趙軍亞， 楊 榮， 王 晶

(西安交通大學(xué) 工程坊，陜西 西安 710049)

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全開放式電子電氣實驗室的建設(shè)與探索

趙軍亞， 楊 榮， 王 晶

(西安交通大學(xué) 工程坊，陜西 西安 710049)

實踐教學(xué)是培養(yǎng)創(chuàng)新人才的重要途徑，在高等教育中必須強化實踐教學(xué)環(huán)節(jié)。改革與創(chuàng)新實踐教學(xué)模式、提高實踐教學(xué)質(zhì)量，則是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力的一項重要措施。針對實踐教學(xué)中存在的問題，電子電氣自主實踐活動室進行了一系列實驗室的建設(shè)與探索?；顒邮以陂_放、自主的教育理念下，采用全開放教學(xué)實驗室的運行模式，以面向?qū)W生全天候開放實驗室、教師及實驗技術(shù)人員全程指導(dǎo)、學(xué)生自主設(shè)計與實踐的方式，堅持活動室的長期建設(shè)，學(xué)生在自主實踐過程中獨立能力和創(chuàng)新意識均得到了較好提高。

自主實踐活動; 全開放實驗室; 建設(shè)與探索

0 引 言

培養(yǎng)創(chuàng)新型人才是當(dāng)前高等教育最重要的任務(wù)之一。近年來實施的“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”，旨在重點解決高等工程教育中的實踐性和創(chuàng)新性問題，加緊培養(yǎng)創(chuàng)新性強，適應(yīng)經(jīng)濟和社會發(fā)展需要的各類工程科技人才，這對提高科技創(chuàng)新及我國的經(jīng)濟、社會可持續(xù)發(fā)展具有深遠意義[1-2]。

實踐教學(xué)是培養(yǎng)創(chuàng)新人才的重要途徑。對科學(xué)知識的學(xué)習(xí)最終要應(yīng)用到實踐中，學(xué)生只有在實踐中發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，才能實現(xiàn)實踐創(chuàng)新。因此，在高等教育的實踐教學(xué)中，必須通過強化實踐教學(xué)環(huán)節(jié)為創(chuàng)新型人才培養(yǎng)打造堅實的平臺。

工程坊作為校內(nèi)最大的實踐教學(xué)基地，在創(chuàng)新型人才培養(yǎng)方面進行了一系列積極有益探索，取得了一定的成效，本年度獲得國家教學(xué)成果一等獎是對這種探索的肯定。全開放式的實驗室建設(shè)模式是若干探索舉措中的一項，電子電氣自主實踐活動室便是已建設(shè)運行的全開放式的實驗室的一個例證。這類實驗室的建設(shè)和運行模式對改革傳統(tǒng)實驗教學(xué)，培養(yǎng)創(chuàng)新型人才起到了有效的推動作用。

工程坊是在原有傳統(tǒng)的工程訓(xùn)練中心基礎(chǔ)上，建設(shè)打造為學(xué)生鍛煉實際動手能力及科技創(chuàng)新實踐活動的新型工程實踐訓(xùn)練基地，是學(xué)生進行課外工程實踐和提供工程管理能力的場所，同時也為學(xué)生完成學(xué)位論文、進行科學(xué)研究提供工程設(shè)計和工程制作平臺。在“以學(xué)生自主實踐為中心，鍛煉意志、培養(yǎng)創(chuàng)新能力”的育人理念下，“自主”、“開放”、“安全”、“共享”、“創(chuàng)新”是工程坊的特色。進入工程坊的學(xué)生，靠興趣驅(qū)動進行各種工程實踐活動，激發(fā)了學(xué)生對科學(xué)學(xué)習(xí)的沖動和興趣，同時也提高了學(xué)生的實踐能力和綜合能力，包括創(chuàng)新意識、發(fā)現(xiàn)和解決實際問題、團隊合作、自我管理、自我表達等能力，增強了學(xué)生的競爭力[3]。

電子電氣自主實踐活動室則是工程坊內(nèi)面向?qū)W生自由開放的電子設(shè)計與制作開放實驗平臺，采用全開放式實驗室的建設(shè)運行模式，以向?qū)W生全天候開放實驗室、實驗技術(shù)人員全程指導(dǎo)、學(xué)生自主設(shè)計與實踐的方式，為學(xué)生強化實踐能力培養(yǎng)提供廣闊的舞臺。

1 實驗室建設(shè)特點

1.1 開放性

傳統(tǒng)的實驗室運行和管理機制主要包括以下形式：① 只在進行教學(xué)實驗的課內(nèi)實驗時間開放；② 只上班時間對學(xué)生開放；③ 需要提前網(wǎng)上預(yù)約才能進入實驗室。這幾種傳統(tǒng)的實驗室運行管理模式將學(xué)生的實踐熱情擋在門外。而傳統(tǒng)的實驗教學(xué)模式則更是將學(xué)生約束在規(guī)定的時間內(nèi)，在已準(zhǔn)備好的儀器設(shè)備上按照實驗步驟機械地完成實驗任務(wù)，使學(xué)生一直處于被動的學(xué)習(xí)狀態(tài)，束縛了學(xué)生獨立進行思考空間[4]。

電子電氣自主實踐活動室打破了傳統(tǒng)的學(xué)科、專業(yè)、年級、時間及項目等限制，采用全天候各時間段均開放、學(xué)生自主實踐的運行方式，自由靈活，讓學(xué)生在完全無壓力的環(huán)境下走進實驗室。其中，全天候各時間段開放，方便學(xué)生在不影響學(xué)習(xí)理論課程的其他課余時間隨時帶著想法進入實驗室，無需預(yù)約或申請，可以自主靈活地支配使用實驗室的工具和儀器儀表。實驗室運行過程中，通過提供最大的自由度，讓學(xué)生不受約束地進行實驗或創(chuàng)作，這解除了學(xué)生心理上的束縛，大大提高了學(xué)生進入實驗室的熱情，同時提高了實驗室及儀器設(shè)備的利用率。

1.2 自主性

走進電子電氣自主實踐活動室的學(xué)生完全成為了實驗、想法實現(xiàn)、課外實踐活動的主體。實驗室能滿足不同學(xué)科學(xué)生在電子電氣方面的興趣愛好和需求。學(xué)生可以根據(jù)自己的專業(yè)特長或愛好從事各種電子電氣的實驗，可對理論課程學(xué)習(xí)到的知識點進行實驗驗證，亦可對學(xué)習(xí)過程中的創(chuàng)意進行論證實現(xiàn)，還可以將在腦中一閃而過的靈感迅速進行實踐轉(zhuǎn)化。學(xué)生獲得了全自由的發(fā)揮空間，通過自主設(shè)計實驗內(nèi)容，自由組合團隊成員，自主安排實驗時間，最后自主地完成實驗或?qū)嵺`操作，在整個過程中，還需以主體的角色解決實驗實踐活動遇到的各種問題[5,6]。這使得學(xué)生的自主性非常高，創(chuàng)作空間很大，有益于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識和自主意識。

1.3 對學(xué)生提供最大的支持

在開放自主的基礎(chǔ)上，更重要的是實驗室需要為學(xué)生的實踐制作活動提供各種便利條件和技術(shù)支撐。

1.3.1 實驗室設(shè)施向?qū)W生開放

電子電氣自主實踐活動室中配有基本電子焊裝工具、加工工具及設(shè)備、常用電子元器件、常用電子測試測量儀器、自動化控制訓(xùn)練平臺、電腦組裝與維修訓(xùn)練平臺、電器維修訓(xùn)練器材等各類工具和儀器儀表，并會根據(jù)學(xué)生反饋的實際需求不斷增補儀器工具，以滿足多樣化的學(xué)生需求。同時，實驗室內(nèi)設(shè)有專門的討論區(qū)，配置了投影儀及移動式黑板，方便學(xué)生進行項目討論。此外，進行自主實踐活動的學(xué)生可以在實驗室里利用書籍或網(wǎng)絡(luò)進行資料查閱，以方便文獻檢索與技術(shù)資料查新，還可以通過儀表使用說明書掌握儀器儀表的基本使用方法。

1.3.2 教師專職指導(dǎo)

全開放的實驗室配備了專職指導(dǎo)教師，對每一位走進工程坊進行自主實踐創(chuàng)作的學(xué)生提供技術(shù)支持和使用便利。教師通過講解儀器儀表使用方法，與學(xué)生就技術(shù)方案進行探討、解決制作實現(xiàn)過程中的困難、引導(dǎo)學(xué)生創(chuàng)新想法的完善與實施等方式，最大程度支持學(xué)生在開放實驗室進行自主式制作和創(chuàng)意[7]。同時，教師還進行日常實驗室的維護，為保證學(xué)生順利開展自主實踐活動進行日常的條件保障和安全保障。

走進這里的學(xué)生，大多是靠興趣愛好或創(chuàng)意想法驅(qū)動，自發(fā)進行課外的實驗和實踐活動，而學(xué)生可能來自于不同年級、不同專業(yè)。與傳統(tǒng)的實驗教學(xué)方式不同，這種實驗教學(xué)模式脫離了原有的固定模式和固定實驗內(nèi)容，對教師提出了更高的要求。學(xué)生想進行的制作或?qū)嶒灴赡苌婕案鲗W(xué)科專業(yè)或社會生活中方方面面，這就要求指導(dǎo)教師掌握更廣泛的知識并具備更豐富的實踐經(jīng)驗，能啟發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造性思維，能通過與學(xué)生的交流討論，引導(dǎo)學(xué)生尋找問題的原因并明確解決問題的方向，最終協(xié)助學(xué)生完成實踐和制作[8]。

1.3.3 支持創(chuàng)新項目

對具有一定創(chuàng)新性或?qū)嵱眯詮姷捻椖?，學(xué)生均可以通過書面申請獲得實驗室對項目的經(jīng)費或器材器件支持。這對自發(fā)的進行課外實踐活動，又無經(jīng)濟來源的學(xué)生而言，提供了部分經(jīng)濟上的支持，對推進自主實踐活動的進行有著積極的作用。

1.4 引導(dǎo)學(xué)生自主實踐

為了讓更多的學(xué)生參與課外自主實踐活動，電子電氣自主實踐活動室采取了多種實驗教學(xué)模式并行的機制。一方面，以“開放型教學(xué)實驗”為引導(dǎo)，學(xué)生通過完成典型的電子產(chǎn)品制作、電子工藝裝配、產(chǎn)品程序編寫、電子類綜合設(shè)計等項目，培養(yǎng)自我動手的意識，掌握基本的實驗知識技能，從而引導(dǎo)學(xué)生在思維的廣度和深度拓展，為下一次獨立選題制作提供素材和準(zhǔn)備。目前主要開設(shè)的“開放型教學(xué)實驗”包括：單片機綜合訓(xùn)練、PCB電路設(shè)計與制作、變壓器制作、音響功放制作、聲光控開關(guān)制作、PLC綜合訓(xùn)練等。另一方面，對具有獨立創(chuàng)意想法或制作能力的學(xué)生，則采取指導(dǎo)教師幫助分析、論證、完善的方式，讓學(xué)生獨立進行創(chuàng)作。而對具有獨立研究能力的學(xué)生，則給予充分的自主空間與資源支持，放手學(xué)生進行科學(xué)或工程性研究活動[9-11]。

2 學(xué)生開展的活動與收獲

采用開放和引導(dǎo)的方式，目的是使學(xué)生從不敢且不會獨立動手向敢于獨立動手、動腦轉(zhuǎn)變，使學(xué)生從過去被動受約束的狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)椤爸鲃?、自由、開放的狀態(tài)”。在進行實踐制作的過程中，對遇到的困難和問題，采取積極主動的態(tài)度，千方百計克服。無數(shù)的學(xué)生在走進電子電氣自主實踐活動室后，開始了從想法誕生、資料查閱、方案設(shè)計到實物制作、實驗測試及成品全部自主完成的道路。在克服了重重困難后，制作成功的學(xué)生會獲得無比喜悅和成就感，向指導(dǎo)教師展示自己的成果[12]。在這個過程中學(xué)生所積累和掌握的技能遠遠要比一個課程內(nèi)設(shè)計好的教學(xué)實驗多很多，他們的創(chuàng)新精神和創(chuàng)造能力也得到了切實的提高。

在這里制作完成的作品，一部分是學(xué)生完成了從概念想法到實物轉(zhuǎn)化并參加了比賽，例如學(xué)生借著在坐車通過隧道時偶發(fā)的靈感制作的“噪聲發(fā)電裝置”獲得了第五屆全國節(jié)能減排大賽特等獎，為解決筆記本電腦及模塊式LED照明系統(tǒng)的散熱問題而設(shè)計的“一種針型離子風(fēng)散熱裝置”獲得了第七屆全國節(jié)能減排大賽一等獎，“四旋翼飛行器”獲得優(yōu)秀大學(xué)生科技創(chuàng)新項目。

3 問題與分析

3.1 數(shù)據(jù)分析

近年參與實踐學(xué)生人數(shù)及來源構(gòu)成見表1。

表1 近年參與實踐學(xué)生人數(shù)及來源構(gòu)成

3.2 完善科學(xué)管理制度

由于課外實踐教學(xué)具有學(xué)生活動時間、專業(yè)、年級等千差萬別，實驗內(nèi)容及項目具有多樣性的特點，全開放式的實驗室運行機制對實驗室的日常管理提出了更高的要求，必須探索適應(yīng)不同需求的教學(xué)體系及教學(xué)管理模式，建立科學(xué)的、行之有效的管理制度進行約束，才能形成有序的實驗室教學(xué)環(huán)境，才能推進長期的實驗室建設(shè)[13,14]。在近幾年的實驗室日常運作過程中，形成的管理制度要點如下：

(1) 專職管理與自主管理相結(jié)合。在專職教師負責(zé)實驗室日常管理的基礎(chǔ)上，建立學(xué)生自主管理機制，對優(yōu)秀的、對自主實踐活動熱情高的學(xué)生可以邀請參加實驗室的管理，發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性[15]。

(2) 建立完備登記制度。包括詳細登記實驗室設(shè)備使用情況、實驗項目、實驗人數(shù)、使用時間、所需耗材、實驗中出現(xiàn)問題等，并根據(jù)每年的記錄進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計，逐年分析統(tǒng)計結(jié)果以對實驗室管理做相應(yīng)的調(diào)整。

(3) 實驗設(shè)備的維護與保養(yǎng)、耗材補充。購買低值的易耗品，如基本的電子元器件，制作工具等。

(4) 安全管理。自由開放的前提是學(xué)生能嚴(yán)格遵守實驗室的各種規(guī)章制度，在認真閱讀儀器設(shè)備使用說明后，嚴(yán)格遵守操作規(guī)范。對大型和貴重儀器設(shè)備必須經(jīng)過培訓(xùn)合格方可使用。

3.3 吸引更多學(xué)生積極參加課外實踐活動

查看近年的實驗室登記記錄，會發(fā)現(xiàn)參加課外實踐活動的學(xué)生有這樣的規(guī)律，就是“來的學(xué)生常來，不來的學(xué)生常不來”。來的學(xué)生常來，說明全開放實驗室的存在對有需求及興趣愛好的學(xué)生而言具有很大的吸引力，學(xué)生在這里能夠有所收獲，才會在下一次再次進入實驗室。而不來的學(xué)生常不來則說明實驗室還需要進行大力推廣，克服學(xué)生的距離感和障礙心理，才能增加實驗室的學(xué)生覆蓋面，更有效地發(fā)揮實驗室的平臺作用。因此，敞開實驗室的門，不僅是被動地等著學(xué)生走進來，更要讓實驗室走出去，通過口頭和書面的宣傳，讓實驗室開放對象了解自主實踐活動室里的各方面情況，了解儀器設(shè)備、服務(wù)設(shè)施、環(huán)境條件、進入手續(xù)等，在讓學(xué)生充分了解的基礎(chǔ)上，吸引更多學(xué)生參加課外實踐活動。據(jù)此，電子電氣自主實踐活動室進行了一系列的推廣宣傳活動，包括參與“開放體驗日”、“項目活動宣傳日”等，還借助課內(nèi)實驗課程教學(xué)、校園網(wǎng)絡(luò)、校園媒體、宣傳海報等多種途徑向全校學(xué)生介紹實驗室概況和開放情況，意在吸引各專業(yè)的更多學(xué)生參與。同時，有效地引導(dǎo)學(xué)生，特別是非電類專業(yè)學(xué)生參與電子制作，激發(fā)學(xué)生的興趣。

4 改 進

全開放式的課外實踐教學(xué)在實際運行過程中，遇到了傳統(tǒng)實踐教學(xué)以外的困難和問題。參與課外實踐活動的學(xué)生在活動時間、專業(yè)、年級、資源需求方面有著千差萬別，難于統(tǒng)一管理，給管理者造成的管理壓力較大。因此，需要進一步探索能適應(yīng)不同需求的教學(xué)體系及教學(xué)管理模式，并進一步加強對課外實踐活動的支持和質(zhì)量管理，做到在實驗室資源合理有效利用的前提下最大程度發(fā)揮培養(yǎng)人才的作用。

5 結(jié) 語

電子電氣自主實踐活動室建成開放型的實驗室，將學(xué)生創(chuàng)新活動與日常實驗室教學(xué)密切結(jié)合，旨在實行以人為本、個性化的教育理念，成為開展素質(zhì)教育、培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神和實踐能力的重要基地。學(xué)生無論是帶著想法創(chuàng)意來，帶著項目任務(wù)來，還是帶著動手熱情來，都最大程度地滿足學(xué)生的動手實踐需求。

附錄：學(xué)生心得

大一時，一堂別開生面的開放實驗課讓我走進了工程坊，有幸接觸到許多新鮮知識，認識了工程坊熱情認真的老師。喜愛制作的我，從那時起愛上了工程坊這塊寶地。

工程坊自由活動室里，穩(wěn)壓電源、示波器、頻譜儀各種設(shè)備一應(yīng)俱全，極大地方便了同學(xué)們的需要。而我也在老師的幫助下，從一開始的陌生到后來可以熟練使用這些設(shè)備。今年，我擔(dān)任電信科技協(xié)會電子部部長，帶領(lǐng)同學(xué)們一同走進工程坊，老師不但給我們技術(shù)指導(dǎo)，還提供各種材料，我們一起練習(xí)電路焊接，一起作閃爍燈，一起制作功放……活動內(nèi)容十分豐富。

工程坊是塊寶地，我在這一年多的實踐里收獲和體會很多。

首先，工程坊是幫助我們把創(chuàng)意轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)實的地方。在工程坊強大硬件條件的支持下，我的作品“薄膜按鍵電子琴”獲得了我校2013年電信學(xué)院電子制作大賽一等獎。

其次，工程坊給我們大學(xué)生提供了一個很好的學(xué)習(xí)交流平臺。上百個志同道合的同學(xué)，雖然來自不同院系，但為了一個共同的課題走到一起來，合作、交流、切磋，到最后的作品展示，無不讓我們在激動中受益。

最后，豐富的工程坊開放實驗培養(yǎng)了我們濃厚的科學(xué)興趣，在實踐中讓我們發(fā)現(xiàn)自己理論知識儲配不足，這促使我們更加努力學(xué)習(xí)，讓我們將來在科學(xué)的海洋里走得更遠更持久。

機械碩21班 趙萬秋

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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

趙軍亞(1968-)，男，陜西周至人，本科，高級工程師，主要從事開關(guān)電源及自動化控制系統(tǒng)的設(shè)計與研究。

Tel.： 029-82663912轉(zhuǎn)8412;E-mail：zhaojunya888@163.com

G 482

A

1006-7167(2015)11-0229-04