工科类专业实验室开放探索

摘要：在工科类高校中，对学生的实际动手能力要求很高，然而传统的教学由于实验室有限，课程安排比较紧凑，造成了学生的实验课时较少，学生的实际动手操作能力低下。通过单片机实验室开放的实践得出实验室开放不仅强化了学生的理论知识，而且增强了学生的实际动手能力及团队合作精神，从而为科技创新选拔出了优良的科研人才，符合新时代应用型本科人才实践教学体系的要求。

关键词：工科类专业；实验室开放；单片机实验室

作者简介：朱大伟（1983-），男，吉林乾安人，南京工程学院通信工程学院，助理实验师；宗慧（1963-），女，江苏南京人，南京工程学院通信工程学院，讲师。（江苏 南京 211167）

中图分类号：G482 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）17-0127-02

随着科技的发展，文化的进步，当今社会对人才的高要求以及大学生就业的压力已经使教育模式由传统的以知识传授为主转变为以能力培养为主，应用型本科院校致力于培养应用型高级工程技术人才。[1]实验室开放符合当今社会对人才培养的要求，它通过提供较为自由的实验教学时间将课堂上传授的知识与实验有效地联系起来。以单片机课程为例，在相对自由的实验时间里学生可以提前完成单片机课堂所要求的基础实验部分，然后在实验课时时间或者其他时间去接触并完成一些教师提供的课外实验内容，从而强化自身的实际动手能力。单片机实验室开放还实现了实验室网络平台的开放，学生们可以在课余时间通过网络进行疑难解答与技术交流。

一、实验室开放的意义

1.学科发展

传统的教学模式由于理论教学与实验教学在时间和内容上的相对单一，往往都是学生完成课程所要求的实验内容即可，很难发现学生在学习过程中对课程知识理解的不足，并且由于实验时间有限，学生的实验过程几乎按书照搬，无法调动学生学习的积极性，也无法完成对学生实际动手能力的培养。而实验室开放的实施，能够使学生利用一些课余时间去提前完成课堂所要求的实验，再通过教师提供的一些课外实验或项目资料来提高自己的实际动手操作能力。在此过程中，通过设计构想、设计、实现设计、纠错和运行设计的全过程，使学生的个人能力、人际交往能力和对设备的认识、实现过程及系统的构建能力得到了锻炼和提高。不仅增强了学生对学习该课程的积极性，而且为学生指明了学习方向。

2.实现经验

就工科类高校来说，设计大体分为课程设计、实践设计和项目设计三大类。[2]设计就本身而言是一种实现经验，而开放性实验室所匹配的实现经验要求包括两个设计，一个是基础级别（课堂要求的课程设计）的设计，另一个是高等级级别（课外项目设计）的设计。通过从简单易懂的实践操作到复杂较难操作的实践过程来提高学生的实际动手能力与实践信心，以促进学生综合能力的培养。在此过程中要提供给学生所需要的实践设备和实践场所。

3.教学改革

由实验室开放的实现经验意义来看，强化学生实践能力的前提，是教师具有一定的实践能力以及从事科研项目的能力。但有些教师虽然教学经验丰富，但缺乏实践和从事科研项目的能力，而有些教师则恰恰相反。对于缺乏实践经验及从事科研项目能力的教师，要不断充实其该方面的知识和技能；对于教学经验不足而实践和从事科研项目经验丰富的教师要不断结合理论知识来强化自身，即要求教师要不断更新自身的知识和能力以迎合开放性实验室的开放需求。从教学改革的角度来说，教师在知识和能力不断提升的情况下，必定会发觉一些教学中的不足或者需要改进之处，进而产生疑问、提出意见，从而推动教学改革进程。

4.评估

开放性实验室的评估包括学习评估和项目评估两方面。学习评估主要针对学生，是对学生理论学习成果以及在项目中的设计构想、设计、实现设计、纠错和运行设计全过程等方面知识的评定。而项目评估则是针对整个实践项目或科研项目实施过程的系统评估，通过将结果反馈给学生、教师和相关参与人员，以达到继续完善和改进的目的。

5.人才选拔

当学生完成基本实验任务时，教师可以因人而异地布置一些课外实践项目和校内或校外科研项目，要求学生将项目实施过程中所涉及到的一些相关资料、项目结果等数据进行汇总整理，以报告的形式提交给教师审批或进行课堂讨论。通过报告准备和完善的程度或在课堂讨论中发现一些适于从事科研的学生，进而为科技创新选拔优秀人才。

根据研究成果归纳、总结了实验室开放的可实施意义，包括教学改革、学生及教师培养计划、学生考核、人才可持续发展等方面，迎合了应用型本科院校对人才培养方面的需求。

二、实验室开放的具体实施

开放性实验室的重点在于基于实践项目或一些校内、外科研项目的学习，在实施项目的过程中教会学生如何去做、去学，并在反复查询资料及在设计构想、设计实现及运行中形成、提高各种能力。应用型本科高校的培养方案是指根据在读大学生的自身情况，因人而异地通过教师为学生提供良好的实践机会来培养和提升学生的操作动手能力，并在实践中完善各种能力。[3]

1.实验内容上的开放

传统实验教学侧重于对所学知识的验证，根据实验指导书规定的实验步骤和方法对理论知识进行验证，然后按照规定的格式提交出实验报告。这种实验模式有利于学生将所学知识以实验的形式进行巩固，但不利于学生设计思维的扩展，从而造成了学生学习的兴趣不大，积极性不高，进而不适于实践能力和创新开发能力的培养。

高等教育的侧重点是培养学生的综合能力，包括自主学习能力、技术应用能力、科技创新能力等，而不仅仅局限于把知识传授下去。因此，实验就应该是课堂教学的一种延伸教学，不能作为课堂教学的一种验证方式去教学。以南京工程学院通信工程学院单片机实验室开放为例，在保证教学大纲基本要求的基础上，对传统教学模式进行了全面的改革，即根据单片机实验室自身资源将实验项目划分为几个模块供学生选择，包括必做实验、限定选做实验、任意选做实验。即：

必做实验为教学大纲所要求内容，学生在完成必做实验部分后，可以根据自身情况、需求以及爱好去选做实验项目和科研项目。南京工程学院通信工程学院的“单片机原理及应用”在实验室开放模式上要求必做5个基础实验，上限为最多不超过4个选做实验项目，下限为最低不少于2个选做实验项目。另外，本着因材施教的原则，学生还可以自带题目进行设计。这就使所有学习单片机这门课程的学生都能够根据自身能力或爱好利用空余时间去做自己感兴趣的事情，学生可以在实验过程中通过设计构想、设计、实现设计、纠错和运行设计的全过程来锻炼和提升自身的实践能力、人际交往能力以及科技创新能力，从而使自身的综合能力得到培养。实验室开放模式的创建不仅能够激发学生的学习兴趣和创新意识等方面的综合能力，而且还能够为科技创新选拔优秀人才。

2.管理模式上的开放

传统实验由于实验室资源有限、实验室数量和空间有限或者课程安排造成的教师和学生时间有限，教师只能按照班级将学生分组在指定的实验室内做实验，学生也只能在教师预先划定的实验室、规定的时间内完成实验，根本没有选择余地。时间上的开放可使学生根据自己的意愿或需要预约任意时间到实验室做实验，而且可以根据需要进行实验补做或一个实验进行多次重复验证。这样可以给学生更多自由选择的机会，还可以改变传统的管理模式，不仅为学生提供了一个更好的发展平台，还为教学改革奠定了实践基础。

南京工程学院通信工程学院从2011年开始，在微机原理与单片机实验室建设试点，已进行了多形式、多层次的实验室开放（如基础实验、校内外项目、毕业设计）。开放期间，单片机实验室实行全天开放，即每天8：00-17：00（除周六和周日）全面开放。具体如下：一是实验员实行弹性坐班制；二是基础实验预约或按课节安排来做，如系统认识实验、定时器/计数器实验、串口通信、行列式键盘扫描实验以及LCD数码管动态显示实验等；三是通过基础实验预约已提前完成课内实验的学生可以预约已经结题的或新的校内项目，如数字电压表设计、IC卡读写器设计、带存储播放功能的建议电子琴设计等，另外，学生也可以将自己所完成的校内项目当做课程设计交由教师验收；四是对于完成课内实验和校内项目的学生可以进行校外（已结题）项目预约，由于校外项目有限，因此允许学生多人申请一个项目，最后在学年末交由教师验收；五是对参与电子设计竞赛、创新活动及各类知识竞赛的学生开放，学生可以通过预约，根据自身和实验室的时间空闲来进行实际操作验证。

3.指导形式的开放

指导形式开放的宗旨是保证教师与学生能够尽可能的形成一种“如影随形”的模式，即保证教师与学生时时刻刻在一起的模式。因为无论是传统实验教学模式，还是新型实验室开放模式，都无法避免实验室、教师或学生由于课程安排造成的时间空隙，比如虽然实验室周一至周五8：00-17：00开放，但是由于课程安排所造成的学生授课量较大，无法在此期间进行实验室预约，或者造成前一个问题没有解决而等到下一个预约时间再解决，在此期间的时间间隔较长等问题。为了解决此类问题，南京工程学院通信工程学院在进行多方面开放的同时还进行了网络课堂开放，即在南京工程学院通信工程学院网站主页的教学窗口开放了一个单片机实验室平台，此平台可实现以下几个功能：实验室预约、在线答疑、资料下载。

（1）实验室预约是指学生通过单片机实验室平台对自己所要进行的实验项目的内容和时间方面的申请，在申请后由实验室人员通过此平台给予答复，申请批准或者不批准另寻时间预约。

（2）在线答疑主要是针对学生在课堂上或者在实验室开放期间没有解决的问题通过网络形式与教师形成一种互动，一般是学生提出问题，教师予以回答，在此界面上，所有问题和所有回答均没有管理限定，任何人均可见。既可以实现课堂答疑功能，又可以增强学生与教师、学生与学生之间的交流和探讨。

（3）资料下载主要是将课程内容的视频资料、实验或课设大纲、校内或校外已结题项目的资料等一些对学生学习和科研有帮助的资料上传到单片机实验室平台，以方便学生自行学习。

三、结束语

依据实验室开放的数据统计，一年来南京工程学院通信工程学院单片机实验室在开放时间上增加了2倍，使用率提高了1倍，设备的使用率提高了3倍，教学任务增加了3倍。通过对单片机实验部分学生的问卷调查显示，90.2%的学生认为开放式教学模式对自己的学习和能力培养有所帮助，82.3%的学生能够通过网络交流平台了解实验资料和项目资料并认为对实际操作有所帮助，70.5%的学生参与了开放式实验室的实验项目预约并感觉有所收益。总体来看，效果良好，但从实验室开放的实际操控经验和运行时间来看，还应借鉴其他高校的经验，从而不断完善开放性实验室的教学模式，更好地促进教学改革。

参考文献：

[1]李军，刘海涛，毕睿华.基于CDIO模式的大学生科技创新探讨[J].南京工程学院学报（社会科学版），2010，（4）：57-58.

[2]张平，周卫平.建设开放性实验室的思考与实践[J].实验室研究与探讨，2004，（12）：111-112.

[3]李目，刘祖润，吴新开，等.高等院校的开放性实验室的网络化管理系统[J].实验技术与管理，2007，（1）：68-69.