王京梅, 賈利軍

(電子科技大學 電子信息材料與器件實驗教學中心, 成都 610054)

高等教育中開放式柔性實驗教學平臺的探討

王京梅, 賈利軍

(電子科技大學 電子信息材料與器件實驗教學中心, 成都 610054)

創(chuàng)造發(fā)明是社會發(fā)展的原動力，而大學生是實施創(chuàng)新驅動發(fā)展戰(zhàn)略和推進大眾創(chuàng)業(yè)、萬眾創(chuàng)新的生力軍。解決好學生培養(yǎng)中專業(yè)知識學習、技能培養(yǎng)與創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力培養(yǎng)的關系，是廣大教育工作者面臨的關鍵問題。對現(xiàn)有高等教育中實驗課程中存在的問題進行了分析，對高等教育如何在實驗環(huán)節(jié)實現(xiàn)因材施教給出了一些初步的想法，提出了調整實驗教學目的、開放實驗教學環(huán)境的實施方案。通過區(qū)分培養(yǎng)目標、調整實驗學分構成以及優(yōu)化利用實驗資源等，構建了開放式柔性實驗教學平臺，以更好地對不同學生進行不同的實踐能力培養(yǎng)，滿足社會發(fā)展對多元化人才的需求。

高校實驗教學; 開放式柔性教學平臺; 創(chuàng)新人才培養(yǎng)

0 引 言

我國現(xiàn)已處于工業(yè)化、信息化發(fā)展的重要戰(zhàn)略轉型階段，多年來的高速發(fā)展使得各行各業(yè)以及政府部門均深刻認識到人才培養(yǎng)的重要性，必須加快人口紅利向人才紅利的轉變。這其中大學生是實施創(chuàng)新驅動發(fā)展戰(zhàn)略和推進大眾創(chuàng)業(yè)、萬眾創(chuàng)新的生力軍，既要認真扎實學習、掌握更多知識，也要投身創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)、提高實踐能力。這要求教育部門和廣大教育工作者要認真貫徹國家決策部署，積極開展教學改革探索，把創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育融入人才培養(yǎng),切實增強學生的創(chuàng)業(yè)意識、創(chuàng)新精神和創(chuàng)造能力，厚植大眾創(chuàng)業(yè)、萬眾創(chuàng)新土壤，為建設創(chuàng)新型國家提供源源不斷的人才智力支撐[1]。

但當前的社會分工越來越細，用人單位對大學生、研究生的要求越來越專、精，學生培養(yǎng)中如何解決好專業(yè)知識/技能培養(yǎng)與創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力培養(yǎng)的關系，是廣大教育工作者亟待解決的問題。我們在電子工程、電子科學與技術等專業(yè)的實驗課程設置、開放式柔性教學平臺搭建等方面進行了一些嘗試，就實驗教學對學生實踐能力的培養(yǎng)、對創(chuàng)新思維的訓練、對相關專業(yè)學生綜合素質提升等取得了一定的經驗，在某種程度上較好地契合了技術發(fā)展和社會發(fā)展對人才的需求。

1 激發(fā)主動學習熱情，實行差異化實驗教學

傳統(tǒng)高等教育中實驗所處地位的重要性毋庸置疑，普遍的理解是服務于專業(yè)課程，用于加深對基本概念和基礎理論等的理解認識。因此，所開設的實驗課程，基本采用了實驗原理、實驗步驟、實驗結果分析等模式，學生在實驗指導書的幫助下完成實驗報告，完成最終的課業(yè)學習[2-3]。這種實驗教學模式若僅針對低年級學生尚可，但與新形勢下培養(yǎng)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)高素質人才的最終目標有著巨大的差距。

(1) 學生在實驗過程中是被動的，往往未經深入思考便開始實驗過程，再為了完成任務而得到實驗結論；他們有狹隘的實驗目的性和針對性，但缺乏進行實驗的熱情，很難激發(fā)大家求知欲和探索欲。

(2) 學生對實驗的“參與”度較低[4]，一系列的課程實驗，在幾年甚至是幾個月后就印象淡漠了，其效果遠未達到預期。例如在碩士研究生入學面試時，我們問本科期間他們印象最為深刻或最有幫助的實驗是什么，很多同學都很迷茫地沉思，而即使想到了個別實驗名稱但對實驗內容、內容與后續(xù)知識點的關系等也無法進一步深入。注意到保送或考取研究生的同學應該還是本科生中優(yōu)秀的部分，他們的這種表現(xiàn)說明我們的實驗課程在同學們的學習過程中，并沒有激發(fā)他們的科學思維方式，僅僅停留在“完成實驗”的階段。

(3) 大一統(tǒng)的實驗教學安排，不利于學生能力的培養(yǎng)，尤其是其中的優(yōu)秀學生。例如有些同學來自于教學條件較好的地區(qū)和中學，他們高中階段就完成了很多基礎物理實驗、化學實驗等，那么在大學低年級階段再進行重復，如大學物理、大學化學課程，是否真正有必要？有些同學邏輯思維能力強、動手能力強，仍然要求他們花費大量時間重復實驗，意義何在？

注意到這樣一個事實，構成人才金字塔的基礎是大量的基礎型人員，真正需要具備創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力的精英型人才只是其中的少數(shù)[5]。我們長期以來施行的教育體制和方法，在大眾人才培養(yǎng)上是成功的，缺失的恰恰是高端人才的培養(yǎng)方法論。因此，在高校人才培養(yǎng)模式上，我們進行了一些調整。

針對剛跨入大學校門的大學生，我們進行課程體系介紹，簡要說明本科階段各基礎課程、專業(yè)課程間的關聯(lián)關系；但由于他們的專業(yè)基礎限制，很多同學對這些描述，即使是“通俗易懂”的，本質上缺乏直觀認識和理解。因此，我們安排了多種演示性實驗，將復雜系統(tǒng)或問題的具體現(xiàn)象通過實驗呈現(xiàn)在學生面前。對于通信專業(yè)的學生，我們展現(xiàn)的是移動終端(手機)的基本構成、如何接入網絡(WiFi、3G/4G)、接入網設備構成(交換機、路由器等)、信息如何在Internet中傳遞(信令、協(xié)議等)[6-8]，通過實物、動畫、具體操作等讓他們理解全系統(tǒng)的基本構成和運作過程。對信號處理專業(yè)的同學，我們的演示圍繞電磁場展開，如何將信息轉換為電磁信號在介質中發(fā)送、如何在接收端進行恢復、如何解決信號傳播過程中的失真/干擾等，一臺無線終端設備或一部雷達，就可以將收發(fā)前端、信號調理、天線等內容全部涵蓋[9-11]。對于電子元器件專業(yè)的同學，我們從設備中選取若干器件，集成電路、電阻、電容、電感等，將其解剖放大，通過類比、動畫等輔助手段分析描述其結構和工作原理，再通過儀器分析給出這些器件的基礎材料構成[12]。

通過這些演示實驗，不但使得同學們了解了今后學習和所從事工作的總體方向、專業(yè)基礎知識體系，而且充分強調實驗在工程設計、科學研究中的重要性，實驗不再僅僅是驗證現(xiàn)有知識、理論的手段，而是嘗試新思想、新方法的基礎和過程，是創(chuàng)新的突破口。

激發(fā)同學們的實驗積極性和主動性，并不是說對每位同學都要培養(yǎng)成雙創(chuàng)人才。學生的基礎不同，個人喜好不同，社會對人才的需求也不同，那么走出校園、踏入社會的學生一定也是多樣化的。我們可以將高校實驗教學分為兩大類：基礎能力類和創(chuàng)新提高類。前者偏重基本實踐能力的培養(yǎng)，使得學生在掌握專業(yè)相關基礎能力的前提下更好地適應社會對一般性人才的要求，如工程師、工藝師等；后者則強調廣覆蓋、跨專業(yè)、重思考，而這是我們進行差異化教學、創(chuàng)新人才培養(yǎng)的重點。

細分創(chuàng)新提高類實驗，可以有綜合型、設計型、研究型等多種，需要思考的問題有兩個：在本科階段是否有必要開展這類實驗？大學是否有能力部署這類實驗？

一般認為，在研究生培養(yǎng)環(huán)節(jié)開展設計型、研究型實驗是順理成章的，本科生則受限于知識基礎、實驗環(huán)境等因素而為時過早。但我們需看到這樣的事實，研究生所從事的這類實驗，大量來自于導師所承擔的科研項目，普遍具有明確的研究目標和技術思路，那么在很大程度上研究生的實驗部署，就是導師相對成熟的思想方法的體現(xiàn)和延續(xù)。在此前提下，學生自己的思考空間和發(fā)揮余地就相當有限。但在本科階段就沒有這類問題，有些突出的優(yōu)秀學生具備一定的專業(yè)知識基礎和實驗動手能力，能夠自行設計實驗來驗證自己的設想；沒有太多的經驗，但意味著沒有思維枷鎖；沒有項目壓力，也就意味著無需功利。因此，面向本科學生的創(chuàng)新類實驗，才是真正意義上的“創(chuàng)新”，也是順應社會發(fā)展、國家需求的人才培養(yǎng)模式中重要的一環(huán)。

而要回答第二個問題，高等院校是否有能力部署創(chuàng)新提高類實驗，則就是我們正在探索實踐的開放式柔性實驗教學平臺所希望解決的問題。

2 調整實驗教學目的，開放實驗教學環(huán)境

現(xiàn)代教學體系在高效性、合理性等方面體現(xiàn)了諸多優(yōu)勢，但因材施教才是教書育人的根本。我們面臨的主要問題在于，如何遴選區(qū)分不同類型的學生，如何為不同類型的學生提供不同類型的教學服務，將他們培養(yǎng)成滿足社會不同需求的各層次有用的人才。

考試(分數(shù))是一貫采用的對學生的評價準繩，長期以來這個度量或標準受到了方方面面的質疑，但升學、入職應聘甚至出國求學等還是在沿用，原因是錯綜復雜的，但核心問題是很難找到一種在公平的前提下、社會普遍認可的、更準確地體現(xiàn)學生的綜合能力或素質的度量。無論是研究生招生還是用人單位招聘，選擇條件總是只能看分數(shù)，其他方面如能力和素質等則只能反映在短時的面試情況，其風險和不確定性不言而喻。短期內無法解決該問題，但在高校實驗環(huán)節(jié)可以對此進行微調即調整實驗課程設置，加大實驗課程學分在總成績中的比重。

我們強調基礎性一般人才培養(yǎng)的重要性，但高端精英人才的培養(yǎng)，其影響力和社會貢獻更大。因此在評價體系中，調整或激勵的目標更傾向于這類創(chuàng)新性人才的培養(yǎng)。

首先，基礎能力類實驗是面向所有本科學生的，但相關實驗課程學分的獲取，則從強制要求過程、結果，調整為能力評估。具體而言，對基礎能力類實驗按專業(yè)和水平進行分類，如物理、信號處理、網絡、材料、計算機等，再細分基礎類實驗水平為多個級別；每類實驗的各等級實驗要求有相應的先修專業(yè)課程和先修實驗課程，即要完成高級別的專業(yè)實驗并獲取學分，有相關基礎的限制要求。每個專業(yè)的實驗能力水平測試，將在各個完整實驗課程開始前、進行中和結束后進行：已具備先修條件的、滿足該實驗課程能力等級要求的同學，甚至可以不重復實驗就獲得相應學分；學習能力強、動手能力強的同學可以在更短的時間內獲得學分。這可以部分解除專業(yè)課程學習與實驗的緊耦合關系，并以更高的效率滿足針對大多數(shù)同學的實驗能力培養(yǎng)需求。

其次，實驗課程總學分有最低要求，但并不要求所有同學的所有實驗能力都達到某個水平要求。對于大量的普通學生，可以選擇完成各專業(yè)要求的多個低等級實驗，掌握基本的實驗技能并通過相應的實驗水平測試，達到實驗學分要求，滿足社會對一般性人才的需求。對于學有所長、人生規(guī)劃明確的同學，可以在完成部分基礎實驗的前提下選擇進行該專業(yè)方向的高水平實驗課程，同樣可以獲得足夠的實驗學分，這樣他們不再是通常意義上的“通才”，而是成為工藝師、編程員等專業(yè)人才，滿足社會對專業(yè)人才的需求。

對于真正突出的優(yōu)秀學生，可以給他們更寬廣的發(fā)展空間，創(chuàng)新提高型實驗。在一定的專業(yè)基礎能力類實驗水平的基礎上，設計完成自己的實驗。這類實驗并不強求“創(chuàng)新”，也就是說學生進行這類實驗并不以實驗“結果”為導向，以避免對學生發(fā)散性思維的束縛，它更注重的是學生創(chuàng)新思維能力、自行設計能力、動手實現(xiàn)能力等的培養(yǎng)。也就是說，對這類實驗關注的是過程，而非結果；而其最終得分，將更多的取決于學生對目的的闡述、原理的論證、步驟的設計、過程的實施以及結果的分析，而實驗結果的正確與否所占總成績的比重則相對較小。

由此我們鼓勵的是這部分同學的思考能力、執(zhí)行能力、實現(xiàn)能力等的培養(yǎng)，讓他們在學校中就進行創(chuàng)新思維，了解從設想到實現(xiàn)的過程，同時也對跨專業(yè)的相關知識有更全面的認知。實驗輸出可以是實驗裝置、原型樣機、發(fā)明專利、科技論文等，也可以是目前大量存在的各種高?？萍几傎愴椖?。這種寬泛的要求，同時也杜絕了現(xiàn)有評價體系中各種競賽、專利等“加分”的評價的不確定性，將這些內容納入創(chuàng)新類實驗，可以更好地在過程中體現(xiàn)結果的公正性。

這樣一個實驗教學體系是開放的、多樣化的，可以充分滿足不同類型學生的學習需求，能夠為優(yōu)秀人才培植提供良好的環(huán)境條件，并可適合為不同需求的用人單位提供更適合的人才。

3 構建柔性實驗教學平臺，融合教學與科研需求

3.1 注重實踐教學師資隊伍的建設

高校實施教學實踐的主體是教師，這其中特別重視的是從事一線實驗教學的教師，傳統(tǒng)上他們的地位、待遇等與從事科研的教師有著較大的差別，即使與從事課程教學的教師相比，同等付出收獲也有差距。因此，需要對現(xiàn)行體制進行調整，充分激發(fā)他們對實施創(chuàng)新性實驗教學的積極性。

同時，還要鼓勵從事以科研為主的教師開展實驗教學，除了碩士、博士研究生外，將他們的科研經驗傳授給有志于從事高端研究的本科學生。這一方面可以提高實驗教學的總體水平，讓大學生了解部分技術前沿，激發(fā)他們的好奇心和探究欲，另一方面也便于科研型教師從學生中發(fā)掘苗子，提前進行針對性培養(yǎng)。

此外，可以激勵部分高年級研究生介入到實驗教學實踐中去。他們具備了一定的科研實踐能力，對技術前沿有一定深度的了解，結合教師的經驗和本科學生的活躍思維，將有更大概率設計出富有創(chuàng)意并切實可行創(chuàng)新性實驗。這對他們的團隊協(xié)作能力、書面與口頭表達能力等也是一種鍛煉，對高校研究生能力的全面培養(yǎng)也有著積極意義。

3.2 注重學校實踐教學資源的最優(yōu)化利用

除了人的因素，高校實驗設施的限制也是必須考慮的因素。借鑒虛擬化的思想[13-14]，在實驗資源的使用、管理上尋求新的方法。其核心是完善的實驗教學管理系統(tǒng)，既面向學生提供靈活友好的自我實驗課程規(guī)劃設計、預約實踐、水平測試，又可以面向教師提供成績管理、數(shù)據統(tǒng)計、實驗資源調配、實驗時段安排等，做到學校教學資源的最優(yōu)化利用。

3.3 實施多層級的實驗教學體系

基礎能力類的實驗，由于參與的學生眾多，可以沿用現(xiàn)有實驗教學管理的模式，分門別類地進行。實驗要面向所有相關專業(yè)以及跨專業(yè)學生開放，由感興趣的同學自行選擇在一定時間段內完成實驗。同時對于每個類別、每個等級進行的水平測試，則要在多個階段部署開放，允許學生提前預約進行測試。

學生要完成高級基礎能力實驗則有一定要求，實驗教學管理系統(tǒng)中可實現(xiàn)相應的規(guī)則限制，這樣每學期選課結束后可根據需求的多少，在實驗資源中(場地、軟硬件實驗設施、教師資源配備等)進行調整，動態(tài)部署這類相對較少、專業(yè)基礎水平較高的實驗。

創(chuàng)新提高類實驗雖然面向的人群最窄，但難度卻最大。在短期內做到支持各種創(chuàng)新想法的具體實施，無論是學校資源還是資金需求均不現(xiàn)實，因此可以采用折中的辦法:框定一個范圍或集合，給出若干大類的寬泛實驗課題，由申請學生(具備進行這類創(chuàng)新實驗資格的)完成書面申請和簡短答辯，從中遴選真正具有創(chuàng)新性和可實施性的進行展開。這樣一個前期準備過程，使得學生鍛煉了思考和表達能力，熟悉了實施過程，今后無論是從事科研工作還是面向投資人將更為從容。這些目前教學過程中缺失的環(huán)節(jié)，本身卻是創(chuàng)新人才不可或缺的基本素質之一。

具體創(chuàng)新實驗則要根據專業(yè)自身的特點、學生實驗目標和方案的具體情況等，進行獨立部署?？傮w原則是注重創(chuàng)新性的同時，把控可實施性，使得學生盡可能地在預期時間內得到結果。完全放手讓學生進行實驗，而僅僅提供實驗條件，對于絕大多數(shù)學生是不合適的，而完全監(jiān)督式的實驗又失去了創(chuàng)新實驗的意義；因此讓高年級優(yōu)秀研究生介入、教師進行多階段實驗過程檢查，成為較為恰當?shù)膶嶒灩芾砟Ｊ健?/p>

3.4 多層級實驗教學案例

以我們開設的高效節(jié)能系列實驗為例，基礎能力類實驗涉及大量的器件類實驗、基本電路設計實驗、測試儀表類實驗等；能力類實驗包括綜合電路設計實驗、仿真與軟儀表實驗、MCU控制類實驗等；而在創(chuàng)新類實驗中，不再有具體的實驗名稱或目標，而僅限定電子、節(jié)能這種寬泛的限制，讓學生自行提出他們的想法和實驗，大膽嘗試各種相關的想法。令我們感到鼓舞的是，多個相關專業(yè)有申請資格的同學中，90%給出了獨立實驗計劃書，各種想法包括較為傳統(tǒng)的高效電源轉換、智能照明控制、光伏或風力發(fā)電等等，還有運動壓電換能、諧振輸能、慣性儲能等“冷門”[15-16]。這些申請中約過半的質量相當高，大量運用了他們的專業(yè)基礎知識，并涉及到很多跨專業(yè)甚至行業(yè)的概念，原理準確，方法可行，我們均給予了肯定和支持。雖然部署和實施這些實驗給我們帶來了很大壓力，但學生的能力顯著提升，也給了我們極大的鼓勵和動力。

4 結 語

創(chuàng)新是社會發(fā)展的充要條件，創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)人才的培養(yǎng)是根本，我們相信搭建開放式柔性實驗教學平臺，實施分層級因材施教，是今后高校教學進行雙創(chuàng)人才培養(yǎng)的一個重要組成部分。本文從激勵體制、資源利用、評價體系、實驗構成等多個方面對此進行了討論，指出了各個環(huán)節(jié)的關鍵問題，并簡單闡述了筆者的思考和實施經驗。

今后在實驗管理系統(tǒng)的完善、學生與教師評價體系的逐步修正、科研與教學相融合、實驗部署與公司/企業(yè)生產科研更緊密結合等方面，還有著很大的提升和發(fā)展空間，有待我們進行更多的嘗試和創(chuàng)新。

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Exploration on Opening and Flexible Experimental Training Platform in Higher Education

WANGJingmei,JIALijun

(Experimental Teaching Center of Electronic Materials and Components, University of Electronic Science and Technology of China, Chengdu 610054, China)

As innovation is the key factor of social development, how to cultivate the innovative talents is a question that must be answered by the higher education. In this paper, we analyzed the problems existed in current experimental courses assignment. Some ideas on training students according to their aptitude were proposed. By distinguishing training objects, adjusting the credits constitution, and optimizing experimental resource utilization, we constructed an opening flexible experimental training platform. By this method, we made different students get different exercises on practical abilities, and they can meet the different requirements of society.

college experimental teaching; opening flexible training platform; cultivation of innovation talents

2016-05-05

王京梅(1968-)，女，山東荷澤人，碩士,副教授,研究鄰域涉及功率電子變換技術，功率磁性器件，電源管理系統(tǒng)等。

Tel.: 13618037812; E-mail: wangjm@uestc.edu.cn

G 420

A

1006-7167(2017)04-0184-04