孟祥貴，張澤鋒，向 楨

（國防科技大學(xué) 機電工程與自動化學(xué)院，湖南 長沙410073）

筆者所在的電工技術(shù)實驗中心是學(xué)校的公共服務(wù)體系，承擔(dān)全校電工系列課程的實驗教學(xué)任務(wù)，實驗中心奉行“以人為本、興趣牽引實驗、實驗帶動創(chuàng)新”的理念［1］，試圖實現(xiàn)“激發(fā)興趣、想做就做、想做能做”的愿望，實驗中心在十一五建設(shè)中按照基礎(chǔ)、實訓(xùn)和創(chuàng)新三個層次，依據(jù)高等學(xué)?；A(chǔ)課實驗教學(xué)示范中心建設(shè)標準，設(shè)置了演示、電工、電力電子、電工實訓(xùn)和綜合創(chuàng)新五個子功能實驗室，并通過建立全開放的自主實驗平臺在實驗室開放、實驗的綜合、設(shè)計等方面進行了多種探索，著力培養(yǎng)學(xué)生電氣工程學(xué)科素養(yǎng)，打牢強電理論和應(yīng)用基礎(chǔ)。實驗中心在學(xué)校人才培養(yǎng)中發(fā)揮了很好的作用，其建設(shè)成果得到了教育部本科教學(xué)工作水平評估專家的一致好評，認為這是全國一流的實驗室，現(xiàn)將全開放的自主實驗平臺建設(shè)和運行情況與各位同行分享。

1 全開放的自主實驗平臺

全開放的自主實驗平臺是基于一體化裝備的設(shè)計思想，從系統(tǒng)層面設(shè)計的實驗臺。自主實驗平臺包括以下四個層面：自主實驗環(huán)境、實驗設(shè)備、實驗指導(dǎo)和實驗中心管理方法。

1）自主實驗環(huán)境

全開放的自主實驗環(huán)境集門禁、無線電源管理、網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控為一體（如圖1所示），學(xué)員利用“校園一卡通”到實驗中心進行注冊，注冊四年有效。注冊后，學(xué)員如果想做實驗，就可以通過登陸電工技術(shù)實驗中心網(wǎng)站進行預(yù)約，預(yù)約一旦受理，學(xué)員就可以憑一卡通刷卡進入實驗室，在他刷卡進門的同時，他所預(yù)約的實驗臺自動送電，這樣他就可以做實驗了，實驗的內(nèi)容可以是學(xué)生課程實驗的繼續(xù)，也可以是其它任何學(xué)生感興趣的內(nèi)容，實驗中若需要用到其它耗材，學(xué)員在預(yù)約的時候可以向?qū)嶒炛行奶岢觯瑢嶒炛行墓芾砣藛T在他預(yù)約的時間內(nèi)會配齊放到相關(guān)的實驗臺上。學(xué)員實驗過程由網(wǎng)絡(luò)攝像機全程監(jiān)控，學(xué)員作完實驗收拾好臺面，出門時需再次刷卡，所預(yù)約的實驗臺自動斷電。

圖1 一體化自主實驗環(huán)境

2）實驗設(shè)備

電工實驗設(shè)備過去大多采用的是模塊設(shè)計，學(xué)生在實驗過程中連線少、對元器件認知理解少、實驗變化小，不利于學(xué)生開展綜合、設(shè)計性實驗，也不利于實驗室的信息化管理。電工技術(shù)實驗中心在“十一五”建設(shè)中，自行設(shè)計了電工綜合實驗平臺、并委托國內(nèi)有實力的公司進行加工，在實驗中心全方位開放中發(fā)揮了很好的作用。概括起來，該電工綜合實驗平臺有以下幾個特點。

（1）實驗的元素不再是單元實驗?zāi)K而是單個的分立元件。這一設(shè)計，為綜合性、設(shè)計性實驗的開展奠定了很好的基礎(chǔ)。不僅電阻、電容、電感等元件設(shè)計成分立的元件，受控源在過去的設(shè)備上只能做驗證性實驗，在現(xiàn)在的平臺上不僅能驗證而且能應(yīng)用，可將其做為元件納入到電路設(shè)計中。

（2）實驗區(qū)的面板采用透明結(jié)構(gòu)。這一設(shè)計讓學(xué)生在實驗過程中將認知和實驗有機結(jié)合起來。

（3）支持虛實結(jié)合的實驗?zāi)Ｊ?。每個實驗平臺都配備了計算機，每臺計算機都與校園網(wǎng)相連，學(xué)生利用學(xué)校分配的帳號可以上網(wǎng)查閱資料、查看實驗指導(dǎo)、利用相關(guān)仿真軟件進行虛擬實驗，還可以通過互動交流平臺與老師或同學(xué)探討實驗中遇到的問題，通過虛擬實驗，學(xué)生可以先找實驗感覺然后再實際操作，這樣做一方面可以減少實驗的盲目性，另一方面比較安全，尤其在涉及到強電實驗內(nèi)容的時候。

（4）學(xué)生實驗過程的數(shù)據(jù)可以實時采集，確保了實驗數(shù)據(jù)的真實性。學(xué)生也可以利用采集的實驗數(shù)據(jù)、波形撰寫實驗報告。

（5）實驗平臺將實驗元件、各種源、實驗儀器、儀表和計算機集成于一體。這種設(shè)計管理方便、操作安全，為自主實驗和實驗室的開放管理提供了很好的支撐。

3）實驗指導(dǎo)

實驗室全方位開放以后，實驗指導(dǎo)就顯得非常重要，我們經(jīng)過摸索和實踐，主要從以下三個層面來保障指導(dǎo)。

（1）提供的實驗視頻課件內(nèi)容涵蓋了全部課程實驗的內(nèi)容和部分綜合性設(shè)計性內(nèi)容，學(xué)生通過觀看視頻課件都能較好地完成課程標準要求的實驗任務(wù)。

（2）互動交流為師生之間、生生之間提供了一個交流平臺，對拓寬學(xué)生的視野、開拓思維、豐富實驗方法和手段發(fā)揮著很大的作用。

（3）建立的虛擬實驗體系包括電路理論、電工技術(shù)和電子技術(shù)三部分的虛擬實驗，電路理論和電子技術(shù)虛擬實驗是基于EWB軟件實現(xiàn)的，我們重點在電工技術(shù)虛擬實驗方面做了大量工作，開發(fā)了電工技術(shù)虛擬實驗軟件，這一軟件形象、直觀，操作完全模擬實驗過程。該軟件已經(jīng)被遴選為向全軍院校推廣使用軟件。

4）實驗中心管理方法

基于軍隊院校學(xué)生的作息特點，實驗中心支持兩種實驗?zāi)Ｊ?，即傳統(tǒng)的“三統(tǒng)一”（統(tǒng)一時間、統(tǒng)一地點、統(tǒng)一內(nèi)容）和自主實驗?zāi)Ｊ?，兩種模式相得益彰，實驗指導(dǎo)老師在指導(dǎo)“三統(tǒng)一”實驗時可以對學(xué)生加以引導(dǎo)，提出問題或工程需求，給學(xué)生獨立思考的空間，激發(fā)學(xué)生開展自主實驗的愿望，實驗中心還通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)布設(shè)計需求、主動聯(lián)系學(xué)生參加相關(guān)的科研設(shè)計、資助學(xué)生團體參加各種競賽，鼓勵學(xué)生開展綜合、創(chuàng)新實驗，這一系列實驗、設(shè)計都采用自主實驗的模式［8］。

全開放的自主實驗平臺作用的發(fā)揮，還要依托實驗中心網(wǎng)站的建設(shè)，網(wǎng)站內(nèi)容與自主實驗緊密聯(lián)系，主要有以下一些內(nèi)容：實驗中心介紹、信息發(fā)布、理論教學(xué)、視頻監(jiān)控、實驗預(yù)約、互動交流、虛擬實驗、實驗助手等方面。實驗中心通過全開放的自主實驗平臺的建設(shè)，使實驗中心功能更加完善、服務(wù)更人性化，學(xué)生做實驗的主動性、積極性更高。具有如下特色：① 建立了自主的實驗環(huán)境，實現(xiàn)了從學(xué)生角度出發(fā)的全開放；②實驗手段虛實結(jié)合，強調(diào)虛擬實驗的輔助作用；③ 通過不同子功能實驗室的建立，形成了演示、基礎(chǔ)、專業(yè)、創(chuàng)新四位一體的實驗氛圍。

2 建設(shè)成效及發(fā)揮效益情況

電工技術(shù)實驗中心通過建設(shè)全開放的自主實驗平臺，形成了集興趣、基礎(chǔ)、創(chuàng)新一體化的實驗室格局，豐富的興趣元素有效提升了學(xué)員想作實驗的愿望，滿足了學(xué)生“想做就做，想做能做”的實驗要求，學(xué)生課程實驗的效率大大提高，課余時間到實驗室來的學(xué)生多了，演示、綜合創(chuàng)新實驗室均不安排“三統(tǒng)一”實驗，學(xué)生可以較長時間預(yù)約實驗位，對他們開展較大規(guī)模的實驗、設(shè)計提供了非常好的條件，許多學(xué)生在這里設(shè)計制作的作品獲得了電子設(shè)計競賽、機械設(shè)計大賽、發(fā)明博覽會等高獎，有的作品在科研項目中得以應(yīng)用。

［1］ 潘孟春等，以人為本，興趣牽引實驗的實驗教學(xué)模式，全軍第四屆實驗室建設(shè)論文集.2005

［2］ 陳偉文.開放實驗室培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力.實驗室研究與探索，2007，26（5）：130－132

［3］ 葉志攀.金佩華.中國工程教育實踐教學(xué)研究綜述.高等工程教育研究，2007.4

［4］ 郭志明.韓文秀.中國大學(xué)要培育現(xiàn)代科學(xué)精神.天津師范大學(xué)學(xué)報.2006.3

［5］ 龔利華.實驗室開放存在的問題及解決辦法探討.實驗科學(xué)與技術(shù).2009（10）：142－144

［6］ 潘信吉.高校實驗室開放管理系統(tǒng)的研究與應(yīng)用.實驗室研究與探索.2009（9）：143－145

［7］ 孫群英.地方高校教學(xué)實驗室開放的研究與探索.實驗室研究與探索，2006.25（8）：1016－1018

［8］ 林根金.學(xué)生自主管理實驗教學(xué)探究.實驗室研究與探索.2009（8）：148－150