實驗教學(xué)和管理的現(xiàn)狀：主要重點高校均正推行和深化實驗室的全開放式管理和開放式自主實驗教學(xué)模式。各重點高校均積極、充分利用校園網(wǎng)、一卡通（或IC卡）、實驗室自動派位系統(tǒng)、門禁系統(tǒng)和視頻監(jiān)控系統(tǒng)，用信息化管理手段實現(xiàn)實驗室的全開放式管理。如浙江大學(xué)電工電子實驗中心按照“夯實基礎(chǔ)、拓展思維、綜合創(chuàng)新”的理念構(gòu)建了以能力培養(yǎng)為主線、體現(xiàn)“提高基本素質(zhì)，培養(yǎng)綜合能力，引導(dǎo)創(chuàng)新實踐”的實驗教學(xué)體系，開設(shè)了基礎(chǔ)型、設(shè)計型、綜合型和自主創(chuàng)新型等多層次、多種教學(xué)模式的實驗。并以成功開發(fā)“開放式實驗室管理系統(tǒng)”等為標志的多維實驗環(huán)境的建設(shè)，以及“EDA實驗仿真教學(xué)”和“啟發(fā)式、探究式、研討式”等教學(xué)方法的運用，形成適合學(xué)生自主創(chuàng)新實踐的教學(xué)模式，以滿足研究型、大學(xué)創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的需求。

2.開放式創(chuàng)新實驗室的作用

開放式創(chuàng)新實驗室并不僅是將實驗場所及其儀器設(shè)備在時間和空間上面向?qū)W生開放，而是堅持教育面向現(xiàn)代化，面向世界，面向未來開放，從根本上改革傳統(tǒng)的實驗教學(xué)模式，做到實驗教學(xué)目標、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)策略、教學(xué)評價以及教與學(xué)角色關(guān)系的開放。與傳統(tǒng)的實驗教學(xué)模式相比，具有以下優(yōu)勢：

（1）培養(yǎng)學(xué)員創(chuàng)造力

實驗室的全面開放，使得學(xué)員由被動接受轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃舆x擇，能夠根據(jù)自身的特點和興趣，選擇難度合理的實驗方案，或是自行設(shè)計、自主完成興趣所在的實驗項目，在實驗的過程中，不僅使理論密切聯(lián)系實際，也能促進學(xué)習(xí)能力和實踐技能的形成。通過教員的合理引導(dǎo)，充分發(fā)揮學(xué)員的個性，進一步提升興趣和主動性，形成有益的正反饋，發(fā)掘?qū)W員潛能，提升其創(chuàng)新性和創(chuàng)造力。

（2）提升實驗靈活性

開放性創(chuàng)新實驗室在時間和實驗室資源上向?qū)W員和教員全面開放，突破了實驗學(xué)時和實驗設(shè)備有限的限制，給師生提供了一個寬松的實驗環(huán)境，不受時間的限制，根據(jù)自身的實際情況選擇時間到實驗室進行實驗，有利于合理地利用有限的資源，最大限度地滿足人才培養(yǎng)的需要，提高了實驗室的靈活性和使用效率。

（3）促進教學(xué)團隊建設(shè)

實驗室的全面開放不僅體現(xiàn)在時間上，更多體現(xiàn)在內(nèi)容上。為了能夠解決學(xué)員在實驗中遇到的問題，原有的實驗項目知識儲備難以滿足需求，對教員在業(yè)務(wù)上提出了更高的要求，必須努力提高自身的理論素養(yǎng)，積極探索新的實驗內(nèi)容和實驗方法，掌握更多的實驗技能，具有更多的理論和實際經(jīng)驗，從而促進了教學(xué)團隊的建設(shè)與發(fā)展。

3.實驗室建設(shè)目標

2 0 0 9年以來，依托軍隊院校“2110”二期建設(shè)和學(xué)院整體搬遷大學(xué)城實驗室建設(shè)，學(xué)院共投入大量經(jīng)費，使全院實驗室的硬件條件得到了根本改善，實現(xiàn)了跨越式發(fā)展。隨著實驗室基本建成并正式投入使用，如何在課內(nèi)、課外使用好實驗室，提高實驗室利用率，進一步促進教學(xué)與科研中心工作，提高人才培養(yǎng)質(zhì)量，促進學(xué)員綜合實踐能力和創(chuàng)新能力的提高，成為首長、機關(guān)和廣大實驗室工作人員關(guān)注的重點問題。

我們在訓(xùn)練部教務(wù)處和教保處的指導(dǎo)下，通過3年多的前期研究，以電工電子實驗室為對象，對如何利用好實驗室、加強實驗室的教學(xué)和管理改革，進行了一系列探索與實踐以期探索出一套具有我院特色的實驗室教學(xué)與管理的模式。我們認為，要合理利用好實驗室，實現(xiàn)首長和機關(guān)的意圖，根本出路還是全力實現(xiàn)實驗室的開放式教學(xué)和管理。在完成對學(xué)員的基本實踐能力訓(xùn)練的基礎(chǔ)上，實驗室在時間、空間、內(nèi)容和教學(xué)方法等方面對學(xué)員開放，由學(xué)員自主選擇并進行實驗學(xué)習(xí)與研究。由于它能一改傳統(tǒng)的實驗教學(xué)與管理模式，充分體現(xiàn)了以人為本的教學(xué)理念，在為培養(yǎng)和提高學(xué)員的創(chuàng)新精神和實踐動手能力，實現(xiàn)實驗室資源優(yōu)化利用、促進教學(xué)觀念和學(xué)風(fēng)轉(zhuǎn)變、滿足分層次和個性化教學(xué)要求的需要等方面起到十分積極的作用。

立足于如何使用好實驗室，提高實驗室利用率，著眼提高人才培養(yǎng)質(zhì)量，促進學(xué)員綜合實踐能力和創(chuàng)新能力，首次站在全院實驗室和構(gòu)建整個實驗室開放式教學(xué)和管理體系的層面上，探索出一條符合我院實情，可操作性強、便于復(fù)制的實驗室開放式教學(xué)與管理模式。

4.實驗室建設(shè)方案

針對我院機電類、大學(xué)物理類基礎(chǔ)實驗室的特點，在訓(xùn)練部教保處的具體指導(dǎo)和支持下，自主設(shè)計的一套實驗室綜合信息化解決方案。系統(tǒng)集實驗室日常辦公、實驗教學(xué)管理、資產(chǎn)管理、耗材管理、實驗室無人值守、自動派位、電源自動控制、電子實驗報告、實驗過程控制等功能于一體，獨具特色，擁有完全知識產(chǎn)權(quán)。

圖1 系統(tǒng)總體構(gòu)成示意圖

系統(tǒng)采用B/S和C/S混合架構(gòu)設(shè)計。主體采用Brower/Sever結(jié)構(gòu)體系，具有易安裝、成本低、易升級、可擴充、完全開放、不受站點物理空間限制等特點，系統(tǒng)功能、界面的升級、維護均在服務(wù)器端即可完成，客戶端（教員機和學(xué)員機）不需安裝其它過多的軟件，使用IE瀏覽器就可以完成主要任務(wù)，減輕了客戶端的維護工作，同時為遠程管理和應(yīng)用提供了便捷的途徑。對于特殊環(huán)節(jié)，通過C/S結(jié)構(gòu)設(shè)計的結(jié)合實現(xiàn)系統(tǒng)來補充B/S結(jié)構(gòu)讓系統(tǒng)更加合理。同時也體現(xiàn)了C/S架構(gòu)與硬件結(jié)合的緊密性，制造出系統(tǒng)穩(wěn)定性和自由度發(fā)揮的完美結(jié)合。

系統(tǒng)通過了多級的安全認證，并在權(quán)限控制上做了大量工作，使權(quán)限分配合理有效，并在系統(tǒng)中設(shè)有內(nèi)含敏感操作的系統(tǒng)日志，使整個系統(tǒng)的完整性和可維護性得到了極大提高。

系統(tǒng)的主要內(nèi)容和特點為：（1）建立了專門的網(wǎng)站，配備了專用服務(wù)器，為每個實驗位配置了計算機，開通了數(shù)字化校園網(wǎng)絡(luò)端口，數(shù)字化校園資源可直接進入實驗室和實驗環(huán)節(jié)；（2）構(gòu)建了實驗室高清監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)了實驗室無死角高清監(jiān)控，實驗室管理員在監(jiān)控室就能全面了解每個實驗室每位學(xué)員實驗情況；（3）開發(fā)了自動派位和與之配套的門禁系統(tǒng)。學(xué)員可利用一卡通在觸摸屏自動派位機上自主預(yù)約實驗（也可在校園網(wǎng)上直接預(yù)約），預(yù)約成功后，在預(yù)約時間內(nèi)，學(xué)員可自行到選定的實驗臺位上開展相關(guān)實驗，不需要教員干預(yù)，實現(xiàn)了自主性、開放性實驗；（4）針對軍隊院校實驗教學(xué)組訓(xùn)特點，設(shè)計了基礎(chǔ)應(yīng)用型、綜合創(chuàng)新型和自主型三類實驗的科學(xué)、人性化操作流程，使在人員有限、時間有限的情況下開展更多自主性、創(chuàng)新性、綜合設(shè)計性實驗成為可能，并極大地提高學(xué)員的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)的主觀能動性；（5）依托實驗位信息化終端和數(shù)字化儀器設(shè)備，通過研制的關(guān)鍵實驗數(shù)據(jù)和圖形在線采集、電子操作實驗報告和電子版實驗報告管理系統(tǒng)，結(jié)合門禁、電源自動控制和視頻監(jiān)控等手段，實現(xiàn)了對實驗教學(xué)全過程的有效控制和實驗報告的“無紙化”，確保了實驗教學(xué)質(zhì)量的管控和逐步改善。

5.結(jié)語

通過建設(shè)，設(shè)計了集成實驗室日常辦公、實驗教學(xué)管理、資產(chǎn)管理、耗材管理、實驗室無人值守、自動派位、電子實驗報告、實驗過程控制等多種功能的開放式創(chuàng)新實驗室管理系統(tǒng)，實現(xiàn)了實驗報告的“無紙化”和實驗室的高效、便捷管理，在運行中節(jié)約了大量的物資采購、人員和時間成本，為學(xué)員自主實驗創(chuàng)造了有利的條件，為人才培養(yǎng)提供了良好的基礎(chǔ)支撐。

（作者單位：解放軍后勤工程學(xué)院機械電氣工程系）

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