以儀器自制為抓手 促進實踐教學改革

嚴家德　王成剛　安俊琳

摘要：大學實踐教學是全面實施素質教育，培養學生實踐技能、創新能力、科技素質的重要部分，但高校實驗室實踐設備不足的現狀在一定程度上制約了教學活動的有序開展。本文結合所在院校實踐教學活動組織的具體情況，總結了實踐教學中存在的主要問題，指出了儀器自制對實踐教學的重要意義，同時探討了儀器自制過程需遵循的基本原則。

關鍵詞：實踐教學；儀器自制；創新能力

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）33-0080-02

大學實踐教學是指高等學校根據其培養目標的要求，組織和引導學生參與各種實踐環節并使大學生能從中接受教育、培養綜合素質的一類教學活動[1]，是全面實施素質教育，培養學生實踐技能，創新能力，科技素質的重要部分，是任何教學手段都無法代替的[2，3]。一般來說，需要有特定的實驗儀器，才可開展實踐教學[4]。盡管越來越多的廠家開始從事教學儀器設計、生產[5]，現有的實驗儀器功能仍無法完全滿足不同院校、不同專業、不同層次和不同要求的實驗教學要求，特別是大氣探測、雷達氣象等相對冷門的大氣科學專業在開展實踐教學時，往往因為實驗儀器的限制而使實踐教學的效果受到了影響。

解決這個問題的一個有效辦法，就是開展實踐儀器自制，研制滿足特定實踐目的的實驗儀器。本文根據本單位的實際情況，對實踐教學中普遍存在的主要問題進行總結，進而分析開展儀器自制的對推動實踐教學改革的意義，最后對開展儀器自制過程中需遵循的一些基本原則進行了探討。

一、實踐教學存在的問題

素有“中國氣象人才搖籃”之美譽的南京信息工程大學不僅有大氣物理與大氣環境重點開放實驗室、綜合觀測培訓實習基地（南京）等與中國氣象局共建實踐基地，還有大氣科學與環境氣象實驗教學中心、大氣科學與氣象信息虛擬仿真實驗教學中心等國家級實驗教學中心。盡管每年都有大量資金用于實踐教學儀器購買，但仍無法與日益更新的大氣探測技術同步。總的來說，在實踐教學中主要存在一下問題：

1.實驗儀器設備陳舊，與業務單位要求脫節。隨著科學技術的飛速發展，氣象業務單位的儀器設備也隨之進行了更新換代。如在2000年左右，全國地面氣象觀測站開展了自動氣象站的正式業務運行，而在2010年左右，各臺站又進行了新型自動站的升級，不僅對原有自動觀測進行了技術改造，還新增了能見度儀、稱重式雨量計等最新的觀測設備。然而目前用于開展實驗教學的儀器，大多還未來得及進行升級，從而造成了與業務單位實際情況的脫節。

2.儀器設備數量不足，影響實踐教學有序開展。由于實驗教學經費的實際投入與實踐教學發展的不協調，使得現有實驗設備配置無法達到國家對實驗課程裝備的要求。為了保證實踐教學的開展，通常采用分組或增加分組數的方式進行實驗。這不僅可能影響學生實驗的積極性，指導教師也不得不花費更多的時間用于協調實踐課程的開展，這對實踐教學的有序開展造成一定影響。

3.實驗項目種類不足，影響學生綜合素質提高。實驗教學經費投入不足還會帶來實驗項目貧乏的問題。長期以來，實驗室只能開設驗證性和演示性的簡單實驗，而對于綜合性的實驗往往無法開展，這會對學生的學習興趣和教學效果產生影響。傳統的實踐教學一般會告訴學生如何開展實驗，因而學生不需再去查閱資料以及開展獨立思考，影響了學生綜合素質的提高。

4.儀器故障維修困難，技術人員難以自行維修。實驗儀器設備生產廠家的實驗儀器設備普遍存在集成度高、技術公開不完全、售后服務不及時等問題，當出現故障的時候，實驗技術人員很難及時、快速地對故障進排查與檢修。同時，有些儀器由于使用年限過長，儀器廠家也再提供技術無法，實驗技術人員不得不花費大量時間對進行儀器進行研究與維修。

二、開展儀器自制的意義

儀器設備是開展實踐教學的重要前提，但現有的教學儀器普遍自動化程度高、集成化程度高，同時價格也相對較高。因此，充分利用現有技術資源，因地制宜，開展針對性強的實驗設備自制，具有重要的實際意義：

1.可緊跟技術發展，保證設備及時更新。實驗教學儀器專用性強，社會需求量小，導致儀器廠家不可能完全滿足高校實踐教學的要求。因此，通過設備處、教務處等相關管理部門進行設備更新改造立項、獨立實踐課程改革立項、教學改革立項以及學生創新學分實踐立項等方式，充分調動教師與學生的積極性，對優勢力量進行集，開展實踐儀器自制。從而使教學儀器不僅針對性性強，而且可隨時更新，這就可保證教學設備及時與最新技術保持同步。

2.可利用有限資金，研制足量教學設備。如前所述，實驗教學儀器專用性強，社會需求量小，從而導致價格往往較貴。而資金不足是高校實驗室建設普遍存在的問題，在學生規模未大幅縮減的當前，教學設備的臺套數遠遠無法滿足實踐教學的實際需要。由于儀器自制最大的支出是元器件的購買以及設備的代加工等，這些支出與設備的市場價值相比，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倍以上的設備數量，從而大大地增加了儀器臺套數，使實踐教學需求得到滿足。

3.可針對教學項目，進行設備系統定制。市場上實踐教學儀器雖然很多，但真正和各院校的實際教學緊密結合的不多。同樣一門課程，在不同學校、不同專業或不同層次的要求不同、重點也不同。同時現有的實驗儀器大多是常規設備，很難完全滿足各個層次的教學需求。通過開展教學儀器自制，就可根據實踐教學的實際需要，對教學設備進行自我定制，同可考慮現有的設備，在兼容性上做全盤考慮，既滿足了新的教學需求，也使原有設備發揮了作用，使其通用性和靈活性得到提高。

4.可自行開展維護，保證故障及時排查。實踐教學儀器設備的生產廠家為了滿足不同院校的不同需要，顯示其產品的優越性，往往給儀器設備設計了多而雜的功能，并且高度集成化，從而導致實驗技術人員無法及時對出現故障的儀器進行維護，影響實踐教學的正常開展。而自制的教學儀器，實踐指導老師一般就是儀器的開發人員，對儀器的結構、原理都非常清楚，能針對故障儀器呈現的現象快速準確地對成因進行判斷與排查，可有效地縮短儀器維修所需的時間，既有效保障實踐教學活動順利開展，又有利于實驗室的管理。

5.可增強研發力量，促進技術持續發展。通過組織儀器自制，不僅能針對特定的實踐項目，對教學儀器進行定制，還能較好地為促進科研成果向現實生產力轉化方面探索出一條可行之路。同時，在廣泛開展自制教學儀器活動，不僅使理論知識水平和科技攻關能力得到了提高，其成果也可在提職、晉升和崗位評定中起到重要作用，對穩定實踐指導教師隊伍，調動技教師參與實驗教學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.自制與采購互補。通用儀器由于市場規模很大，涉及的研究設計公司很多，總體投入大，所以產品質量比較可靠，同時又有較高的性價比；而實踐教學中所涉及的專用儀器由于市場規模較小，涉及的公司較少，由于競爭不充分而導致價格虛高，同時穩定性也差。因此我們在開展實踐教學儀器自制時，要遵循自制與采購互補的原則，即：對示波器、萬用表等通用設備盡可能采用市場采購的方式，而對于針對性較強的專用儀器，則采用購買成熟器件進行組裝或通過外包代工的自制方式。

2.安全與質量優先。若在自制過程中選用的成本很低的較差器件，就有可能會給實驗帶來不便，同時還可能影響實驗的安全和實驗效果。因此盡管在儀器自制過程中可能會面對經費不足的問題，但實踐教學儀器的主要使用對象是廣大學生，而且通常是近距離的使用，自制的實踐教學儀器首要問題必須是要保證使用安全。在確保安全的情況下，針對實踐教學的需要，在有限經費范圍內，盡可能地提高儀器質量，方可保證實踐教學的有序開展。

3.夠用與節約并重。在儀器制作過程，必須遵循夠用、節約的原則，對一些基礎的、對儀器設備要求不是很高的實驗室，只要滿足基本要求即可，以使有限的實驗經費效益最大化。

4.教師與學生參與。實踐教學儀器的自制，需要教師帶領學生共同參與。首先，教師教學任務繁重，由其單獨完成大量的設計工作會顯得力不從心。其次，通過參與儀器研制，學生可以學習許多實踐經驗，學生的積極性和創造性得到充分發揮。第三，學生通過參與儀器的研制，可對儀器的內部結構有更深入的了解，從而幫助學生在實驗時能有更深刻的認識和理解。

四、結語

隨著我國高等教育的改革與發展，實驗教學改革和實驗室建設正面臨艱巨的任務，而課程內容的不斷創新也決定了自制實驗儀器設備必然是一項長期的任務。開展實踐教學儀器自制，對于人才培養，更新實驗手段，增加實驗教學內容，提高實驗開出率，以及節約資金等實驗教學改革的諸多方面都有積極的作用；通過儀器自制，不但能提高教師的專業技能，而且由于實驗教師對自行設計研制的教學設備各個環節、性能特點比較熟悉，可更容易調動其教學的主動性，提升教師的教學質量，進而有助于將所學理論知識和實踐進行有機結合，提高實踐教學的效果，為社會培養更多創新型應用型人才奠定基礎。

參考文獻：

[1]賀秋麗，王輯祥，李如琦，等.綜合性實驗教學對學生綜合素質提高的作用[J].廣西大學學報（自然科學版），2007，（S1）：214-216.

[2]李如琦，賀秋麗，王輯祥，等.自制實驗教學儀器設備 促進實驗教學改革[J].高等理科教育，2009，（01）：71-74.

[3]王長遠，霍曉奎，劉琦，等.自制儀器對促進教學改革的作用[J].實驗室研究與探索，2012，（01）：117-118.

[4]陳發堂，熊慧萍，陳東生.加強自制儀器的研發 實現創新能力的培養[J].實驗室研究與探索，2009，（02）：41-42.

[5]何士雅，白曉東，俞寬新，等.科研與實踐教學結合，自主開發實踐教學設備[J].實驗技術與管理，2005，（11）：47-48.