基于公共服務與信息化的跨學科實驗平臺構建

肖立中， 周小理， 王 珍

(上海應用技術學院 教務處，上海 201418)

0 引 言

實驗室在大學教育中對于提高學生的綜合素質，培養學生的實踐能力和創新精神具有特殊的作用。目前，高校本科實驗教學在高校擴招后面臨實驗資源不足的挑戰，如何利用有限的實驗資源滿足培養高素質應用型人才的需要，已經成為急需解決的問題[1-4]。

我校是2000年經教育部批準，由原上海輕工業高等?？茖W校、上海冶金高等?？茖W校、上海化工高等?？茖W校合并組建而成，經過10多年的發展，實驗室資源有了很大的提高，但是實驗教學也面臨高校擴招后實驗資源不足的問題。我校致力于培養具有創新精神和實踐能力的、具有國際視野的卓越一線工程師，形成“依托行業、服務企業，培養一線工程師為主的高層次應用技術人才”的辦學特色，因此，實驗教學對我校的辦學顯得格外重要。建設跨學科教學實驗平臺可以整合學校資源，充分利用實驗室建設經費，減少資源浪費，充分發揮優勢師資和管理，提高管理水平，同時可以鍛煉學生的綜合實踐能力和工程化意識，是提高我校實驗教學效果的良方。

1 兄弟高校的建設經驗

兄弟高校面對高校擴招實驗資源不足的問題，積極進行跨學科實驗平臺的構建，并取得了一些成果。

(1) 上海交通大學。該校認為國際化的學校應該有一流的開放式公共實驗平臺，積極建設多學科共享實驗平臺，藥學院利用“985”工程建成了多學科共享實驗平臺，實現了硬件資源的共享[5]。藥學院公共實驗平臺可為藥、化工、生命、醫、農、上海醫藥工業研究院、中科院上海分院等相關專業的教學和科研提供支持。公共實驗平臺根據需要組織免費儀器培訓，師生可自行報名，通過培訓后方可預約實驗。公共實驗平臺實行全天候開放，解決了“專管專用”、“資源共享”和“重復購置”的問題，并發揮了多學科交叉的優勢。

(2) 北京航空航天大學。該校進行了實驗教學改革與創新，促進優質實驗教學資源的整合、優化、共享，提升學校學生實驗的整體水平。該學院成立了實驗實踐教學中心，對整個學院的實驗進行統一管理，從一級學科群建設所需核心知識與動手能力的高度，設置了6個公共實驗平臺：無線通信實驗平臺、信號與信息處理實驗平臺、嵌入式系統實驗平臺、電波傳播實驗平臺、電磁兼容實驗平臺、光通訊與光信息技術及系統實驗平臺。這6個實驗平臺涵蓋了信息與通信工程、電子科學與技術、交通工程、光學工程和生物醫學工程5個一級學科群的核心課程及基本知識點的訓練，使學生通過實驗，感觸知識點之間的交叉融合，從而發現新的現象，培養新的興趣，激發創新靈感，同時彌補知識的片面性。

(3) 西南科技大學。該校構建了綜合性、整體優化、跨學科的公共實驗平臺，從而實現實驗資源共享，培養創新性、研究性人才的目的。該校的生命科學與工程學院[7]實驗室的前身由綿陽經濟技術高等?？茖W校的植物生產、動物生產、食品加工等教研室所屬實驗室構成，借助學院成立和新專業增加的契機，成立了生物技術實驗中心進而成立生命學院實驗中心。之后又借助學校搬遷契機，對實驗資源進行了整合，打破了傳統的以教研室為基礎的實驗室建構模式，成立了生物科學實驗中心，構建了以生物學基礎公共實驗平臺為主體，以專業實驗室和研究性實驗室為輔助的實驗室建設和運行模式，在跨學科的多個專業的本科實驗教學中發揮了重要的作用。

(4) 大連理工大學。如何充分整合高校中科目繁雜的專業教學實踐資源，始終是我國高等教育快速發展所面臨的亟需解決的課題。針對以上課題，該校提出在全校范圍內相近學科中建立更多、更廣泛的專業任選課程大平臺和與專業課配套的通用實驗平臺的思路[8]。該校電信學院下屬電子、計算機、自動化系，由于學科相近，3個系之間有很多相同或相近的專業基礎課程，同時3個系之間存在大量的交叉熱點領域。該學院在2002年開設了3個公共限選課平臺(操作系統、通訊原理、自控原理)，之后又根據學生就業和社會需求將計算機系嵌入式系統設計、數據庫原理和數據結構課程，電子系可編程邏輯控制器編程技術和自動化系計算機檢測技術等熱門課程作為電信學院3個系公共選修課程，同時又在計算機系進行試點對計算機網絡、嵌入式系統設計、微控制器應用技術等實踐課程構建跨院系、跨學科的專業實踐教學大平臺，克服了每個系分別各自開設相應的課程和實驗造成大量的教學實踐資源的浪費，而且由于集中了優勢教學師資有利于整體課程水平提高，從而整合并充分利用有限的教學資源，進一步提高了整體教學水平，有效緩解了由于各專業學生擴招造成的逐年增加的教學壓力。

(5) 鄭州大學。高校擴招，使常規實驗教學的任務越來越重，傳統的實驗教學方式和資源配置管理模式跟不上社會的發展，通過調整實驗時間，改變實驗方式等來最大限度地利用儀器設備與實驗室，客觀上往往導致實驗教學運行無序，違背實驗教學規律。該校通過整合現有資源，建立綜合實驗室和信息化管理的方式來克服以上問題?；づc能源學院[9]。通過分析其化學工程與工藝、制藥工程、過程裝備與控制工程、環境科學、熱能與動力工程和安全工程專業的理論課教學大綱和實驗教學大綱及日常開出的常規實驗，得出該院大部分專業共性的專業基礎及專業實驗教學的主線。從動量、熱量與質量傳遞過程整合實驗環節資源，以化工原理實驗室為基礎，建立流體力學綜合實驗室，傳質過程綜合實驗室，傳熱過程綜合實驗室，并通過建立信息化平臺，實現了實驗室資源公開和共享，實現了在線信息查詢、網上預約、網上使用批準、網上報修等功能，實現了動態管理，從而提高了設備的利用率和管理水平。

2 體會與思考

各校都非常重視學生應用能力的培養，認定實驗室為培養學生應用能力的重要平臺，但是都面臨擴招帶來的實驗室建設壓力，同時又面臨實驗室以教研室為建設主體，教學和科研的矛盾明顯，造成實驗室各自為戰，設備重復購置，使用效率不高，無法進行學生綜合能力提高的實驗等問題。

針對以上問題，各校學院成立了跨學科跨專業的實驗中心，負責學院的實驗室建設，把全院的實驗室設備進行了整合，并從全院的角度對實驗室的發展做了規劃。跨學科的實驗中心建成后，可以從全局角度為各專業學生構建綜合實驗項目，提高學生綜合實踐能力，滿足大批量學生實驗的教學要求。對于教學和科研需要的大型儀器設備，實驗中心也可以根據規劃集中資金進行購置，并向各學科專業開放，提高設備的使用率。實驗中心可以集中跨學科的專業技術人員，高效地對設備進行維護和管理，解決了技術力量薄弱的問題，同時有些實驗中心通過信息化的手段對設備進行了規范和透明管理，方便了師生對設備的了解和使用，也方便了管理人員對實驗室的維護和管理。

我校更加注重一線工程師人才的培養，因為學生應用和實踐能力的培養對我校更為重要。我校同樣面臨其他各校的問題，雖然各校都有跨學科跨專業的實驗中心建設的成功案例，但是從案例中可以發現，這些高校的學院本身就是跨學科跨專業的，是“大”的學院，這些實驗中心都是建立在學院內部，雖然單獨建制，但還是屬于某個學院，協調管理相對簡單。

我校經過新一輪的實驗中心建制建設后，各學院也都成立了實驗中心，并對全院實驗室進行綜合管理，但是我校學院的學科和專業規模不大，是在原來系的基礎上建成的。實驗中心雖然建成了，但是建設模式并沒有完全擺脫原來以教研室為中心的實驗室建設方式，綜合性、工程化的實驗室建設比較薄弱；管理模式較為封閉，技術人員也相對薄弱，主要面對學院內部的專業，實驗室建設和使用也主要以教研室教師為主。

3 探索與實踐

我校要進行跨學科實驗平臺的建設就要實現跨學院實驗中心的整合，但是進行人員和設備的跨學院整合是比較困難的，針對校情，我校嘗試通過公共服務平臺和實踐教學信息化管理平臺建設來實現跨學科教學實驗平臺構建。

(1) 建設公共服務平臺。按照國際高等工程教育“回歸工程”的思想，適應新世紀知識經濟發展的需要，根據我校“十二五”發展規劃以及“面向行業、服務地方經濟”的辦學定位，我校利用上海地方本科院校“十二五”內涵建設項目(085工程)，申請建設具有多學科交叉融合的培養創新能力和應用前景的“現代都市工業品制造可視化訓練中心”，其構建圖見圖1。

該中心由九大系統組成，包括六大功能模塊，形成四個層次結構，是一個立體的工程訓練基地。第一層次：由功能產品模擬工廠、功能成分加工系統、功能產品(藥物制劑)制造系統、功能產品(食品)制造系統、功能產品(日化)制造系統組成仿真、加工、制造三大功能模塊；第二層次：由功能產品加工熱能回收利用系統對第一層系統產生的熱能進行回收利用，組成熱能回收利用模塊；第三層次：由現代生產安全技術與管理訓練系統對第一、二層的系統進行安全辨識與技術管理，組成安全管理模塊；第四層次：由功能產品加工自動控制系統和信息化管理系統對第一、二、三層系統進行控制，并對中心進行人員設備，組成控制管理模塊。

中心形成了“四大訓練平臺”，即都市工業品制造技術認知平臺、基礎都市工業品制造工程訓練平臺、信息化管理的都市工業品制造工程訓練平臺、可視化都市工業品制造工程訓練平臺，在四大訓練平臺基礎上，建設新型綜合性實踐和大學生工程創新平臺，并將創新訓練貫穿于工程訓練的始終，使學生掌握扎實的單元技術，通過不同單元的柔性組合，滿足學生個性化學習的需要，培養學生系統、集成、科學地應用現代都市工業品制造技術工程知識的能力、再創造能力以及就業競爭力。本中心建成后，將為我校相關學科的師生提供一個良好的教學和科研環境，受益的專業(方向)達12個，主要包括：材料科學與工程、機械設計制造及其自動化、電子信息工程、安全工程專業、熱能與動力工程專業、應用化學、制藥工程、輕化工程、食品科學與工程，藝術設計、工程管理、會展經濟與管理、文化產業管理等，還可輻射到全校各專業，從而使我校的辦學實力進一步增強，學科專業結構得到進一步優化。

目前，該平臺的第一期建設已經完成，已經能夠為以上專業(方向)提供校內實訓課程，經過1個學期的運行，得到校內外專家認同，學生實踐效果良好，實踐能力得到較大提高。

(2) 建設實踐教學信息化管理平臺。除了構建公共服務平臺外，我校也結合實際情況利用現有資源構建跨學科實驗平臺。雖然人員和設備的跨學院整合比較困難，但是現代社會是信息化的社會，物理空間已經不是問題，可以通過信息技術來構建虛擬的跨學科實驗中心[10]，為此我校申請并獲批了上海市經濟與信息化委員會的實踐教學信息系統建設項目。

系統建設主要包括：實踐教學軟件系統、讀卡器系統、電源控制器系統和門禁系統。系統利用校園網絡資源和數據共享平臺，通過B/S軟件架構[11-15]以及與學校其他應用的數據共享與同步，實現用戶的方便接入與數據的快捷維護。系統的結構圖見圖2。

實踐教學軟件系統包括以下功能模塊：系統門戶、實驗室管理系統、低值易耗品管理系統、實驗室建設系統、實踐課程管理系統、實驗課程網絡學習系統和實驗室信息上報系統。①系統門戶主要包括信息公告，學校各實驗中心介紹，實驗室和儀器的介紹與狀態查詢，以及實驗教學、實驗開放、實踐創新管理體制和師資隊伍等的信息發布與查詢。②實驗室管理系統主要包括實驗室人員與權限的管理、實驗室的運行和維護管理等功能。③低值易耗品管理系統主要包括低值易耗品的申購、采購、領用、庫存、審核與統計等方面的管理。④實驗室建設系統主要包括實驗室建設項目的在線申報和評審，以及實驗室建設信息庫的管理。⑤實踐課程管理系統主要包括實驗大綱、實驗項目卡的管理，實驗課程的排課管理，門禁、考勤、電源控制管理，以及預約開放管理。⑥實驗課程網絡學習系統主要包括實驗課程的網上學習、實驗報告管理、在線交流與在線評測等功能。⑦實驗室信息上報系統包括實驗室儀器信息、低值易耗品使用、實驗室利用率等的統計與報表生成，以及教育部實驗室統計基表的生成。通過信息系統的建設，教師和學生可以很容易了解全校的實驗室資源和使用情況，并申請使用，在進入實驗室前對實驗設備操作進行學習，并設計實驗。實驗室管理人員可以實時了解實驗室的使用情況，以便進行管理和維護，并通過網絡與用戶進行溝通。

信息系統可以實現我校全?？鐚W科、跨學院的教學實驗平臺建設，提高已有資源的利用率，提高管理水平，為學生搭建“大工程”和創新實驗平臺，促進學科和學院的融合。目前，該平臺已經建設完成，試點學院對實踐教學大綱和實驗項目卡進行了梳理，實現了學生自由選時間、選批次的實驗，開展創新、競賽項目等內容，效果良好。

4 結 語

針對如何利用有限的實驗資源培養高素質應用型人才的問題，各高校通過構建學科群教學實驗平臺進行了積極地嘗試，并取得了很好的效果。通過借鑒兄弟高校的經驗，結合我校的校情，同時借助“085”工程的契機，我校構建了公共服務平臺和實踐教學信息化管理平臺的建設藍圖，并進行了建設，為構建我校跨學科教學實驗平臺做好了準備。在公共服務平臺一期建設和實踐教學信息化管理平臺試行的基礎上，進行進一步的建設和推廣，是我們將來的工作。

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