應用型高校電類專業的創客實驗室規劃

韓新風，石志成，高海濤，李勇

（安徽科技學院電氣與電子工程學院，鳳陽 233100）

0 引言

電類專業作為工程性專業，該類專業的特點決定了理論基礎與實踐能力的培養并重。在本科的高等教育中，電類專業實踐能力培養的常規方法有：課程實驗、課程實習、創新課題訓練。課程實驗和課程實習是針對于所有學生的，但課程實驗中基礎實驗比重較大，尤其是驗證性實驗較多，專業課程如電子技術類課程的課程實習學時在9-16學時左右，實驗項目的開展在4-6個左右。因此課程實驗的主要任務是學習基本的測量方法、掌握基本儀器儀表的使用方法，鞏固基本的電學規律和原理等，因此實驗項目以基礎性、驗證性實驗項目為主。課程實習主要是某門專業課程內的多個知識點的綜合運用，課程實習時間長度通常1周，至多2周。從教學計劃來看課程實習的課程門類并不多，如模擬電子技術、數字電子技術、單片機原理與應用課程實習等。在實踐能力培養的過程中，由于學時和現有教學條件所限，創新性無法滿足學生的需求。筆者在教學過程中常遇到學生提出希望可以有更多機會進行應用性、創新性的實踐鍛煉，大學生的各類創新課題是很好的創新實踐機會，但畢竟項目數量有限，學生覆蓋率偏低。因此，現階段的本科教學中亟需增加學生創新實踐機會，而近年發展迅速的創客教育讓學生在真實的項目中開展協作，發現問題、分析問題、尋找解決方案、完成作品創作，強調動手操作和實踐體驗是獲取知識的重要途徑，這與創客教育提倡的“從做中學”和“教學做合一”的理念一脈相承[1]。這恰好符合電類專業培養學生創新實踐能力的目標。為電類專業創建綜合性、創新性的創客實驗室，為更多學生提供創新實踐平臺，可以激發學生的動手鍛煉欲望，提高學生學習興趣，增強學習效果。高校創客實驗室是學生創意的實踐地，與傳統實驗課程所要求的實驗時間和空間固定不同，創客實驗室要求時空是開放的[2]。

中國古代哲學家、思想家莊子在2000年前就說過萬物與我為一，當代中國思想家張榮寰2007年在互聯網思維中說：萬物互聯的時代：“全然有生,萬物互聯,人格成全。”不僅是人學原理，全生態學的理念，更是萬物互聯的時代所追求的及至境界，而且未來的五到十五年，世界將進入萬物互聯的時代。物聯網是繼計算機、互聯網與移動通信網絡之后的又一次信息產業浪潮，我國“十三五”規劃也提出積極推進物聯網發展。

作為電類專業的本科生，擁有基本硬件電路理論基礎和基本的軟件編程能力，筆者選取物聯網為主題的創客實驗室。把信息的采集、處理和控制融于一體，可以把硬件電路設計與軟件編程會于一身，把電類專業的知識背景綜合應用于當前萬物互聯的新時代的發展需求中，讓學生深刻體會到專業知識學有所用。

1 創客實驗室的總體布局

創客實驗室的布局如圖1所示，分為五大區：教學區、創造區、展示區、材料區、討論區。教學區的主要功能為學術指導教師進行實驗指導的區域，教學區配備有，課桌、椅，講桌、黑板、展覽板等。創造區為學生們進行設計活動的區域，該區域可以配置攝錄裝置，對創客的設計過程進行記錄，也可以對設計作品的運行效果進行錄制視頻。可以將錄制的視頻內容放置在展示區，在展示區配備視頻播放設備，這樣新手可以在展示區對設計步驟和過程進行學習，還可以了解設計作品的運行效果。由于實驗經費有限，實驗設備主要采用可以重復性使用的實驗板，因此錄制視頻是保存設計活動的重要途徑。在討論區，學生可以進行討論學習，激發創新設計的靈感。各功能分區在空間上相鄰，但又相對獨立，使得學習者所學到的知識能夠得到及時的驗證，大幅縮減了知識的檢驗周期，改善了傳統教育中學校學習和社會實踐嚴重脫節的弊端[3]。

圖1 創客實驗室的總體布局圖

2 創客實驗室器材與資源配置

2.1 創客實驗室器材

表1 創客實驗室器材

創客實驗室器材如表1所示。ZigBee學習套件中包括主要的ZigBee物聯網實驗板及主要的模塊電路。常用傳感器套件中含有溫度傳感器、濕度傳感器、土壤濕度傳感器、人體紅外傳感器、雨滴傳感器、超聲波傳感器、紅外對管、氣體傳感器等。基本的顯示設備包括：LED顯示屏、LCD顯示屏、TFT顯示彩屏。學生編程用的計算機配備有相應的編程軟件。

實驗設備使用操作、軟件的編程，對于電類專業知識背景的二、三年級本科生學生來說，均可通過自學來完成。且實驗室配備了常用的傳感器，在學習的過程中，滿足學生動手操作的要求，體驗到實驗中測量與控制的樂趣，激發學生學習專業知識的欲望。學生真實體驗到“學有所用”，改變學生當前被動學習的局面，由“要我學”變為“我要學”！

2.2 創客實驗室的資源配置

創客實驗室配備有實驗室負責人，學術指導教師，學生負責人。實驗室負責人與學生負責人協同管理創客實驗室。在實驗室開放的初期以實驗室負責人管理為主，并制定好實驗室的管理制度，選擇好學生管理負責人，并對其進行實驗室的管理培訓。第二階段，師生協同管理，并對實驗室所有成員進行實驗室管理的基本培訓。制定好實驗室成員自我管理的各項制度。第三階段，以學生負責人管理為主，實驗室負責人進行督導。充分發揮高年級學生“傳、幫、帶”的作用。

實驗室的開放時間內，采用學生成員輪流值班制度。學術指導教師定期邀請相關專家和教師舉行創客知識的專題講座，用以幫助學生多學科知識的融合。充分利用現有的自媒體技術，創建創客實驗室的QQ群、微信群，形成資源分享和交流的平臺，并積極鼓勵成員上傳自己設計的作品。培養學生積極創造、樂于分享的精神。

3 創客實驗室建設的基礎

我院現有電氣工程及其自動化、建筑電氣與智能化、電子信息工程、電子科學與技術、光電信息科學與工程5個本科專業和1個電氣工程及其自動化（中美合作）本科專業，共6個電類專業。學院下設電子工程系、電氣工程系、光電工程系以及光電技術研究所、電氣工程研究所、應用電子技術研究所、建筑智能化工程研究所等機構，擁有電工電子實驗實訓中心、光電技術實驗實訓中心、電氣工程實驗教學中心、電子電氣綜合創新實驗室、建筑智能化實驗教學中心和大學物理實驗中心，面積約三千多平米，儀器設備總值一千五百多萬元。學院擁有一支結構合理、學術思想活躍、業務素質高的師資隊伍，現有專兼職教師70人，其中正副教授共24人，博士14人（在讀8人），安徽省教學名師1人、省教壇新秀2人、校教學名師1人和2名校級教壇新秀。

[1]陳永霖,金偉瓊.中美高校創客教育比較研究[J].高等工程教育研究,2017,01:169-173.

[2]蘇佩堯.高校“創客”實驗室開放的內涵與誤區[J].實驗技術與管理,2017,01:250-253.

[3]馬林.基于創客空間的學習模式設計研究[J].重慶科技學院學報(社會科學版),2017,01:110-112.