大学生竞赛与自主创新开放实验平台建设

张　昂，杨小玲

(福州大学　物理与信息工程学院，福州　350116)



大学生竞赛与自主创新开放实验平台建设

张昂，杨小玲

(福州大学物理与信息工程学院，福州350116)

摘要该文以大学生竞赛与自主创新开放实验平台为切入点，以福州大学为例探讨开放实验平台建设。将开放体系解构为多维度和多模式进行分析，并根据每个问题提出了相应的解决办法。

关键词开放实验；实验平台；创新；虚拟仪器；翻转课堂

随着各高校教学改革深入，以及社会对学生工程实践水平和创新能力提出更高的要求，培养学生创新实验能力的实践教学成为各校都在探索和改革的方向。开放实验源于20世纪60年代初期美国的物理实验教学改革，在长期的实验教学中展现了其优越性[1]。

对于大多数课程实验，许多高校在进行开放性实验室建设的过程中已经取得了较多的先进成果和经验，如通过网络进行授课和管理，通过虚拟仿真平台实现实验的预习复习等操作等等。然而，随着我国对自主创新的迫切需求和高校对学生创新类竞赛的重视，原本的大纲式实验教学无法满足学生创新实践的需求。大学生竞赛与自主创新类实验通常没有固定的教学大纲和教学内容，没有固定的授课和实验时间，实验活动从教师讲授学生实践的模式转变为学生自主研究而教师进行辅助的模式。

如何在竞赛、创新类实验室进行开放式平台搭建，如何进行开放管理，如何提升实验设备利用率，如何保证实践教学质量，如何实现设备和场所的安全管理，以及在实现上述问题的基础上如何降低实验室管理和辅导教师的工作量，这些问题是实现竞赛与自主创新开放实验平台建设的关键。

1开放实验平台的构成体系

1.1多维度开放

实验室的开放可分为时间、空间、资源3个维度[2]。时间开放是指进行实验的学生可以自由支配进行实验的时间。空间开放是指学生可以根据需要进入所需设备所在实验室进行实验，亦可通过网络和虚拟仿真平台在实验室以外的场所进行实验。资源开放是指学生可以根据需求申请不同的实验资源(包括仪器设备、实验场地、实验耗材等)支持。

1.2多模式开放教学

大学生竞赛和自主创新等创新型实验的特殊性，对实验教学的模式提出了新的要求。进行各项创新性实验的学生年级和水平参差不齐，各项实践的进度快慢亦有区别，无法进行一概而论的实践教学工作。实现创新性实验的开放式教学可按照教学模式可分为讲授式、互动式、问答式和考察式。对于通用性的教学工作，例如实验设备和软件的使用、专业性培训及专业通识类讲授等教学可采用讲授式教学。对于随堂训练，课后和自主训练作业、培训问答环节等可采用互动式教学。对于学生在自主实践创新过程中遇到难以解决的问题，可采取问答式教学。对于学生阶段性的考察、选拔和进度掌握等过程，可采用考察式教学。

2开放实验平台的实现

2.1多维度开放实现

2.1.1时间开放

从实验室的开放时间来说，学生更希望能够自由地安排进行实验的时间，能够利用课余时间完成各类创新实践；而教师则除了工作时间以外希望尽量不增加其他时间。为解决这一矛盾，较好的办法是实现刷卡门禁系统。以福州大学物理与信息工程学院大学生竞赛、创新、创业3个实验室为例，通过安装刷卡系统进行实验室的门禁管理。学生使用的智能卡即学生证一卡通，学生资料由学校档案中心数据库共享，无需重新办卡。教师可通过网络管理系统进行发卡操作，对学生进入实验室的时间、时长、失效期等进行远程或本地管理。实验室装有具备云服务功能的视频监控系统，方便管理人员通过手机等移动设备或远程计算机进行监控管理。

2.1.2空间开放

从实验室的空间开放来说，学生希望实践操作时能够不受实验室空间位置的限制，在宿舍、图书馆甚至户外都能使用实验设备。空间开放的实现，较好的办法是使用各类虚拟仪器和“口袋实验室”。同样以我院开放性实验平台为例，采用了美国国家仪器有限公司(NationalInstruments)的PXIe虚拟仪器平台，同时搭建了基于LabView平台的以北京普源精电公司的示波器、函数信号发生器、频谱分析仪等设备为硬件基础的网络化实验平台。学生可以采用廉价而小体积的数据采集板，通过网络使用实验室内的设备进行测试。在打破了空间限制的同时，也大大提升了实验设备的使用效率和范围。口袋实验室的实现是将体积较大、价格较高的实验箱进行拆分和压缩，以小型实验板或开发板的形式发放给学生使用。同时，利用一些小型化硬件虚拟仪器进行测试，如汉泰虚拟仪器和学生自行研发的STM32示波器。这些设备通过学生自己的计算机完成运算与显示，体积小价格低，在对测量精度和速度要求不高的时候是很好的选择。

2.1.3资源开放

从实验室的资源开放来说，包含设备和耗材两个部分。学校对设备的投入是相对紧缺的，特别是精密、贵重仪器和非常用仪器的数量相对较少，也需专人管理，因此需提高此类设备的使用效率并集中管理。以我院开放性实验平台为例，将此类设备归入一间独立实验室管理，学生由前文所述网络门禁平台进行设备使用申请，在获得授权后在规定时间内进入实验室完成实践操作。耗材资源的开放意在对耗材进行循环使用，减轻学校和学生经济上的开销，可以通过网络论坛等形式由学生自主完成耗材的需求循环。

2.2多模式开放教学实现

为解决这些问题，我院的开放教学体系采取传统教学与MOOC、Q&A相结合的模式进行。对于讲授类的通识介绍和基础入门部分，通过类似大型开放网络课程MOOC(massiveopenonlinecourses，MOOC)形式进行，由不同教师录制教学视频，学生通过网络自主学习，由此可以减少教师的重复劳动，同时将实验的预习工作放到实验室外进行，也减少学生人数对实验室造成的负担。对于自主实践创新过程中遇到的问题通过Q&A和讨论组向教师或其他同学提出，辅导教师组可根据自身专长回答问题，并可实现学生间自由讨论的启发式教学模式。学习、技术资料共享同样适合采用网络平台实现，师生可向平台上传资料，平台通过好评度和热门度对资料排序，教师也可通过该平台向特定学生推送和接收资料，实现作业、随堂测验与资料的无纸化管理。

3结束语

开放性实验平台的构建，不仅是硬件资源上的开放，也不仅是管理模式上的开放，更主要的是学习形式上的开放。翻转课堂(flippedclassroom)的教学模式已在国内外著名高校取得了很高的评价和很好的效果。对于学生竞赛与自主创新实验而言，本身就是以学生为教学主动方的，比一般性课程更加适合翻转课堂模式，也更需要通过各种层面上的开放充分挖掘学生的主观能动性。自从我院开放实验平台初具雏形以来，学生参与竞赛和创新实践的热情较之以往显著高涨，竞赛获奖数、学生科研立项数、创新实践数、创新成果数等多个指标均大幅度攀升，成果显著。开放性实验平台的构建是一件持续性工作，是不断发展的，需要教育工作者在工作过程中不断探索，在已有经验基础上不断创新，与时俱进。在软硬件资源相对受限的情况下，如何让学生的学习时间获得更大的自由，提供给学生更多的资源与便利，充分挖掘学生的主观能动性和引导学生的创新能力，使学习和实践水平得到更好的发展，这是贯穿开放性实验平台建设的初衷与目的。

参 考 文 献

[1]郭华东.开放化学实验项目层次化设计[J].长春师范大学学报，2014(8)：158-159.

[2]李忠新，金鑫，张之敬，等.实验选修课开放教学体系探索与实践[J].教育教学论坛，2014(15)：207-208.

Construction of College Students’ OpeningExperiment Platform for Competition and Innovation

ZHANG Ang，YANG Xiaoling

(CollegeofPhysicsandInformationEngineering，FuzhouUniversity，Fuzhou350116，China)

AbstractThis paper based on the construction of college students’ opening experiment platform for competition and innovation as the breakthrough point，takes the example of our university to explore open experimental platform construction. This paper analyzes the opening system from multiple dimensions and multiple modes，and puts forward the corresponding solution according to each question.

Key wordsopening experiment；experiment platform；innovation；virtual instrument；Flipped Classroom

收稿日期:2015-06-25

作者简介：张昂(1984-)，男，实验师，主要从事通信与信息系统方面的研究。

中图分类号G642.0；G642.423

文献标志码A

doi:10.3969/j.issn.1672-4550.2016.02.066