全開放式電子電氣實驗室的建設與探索

趙軍亞， 楊 榮， 王 晶

(西安交通大學 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與探索

趙軍亞， 楊 榮， 王 晶

(西安交通大學 工程坊，陜西 西安 710049)

實踐教學是培養創新人才的重要途徑，在高等教育中必須強化實踐教學環節。改革與創新實踐教學模式、提高實踐教學質量，則是培養學生創新意識和創新能力的一項重要措施。針對實踐教學中存在的問題，電子電氣自主實踐活動室進行了一系列實驗室的建設與探索。活動室在開放、自主的教育理念下，采用全開放教學實驗室的運行模式，以面向學生全天候開放實驗室、教師及實驗技術人員全程指導、學生自主設計與實踐的方式，堅持活動室的長期建設，學生在自主實踐過程中獨立能力和創新意識均得到了較好提高。

自主實踐活動; 全開放實驗室; 建設與探索

0 引 言

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

實踐教學是培養創新人才的重要途徑。對科學知識的學習最終要應用到實踐中，學生只有在實踐中發現問題、解決問題，才能實現實踐創新。因此，在高等教育的實踐教學中，必須通過強化實踐教學環節為創新型人才培養打造堅實的平臺。

工程坊作為校內最大的實踐教學基地，在創新型人才培養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成果一等獎是對這種探索的肯定。全開放式的實驗室建設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運行的全開放式的實驗室的一個例證。這類實驗室的建設和運行模式對改革傳統實驗教學，培養創新型人才起到了有效的推動作用。

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

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

1 實驗室建設特點

1.1 開放性

傳統的實驗室運行和管理機制主要包括以下形式：① 只在進行教學實驗的課內實驗時間開放；② 只上班時間對學生開放；③ 需要提前網上預約才能進入實驗室。這幾種傳統的實驗室運行管理模式將學生的實踐熱情擋在門外。而傳統的實驗教學模式則更是將學生約束在規定的時間內，在已準備好的儀器設備上按照實驗步驟機械地完成實驗任務，使學生一直處于被動的學習狀態，束縛了學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的學科、專業、年級、時間及項目等限制，采用全天候各時間段均開放、學生自主實踐的運行方式，自由靈活，讓學生在完全無壓力的環境下走進實驗室。其中，全天候各時間段開放，方便學生在不影響學習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，讓學生不受約束地進行實驗或創作，這解除了學生心理上的束縛，大大提高了學生進入實驗室的熱情，同時提高了實驗室及儀器設備的利用率。

1.2 自主性

走進電子電氣自主實踐活動室的學生完全成為了實驗、想法實現、課外實踐活動的主體。實驗室能滿足不同學科學生在電子電氣方面的興趣愛好和需求。學生可以根據自己的專業特長或愛好從事各種電子電氣的實驗，可對理論課程學習到的知識點進行實驗驗證，亦可對學習過程中的創意進行論證實現，還可以將在腦中一閃而過的靈感迅速進行實踐轉化。學生獲得了全自由的發揮空間，通過自主設計實驗內容，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實踐操作，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]。這使得學生的自主性非常高，創作空間很大，有益于培養學生的創新意識和自主意識。

1.3 對學生提供最大的支持

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

1.3.1 實驗室設施向學生開放

電子電氣自主實踐活動室中配有基本電子焊裝工具、加工工具及設備、常用電子元器件、常用電子測試測量儀器、自動化控制訓練平臺、電腦組裝與維修訓練平臺、電器維修訓練器材等各類工具和儀器儀表，并會根據學生反饋的實際需求不斷增補儀器工具，以滿足多樣化的學生需求。同時，實驗室內設有專門的討論區，配置了投影儀及移動式黑板，方便學生進行項目討論。此外，進行自主實踐活動的學生可以在實驗室里利用書籍或網絡進行資料查閱，以方便文獻檢索與技術資料查新，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

全開放的實驗室配備了專職指導教師，對每一位走進工程坊進行自主實踐創作的學生提供技術支持和使用便利。教師通過講解儀器儀表使用方法，與學生就技術方案進行探討、解決制作實現過程中的困難、引導學生創新想法的完善與實施等方式，最大程度支持學生在開放實驗室進行自主式制作和創意[7]。同時，教師還進行日常實驗室的維護，為保證學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。

走進這里的學生，大多是靠興趣愛好或創意想法驅動，自發進行課外的實驗和實踐活動，而學生可能來自于不同年級、不同專業。與傳統的實驗教學方式不同，這種實驗教學模式脫離了原有的固定模式和固定實驗內容，對教師提出了更高的要求。學生想進行的制作或實驗可能涉及各學科專業或社會生活中方方面面，這就要求指導教師掌握更廣泛的知識并具備更豐富的實踐經驗，能啟發學生的創造性思維，能通過與學生的交流討論，引導學生尋找問題的原因并明確解決問題的方向，最終協助學生完成實踐和制作[8]。

1.3.3 支持創新項目

對具有一定創新性或實用性強的項目，學生均可以通過書面申請獲得實驗室對項目的經費或器材器件支持。這對自發的進行課外實踐活動，又無經濟來源的學生而言，提供了部分經濟上的支持，對推進自主實踐活動的進行有著積極的作用。

1.4 引導學生自主實踐

為了讓更多的學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模式并行的機制。一方面，以“開放型教學實驗”為引導，學生通過完成典型的電子產品制作、電子工藝裝配、產品程序編寫、電子類綜合設計等項目，培養自我動手的意識，掌握基本的實驗知識技能，從而引導學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備。目前主要開設的“開放型教學實驗”包括：單片機綜合訓練、PCB電路設計與制作、變壓器制作、音響功放制作、聲光控開關制作、PLC綜合訓練等。另一方面，對具有獨立創意想法或制作能力的學生，則采取指導教師幫助分析、論證、完善的方式，讓學生獨立進行創作。而對具有獨立研究能力的學生，則給予充分的自主空間與資源支持，放手學生進行科學或工程性研究活動[9-11]。

2 學生開展的活動與收獲

采用開放和引導的方式，目的是使學生從不敢且不會獨立動手向敢于獨立動手、動腦轉變，使學生從過去被動受約束的狀態轉變為“主動、自由、開放的狀態”。在進行實踐制作的過程中，對遇到的困難和問題，采取積極主動的態度，千方百計克服。無數的學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，制作成功的學生會獲得無比喜悅和成就感，向指導教師展示自己的成果[12]。在這個過程中學生所積累和掌握的技能遠遠要比一個課程內設計好的教學實驗多很多，他們的創新精神和創造能力也得到了切實的提高。

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

3 問題與分析

3.1 數據分析

近年參與實踐學生人數及來源構成見表1。

表1 近年參與實踐學生人數及來源構成

3.2 完善科學管理制度

由于課外實踐教學具有學生活動時間、專業、年級等千差萬別，實驗內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，必須探索適應不同需求的教學體系及教學管理模式，建立科學的、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環境，才能推進長期的實驗室建設[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合。在專職教師負責實驗室日常管理的基礎上，建立學生自主管理機制，對優秀的、對自主實踐活動熱情高的學生可以邀請參加實驗室的管理，發揮學生的主觀能動性[15]。

(2) 建立完備登記制度。包括詳細登記實驗室設備使用情況、實驗項目、實驗人數、使用時間、所需耗材、實驗中出現問題等，并根據每年的記錄進行數據統計，逐年分析統計結果以對實驗室管理做相應的調整。

(3) 實驗設備的維護與保養、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生能嚴格遵守實驗室的各種規章制度，在認真閱讀儀器設備使用說明后，嚴格遵守操作規范。對大型和貴重儀器設備必須經過培訓合格方可使用。

3.3 吸引更多學生積極參加課外實踐活動

查看近年的實驗室登記記錄，會發現參加課外實踐活動的學生有這樣的規律，就是“來的學生常來，不來的學生常不來”。來的學生常來，說明全開放實驗室的存在對有需求及興趣愛好的學生而言具有很大的吸引力，學生在這里能夠有所收獲，才會在下一次再次進入實驗室。而不來的學生常不來則說明實驗室還需要進行大力推廣，克服學生的距離感和障礙心理，才能增加實驗室的學生覆蓋面，更有效地發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，了解儀器設備、服務設施、環境條件、進入手續等，在讓學生充分了解的基礎上，吸引更多學生參加課外實踐活動。據此，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，還借助課內實驗課程教學、校園網絡、校園媒體、宣傳海報等多種途徑向全校學生介紹實驗室概況和開放情況，意在吸引各專業的更多學生參與。同時，有效地引導學生，特別是非電類專業學生參與電子制作，激發學生的興趣。

4 改 進

全開放式的課外實踐教學在實際運行過程中，遇到了傳統實踐教學以外的困難和問題。參與課外實踐活動的學生在活動時間、專業、年級、資源需求方面有著千差萬別，難于統一管理，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不同需求的教學體系及教學管理模式，并進一步加強對課外實踐活動的支持和質量管理，做到在實驗室資源合理有效利用的前提下最大程度發揮培養人才的作用。

5 結 語

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

附錄：學生心得

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，穩壓電源、示波器、頻譜儀各種設備一應俱全，極大地方便了同學們的需要。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備。今年，我擔任電信科技協會電子部部長，帶領同學們一同走進工程坊，老師不但給我們技術指導，還提供各種材料，我們一起練習電路焊接，一起作閃爍燈，一起制作功放……活動內容十分豐富。

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意轉變為現實的地方。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年電信學院電子制作大賽一等獎。

其次，工程坊給我們大學生提供了一個很好的學習交流平臺。上百個志同道合的同學，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了我們濃厚的科學興趣，在實踐中讓我們發現自己理論知識儲配不足，這促使我們更加努力學習，讓我們將來在科學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，主要從事開關電源及自動化控制系統的設計與研究。

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

G 482

A

1006-7167(2015)11-0229-04