浅谈开放实验教学体系构建

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摘要：本文围绕“卓越工程师教育培养计划”，改革实验教学体系。通过优化实验教学、开放结构和层次、深化实验内容、搭建实验教学管理平台，构建多层次、开放式的实验教学体系，为培养创新能力强的综合性应用型“卓越工程师”提供基础保障。

关键词：开放实验教学；卓越计划；工程实践

国家从中长期教育改革和人才发展的战略层面考虑，为培养创新能力强、适应经济社会发展需要的高质量工程技术人才，提出了高校“卓越工程师教育培养计划”[1]。“卓越工程师教育培养计划”的人才培养目标是提高学生工程实践创新能力[2]，促进工程教育人才的转型升级，使中国工程教育人才更加适应经济社会发展的需要，更加突出人才培养对增强国家综合国力的重要性[3]。

1开放实验教学的内涵

开放实验教学内容。以学生为主体的原则，实验资源向学生全面开放[4]，学生作为实验的主体，可以自主对实验内容进行设计、掌控实验过程、分析实验结果。构建一个完善的开放实验教学体系，其建设内容涵盖了管理制度制定、开放式实验项目、考核方法、评价指标的设计等，其核心是实验课程结构的优化[5]。实验教学体系的侧重关系转变。根据“卓越工程师教育培养计划”的要求，突出校内实验和校外实践相结合的实验教学模式[6]。以“卓越工程师”为实验教学培养目标促使实验教学体系侧重关系的转变[7]。如图1所示，实验教学体系从基础理论实践验证向综合运用、创新实践进行转变。根据实验目的与要求的不同，需要将原有的基础实验、技能实验、综合设计实验、创新实验4个层次的比重进行合理调整，在保持专业技能实验（以培养动手操作能力为主）不减少的基础上，适当减少以认知、验证为主的基础实验，合理增加综合设计和创新实验，培养学生独立思考、自主学习的能力，培养学生创新意识、探索精神。

2构建开放实验教学体系

虽然我院学生参加各类竞赛大有斩获，但学生的知识面和基本能力还有待加强，表现为基础不扎实、创新能力不强、设计思想表达不明确等。为了响应“卓越工程师教育培养计划”培养造就一批创新能力强、适应经济社会发展需要的高质量各类型工程技术人才[8]，对开放实验教学体系的构建进行了探讨。

2.1个性化实验教学

改变以往人才培养方案中的“统一大纲、统一计划、统一教材、统一考核”的四统一状态，以保护差异和发展学生个性为主，强调个性化实验教学，培养学生创新思维。（1）开放实验教学实行“三开放”制度。开放实验时间、内容、元器件。学生可以根据自身时间安排实验时间，除基础实验项目必须完成外，学生可自主选择实验项目、设计实现方案。在开放实验过程中教师起指导作用，自主权充分掌握在学生手中，培养学生独立思考的能力、释放学生的个性特点。每学期开学实验室将征集开放实验项目，并对实验项目进行汇总、审批、购买材料等工作。（2）考核方式多样化。根据不同的课程采用不同的考核方式，如“数字电子技术”“面向对象程序设计”等综合型课程可采用分组的课程设计、小组答辩的形式进行考核。“单片机原理与应用”“嵌入式系统设计”等硬件实践类课程可以采用设计作品、提交设计方案、演示答辩的模式。同时学院已运行计算机基础课上机考试系统，为计算机公共基础提供实验与考试平台。学院正在搭建计算机类专业一体化支撑平台，平台上有各类开放课程模块，每个模块有丰富的实验项目与题库，教师与学生均可以手动添加实验项目与试题，针对学生的考核试卷会随机生成，达到考试试题的多样化。

2.2创新课程设计的教学方式

随着学习的深入，课程层次的进阶，根据不同层次的课程采用不同方式的课程设计。（1）基础类型的课程设计。此类课程主要针对低年级所学课程，比如编程类课程，这类课程设计要求学生设计一个小软件，从需求分析开始到模块框架的设计和代码的编写，学生需给出可行性设计报告，最终需要提交设计报告并参加小组讨论。（2）综合型课程的课程设计。比如模拟电子线路、电工电路等课程，此类课程设计要求学生设计一个器件的功能模块，首先需要设计出具体电路，然后根据电路准备芯片焊接成型，最后测试功能模块的性能。这类课程设计要求学生现场展示并参加答辩提交设计报告。（3）实践型课程的课程设计。此类课程设计主要针对高年级的学生，学生必须完成实验探究型的课程设计，该设计可以作为学生的毕业设计，学生有充足的时间构思、实验、测试，要求学生设计出功能完整的作品并演示答辩提交设计报告。

3开放实验教学的实践

3.1项目式实验教学

对设计性实验实行项目式教学，以单片机电子计算器的设计为例，前期制定项目计划说明书，主要包括以下几个方面的内容。（1）项目的总体目标是熟悉嵌入式软件开发流程和学习企业开发规范并按照规范编写代码。具体目标：掌握软件设计工具keil的安装方法；编写电子计算器软件，并完成整体功能；根据设计需求，整理出系统框图；掌握代码编写方法，学会调试代码等。（2）项目概述及时间安排，一般为一周时间，包括每天的教学内容和必须完成的实验任务。学生根据所学内容自主完成软件框架的构思和代码的编写，负责人每天进行进度检查，并对每项任务的完成度进行打分。在明确的实验任务和目标的压力下，每个学生参与程度和积极性得到了大幅的提高。（3）能力考核包括三个指标。项目理解能力：是否能正确理解项目所完成的功能，并认可项目功能；目标执行能力：按照既定的时间，按时完成项目，并保证功能正常；开发协调能力：在开发过程中，遇到问题，和周末资源的沟通协调能力，能很好地和项目组同事和谐高效地工作。（4）项目输出，主要包括源码和使用说明文档。项目验收要求：有清晰完整的设计思路；有规范的软件编码；正确的实验结果；熟练实验编程软件；以项目组为单位上台讲解并演示。项目式实验教学使学生亲身实践项目开发的流程，学生边做边学，学的快，进步快，这是对课堂教学的有效实践，也是公司实习的提前预演。这种教学模式让学生从枯燥的验证性实验中解脱出来，此类实验展开以来受到学生一致好评。

3.2自制实验设备，促进竞赛成果转化

学生自制实验设备一直是普通高等院校的短板，但是根据教学需求和现实情况，普通院校也可以研制实验设备，学生在科技竞赛中的成功作品可以固化为开放实验中的实验项目，既丰富了开放实验项目，也有利于成果的转化。同时在实验设备的研制过程中，开拓了学生的思维，选拔优秀学生加入竞赛团队，充实队伍力量，形成良性循环。以此作为开放实验教学的补充，有利于提高学生的创新能力。

4结束语

新工科实验室的改革与创新应紧密围绕“卓越工程师教育培养计划”，改革实验教学体系，这对于培养学生工程实践能力和创新能力有着非常重要的作用，是高素质人才培养的有力保障和支撑，实验教学应以培养大学生的“创新精神和实践能力”作为教学主要任务。

参考文献：

[1]洪玲,丛林,叶玉玲.基于“卓越工程师教育培养计划”的实验室工作改革探讨[J].实验技术与管理,2016,33(2):212-215.

[2]钱波.基于应用能力培养的工科开放实验教学体系的构建[J].实验技术与管理,2010,27(7),136-138.

[3]杨洁.高等院校开放实验教学初探[J].浙江师范大学学报(自然科学版),2009,26(4),414-415.

[4]刘利群.高校实验技术队伍建设与岗位聘任制实施办法探索[J]．长春理工大学学报(高教版),2010(1):78-81.

[5]王玉清.高等学校创新型实验技术队伍建设研究[J].实验技术与管理,2011,28(2):194-197.

[6]刘鹤,荆晶,王曦.高校实验室管理工作的定位与思考[J].实验技术与管理,2012,29(5):21-24.

[7]余建波,杨西强,王瑗.高校实验教学信息化的建设与探索[J]．实验室研究与探索,2010,29(10):150-153.

[8]沈秀,张黎,戎红仁,等.普通本科学校实验教学中心的建设与思考[J].实验技术与管理,2011,28(2):120-122.

作者：陈春生 王一宾 胡浪涛 单位：安庆师范大学 计算机与信息学院