全开放式电子电气实验室的建设与探索

赵军亚， 杨 荣， 王 晶

(西安交通大学 工程坊，陕西 西安 710049)



全开放式电子电气实验室的建设与探索

赵军亚， 杨 荣， 王 晶

(西安交通大学 工程坊，陕西 西安 710049)

实践教学是培养创新人才的重要途径，在高等教育中必须强化实践教学环节。改革与创新实践教学模式、提高实践教学质量，则是培养学生创新意识和创新能力的一项重要措施。针对实践教学中存在的问题，电子电气自主实践活动室进行了一系列实验室的建设与探索。活动室在开放、自主的教育理念下，采用全开放教学实验室的运行模式，以面向学生全天候开放实验室、教师及实验技术人员全程指导、学生自主设计与实践的方式，坚持活动室的长期建设，学生在自主实践过程中独立能力和创新意识均得到了较好提高。

自主实践活动; 全开放实验室; 建设与探索

0 引 言

培养创新型人才是当前高等教育最重要的任务之一。近年来实施的“卓越工程师教育培养计划”，旨在重点解决高等工程教育中的实践性和创新性问题，加紧培养创新性强，适应经济和社会发展需要的各类工程科技人才，这对提高科技创新及我国的经济、社会可持续发展具有深远意义[1-2]。

实践教学是培养创新人才的重要途径。对科学知识的学习最终要应用到实践中，学生只有在实践中发现问题、解决问题，才能实现实践创新。因此，在高等教育的实践教学中，必须通过强化实践教学环节为创新型人才培养打造坚实的平台。

工程坊作为校内最大的实践教学基地，在创新型人才培养方面进行了一系列积极有益探索，取得了一定的成效，本年度获得国家教学成果一等奖是对这种探索的肯定。全开放式的实验室建设模式是若干探索举措中的一项，电子电气自主实践活动室便是已建设运行的全开放式的实验室的一个例证。这类实验室的建设和运行模式对改革传统实验教学，培养创新型人才起到了有效的推动作用。

工程坊是在原有传统的工程训练中心基础上，建设打造为学生锻炼实际动手能力及科技创新实践活动的新型工程实践训练基地，是学生进行课外工程实践和提供工程管理能力的场所，同时也为学生完成学位论文、进行科学研究提供工程设计和工程制作平台。在“以学生自主实践为中心，锻炼意志、培养创新能力”的育人理念下，“自主”、“开放”、“安全”、“共享”、“创新”是工程坊的特色。进入工程坊的学生，靠兴趣驱动进行各种工程实践活动，激发了学生对科学学习的冲动和兴趣，同时也提高了学生的实践能力和综合能力，包括创新意识、发现和解决实际问题、团队合作、自我管理、自我表达等能力，增强了学生的竞争力[3]。

电子电气自主实践活动室则是工程坊内面向学生自由开放的电子设计与制作开放实验平台，采用全开放式实验室的建设运行模式，以向学生全天候开放实验室、实验技术人员全程指导、学生自主设计与实践的方式，为学生强化实践能力培养提供广阔的舞台。

1 实验室建设特点

1.1 开放性

传统的实验室运行和管理机制主要包括以下形式：① 只在进行教学实验的课内实验时间开放；② 只上班时间对学生开放；③ 需要提前网上预约才能进入实验室。这几种传统的实验室运行管理模式将学生的实践热情挡在门外。而传统的实验教学模式则更是将学生约束在规定的时间内，在已准备好的仪器设备上按照实验步骤机械地完成实验任务，使学生一直处于被动的学习状态，束缚了学生独立进行思考空间[4]。

电子电气自主实践活动室打破了传统的学科、专业、年级、时间及项目等限制，采用全天候各时间段均开放、学生自主实践的运行方式，自由灵活，让学生在完全无压力的环境下走进实验室。其中，全天候各时间段开放，方便学生在不影响学习理论课程的其他课余时间随时带着想法进入实验室，无需预约或申请，可以自主灵活地支配使用实验室的工具和仪器仪表。实验室运行过程中，通过提供最大的自由度，让学生不受约束地进行实验或创作，这解除了学生心理上的束缚，大大提高了学生进入实验室的热情，同时提高了实验室及仪器设备的利用率。

1.2 自主性

走进电子电气自主实践活动室的学生完全成为了实验、想法实现、课外实践活动的主体。实验室能满足不同学科学生在电子电气方面的兴趣爱好和需求。学生可以根据自己的专业特长或爱好从事各种电子电气的实验，可对理论课程学习到的知识点进行实验验证，亦可对学习过程中的创意进行论证实现，还可以将在脑中一闪而过的灵感迅速进行实践转化。学生获得了全自由的发挥空间，通过自主设计实验内容，自由组合团队成员，自主安排实验时间，最后自主地完成实验或实践操作，在整个过程中，还需以主体的角色解决实验实践活动遇到的各种问题[5,6]。这使得学生的自主性非常高，创作空间很大，有益于培养学生的创新意识和自主意识。

1.3 对学生提供最大的支持

在开放自主的基础上，更重要的是实验室需要为学生的实践制作活动提供各种便利条件和技术支撑。

1.3.1 实验室设施向学生开放

电子电气自主实践活动室中配有基本电子焊装工具、加工工具及设备、常用电子元器件、常用电子测试测量仪器、自动化控制训练平台、电脑组装与维修训练平台、电器维修训练器材等各类工具和仪器仪表，并会根据学生反馈的实际需求不断增补仪器工具，以满足多样化的学生需求。同时，实验室内设有专门的讨论区，配置了投影仪及移动式黑板，方便学生进行项目讨论。此外，进行自主实践活动的学生可以在实验室里利用书籍或网络进行资料查阅，以方便文献检索与技术资料查新，还可以通过仪表使用说明书掌握仪器仪表的基本使用方法。

1.3.2 教师专职指导

全开放的实验室配备了专职指导教师，对每一位走进工程坊进行自主实践创作的学生提供技术支持和使用便利。教师通过讲解仪器仪表使用方法，与学生就技术方案进行探讨、解决制作实现过程中的困难、引导学生创新想法的完善与实施等方式，最大程度支持学生在开放实验室进行自主式制作和创意[7]。同时，教师还进行日常实验室的维护，为保证学生顺利开展自主实践活动进行日常的条件保障和安全保障。

走进这里的学生，大多是靠兴趣爱好或创意想法驱动，自发进行课外的实验和实践活动，而学生可能来自于不同年级、不同专业。与传统的实验教学方式不同，这种实验教学模式脱离了原有的固定模式和固定实验内容，对教师提出了更高的要求。学生想进行的制作或实验可能涉及各学科专业或社会生活中方方面面，这就要求指导教师掌握更广泛的知识并具备更丰富的实践经验，能启发学生的创造性思维，能通过与学生的交流讨论，引导学生寻找问题的原因并明确解决问题的方向，最终协助学生完成实践和制作[8]。

1.3.3 支持创新项目

对具有一定创新性或实用性强的项目，学生均可以通过书面申请获得实验室对项目的经费或器材器件支持。这对自发的进行课外实践活动，又无经济来源的学生而言，提供了部分经济上的支持，对推进自主实践活动的进行有着积极的作用。

1.4 引导学生自主实践

为了让更多的学生参与课外自主实践活动，电子电气自主实践活动室采取了多种实验教学模式并行的机制。一方面，以“开放型教学实验”为引导，学生通过完成典型的电子产品制作、电子工艺装配、产品程序编写、电子类综合设计等项目，培养自我动手的意识，掌握基本的实验知识技能，从而引导学生在思维的广度和深度拓展，为下一次独立选题制作提供素材和准备。目前主要开设的“开放型教学实验”包括：单片机综合训练、PCB电路设计与制作、变压器制作、音响功放制作、声光控开关制作、PLC综合训练等。另一方面，对具有独立创意想法或制作能力的学生，则采取指导教师帮助分析、论证、完善的方式，让学生独立进行创作。而对具有独立研究能力的学生，则给予充分的自主空间与资源支持，放手学生进行科学或工程性研究活动[9-11]。

2 学生开展的活动与收获

采用开放和引导的方式，目的是使学生从不敢且不会独立动手向敢于独立动手、动脑转变，使学生从过去被动受约束的状态转变为“主动、自由、开放的状态”。在进行实践制作的过程中，对遇到的困难和问题，采取积极主动的态度，千方百计克服。无数的学生在走进电子电气自主实践活动室后，开始了从想法诞生、资料查阅、方案设计到实物制作、实验测试及成品全部自主完成的道路。在克服了重重困难后，制作成功的学生会获得无比喜悦和成就感，向指导教师展示自己的成果[12]。在这个过程中学生所积累和掌握的技能远远要比一个课程内设计好的教学实验多很多，他们的创新精神和创造能力也得到了切实的提高。

在这里制作完成的作品，一部分是学生完成了从概念想法到实物转化并参加了比赛，例如学生借着在坐车通过隧道时偶发的灵感制作的“噪声发电装置”获得了第五届全国节能减排大赛特等奖，为解决笔记本电脑及模块式LED照明系统的散热问题而设计的“一种针型离子风散热装置”获得了第七届全国节能减排大赛一等奖，“四旋翼飞行器”获得优秀大学生科技创新项目。

3 问题与分析

3.1 数据分析

近年参与实践学生人数及来源构成见表1。

表1 近年参与实践学生人数及来源构成

3.2 完善科学管理制度

由于课外实践教学具有学生活动时间、专业、年级等千差万别，实验内容及项目具有多样性的特点，全开放式的实验室运行机制对实验室的日常管理提出了更高的要求，必须探索适应不同需求的教学体系及教学管理模式，建立科学的、行之有效的管理制度进行约束，才能形成有序的实验室教学环境，才能推进长期的实验室建设[13,14]。在近几年的实验室日常运作过程中，形成的管理制度要点如下：

(1) 专职管理与自主管理相结合。在专职教师负责实验室日常管理的基础上，建立学生自主管理机制，对优秀的、对自主实践活动热情高的学生可以邀请参加实验室的管理，发挥学生的主观能动性[15]。

(2) 建立完备登记制度。包括详细登记实验室设备使用情况、实验项目、实验人数、使用时间、所需耗材、实验中出现问题等，并根据每年的记录进行数据统计，逐年分析统计结果以对实验室管理做相应的调整。

(3) 实验设备的维护与保养、耗材补充。购买低值的易耗品，如基本的电子元器件，制作工具等。

(4) 安全管理。自由开放的前提是学生能严格遵守实验室的各种规章制度，在认真阅读仪器设备使用说明后，严格遵守操作规范。对大型和贵重仪器设备必须经过培训合格方可使用。

3.3 吸引更多学生积极参加课外实践活动

查看近年的实验室登记记录，会发现参加课外实践活动的学生有这样的规律，就是“来的学生常来，不来的学生常不来”。来的学生常来，说明全开放实验室的存在对有需求及兴趣爱好的学生而言具有很大的吸引力，学生在这里能够有所收获，才会在下一次再次进入实验室。而不来的学生常不来则说明实验室还需要进行大力推广，克服学生的距离感和障碍心理，才能增加实验室的学生覆盖面，更有效地发挥实验室的平台作用。因此，敞开实验室的门，不仅是被动地等着学生走进来，更要让实验室走出去，通过口头和书面的宣传，让实验室开放对象了解自主实践活动室里的各方面情况，了解仪器设备、服务设施、环境条件、进入手续等，在让学生充分了解的基础上，吸引更多学生参加课外实践活动。据此，电子电气自主实践活动室进行了一系列的推广宣传活动，包括参与“开放体验日”、“项目活动宣传日”等，还借助课内实验课程教学、校园网络、校园媒体、宣传海报等多种途径向全校学生介绍实验室概况和开放情况，意在吸引各专业的更多学生参与。同时，有效地引导学生，特别是非电类专业学生参与电子制作，激发学生的兴趣。

4 改 进

全开放式的课外实践教学在实际运行过程中，遇到了传统实践教学以外的困难和问题。参与课外实践活动的学生在活动时间、专业、年级、资源需求方面有着千差万别，难于统一管理，给管理者造成的管理压力较大。因此，需要进一步探索能适应不同需求的教学体系及教学管理模式，并进一步加强对课外实践活动的支持和质量管理，做到在实验室资源合理有效利用的前提下最大程度发挥培养人才的作用。

5 结 语

电子电气自主实践活动室建成开放型的实验室，将学生创新活动与日常实验室教学密切结合，旨在实行以人为本、个性化的教育理念，成为开展素质教育、培养学生创新精神和实践能力的重要基地。学生无论是带着想法创意来，带着项目任务来，还是带着动手热情来，都最大程度地满足学生的动手实践需求。

附录：学生心得

大一时，一堂别开生面的开放实验课让我走进了工程坊，有幸接触到许多新鲜知识，认识了工程坊热情认真的老师。喜爱制作的我，从那时起爱上了工程坊这块宝地。

工程坊自由活动室里，稳压电源、示波器、频谱仪各种设备一应俱全，极大地方便了同学们的需要。而我也在老师的帮助下，从一开始的陌生到后来可以熟练使用这些设备。今年，我担任电信科技协会电子部部长，带领同学们一同走进工程坊，老师不但给我们技术指导，还提供各种材料，我们一起练习电路焊接，一起作闪烁灯，一起制作功放……活动内容十分丰富。

工程坊是块宝地，我在这一年多的实践里收获和体会很多。

首先，工程坊是帮助我们把创意转变为现实的地方。在工程坊强大硬件条件的支持下，我的作品“薄膜按键电子琴”获得了我校2013年电信学院电子制作大赛一等奖。

其次，工程坊给我们大学生提供了一个很好的学习交流平台。上百个志同道合的同学，虽然来自不同院系，但为了一个共同的课题走到一起来，合作、交流、切磋，到最后的作品展示，无不让我们在激动中受益。

最后，丰富的工程坊开放实验培养了我们浓厚的科学兴趣，在实践中让我们发现自己理论知识储配不足，这促使我们更加努力学习，让我们将来在科学的海洋里走得更远更持久。

机械硕21班 赵万秋

[1] 教育部. 国家中长期教育改革和发展规划纲要(2010-2020年)[Z]. 2010.

[2] 顾 蔚. 深化实验教学改革，建设具有自己特色的实验室[J]. 实验技术与管理，2005(12)：120-124.

[3] 吴 鸣,熊光晶.以工程能力培养为导向的工程教育改革研究[J].理工高教研究，2010,29(3)：54-59.

[4] 向 东.实验室管理创新与研究[M]. 北京：中国地质大学出版社，2009.

[5] 刘克文.创新人才培养：学校实验室建设与管理[M].南京：江苏教育出版社，2013.

[6] 赖天华，肖晓华，郄 麟. 加大实验室开放力度,提高学生实践能力和创造能力[J]. 实验室研究与探索，2008，27(5):134-136.

[7] 江锦华. 大学生科技创新与开放实验室管理模式[J]. 实验室研究与探索，2009，28(12)：12-15.

[8] 邓 群，饶建华，王 莉. 学生实验室开放观的调查分析及对策研究[J]. 实验技术与管理，2006，23(11)：147-149.

[9] 谭爱国.多层次开放式电工与电子实验教学模式[J].实验室研究与探索，2010[8]:127-129.

[10] 程建芳.借鉴国外经验 强化应用型本科教育实践教学[J].中国高教研究，2007(8):54-55.

[11] 张永乐，杨丽雯. 关于建立开放型实验室的几点思考[J].实验技术与管理，2010(3):277-279.

[12] 安丽桥.工程项目创新实践教程[M].上海：上海交通大学出版社，2010.

[13] 徐 英.提高实验教学质量培养学生创新意识[J].实验科学与技术，2010,8(5):76-78.

[14] 强根荣，刘秋平，盛卫坚,等.普通高校实验室开放的模式与管理机制探索[J].实验技术与管理,2010,27(10):185-187.

[15] 赵学余. 教学实验室开放是提高实验教学质量的重要途径[J].实验室研究与探索，2008,27(5):17-19.

Construction and Exploration on Opening Electronic and Electrical Laboratory

ZHAOJun-ya,YANGRong,WANGJing

(Engineering Workshop, Xi’an Jiaotong University, Xi’an 710049, China)

Practice teaching is an important way to cultivate innovative talents. Thus, it must be strengthened in the higher education. The reform and innovation of practice teaching pattern and promotion of teaching quality are important initiatives to cultivate students’ innovation consciousness and innovative ability. Aiming at the existing problems in the previous practice teaching, a series of construction and exploration in the opening electronic and electrical teaching laboratory are carried out. The paper describes the main construction content and a series of measures of the laboratory. Under the open, independent educational theory, the operation mode of the opening teaching laboratory where the students work with electronic and electrical practice activities independently is introduced. All the students here can actualize their design and practice activities by themselves, while the teachers and lab technicians could offer the guide in the whole stage if necessary. Through this way, the independent ability and innovation consciousness have been a good improvement. And the open laboratory provides a broad stage for developing students’ practical ability.

independent practice activities; the opening laboratories; construction and exploration

2014-12-28

赵军亚(1968-)，男，陕西周至人，本科，高级工程师，主要从事开关电源及自动化控制系统的设计与研究。

Tel.： 029-82663912转8412;E-mail：zhaojunya888@163.com

G 482

A

1006-7167(2015)11-0229-04