高校实验教学中心可持续发展探索

田华 姜萍 孙荣霞 马蕾 张雷

摘要：高校实验教学中心的可持续发展对深化本科教学、提升教学质量、推动创新人才培养具有重要的推动作用。本文结合具体实践内容，重点探讨了虚拟仿真实验教学和项目驱动的实验室开放在实验中心可持续发展中的建设思路、措施和效果。

关键词：实验教学中心；虚拟仿真实验；实验室开放；可持续发展

中图分类号：G647 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）16-0044-02

实验教学是本科教学工作的重要组成部分，是培养学生实践能力的重要一环。高校实验教学中心的发展建设涉及政策、经费、教学体系、人员队伍和规章制度等诸多方面，关系错综复杂，能否完善实验教学资源、提升实验手段进而提升学生的实践创新能力，成为实验中心持续发展需要解决的根本问题，也是衡量实验教学改革是否可行的标准。本文结合实际工作，从以下两个方面探讨了在实验教学中心发展中所做的尝试及取得的效果。

一、虚拟仿真实验教学对实验中心建设的补充及推动作用

虚拟仿真实验是利用虚拟现实、多媒体、人机交互、数据库和网络通讯等技术，构建高度逼真、信息开放的虚拟仿真实验环境和实验对象，使学生在虚拟环境中开展真实实验难以完成的实验项目。虚拟仿真实验不是传统实物实验的虚拟化和重复，而是其有益的补充。下面介绍我院虚拟仿真实验教学的建设思路。

1.起步阶段——整合资源。针对一些真实实验存在的成本高、不可逆、大型实践操作无法实现等问题，我院在2004年获批的河北省“电子实验教学示范中心”基础上，依托电子信息工程学院和临床医学院，以3个一级学科硕士点、3个专业学位硕士点以及教育部引智创新基地、医工交叉省重点实验室为支撑，以本科教学为着眼点，整合现有本科虚拟仿真教学资源，并通过发掘科研项目和科研成果为实验教学服务，利用现代信息技术，建设了医工交叉、现代通信网、集成电路设计、自动化、专业基础5个虚拟仿真实验平台，2013年首批获得河北省“电气信息虚拟仿真实验教学中心”。中心虚拟仿真实验资源架构如图1所示。

经过持续建设，中心初步构建起包括实验、实训、实习以及毕业设计与创新实践活动相结合的多层次、模块化、全过程的虚拟实验教学体系，提升了实验手段，丰富了实验内容，提高了学生的专业理论水平，增强了学生的科技创新能力。

2.提升阶段——挖掘特色。河北大学位于“中国电谷”——河北省保定市，近几年随着光伏技术和电力电子技术的迅猛发展，保定市形成了以光伏发电为特色的高新技术产业集群优势，聚集了一批在国内外有重要影响的企业和研究机构。河北大学充分利用京津冀地区光伏产业龙头聚集优势，与英利集团、天威集团和巨力集团等光伏骨干企业单位建立了长期人才培养及科研开发合作关系。针对本科实验教学中，光伏技术相关实验存在高耗能、高污染、微观机理过程无法展示、与企业结合的大型综合工程实训难以开展等难题，学校依托英利集团“国家能源光伏技术重点实验室”、“光伏材料与技术国家重点实验室”，利用“中西部综合实力提升计划”等经费，对中心建设给予持续支持，将校内教学资源与光伏技术人才需求紧密结合起来，成立了“光伏技术虚拟仿真实验教学中心”。实验中心按照教学大纲的要求，以学生为主体，围绕光伏技术教学内容与目标，结合企业生产与虚拟仿真技术，制定翔实的设计需求，通过自主开发和合作开发等方式，建设了光伏材料、太阳电池制备、光伏发电和专业基础四个虚拟仿真实验资源平台，覆盖了从材料到发电的所有光伏相关知识，形成了鲜明的特色。硅基薄膜太阳电池制备虚拟仿真实验系统如图2所示。

光伏技术虚拟仿真实验克服了传统实验高污染、高能耗、高危险、大型实验难以开展等缺点，提供了安全、可靠和经济的虚拟实验环境，解决了设备昂贵和台套数受限等问题。学生通过虚拟仿真实验与大型仪器设备虚实互补的实验方式，进一步深化了理论知识的理解，提升了实践能力。

二、规范高效的实验室开放对实践教学内容和质量的提升

目前高校实验教学中普遍存在课内实验课时数偏少、创新性和综合性实验比例偏小的问题。针对此问题，学校及学院逐年加大对实验室开放的支持力度，开展多种级别的开放和创新项目，逐渐形成“项目驱动”的实验室开放模式，成为实践训练的有效补充。特别是专项经费支持的“河北大学实验室开放项目”，需要经过选题、申报、评审、中期检查、结题及验收，对研究内容和流程管理都经过严格把关，这就保证了开放内容的丰富、优质和实验室开放运行的高效、稳定。下面以嵌入式实验室开放项目“智能消防物联网模拟系统”为例，说明实验室开放在提升实践教学内容和质量上的作用及效果。

1.开放项目研究内容。本项目主要研究智能消防物联网系统的组成及具体功能的实现。以基于Cortex A8架构的AM335X处理器为核心，在嵌入式Linux操作系統下编写相应程序，开发一套嵌入式智能消防物联网模拟系统。重点实现基于RS485、ZigBee和CAN通信方式的多点信号量的采集、传输、显示以及控制信号的输出。项目综合性强，涉及到嵌入式开发多个重要知识点。系统采用四块335xS开发板，其中一块设置为主机（中央控制子系统），三块设置为节点从机（两个采集系统、一个控制系统）。软件部分基于Linux操作系统，用C语言编写驱动程序和通信等应用程序，用C++编写QT人机界面程序。系统构成及运行结果如图3所示。

2.开放项目实施方式及效果。学生在项目实施过程中占主体地位，研究内容的分配、实验室的管理、开放日志等资料的记录和整理学生全程参与，校内教师及校外科技公司技术人员定期进行指导。以实验室开放项目为平台，课题组的同学通过协同合作、认真钻研，掌握了嵌入式工程项目的开发流程，提升了专业知识，培养了科研意识和团队精神，获得了更为工程化的知识和经验，为今后顺利步入工作岗位从事科学研究工作奠定了基础。科学、稳定、高效的实验室开放工作能够丰富实践教学内容、提高教师的实践教学经验、增强学生的开拓创新能力，这是推动实验中心持续发展的重要工作内容。

高校实验教学中心的可持续发展对深化本科教学、提升教学质量、推动创新人才培养具有重要作用。本文通过实际工作案例，探讨了虚拟仿真实验教学和项目驱动的实验室开放模式在实验中心可持续发展中的作用及实施过程。实践结果表明，规范、稳定的实验室开放是发掘和培养学生创新能力的重要途径，先进信息技术的引入是实践教学持续发展的重要推动力量。

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