以儀器自制為抓手 促進(jìn)實(shí)踐教學(xué)改革

嚴(yán)家德　王成剛　安俊琳

摘要：大學(xué)實(shí)踐教學(xué)是全面實(shí)施素質(zhì)教育，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐技能、創(chuàng)新能力、科技素質(zhì)的重要部分，但高校實(shí)驗(yàn)室實(shí)踐設(shè)備不足的現(xiàn)狀在一定程度上制約了教學(xué)活動(dòng)的有序開(kāi)展。本文結(jié)合所在院校實(shí)踐教學(xué)活動(dòng)組織的具體情況，總結(jié)了實(shí)踐教學(xué)中存在的主要問(wèn)題，指出了儀器自制對(duì)實(shí)踐教學(xué)的重要意義，同時(shí)探討了儀器自制過(guò)程需遵循的基本原則。

關(guān)鍵詞：實(shí)踐教學(xué)；儀器自制；創(chuàng)新能力

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2016）33-0080-02

大學(xué)實(shí)踐教學(xué)是指高等學(xué)校根據(jù)其培養(yǎng)目標(biāo)的要求，組織和引導(dǎo)學(xué)生參與各種實(shí)踐環(huán)節(jié)并使大學(xué)生能從中接受教育、培養(yǎng)綜合素質(zhì)的一類教學(xué)活動(dòng)[1]，是全面實(shí)施素質(zhì)教育，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐技能，創(chuàng)新能力，科技素質(zhì)的重要部分，是任何教學(xué)手段都無(wú)法代替的[2，3]。一般來(lái)說(shuō)，需要有特定的實(shí)驗(yàn)儀器，才可開(kāi)展實(shí)踐教學(xué)[4]。盡管越來(lái)越多的廠家開(kāi)始從事教學(xué)儀器設(shè)計(jì)、生產(chǎn)[5]，現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)儀器功能仍無(wú)法完全滿足不同院校、不同專業(yè)、不同層次和不同要求的實(shí)驗(yàn)教學(xué)要求，特別是大氣探測(cè)、雷達(dá)氣象等相對(duì)冷門的大氣科學(xué)專業(yè)在開(kāi)展實(shí)踐教學(xué)時(shí)，往往因?yàn)閷?shí)驗(yàn)儀器的限制而使實(shí)踐教學(xué)的效果受到了影響。

解決這個(gè)問(wèn)題的一個(gè)有效辦法，就是開(kāi)展實(shí)踐儀器自制，研制滿足特定實(shí)踐目的的實(shí)驗(yàn)儀器。本文根據(jù)本單位的實(shí)際情況，對(duì)實(shí)踐教學(xué)中普遍存在的主要問(wèn)題進(jìn)行總結(jié)，進(jìn)而分析開(kāi)展儀器自制的對(duì)推動(dòng)實(shí)踐教學(xué)改革的意義，最后對(duì)開(kāi)展儀器自制過(guò)程中需遵循的一些基本原則進(jìn)行了探討。

一、實(shí)踐教學(xué)存在的問(wèn)題

素有“中國(guó)氣象人才搖籃”之美譽(yù)的南京信息工程大學(xué)不僅有大氣物理與大氣環(huán)境重點(diǎn)開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室、綜合觀測(cè)培訓(xùn)實(shí)習(xí)基地（南京）等與中國(guó)氣象局共建實(shí)踐基地，還有大氣科學(xué)與環(huán)境氣象實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心、大氣科學(xué)與氣象信息虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心等國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心。盡管每年都有大量資金用于實(shí)踐教學(xué)儀器購(gòu)買，但仍無(wú)法與日益更新的大氣探測(cè)技術(shù)同步?？偟膩?lái)說(shuō)，在實(shí)踐教學(xué)中主要存在一下問(wèn)題：

1.實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備陳舊，與業(yè)務(wù)單位要求脫節(jié)。隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，氣象業(yè)務(wù)單位的儀器設(shè)備也隨之進(jìn)行了更新?lián)Q代。如在2000年左右，全國(guó)地面氣象觀測(cè)站開(kāi)展了自動(dòng)氣象站的正式業(yè)務(wù)運(yùn)行，而在2010年左右，各臺(tái)站又進(jìn)行了新型自動(dòng)站的升級(jí)，不僅對(duì)原有自動(dòng)觀測(cè)進(jìn)行了技術(shù)改造，還新增了能見(jiàn)度儀、稱重式雨量計(jì)等最新的觀測(cè)設(shè)備。然而目前用于開(kāi)展實(shí)驗(yàn)教學(xué)的儀器，大多還未來(lái)得及進(jìn)行升級(jí)，從而造成了與業(yè)務(wù)單位實(shí)際情況的脫節(jié)。

2.儀器設(shè)備數(shù)量不足，影響實(shí)踐教學(xué)有序開(kāi)展。由于實(shí)驗(yàn)教學(xué)經(jīng)費(fèi)的實(shí)際投入與實(shí)踐教學(xué)發(fā)展的不協(xié)調(diào)，使得現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)設(shè)備配置無(wú)法達(dá)到國(guó)家對(duì)實(shí)驗(yàn)課程裝備的要求。為了保證實(shí)踐教學(xué)的開(kāi)展，通常采用分組或增加分組數(shù)的方式進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。這不僅可能影響學(xué)生實(shí)驗(yàn)的積極性，指導(dǎo)教師也不得不花費(fèi)更多的時(shí)間用于協(xié)調(diào)實(shí)踐課程的開(kāi)展，這對(duì)實(shí)踐教學(xué)的有序開(kāi)展造成一定影響。

3.實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目種類不足，影響學(xué)生綜合素質(zhì)提高。實(shí)驗(yàn)教學(xué)經(jīng)費(fèi)投入不足還會(huì)帶來(lái)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目貧乏的問(wèn)題。長(zhǎng)期以來(lái)，實(shí)驗(yàn)室只能開(kāi)設(shè)驗(yàn)證性和演示性的簡(jiǎn)單實(shí)驗(yàn)，而對(duì)于綜合性的實(shí)驗(yàn)往往無(wú)法開(kāi)展，這會(huì)對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和教學(xué)效果產(chǎn)生影響。傳統(tǒng)的實(shí)踐教學(xué)一般會(huì)告訴學(xué)生如何開(kāi)展實(shí)驗(yàn)，因而學(xué)生不需再去查閱資料以及開(kāi)展獨(dú)立思考，影響了學(xué)生綜合素質(zhì)的提高。

4.儀器故障維修困難，技術(shù)人員難以自行維修。實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備生產(chǎn)廠家的實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備普遍存在集成度高、技術(shù)公開(kāi)不完全、售后服務(wù)不及時(shí)等問(wèn)題，當(dāng)出現(xiàn)故障的時(shí)候，實(shí)驗(yàn)技術(shù)人員很難及時(shí)、快速地對(duì)故障進(jìn)排查與檢修。同時(shí)，有些儀器由于使用年限過(guò)長(zhǎng)，儀器廠家也再提供技術(shù)無(wú)法，實(shí)驗(yàn)技術(shù)人員不得不花費(fèi)大量時(shí)間對(duì)進(jìn)行儀器進(jìn)行研究與維修。

二、開(kāi)展儀器自制的意義

儀器設(shè)備是開(kāi)展實(shí)踐教學(xué)的重要前提，但現(xiàn)有的教學(xué)儀器普遍自動(dòng)化程度高、集成化程度高，同時(shí)價(jià)格也相對(duì)較高。因此，充分利用現(xiàn)有技術(shù)資源，因地制宜，開(kāi)展針對(duì)性強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備自制，具有重要的實(shí)際意義：

1.可緊跟技術(shù)發(fā)展，保證設(shè)備及時(shí)更新。實(shí)驗(yàn)教學(xué)儀器專用性強(qiáng)，社會(huì)需求量小，導(dǎo)致儀器廠家不可能完全滿足高校實(shí)踐教學(xué)的要求。因此，通過(guò)設(shè)備處、教務(wù)處等相關(guān)管理部門進(jìn)行設(shè)備更新改造立項(xiàng)、獨(dú)立實(shí)踐課程改革立項(xiàng)、教學(xué)改革立項(xiàng)以及學(xué)生創(chuàng)新學(xué)分實(shí)踐立項(xiàng)等方式，充分調(diào)動(dòng)教師與學(xué)生的積極性，對(duì)優(yōu)勢(shì)力量進(jìn)行集，開(kāi)展實(shí)踐儀器自制。從而使教學(xué)儀器不僅針對(duì)性性強(qiáng)，而且可隨時(shí)更新，這就可保證教學(xué)設(shè)備及時(shí)與最新技術(shù)保持同步。

2.可利用有限資金，研制足量教學(xué)設(shè)備。如前所述，實(shí)驗(yàn)教學(xué)儀器專用性強(qiáng)，社會(huì)需求量小，從而導(dǎo)致價(jià)格往往較貴。而資金不足是高校實(shí)驗(yàn)室建設(shè)普遍存在的問(wèn)題，在學(xué)生規(guī)模未大幅縮減的當(dāng)前，教學(xué)設(shè)備的臺(tái)套數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)無(wú)法滿足實(shí)踐教學(xué)的實(shí)際需要。由于儀器自制最大的支出是元器件的購(gòu)買以及設(shè)備的代加工等，這些支出與設(shè)備的市場(chǎng)價(jià)值相比，一般不及1/2，甚至不及1/5。這就使得可用有限的資金，得到2倍甚至是5倍以上的設(shè)備數(shù)量，從而大大地增加了儀器臺(tái)套數(shù)，使實(shí)踐教學(xué)需求得到滿足。

3.可針對(duì)教學(xué)項(xiàng)目，進(jìn)行設(shè)備系統(tǒng)定制。市場(chǎng)上實(shí)踐教學(xué)儀器雖然很多，但真正和各院校的實(shí)際教學(xué)緊密結(jié)合的不多。同樣一門課程，在不同學(xué)校、不同專業(yè)或不同層次的要求不同、重點(diǎn)也不同。同時(shí)現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)儀器大多是常規(guī)設(shè)備，很難完全滿足各個(gè)層次的教學(xué)需求。通過(guò)開(kāi)展教學(xué)儀器自制，就可根據(jù)實(shí)踐教學(xué)的實(shí)際需要，對(duì)教學(xué)設(shè)備進(jìn)行自我定制，同可考慮現(xiàn)有的設(shè)備，在兼容性上做全盤考慮，既滿足了新的教學(xué)需求，也使原有設(shè)備發(fā)揮了作用，使其通用性和靈活性得到提高。

4.可自行開(kāi)展維護(hù)，保證故障及時(shí)排查。實(shí)踐教學(xué)儀器設(shè)備的生產(chǎn)廠家為了滿足不同院校的不同需要，顯示其產(chǎn)品的優(yōu)越性，往往給儀器設(shè)備設(shè)計(jì)了多而雜的功能，并且高度集成化，從而導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)技術(shù)人員無(wú)法及時(shí)對(duì)出現(xiàn)故障的儀器進(jìn)行維護(hù)，影響實(shí)踐教學(xué)的正常開(kāi)展。而自制的教學(xué)儀器，實(shí)踐指導(dǎo)老師一般就是儀器的開(kāi)發(fā)人員，對(duì)儀器的結(jié)構(gòu)、原理都非常清楚，能針對(duì)故障儀器呈現(xiàn)的現(xiàn)象快速準(zhǔn)確地對(duì)成因進(jìn)行判斷與排查，可有效地縮短儀器維修所需的時(shí)間，既有效保障實(shí)踐教學(xué)活動(dòng)順利開(kāi)展，又有利于實(shí)驗(yàn)室的管理。

5.可增強(qiáng)研發(fā)力量，促進(jìn)技術(shù)持續(xù)發(fā)展。通過(guò)組織儀器自制，不僅能針對(duì)特定的實(shí)踐項(xiàng)目，對(duì)教學(xué)儀器進(jìn)行定制，還能較好地為促進(jìn)科研成果向現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)力轉(zhuǎn)化方面探索出一條可行之路。同時(shí)，在廣泛開(kāi)展自制教學(xué)儀器活動(dòng)，不僅使理論知識(shí)水平和科技攻關(guān)能力得到了提高，其成果也可在提職、晉升和崗位評(píng)定中起到重要作用，對(duì)穩(wěn)定實(shí)踐指導(dǎo)教師隊(duì)伍，調(diào)動(dòng)技教師參與實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的積極性方面起到了很大作用。

三、儀器自制的基本原則

1.自制與采購(gòu)互補(bǔ)。通用儀器由于市場(chǎng)規(guī)模很大，涉及的研究設(shè)計(jì)公司很多，總體投入大，所以產(chǎn)品質(zhì)量比較可靠，同時(shí)又有較高的性價(jià)比；而實(shí)踐教學(xué)中所涉及的專用儀器由于市場(chǎng)規(guī)模較小，涉及的公司較少，由于競(jìng)爭(zhēng)不充分而導(dǎo)致價(jià)格虛高，同時(shí)穩(wěn)定性也差。因此我們?cè)陂_(kāi)展實(shí)踐教學(xué)儀器自制時(shí)，要遵循自制與采購(gòu)互補(bǔ)的原則，即：對(duì)示波器、萬(wàn)用表等通用設(shè)備盡可能采用市場(chǎng)采購(gòu)的方式，而對(duì)于針對(duì)性較強(qiáng)的專用儀器，則采用購(gòu)買成熟器件進(jìn)行組裝或通過(guò)外包代工的自制方式。

2.安全與質(zhì)量?jī)?yōu)先。若在自制過(guò)程中選用的成本很低的較差器件，就有可能會(huì)給實(shí)驗(yàn)帶來(lái)不便，同時(shí)還可能影響實(shí)驗(yàn)的安全和實(shí)驗(yàn)效果。因此盡管在儀器自制過(guò)程中可能會(huì)面對(duì)經(jīng)費(fèi)不足的問(wèn)題，但實(shí)踐教學(xué)儀器的主要使用對(duì)象是廣大學(xué)生，而且通常是近距離的使用，自制的實(shí)踐教學(xué)儀器首要問(wèn)題必須是要保證使用安全。在確保安全的情況下，針對(duì)實(shí)踐教學(xué)的需要，在有限經(jīng)費(fèi)范圍內(nèi)，盡可能地提高儀器質(zhì)量，方可保證實(shí)踐教學(xué)的有序開(kāi)展。

3.夠用與節(jié)約并重。在儀器制作過(guò)程，必須遵循夠用、節(jié)約的原則，對(duì)一些基礎(chǔ)的、對(duì)儀器設(shè)備要求不是很高的實(shí)驗(yàn)室，只要滿足基本要求即可，以使有限的實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)效益最大化。

4.教師與學(xué)生參與。實(shí)踐教學(xué)儀器的自制，需要教師帶領(lǐng)學(xué)生共同參與。首先，教師教學(xué)任務(wù)繁重，由其單獨(dú)完成大量的設(shè)計(jì)工作會(huì)顯得力不從心。其次，通過(guò)參與儀器研制，學(xué)生可以學(xué)習(xí)許多實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，學(xué)生的積極性和創(chuàng)造性得到充分發(fā)揮。第三，學(xué)生通過(guò)參與儀器的研制，可對(duì)儀器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)有更深入的了解，從而幫助學(xué)生在實(shí)驗(yàn)時(shí)能有更深刻的認(rèn)識(shí)和理解。

四、結(jié)語(yǔ)

隨著我國(guó)高等教育的改革與發(fā)展，實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革和實(shí)驗(yàn)室建設(shè)正面臨艱巨的任務(wù)，而課程內(nèi)容的不斷創(chuàng)新也決定了自制實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備必然是一項(xiàng)長(zhǎng)期的任務(wù)。開(kāi)展實(shí)踐教學(xué)儀器自制，對(duì)于人才培養(yǎng)，更新實(shí)驗(yàn)手段，增加實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，提高實(shí)驗(yàn)開(kāi)出率，以及節(jié)約資金等實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的諸多方面都有積極的作用；通過(guò)儀器自制，不但能提高教師的專業(yè)技能，而且由于實(shí)驗(yàn)教師對(duì)自行設(shè)計(jì)研制的教學(xué)設(shè)備各個(gè)環(huán)節(jié)、性能特點(diǎn)比較熟悉，可更容易調(diào)動(dòng)其教學(xué)的主動(dòng)性，提升教師的教學(xué)質(zhì)量，進(jìn)而有助于將所學(xué)理論知識(shí)和實(shí)踐進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，提高實(shí)踐教學(xué)的效果，為社會(huì)培養(yǎng)更多創(chuàng)新型應(yīng)用型人才奠定基礎(chǔ)。

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