民族院校信息类实验室开放模式的研究与探讨

宋 伟

(中央民族大学 信息工程学院， 北京 100081)

民族院校为各少数民族地区培养所需基础性人才和管理人才[1-4]。然而由于各地区教育水平和教育质量的不同，民族院校大学生在入校前的知识结构和知识水平有所差异，导致在接受新课程时所花费的时间和投入的精力也不同。在承认学生的个体差异的基础上，教师应注重因材施教，充分调动学生学习的积极性和主动性。然而，由于师资少，基于培养计划的课堂理论课教学采取层次化教育比较困难。

对于工科专业的学生来说，动手能力、实践能力和创新能力的培养是重中之重，而这些能力的培养可以通过实验室的开放进行有效的补充和完善。学生可以根据自己的情况合理制订学习计划，在查漏补缺的基础上，锻炼自己各方面能力。为了满足不同类型学生群体的不同学习需求，保证民族院校大学生共同发展，应当开放实验室。各类实验室的开放[5-6]必将对学生掌握基础知识和培养创新意识起到举足轻重的作用。本文结合中央民族大学信息工程学院信息类实验室的建设，探讨实验室开放模式及相关问题。

1 中央民族大学信息类实验室现状

中央民族大学是全国唯一一所由国家民族事务委员会直属并进入“211工程”和“985工程”建设的综合性重点大学，是以少数民族学生为主体、以为少数民族和民族地区服务为宗旨的高等院校，在我国高等教育体系和民族团结进步事业中具有十分重要的地位。

学校信息工程学院成立于2007年，由电子信息工程系、通信工程系、自动化系、计算机科学与技术系、实验教学中心、计算机公共教学部组成。这里聚集了全国56个民族的学生，少数民族学生约占66%，多数学生来自边远地区及西部地区[3]。在存在文化差异和语言障碍的情况下如何提高教学质量，是学院领导和教师面临的重要问题。

信息工程学院实验示范中心[4]拥有电子信息基础、现代电子信息技术、综合创新研究等10多个实验室，面积约1 203 m2，为全校理工科各专业提供了一个良好的电子工程实验教学环境，成为这些专业的学生深入理解和掌握电子信息技术基础知识、培养综合运用知识的能力、铸就实践设计和创新能力的基地。

2 实验室开放内容与开放形式的探讨

高校实验室服务于学校的教学和科研，其显著特点是数量多、类型多，功能各异[5]。本文分别对本校教学实验室和科研实验室的开放情况进行探讨。

2.1 教学实验室的开放

本校信息工程学院的信息类教学实验室包括电路分析实验室、模拟电子技术实验室、信号与系统实验室等，是以实践教学为主，完成课程配套的实验或独立开设实验的场所。教学实验室在完成实验教学基本内容的基础上进行了拓展。

(1) 理论知识的验证性实验。在实验教学中，适当的验证性实验是必要的。验证性实验将学生动手能力的培养承载于实验内容之上，注重实验过程中困难问题的解决和分析，从以实验结果为目的变为以实验过程为核心，更加注重实验操作和问题的解决，用所学的理论知识去指导实验的完成，用实验去验证理论知识的正确性，从而加深学生对知识的理解。实验室在实验课以外的时间对学生开放，让基础知识薄弱、课堂学习吃力的学生通过课下努力，补全欠缺知识。

(2) 综合性实验。验证性实验是由小模块构成，知识相对零散，综合性实验则将各个知识点组成一个系统，需要考虑很多实际问题及理论知识的细节。如在做语音放大电路实验时，学生能够对单管放大电路的理论知识有较好的了解，可以解决静态工作点设置、输入输出电阻求解、单级失真判断等问题，但对于多级放大电路中每级放大电路波形都正常，级联之后波形严重失真的问题却不知所措。这表明学生在学习直接耦合和阻容耦合组态对静态工作点影响原理不同这一知识点上没有深刻理解。通过综合性实验的操作，加深学生对耦合电容存在极性、接地等概念的掌握。

(3) 创新性实验。验证性实验是单独的实验模块，每一部分相对独立；综合性实验是将这些独立模块进行连接，实现了更强大的功能，但很少考虑成本、可行性等实际情况；而应用型人才必须擅于考虑实际情况和工程需要，从而进行工程技术的开发和相关知识的应用。因此，创新性实验要在教师的指导下，通过自己调研，自己立题目，进行实验仿真验证，然后去市场购买元器件，完成画板焊接等工作。例如我校的URTP项目以及往年的电子竞赛题目、程序设计竞赛题目等均可作为创新性开放题目，在开放的时间段内，让感兴趣的学生进行自我锻炼。例如在开放的题目中，我们针对少数民族地区外出人员较多，留守儿童和妇女弱势群体普遍存在的现象，提出利用数字信号处理、单片机等学科知识，开发语音变声系统以保护留守人员安全的问题。各类创新性实验的进行，培养了工科学生必备的4项素质和2项能力：即工艺素质、市场素质、工程素质、团队合作素质和独立思考能力、用理论解决实际问题的能力。

在教学类实验室的开放过程中，对学生的优秀作品、获奖作品进行宣传展览，让学生能够切身感受实验的魅力，激励其他学生参与实验，开拓创新。

2.2 科研实验室的开放

科研类实验室是以科学研究为主，如图像处理实验室、脑认知实验室、模式识别与智能系统实验室等。科技人才的培养需要学生尽早接触到最前沿的科研工作，提升自身的科研素养。科研类实验室的开放，促进了教师将科研和教学有效结合，也给学生提供了参与科研的条件和环境，让学生所学知识为科研服务，真正体会学以致用的教学成果。如学生在参与模式识别与智能系统实验室的科研项目时，结合所学知识和科研内容，设计了基于双目视觉的自动导航购物车实现方案，并利用软硬件结合的方法制成实物样车。学生在参与项目的过程中，自学了有关图像处理、视频处理、硬件设计等各个学科的知识，大大增强了实践动手能力，开阔了学术视野。参与图像处理实验室科研项目的学生，尝试利用机器视觉实现基于人脸识别的实验室考勤系统。通过在实验室架设摄像头，采集在实验室实验学生的相关信息，用机器识别代替课堂点名，为教师授课赢得了更多的时间。

对于民族院校信息专业的学生，我们更多地建议和鼓励他们将自己的所学知识与家乡少数民族地区的实际情况相结合，多多参与具有民族特色的科研活动。如针对少数民族地区环境监测和保护的无线传感器网络实验室，将民族地区的生态环境作为监测对象。学生在参与过程中，可以将其所学知识应用到服务家乡建设的领域，同时让学生了解自己家乡的环境现状和利用信息处理技术进行有效保护的紧迫性。

另外，少数民族除了生态环境亟需保护外，人文环境也有待重视。我校将关于少数民族文化保护的课题研究适当开放，让学生通过信息技术对自己民族的文化、服饰、建筑、舞蹈等建模，进行数字化保存，同时参与到该领域一些重点、难点问题的解决讨论中。学生在研究过程中加深了对自己民族的文化理解，发现了自己民族文化的丰富多彩，从而可以更加有意识地针对民族文化特点，利用信息科技手段进行针对性的保护。

实验室鼓励参与科研项目的学生将自己的研究成果整理成论文进行发表，并给予一定奖励，实验室还将这些论文张贴宣传，激励更多的学生参与到教师的科研课题中，提高其创新的热情和积极性。科研类实验室的开放，进一步推动了研究性教学的发展，突出了学生的能力和个性培养，培养了他们的创新意识，让他们更好地适应时代的发展。科研实验室的开放对提高人才培养质量具有重要意义。

3 遇到的问题和解决办法探讨

实验室的开放，为培养学生的实践动手能力和创新能力提供了空间。但实验室开放也会带来很多新问题，如实验室设备损坏率增加等问题[2-3]，我们对具体问题进行了总结，并提出了一些解决的办法。

3.1 实验室开放带来的问题

(1) 开放时间不固定，实验室利用率低。我校信息类实验分为理论课配套实验(如利用Matlab进行数字图像处理验证性实验)和单独开设的实验(如电子线路实验)。由于课程设置的缘故，每学期所开设的实验课程的内容和数量不同，给统一开放时间带来了困难。此外，配套实验在理论课开始几周后才进行，这使得每学期开始时，实验室利用率较低。

(2) 设备损坏率提高，实验室安全隐患突出。实验室的开放使学生自主性实验增多，但由于不规范操作或者错误使用实验仪器，使得实验设备损坏率提高，有些设备甚至损坏严重。另外，由于实验教师和管理人员不足，不可能一直在实验室察看学生实验状况，因实验的误操作给实验室的安全带来很多隐患。

(3) 教师工作量加重，实验人员紧缺。实验课时的增加、开放时间的延长、实验设备损坏率的升高，提高了实验教师的工作强度，需要有更多的教师参与实验室开放。但实验教师数量有限，如何有效激励教师参与到实验教学和实验准备的工作中，也是实验室开放过程中面临的问题。

3.2 相关问题解决方法探讨

(1) 优化教学培养计划，科学规划课程科目。这样可以使得每个学期的实验课需求时间相当，可以更合理地安排实验室，使资源利用达到最大化。同时，将学院的所有实验室进行整合，统一交由学院实验示范中心进行管理。在每学期开始前，教师提交本学期实验室使用申请，包括上课时间、所需设备等基本信息。实验室教师根据申请对实验课时间和地点进行优化，并根据课程特性和学生上课情况进行合理安排。实验室的空余时间在校园网上公布，方便学生自主选择开放时间到实验室从事课题研究。部分实验室全天候开放，满足了那些需要连续且不间断操作的实验需求。实验室还打破了实验课必须在一个学期完成的传统教学习惯，探索一门实验课分2个学期设置的新教学模式，这样既可以使上个学期学到的知识在下一学期得到有效的回顾和复习，同时解决了在学期开始阶段实验室空置率较高的问题，提高了实验室利用率。

(2) 每学期均开设实验仪器操作课程或者定期举办实验设备规范使用讲座，实验课程考核中提高了实验设备使用的考查分数比例，加深学生对实验室设备正确、规范使用的认识。另外，完善实验室规章管理制度,通过研究实验室开放模式下新的实验室管理目标、管理机制及有效管理办法，促进和协调各部门实验室管理人员有效合作，定期检查实验室情况。比如建立一套完整的实验室综合管理系统，包括实验室日常卫生管理、实验室安全管理、实验项目管理、仪器设备管理、实验室教师管理等。

(3) 实验课时准备工作量按照开放时间和参与实验人数确定，适当提高实验室教师的课程系数，保障教师合理收入，实现按劳分配、劳有所得，提高教师工作积极性。还可以让学生参与管理，发放助学奖学金。对于实验表现好、获得优异成绩的学生给予安排固定位置作为奖励，一方面可以让这部分学生参与到实验室的管理之中，同时也能帮助其他学生解决一些问题，并成为其他学生的榜样。

4 结束语

大学生创新意识与科研能力的培养，是高校信息类专业教学的基本任务，各类实验室的开放对丰富学生知识结构，培养学生的动手能力、实践能力和创新能力具有不可替代的作用，但实验室开放涉及到课程安排、培养计划、管理体制机制和学院的各个部门，是一个复杂的系统工程。笔者对实验室开放模式进行探讨，以期有更加高效的实验室开放模式，更加有效的解决问题的办法，使得我校信息类实验室在培养应用型和创新型少数民族地区人才中发挥更大的作用。

[1] 华瑞年.民族院校基础化学实验课程考核体系的改革与实践[J].实验技术与管理，2012，29(8): 158-160.

[2] 崔丽华，耿桂宏，陆有军.民族高校科技创新型人才培养的探索[J].实验技术与管理，2012，29(8):148-150.

[3] 马小玲，洪小叶,程卫军.浅述电子工程实验中心的实践探索[J].中央民族大学学报，2011，20(1):90-93.

[4] 刘向春，洪小叶，钮金真.民族院校电子类实验示范中心的建设与发展[J].中央民族大学学报，2011，20(3):81-85.

[5] 张家栋，路勇.加强实验室开放管理 促进创新型人才培养[J].实验室研究与探索，2009，28(8):167-168,188.

[6] 伍扬.高校实验室开放管理机制的研究[J].实验技术与管理，2012，29(8):178-181.