以人为本，打造全开放的自主实验平台

孟祥贵，张泽锋，向 桢

（国防科技大学 机电工程与自动化学院，湖南 长沙410073）

笔者所在的电工技术实验中心是学校的公共服务体系，承担全校电工系列课程的实验教学任务，实验中心奉行“以人为本、兴趣牵引实验、实验带动创新”的理念［1］，试图实现“激发兴趣、想做就做、想做能做”的愿望，实验中心在十一五建设中按照基础、实训和创新三个层次，依据高等学校基础课实验教学示范中心建设标准，设置了演示、电工、电力电子、电工实训和综合创新五个子功能实验室，并通过建立全开放的自主实验平台在实验室开放、实验的综合、设计等方面进行了多种探索，着力培养学生电气工程学科素养，打牢强电理论和应用基础。实验中心在学校人才培养中发挥了很好的作用，其建设成果得到了教育部本科教学工作水平评估专家的一致好评，认为这是全国一流的实验室，现将全开放的自主实验平台建设和运行情况与各位同行分享。

1 全开放的自主实验平台

全开放的自主实验平台是基于一体化装备的设计思想，从系统层面设计的实验台。自主实验平台包括以下四个层面：自主实验环境、实验设备、实验指导和实验中心管理方法。

1）自主实验环境

全开放的自主实验环境集门禁、无线电源管理、网络监控为一体（如图1所示），学员利用“校园一卡通”到实验中心进行注册，注册四年有效。注册后，学员如果想做实验，就可以通过登陆电工技术实验中心网站进行预约，预约一旦受理，学员就可以凭一卡通刷卡进入实验室，在他刷卡进门的同时，他所预约的实验台自动送电，这样他就可以做实验了，实验的内容可以是学生课程实验的继续，也可以是其它任何学生感兴趣的内容，实验中若需要用到其它耗材，学员在预约的时候可以向实验中心提出，实验中心管理人员在他预约的时间内会配齐放到相关的实验台上。学员实验过程由网络摄像机全程监控，学员作完实验收拾好台面，出门时需再次刷卡，所预约的实验台自动断电。

图1 一体化自主实验环境

2）实验设备

电工实验设备过去大多采用的是模块设计，学生在实验过程中连线少、对元器件认知理解少、实验变化小，不利于学生开展综合、设计性实验，也不利于实验室的信息化管理。电工技术实验中心在“十一五”建设中，自行设计了电工综合实验平台、并委托国内有实力的公司进行加工，在实验中心全方位开放中发挥了很好的作用。概括起来，该电工综合实验平台有以下几个特点。

（1）实验的元素不再是单元实验模块而是单个的分立元件。这一设计，为综合性、设计性实验的开展奠定了很好的基础。不仅电阻、电容、电感等元件设计成分立的元件，受控源在过去的设备上只能做验证性实验，在现在的平台上不仅能验证而且能应用，可将其做为元件纳入到电路设计中。

（2）实验区的面板采用透明结构。这一设计让学生在实验过程中将认知和实验有机结合起来。

（3）支持虚实结合的实验模式。每个实验平台都配备了计算机，每台计算机都与校园网相连，学生利用学校分配的帐号可以上网查阅资料、查看实验指导、利用相关仿真软件进行虚拟实验，还可以通过互动交流平台与老师或同学探讨实验中遇到的问题，通过虚拟实验，学生可以先找实验感觉然后再实际操作，这样做一方面可以减少实验的盲目性，另一方面比较安全，尤其在涉及到强电实验内容的时候。

（4）学生实验过程的数据可以实时采集，确保了实验数据的真实性。学生也可以利用采集的实验数据、波形撰写实验报告。

（5）实验平台将实验元件、各种源、实验仪器、仪表和计算机集成于一体。这种设计管理方便、操作安全，为自主实验和实验室的开放管理提供了很好的支撑。

3）实验指导

实验室全方位开放以后，实验指导就显得非常重要，我们经过摸索和实践，主要从以下三个层面来保障指导。

（1）提供的实验视频课件内容涵盖了全部课程实验的内容和部分综合性设计性内容，学生通过观看视频课件都能较好地完成课程标准要求的实验任务。

（2）互动交流为师生之间、生生之间提供了一个交流平台，对拓宽学生的视野、开拓思维、丰富实验方法和手段发挥着很大的作用。

（3）建立的虚拟实验体系包括电路理论、电工技术和电子技术三部分的虚拟实验，电路理论和电子技术虚拟实验是基于EWB软件实现的，我们重点在电工技术虚拟实验方面做了大量工作，开发了电工技术虚拟实验软件，这一软件形象、直观，操作完全模拟实验过程。该软件已经被遴选为向全军院校推广使用软件。

4）实验中心管理方法

基于军队院校学生的作息特点，实验中心支持两种实验模式，即传统的“三统一”（统一时间、统一地点、统一内容）和自主实验模式，两种模式相得益彰，实验指导老师在指导“三统一”实验时可以对学生加以引导，提出问题或工程需求，给学生独立思考的空间，激发学生开展自主实验的愿望，实验中心还通过网络发布设计需求、主动联系学生参加相关的科研设计、资助学生团体参加各种竞赛，鼓励学生开展综合、创新实验，这一系列实验、设计都采用自主实验的模式［8］。

全开放的自主实验平台作用的发挥，还要依托实验中心网站的建设，网站内容与自主实验紧密联系，主要有以下一些内容：实验中心介绍、信息发布、理论教学、视频监控、实验预约、互动交流、虚拟实验、实验助手等方面。实验中心通过全开放的自主实验平台的建设，使实验中心功能更加完善、服务更人性化，学生做实验的主动性、积极性更高。具有如下特色：① 建立了自主的实验环境，实现了从学生角度出发的全开放；②实验手段虚实结合，强调虚拟实验的辅助作用；③ 通过不同子功能实验室的建立，形成了演示、基础、专业、创新四位一体的实验氛围。

2 建设成效及发挥效益情况

电工技术实验中心通过建设全开放的自主实验平台，形成了集兴趣、基础、创新一体化的实验室格局，丰富的兴趣元素有效提升了学员想作实验的愿望，满足了学生“想做就做，想做能做”的实验要求，学生课程实验的效率大大提高，课余时间到实验室来的学生多了，演示、综合创新实验室均不安排“三统一”实验，学生可以较长时间预约实验位，对他们开展较大规模的实验、设计提供了非常好的条件，许多学生在这里设计制作的作品获得了电子设计竞赛、机械设计大赛、发明博览会等高奖，有的作品在科研项目中得以应用。

［1］ 潘孟春等，以人为本，兴趣牵引实验的实验教学模式，全军第四届实验室建设论文集.2005

［2］ 陈伟文.开放实验室培养学生创新能力.实验室研究与探索，2007，26（5）：130－132

［3］ 叶志攀.金佩华.中国工程教育实践教学研究综述.高等工程教育研究，2007.4

［4］ 郭志明.韩文秀.中国大学要培育现代科学精神.天津师范大学学报.2006.3

［5］ 龚利华.实验室开放存在的问题及解决办法探讨.实验科学与技术.2009（10）：142－144

［6］ 潘信吉.高校实验室开放管理系统的研究与应用.实验室研究与探索.2009（9）：143－145

［7］ 孙群英.地方高校教学实验室开放的研究与探索.实验室研究与探索，2006.25（8）：1016－1018

［8］ 林根金.学生自主管理实验教学探究.实验室研究与探索.2009（8）：148－150