营造开放的实验教学环境，开展开放式自主实验教学

营造开放的实验教学环境，开展开放式自主实验教学

胡仁杰

（东南大学电工电子实验中心，江苏南京，210096）

【摘要】　东南大学电工电子实验中心以形式多样、课内外相结合、多层次模块化的电工电子实践教学体系为基础，以优良的实验室硬件条件和优质教学资源为支撑，以制度化教学管理、教学质量监控体系为保障，在全校范围内开展了以开放式自主实验为主要教学形式的多元化教学模式，为培养优秀创新实践人才营造了良好的综合实践环境。

【关键词】　开放式自主实验　网络教学平台　网络化实验教学管理

【中图分类号】　G642．0　　　　　　　　　　　　【文献标识码】　A

【文章编号】　1006－7167（2006）07－0822－05

1．实验教学理念与特色

东南大学电工电子实验中心，依托国家工科电工电子基础课程教学基地，依靠校内各相关学科的支持，以教育思想和教学观念的转变为先导，确立不断深化实验教学改革，培养学生的终身学习观、工程素养和创新实践能力，全面推进素质教育的目标；加强实验中心教师与理论课教师和学科的交流与融合，以加强实验教学与理论教学的互动和互补为宗旨，改革电工电子实验教学体系与教学内容和课程体系；以实验室硬件建设和网络化教学资源建设为基础，努力改善实验教学条件；以软件建设为重点，提高教学管理水平，发挥教学资源的效益。

实验中心在多年的实验教学工作中，针对服务学科专业和电类课程繁多的现状，依托学科的支持，从学科专业实验教学和工程训练需求出发，建立包含实验教学、工程训练、课程设计和课外科研实践活动，覆盖电类基础课和专业基础课的多层次、开放式、模块化实验教学体系，向全校各学科专业提供菜单式实践教学服务，很好地处理了大批量学生实践能力培养和优秀生培养的关系。

从培养创新型、复合型、研究型和工程型人才的需要出发，建设了一系列不同层次、跨课程的综合性实验室。在完善实验室仪器设备合理化配置，提高实验装置系统化、综合性的同时，建立了基于校园网的网络教学平台及多元化教学资源建设；加强全面的网络化教学管理建设，建立了包含“教学体系”、“实验课程”、“实验过程”、“实验成绩”、“教学质量”、“学生信息”、“师生交互”、“实验仪器设备”等功能的综合实验教学管理体系，大幅度地提高了实验教学资源的使用效率和效益，让更多的学生享受教学改革成果。

为了营造学生自主学习和实践的氛围，全面提高学生的创新实践的能力，在建立适应开放教学模式的教学质量保障体系，确保开放式实验教学成效的基础上，全面推行开放式自主实验教学模式，将开放实验教学的内涵从“实验时间”和“实验空间”拓展到“实验内容”、“实验指导”、“教学管理”、“考核评价”等方面，实现了真正意义上的开放式实验教学，使学生逐渐摆脱对老师的依赖心理，养成自主发现、解决问题的习惯，同时也极大地提高了实验教学资源的使用效益。

2．以开放式自主实验为主的多元化实验教学

实践教学是培养学生创新能力的主要手段。实施创新教育必须注重训练学生的创造性思维，要鼓励学生以自己的方法去思考，不断地提出问题，并通过实验验证；要鼓励学生拓宽思路，用不同的方案解决同一个问题，以求最佳最好，并在实践中得到验证。

应用计算机与网络、多媒体课件等多元化网络资源，采用多种教学手段，以演示、虚拟设计、模拟仿真和实物搭试等多种实验形式，以获得最佳的教学效果为宗旨，针对不同层次的学生展开以开放式自主实验为主的多元化教学模式。

对于刚进实验室的学生，教师在实验室现场传授实验基础知识、基本方法和基本技能。学生在教师的指导下理解教学内容、了解教学要求、熟悉仪器设备，便于教师了解学生的学习状况，迅速引导学生入门。

对掌握了实验基础知识的学生，进行开放式自主实验，引导、培养学生自己获取知识的能力，让学生充分发挥主观能动性和创造性，提高知识综合应用能力、系统设计能力、工程实践能力和创新能力，同时建立严格的质量监控保证体系和考核制度，确保学生的学习效果。

在综合性课程设计和设计竞赛、科研训练等课外创新活动中，引导学生发挥个性、自主选题、自行制定实验或项目的功能和性能指标，完成系统分析、方案论证、系统设计与搭试实现等关键性环节的工作，并制定测试和演示方案，教师在此过程中仅仅进行引导。培养学生的独立思考、信息获取和选择、归纳分析、观察判断、组织管理、知识应用、系统设计、工程实践、团队合作、写作演讲、交际沟通等综合素质和能力。

（1）开放式实验教学模式

开放式实验教学的目的在于为学生建立一个貌似宽松、实则严格的学习和实践的环境，改“牵着学生的手往前走”为“逼着学生自己往前走”，改“做好了饭端到学生的嘴边”为“逼学生自己找食做饭吃”。为学生留出相当的自主空间，鼓励学生出于兴趣和爱好去动脑、动手。开放式实验室形成了一定的环境，给学生提供了一定的机会，为培养他们的创新能力创造了条件。

运用开放式实验教学模式，可以为学生自主学习、个性发展、培养创新能力提供充裕的时间和空间，是深化教学改革，由被动教育到主动教育，由应试教育到素质教育，全面提高实验教学质量的有效方法。从2003年的春学期开始，电工电子实验中心对全校全日制本科生的40多个班级的电路、数字逻辑设计、电子线路等独立实验课程全面推行了开放式自主实验教学。

图1　预约开放式自主实验

在实验时间上，每周的周一至周六，8：30～21：30的时间段里，有144个台套的电子技术实验室向学生全面开放，学生可以通过校园网预约实验时间，也可以直接到实验室以校园卡登录后开始实验（图1）。

在实验内容上，教师可以在不同的实验教学模块中选择所需的实验项目构成针对某课程的实验教学计划；在教学计划中可以有必做实验，也可以有选做实验，学生也可以在教学计划之外做自己感兴趣的实验项目；在实验中心所提供的每个实验项目中，又都有基本实验要求和提高要求，以适应不同水平的学生不同层面的要求。

在实验形式上，学生可以在开放的网络教学平台上自学相关实验预备知识；可以在实验室利用软件工具进行实验方案设计，通过模拟仿真优化电路和选择元件参数；可以在综合性实验系统上进行实物搭试、测试，完成实验报告；实验过程中，学生可以通过查询网络教学资源寻找解决问题的办法，可以寻求实验值班教师的帮助，也可参与网络讨论。

（2）实验条件的完善和实验教学资源的多元化开放式实验教学必须具备一定的物质条件和管理水平。实验室中，每个实验组配备了计算机与网络、数字化实验仪器设备（如程控电源、数字存储示波器、任意波发生器、数字万用表和虚拟仪器）和综合性实验系统。实验室实验资源丰富，在开放实验室都可以开展基础型、综合设计型和研究创新型实验。学生能够综合应用所学知识、发挥想象力和创造力在实验室进行跨课程甚至跨二级学科的系统设计和工程训练项目，有利于学生发挥主观想象力和创造力（图2）。

图2　进行开放式自主实验

实验中心设计制作完成了“电工电子实践初步”、“电路与数字逻辑设计实践”、“电子线路实践”、“电路设计与制作”、“电子电路设计与模拟仿真”、“可编程设计与仿真”等一系列多媒体课件。逐步建设形成网络化的实验教学平台，向学生公布实践教学要求、计划和考核要求；向学生提供包括多媒体网络课件、网络课件、电子教案、EDA软件工具、仪器使用手册、元器件数据手册、设计应用资料、教学案例录像、电子产品生产工艺录像、网络链接等网络教学资源；在网络交互平台上，实时发布课程疑难问题、学生意见反馈，开展专题讨论和网络释疑、教学情况调查等教学辅助工作；利用网络这一现代技术手段，打破传统实践教学在时间和空间上的限制，学生可以在任何时间、任何地点，通过网络进行自主学习、交流讨论。

（3）开放式实验教学质量保障体系

为保障开放式实验教学质量，必须建立完善的管理制度和制度执行的监督机制。为此，制定了“开放式实验教师守则”、“开放式实验学生守则”、“开放式实验考核办法”和“开放实验室管理制度”等教学管理制度。建立了由“入门教育”（传授基础知识、基本方法、基本技能）、“阶段交流”（检查学习状况，解决共性问题）、“预习检查”（了解学习态度）、“实验验收”（检查实验能力）、“期中检查”（全面了解学生学习状况，提醒学生注意）、“期末考试”（全面考核实验能力）等环节构成的一整套开放教学质量监控保证体系。在实验室建立一个严格管理和引导相结合、能够对实验过程进行管理、监控、考核的实验管理系统。为在实践教学中推行“培养创新人才、全面提高学生素质”的教学思想，提高教学实践质量和教学效率，让学生在严格管理的环境下，逐渐养成学习自觉性，再对学生进行有益的引导，充分发挥学生的主观能动性和创造性。

在实验教学考核中，通过有计划的抽查，考查学生的预习和对实验的了解程度；通过实验值班巡视和实验结果验收，考查学生的实验能力、分析和解决实验过程中所遇到问题的能力；通过批改实验报告，考查学生对实验过程、实验方法、实验分析的掌握程度；在期末实验现场考试中，通过考查学生在项目需求分析、实验方案设计、电路设计与优化、元件参数选择、电路搭试实现、电路调试、仪器设备使用、数据测试方法、数据处理、实验结果分析等方面的表现，评判学生的综合实验能力。在实验设计竞赛中考查学生在实验设计的完整性、规范性、创造性和实验操作熟练程度等多方面的能力，对学生进行综合的评价和考核。

（4）教师教学观念的更新和教学水平的提高

为了实现开放式实验教学的目的，必须转变教师的教学观念。同时，开放式实验室中学生的复杂性、实验项目的多样性对指导教师的知识结构、教学水平和应变能力都有很高的要求。

在指导思想上，将转变设计思想和设计方法，将以搭试、焊接为主的实验过渡为以系统设计、模拟分析和系统实现为主，强化EDA技能训练和加强工程意识培养，介绍自顶向下的系统设计方法，将电子信息和计算机领域的新技术融入教学过程中；在教学内容上，注重与理论课程的衔接呼应，内容从易到难、从简单到综合，逐步体现并适度重复实验基础知识、基本方法和基本技能，使学生能够充分掌握并自我运用；在实验内容的取材上，力求做到先进、新颖、实用，理论联系实际，反映电子信息时代对学生知识结构和能力的要求，并逐步增添、更换、调整实践课程的内容；在实验的知识结构上，由点及面到系统，注重加强系统观念的培养和系统设计方法的训练；在实验层次上将基础性、综合设计型、研究创新型实验合理分布，并随着实验层面的提高，逐步增强设计性实验和综合性实验的比重；在实验项目上除基本要求外，尽量给学生提供较多的选择空间；在教学要求上循序渐进，不断提升对实验过程中各环节的要求和精细程度，不追求完成实验的数量，而要求学生做好做完整每一个实验，让学生从每个实验中得到兴趣、得到收获。

教师的职责也随着开放式教学的开展和深入呈现多样性：对所负责的责任班，要承担入门教育、阶段交流、期中检查和期末考试等开放教学环节的工作；在开放实验室值班时，要为学生释疑和指导，要检查学生的预习情况和实验结果，记录学生的违规违纪现象；还要参与网络平台建设、教学资源建设、试题库建设、网上答疑等开放实验教学的改革和建设工作。

（5）开放式实验教学的管理

开放式实验教学模式，在学生实验流程（图3）、教师职责、实验教学管理和考核等方面，与传统实验教学相比存在着巨大的差异。相应管理制度的制定与完善是开放式实验教学开展的先决条件。实验中心根据1999—2002年开放式实验教学试点的经验，在“开放式实验教师守则”中明确了开放式实验室教师的职责（图4）、检查考核制度和奖惩条例；在“开放式实验学生守则”中制定了对学生在开放式实验室实验的行为规范；在“开放式实验考核办法”中公布了实验考核内容和考核方法；在“开放式实验室管理制度”规定了仪器设备维护与维修、实验室管理的办法。

图3　开放式自主实验流程

图4　开放式实验教师职责

充分利用计算机和网络技术手段进行实验教学的全面管理是开放式实验教学的必要手段。实验中心建立了局域网系统，实现了学生实验的预约与派位、学生实验过程的管理、实验网络考试与题库的管理、实验信息与成绩的统计管理、教学体系与实验课程的管理、实验室与仪器设备的管理。

（6）开放式实验教学的成效

开放式实验教学模式从实验空间、实验时间、实验内容直至实验管理均向学生提供自主学习和创新实践的条件。多次网络调查显示，大多数学生对开放式自主实验教学持支持、肯定的态度，开放式实验使他们逐渐克服了以前过于依赖老师的心理，养成了课前预习，实验中碰到问题独立思考，遇到故障逐步分析、排除，实验后认真完成实验报告等良好的实验习惯，动手能力得到了很大的提高；另外，时间上的开放使他们可以摆脱行政班的约束自主地选择实验，可以在对问题有了深刻了解和认识后在适合于自己的时间进行实验，有了自由发挥想象力和进行创新实践的时间和空间。形象生动、饱含趣味又极具启发性的网络化立体教学资源不仅有助于他们实验能力的提高，而且也拓宽了他们的思路，让他们更全面地分析问题，对理论知识的理解和掌握也更为透彻。

同时，开放实验还解决了实验时间难以安排和实验超前于理论教学的问题，实验室的使用效率得以大大提高，与传统实验模式相比，实验室的数量可以缩减40%以上。

3．结语

开放式自主实验是实验教学的必由之路。但是，其内涵与模式、实施方法、规章制度将随学科专业的不同、生源的变化、实验室机制的差异等等而调整。同时，在师生比和生均教学资源占用率较低，相当一部分学生学习目的不明确、学习自觉性不明显的今天，开放式自主实验教学也还是一条漫长之路。

（原载于《实验室研究与探索》，2006年第7期）