以儀器自制為抓手 促進(jìn)實踐教學(xué)改革

以儀器自制為抓手促進(jìn)實踐教學(xué)改革以儀器自制為抓手促進(jìn)實踐教學(xué)改革

中圖分類號：G642.0文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號：1674-9324〔2022〕33-0080-02

大學(xué)實踐教學(xué)是指高等學(xué)校根據(jù)其培養(yǎng)目標(biāo)的要求，組織和引導(dǎo)學(xué)生參與各種實踐環(huán)節(jié)并使大學(xué)生能從中接受教育、培養(yǎng)綜合素質(zhì)的一類教學(xué)活動[1]，是全面實施素質(zhì)教育，培養(yǎng)學(xué)生實踐技能，創(chuàng)新能力，科技素質(zhì)的重要局部，是任何教學(xué)伎倆都無法代替的[2，3]。一般來說，需要有特定的實驗儀器，才可發(fā)展實踐教學(xué)[4]。盡管越來越多的廠家開始從事教學(xué)儀器設(shè)計、生產(chǎn)[5]，現(xiàn)有的實驗儀器功能仍無法完全滿足不同院校、不同專業(yè)、不同層次和不同要求的實驗教學(xué)要求，特別是大氣探測、雷達(dá)氣象等相對冷門的大氣科學(xué)專業(yè)在發(fā)展實踐教學(xué)時，往往因為實驗儀器的限制而使實踐教學(xué)的效果受到了影響。

解決這個問題的一個有效方法，就是發(fā)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(jù)本單位的實際情況，對實踐教學(xué)中普遍存在的主要問題進(jìn)行總結(jié)，進(jìn)而分析發(fā)展儀器自制的對推動實踐教學(xué)改革的意義，最后對發(fā)展儀器自制過程中需遵循的一些根本原那么進(jìn)行了探討。

一、實踐教學(xué)存在的問題

素有“中國氣象人才搖籃〞之美譽(yù)的南京信息項目大學(xué)不僅有大氣物理與大氣環(huán)境重點(diǎn)開放實驗室、綜合觀測培訓(xùn)實習(xí)基地〔南京〕等與中國氣象局共建實踐基地，還有大氣科學(xué)與環(huán)境氣象實驗教學(xué)中心、大氣科學(xué)與氣象信息虛擬仿真實驗教學(xué)中心等國家級實驗教學(xué)中心。盡管每年都有大量資金用于實踐教學(xué)儀器購置，但仍無法與日益更新的大氣探測技術(shù)同步?？偟膩碚f，在實踐教學(xué)中主要存在一下問題：

1.實驗儀器設(shè)備陳舊，與業(yè)務(wù)單位要求脫節(jié)。隨著科學(xué)技術(shù)的飛速開展，氣象業(yè)務(wù)單位的儀器設(shè)備也隨之進(jìn)行了更新?lián)Q代。如在2000年左右，全國地面氣象觀測站發(fā)展了自動氣象站的正式業(yè)務(wù)運(yùn)行，而在2022年左右，各臺站又進(jìn)行了新型自動站的升級，不僅對原有自動觀測進(jìn)行了技術(shù)改造，還新增了能見度儀、稱重式雨量計等最新的觀測設(shè)備。然而目前用于發(fā)展實驗教學(xué)的儀器，大多還未來得及進(jìn)行升級，從而造成了與業(yè)務(wù)單位實際情況的脫節(jié)。

2.儀器設(shè)備數(shù)量缺乏，影響實踐教學(xué)有序發(fā)展。由于實驗教學(xué)經(jīng)費(fèi)的實際投入與實踐教學(xué)開展的不協(xié)調(diào)，使得現(xiàn)有實驗設(shè)備配置無法到達(dá)國家對實驗課程裝備的要求。為了保證實踐教學(xué)的發(fā)展，通常采用分組或增加分組數(shù)的方式進(jìn)行實驗。這不僅可能影響學(xué)生實驗的積極性，指導(dǎo)教師也不得不花費(fèi)更多的時間用于協(xié)調(diào)實踐課程的發(fā)展，這對實踐教學(xué)的有序發(fā)展造成一定影響。

3.實驗工程種類缺乏，影響學(xué)生綜合素質(zhì)提高。實驗教學(xué)經(jīng)費(fèi)投入缺乏還會帶來實驗工程貧乏的問題。長期以來，實驗室只能開設(shè)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發(fā)展，這會對學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和教學(xué)效果產(chǎn)生影響。傳統(tǒng)的實踐教學(xué)一般會告訴學(xué)生如何發(fā)展實驗，因而學(xué)生不需再去查閱資料以及發(fā)展獨(dú)立思考，影響了學(xué)生綜合素質(zhì)的提高。

4.儀器故障維修困難，技術(shù)人員難以自行維修。實驗儀器設(shè)備生產(chǎn)廠家的實驗儀器設(shè)備普遍存在集成度高、技術(shù)公開不完全、售后效勞不及時等問題，當(dāng)出現(xiàn)故障的時候，實驗技術(shù)人員很難及時、快速地對故障進(jìn)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(shù)無法，實驗技術(shù)人員不得不花費(fèi)大量時間對進(jìn)行儀器進(jìn)行研究與維修。

二、發(fā)展儀器自制的意義

儀器設(shè)備是發(fā)展實踐教學(xué)的重要前提，但現(xiàn)有的教學(xué)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，充沛利用現(xiàn)有技術(shù)資源，因地制宜，發(fā)展針對性強(qiáng)的實驗設(shè)備自制，具有重要的實際意義：

1.可緊跟技術(shù)開展，保證設(shè)備及時更新。實驗教學(xué)儀器專用性強(qiáng)，社會需求量小，導(dǎo)致儀器廠家不可能完全滿足高校實踐教學(xué)的要求。因此，通過設(shè)備處、教務(wù)處等相關(guān)管理部門進(jìn)行設(shè)備更新改造立項、獨(dú)立實踐課程改革立項、教學(xué)改革立項以及學(xué)生創(chuàng)新學(xué)分實踐立項等方式，充沛調(diào)動教師與學(xué)生的積極性，對優(yōu)勢力量進(jìn)行集，發(fā)展實踐儀器自制。從而使教學(xué)儀器不僅針對性性強(qiáng)，而且可隨時更新，這就可保證教學(xué)設(shè)備及時與最新技術(shù)保持同步。

2.可利用有限資金，研制足量教學(xué)設(shè)備。如前所述，實驗教學(xué)儀器專用性強(qiáng)，社會需求量小，從而導(dǎo)致價格往往較貴。而資金缺乏是高校實驗室建設(shè)普遍存在的問題，在學(xué)生規(guī)模未大幅縮減的當(dāng)前，教學(xué)設(shè)備的臺套數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)無法滿足實踐教學(xué)的實際需要。由于儀器自制最大的支出是元器件的購置以及設(shè)備的代加工等，這些支出與設(shè)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(shè)備數(shù)量，從而大大地增加了儀器臺套數(shù)，使實踐教學(xué)需求得到滿足。

3.可針對教學(xué)工程，進(jìn)行設(shè)備系統(tǒng)定制。市場上實踐教學(xué)儀器雖然很多，但真正和各院校的實際教學(xué)緊密結(jié)合的不多。同樣一門課程，在不同學(xué)校、不同專業(yè)或不同層次的要求不同、重點(diǎn)也不同。同時現(xiàn)有的實驗儀器大多是常規(guī)設(shè)備，很難完全滿足各個層次的教學(xué)需求。通過發(fā)展教學(xué)儀器自制，就可根據(jù)實踐教學(xué)的實際需要，對教學(xué)設(shè)備進(jìn)行自我定制，同可考慮現(xiàn)有的設(shè)備，在兼容性上做全盤考慮，既滿足了新的教學(xué)需求，也使原有設(shè)備發(fā)揮了作用，使其通用性和靈活性得到提高。

4.可自行發(fā)展維護(hù)，保證故障及時排查。實踐教學(xué)儀器設(shè)備的生產(chǎn)廠家為了滿足不同院校的不同需要，顯示其產(chǎn)品的優(yōu)越性，往往給儀器設(shè)備設(shè)計了多而雜的功能，并且高度集成化，從而導(dǎo)致實驗技術(shù)人員無法及時對出現(xiàn)故障的儀器進(jìn)行維護(hù)，影響實踐教學(xué)的正常發(fā)展。而自制的教學(xué)儀器，實踐指導(dǎo)老師一般就是儀器的開發(fā)人員，對儀器的結(jié)構(gòu)、原理都非常分明，能針對故障儀器呈現(xiàn)的現(xiàn)象快速準(zhǔn)確地對成因進(jìn)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(xué)活動順利發(fā)展，又有利于實驗室的管理。5.可增強(qiáng)研發(fā)力量，促進(jìn)技術(shù)持續(xù)開展。通過組織儀器自制，不僅能針對特定的實踐工程，對教學(xué)儀器進(jìn)行定制，還能較好地為促進(jìn)科研成果向現(xiàn)實生產(chǎn)力轉(zhuǎn)化方面探索出一條可行之路。同時，在廣泛發(fā)展自制教學(xué)儀器活動，不僅使理論知識水平和科技攻關(guān)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(wěn)定實踐指導(dǎo)教師隊伍，調(diào)動技教師參與實驗教學(xué)改革的積極性方面起到了很大作用。

三、儀器自制的根本原那么

1.自制與采購互補(bǔ)。通用儀器由于市場規(guī)模很大，波及的研究設(shè)計公司很多，總體投入大，所以產(chǎn)品質(zhì)量比擬可靠，同時又有較高的性價比；而實踐教學(xué)中所波及的專用儀器由于市場規(guī)模較小，波及的公司較少，由于競爭不充沛而導(dǎo)致價格虛高，同時穩(wěn)定性也差。因此我們在發(fā)展實踐教學(xué)儀器自制時，要遵循自制與采購互補(bǔ)的原那么，即：對示波器、萬用表等通用設(shè)備盡可能采用市場采購的方式，而對于針對性較強(qiáng)的專用儀器，那么采用購置成熟器件進(jìn)行組裝或通過外包代工的自制方式。

2.平安與質(zhì)量優(yōu)先。假設(shè)在自制過程當(dāng)選用的本錢很低的較差器件，就有可能會給實驗帶來不便，同時還可能影響實驗的平安和實驗效果。因此盡管在儀器自制過程中可能會面對經(jīng)費(fèi)缺乏的問題，但實踐教學(xué)儀器的主要使用對象是廣闊學(xué)生，而且通常是近距離的使用，自制的實踐教學(xué)儀器首要問題必須是要保證使用平安。在確保平安的情況下，針對實踐教學(xué)的需要，在有限經(jīng)費(fèi)范圍內(nèi)，盡可能地提高儀器質(zhì)量，方可保證實踐教學(xué)的有序發(fā)展。

3.夠用與節(jié)約并重。在儀器制作過程，必須遵循夠用、節(jié)約的原那么，對一些根底的、對儀器設(shè)備要求不是很高的實驗室，只要滿足根本要求即可，以使有限的實驗經(jīng)費(fèi)效益最大化。

4.教師與學(xué)生參與。實踐教學(xué)儀器的自制，需要教師帶著學(xué)生共同參與。首先，教師教學(xué)任務(wù)繁重，由其獨(dú)自完成大量的設(shè)計工作會顯得力不從心。其次，通過參與儀器研制，學(xué)生可以學(xué)習(xí)許多實踐經(jīng)驗，學(xué)生的積極性和發(fā)明性得到充沛發(fā)揮。第三，學(xué)生通過參與儀器的研制，可對儀器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)有更深入的了解，從而幫忙學(xué)生在實驗時能有更深刻的認(rèn)識和理解。

四、結(jié)語

隨著我國高等教育的改革與開展，實驗教學(xué)改革和實驗室建設(shè)正面臨艱巨的任務(wù)，而課程內(nèi)容的不斷創(chuàng)新也決定了自制實驗儀器設(shè)備必然是一項長期的任務(wù)。發(fā)展實踐教學(xué)儀器自制，對于人才培養(yǎng)，更新實驗伎倆