高校电类专业“绿色实验”:一种新的教学理念

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[摘要] 在“可持续发展”伦理观的影响下,高校电类专业的实验教学面临着新的机遇和挑战。本文提出了“绿色实验”的新理念,详细论述了电类“绿色实验”的具体内容和8条实施原则,探讨了电类实验室应重点发展的仿真实验、虚拟实验、网络实验及节约型实验,提出要充分利用己有的实验环境和实验条件对受教育者进行“绿色实验”的培养和影响,使学生带着全新的可持续发展理念走向杜会,以满足21世纪对高层次电类综合性人才的需求。

[关键词] 高等教育 绿色实验 教学理念

在“可持续发展”伦理观的影响下,20世纪90年代后人们重新以新视角看待人与环境共同和谐发展的理念,重新反思传统的发展观、价值观、自然观、生态环境观和资源观。在电子工业中,铅有着源远流长的历史,它是重要的焊接和管脚电镀材料,而铅等物质对人体、环境的有害影响已成为共识。我国2007年3月1日开始实施的《电子信息产品污染控制管理办法》,已将铅、汞、镉、六价铭、多溴联苯(PBB)、多溴二苯醚(PBDE)列入了限制和禁止使用的六种有毒有害物质。在电子信息产业领域,包括半导体元器件在内的1800种电子信息产品作为监管对象被列入分类(EIP LIST)表中。也就是说,绿色生产己成为电子信息产业的一种主流意识。高校理工科电类专业具有最多的公共基础课和专业基础课实验课程群,其特点是应用面宽,授课面广,学生人数多,所占实验经费比例大。显然高校理工科电类专业如何用可持续发展理念作指导来重构现代电类实验教育体系就成为了当务之急。另一方面,为了适应高等教育需求的变化和保持市场竞争力的需要,随着对技术依赖的增加,实验教与学的形式发生了变化,实验室建设追求新、大、全,实验教科书从单一的书本发展为包括一系列旨在丰富大学老师和学生教学经验的辅助产品,以及在密集型技术领域最新应用的自编教材、实验讲义等。10年来高校的实验教学成本上涨了近20倍,实验室耗材和电子垃圾越来越多,并且还以每年20%的速度在增长。

实验教学是高校教学体系的重要组成部分,是培养学生综合素质的重要途径,也是占用教学资源、消耗教学经费的主要环节。目前,建设节约型校园已受到国家和各级政府的高度重视。所以应从和谐发展的角度重新审视高校电类实验教育理念的目标与价值取向,以人与自然共同的和谐发展为本位,充分利用己有实验环境和实验条件对受教育者进行有目的、有计划的培养和影响,使学生带着全新的可持续发展理念走向杜会,以满足21世纪对高层次电类综合性人才的需求。“绿色实验”可以理解为实验中心在实现其基本教育功能的前提下,以人与自然持续发展理念为主的绿色教育贯彻实验教学的始终,以构建和谐绿色实验环境。充分利用已有实验环境和实验条件对受教育者进行有目的、有计划的培养和影响,以满足21世纪对各类人才的需求。

“绿色实验”是实验教学在实现其基本教育功能的前提下,以人与自然持续发展理念为主导的绿色教育贯彻实验教学的始终,师生共同构建和谐绿色实验环境,在理工科电类专业中,开展电子电气绿色实验、实施电器维修绿色服务、培养绿色产品设计人才、促进社会可持续发展。

“绿色实验”追求高效率、高效益、低成本,包括充分挖掘实验室老师和学生的潜力,不断自我开发新的实验管理手段、实验教学技术和实验教学模式,精印实验教材和讲义,不断降低实验所需的成本。

“绿色实验”倡导实验内容系列化,实验手段虚拟化。力求将上一个实验的结果作为下一个实验进行的平台,形成一组系列化实验。并且尽可能用计算机仿真方式(比如EDA技术)取代实物实验。这样做能够节能、节省器材,减少电子垃圾的产生。

“绿色实验”应在环保氛围的影响下,充分发展学生潜能、充分展示学生个性的价值观,体现出自然环境与实验环境良性互动的多元性体制,营造热爱自然、保护环境、自由探究、和睦相处、和谐发展的良好风气。

“绿色实验”提倡“绿色数据”,要保证实验所获得的数据都是真实可靠,要大力提倡诚信,不自欺欺人,使绿色实验室成为学生养成良好品质的沃土。

“绿色实验”是时代需要我们强化的一种新的实验理念,它突出优先考虑防止废物和浪费的产生,而不是待其产生后再来处理。

通常情况下,理工科电类“绿色实验”应遵循的8条原则是:

1.以尽量可能小的物质成本、知识成本、财力成本、时间成本完成尽可能大的实验项目。

2.设计实验方案应体现完成实验所用的方法和元器件是环保的,少有电子垃圾产生。

3.尽可能将所有的元器件材料重复利用。

4.所有损坏的元器件、电池等实行以废换好,对废物实行分类回收,防止乱扔弃。

5.不使用有毒的焊膏、腐蚀剂等辅物质。

6.如果条件许可,尽量用虚拟实验取代实际实验,大力推广电子设计自动化技术。

7.全面注意实验过程中的节电、节水。能量消耗是越小越好。

8.在实验过程中,应减小各种实验事故的潜在危险。如安全用电,防火、防静电、防电磁辐射等。

遵循的上述8条“绿色实验”的原则,高校电类实验应重点发展的方向是:

1.仿真实验。仿真实验是采用虚拟现实的方法,建立实验的仿真模型,以多媒体方式展示实验的信息,它可以适时地表现实验中的各种现象和过程。在理论课的教学中,已有大量的电子教案涌现,而作为实验教学,由于设备、仪器、工艺的差异,就更需要电子仿真实验了。当前欧美等国也都在进行仿真实验的开发和研究,而我国得天独厚的教育大规模为现代化仿真实验教学开辟了广泛的发展空间。比如用EWB进行仿真模拟实验,实验过程非常接近实际操作的效果。各元器件选择范围广,参数修改方便,不需要像实际操作那样多次地把元件焊下而损坏器件和印刷电路板。软件不但提供了各种丰富的分立元件和集成电路等元器件,还提供了各种丰富的调试测量工具:各种电压表、电流表、示波器、指示器分析仪等。是一个全开放性的仿真实验和课件制作平台,给我们提供了一个实验器具完备的综合性电子技术实验室。

2.网络化实验。随着各高校的快速发展,现有的某些耗资巨大、价格昂贵的实验系统已远远不能满足学生人数急剧增长的实际需要。利用Ineternet网络技术,提供远程网络实验是一种合理有效的解决方案,这样在任何具备网络连接的学生宿舍或其他实验室都可以向网络实验室申请实验。利用互联网络资源, 使用仿真技术、虚拟显示技术等高技术手段,可以在网络上完成实验的各个环节,弥补实验仪器设备的不足,实现“高、新、尖”实验资源的共享。并且可以同时进行相关资料的查询,接受教师的网上个别辅导,参与实验相关问题的讨论,可以搜寻全国各个学校的有关实验信息,以及国内外的最新动态。例如,行实验内容的预习和网上质疑,开展实验的设计、仿真。无实验条件的个人,可以通过网络进行网络虚拟实验,查阅实验指导书或其它相关资料,可以随时在网上下载相关内容,共享实验专家的优质教学和实验教学资源,提高教学水平,实现实验的远程教育。

3.模块化实验。将电类实验整合为基础实验、检测实验、综合实验、开发实验等实验模块,实现按实验内容与功能的电路模块化,能有效克服传统采用大电路板进行实验造成的资源闲置与浪费。通过实施模块化实验教学,纠正了传统实验的一些弊端,解决了课时少、要求高的矛盾,有利于培养高素质的应用性和创新型人才。模块化实验要求开放性的系统模式,它可以构成电类实验定的基本实验单元。具体地说,根据电源模块构架和接口、选择、配接使用不同实验内容的专用实验模块,便能进行不同的教学实验。模块化的设计和装置很好地解决了实验器材的生产,采购和保管方面存在的诸多问题,对丰富、提高实验技能和效率也有裨益。

4.节约型实验。创建“节约型实验”,将节约渗透到实验教学的各个环节和方方面面,不仅仅是节约实验成本的需要,更是建设节约型校园的具体举措。建设电类专业“节约型实验”的原则有:(1)实验步骤简洁原则。根据实验的目的和意义,对实验项目和实验步骤进行合理的合并、简化,剔除重复、冗长的项目和步骤,将同类实验按一定顺序合理融合在一个项目中,即能节省时间和经费,又满足实验现象明显而不互相干扰。(2)实验内容的承前启后原则。在具体做法是,一方面,实验材料的连贯利用为主线,可以贯穿出系列实验。另一方面,利用前一个实验的产物作为下一个实验的器材和实验平台。(3)实验结果的研讨原则。花费了较多的时间和费用做出的实验结果,不论效果任何,都要进行深入的分析和讨论。我们做一项电类实验不纯粹是对一种电子电路的现象进行观察,而且还是对这一现象的理论解释。实践证明,对实验结果进行讨论,能收到事半功倍的效果。

5.建立健全电类实验室工作档案,高档精密仪器设备实行专管共用、有偿占用,常规仪器设备实行互通互用、集中使用等制度,引入新型激励和竞争机制,激发鼓励实验技术人员的积极性和创造性,自觉实现实验室工作的主动高效有序运转,从而大大提高实验室的综合效益。并且对电类实验仪器、耗材的采购必须坚持公开招标,货比三家;加强对电类实验设备、器材的统一管理,明确责任,协调各课程的使用,提高仪器的完好率和利用率。

6.开展绿色实验研究。教育科研是促进学校创新的根本保证,也是创建绿色实验的必经途径。注重实验教学内容、过程和管理的创新,充分挖掘实验室内部的潜力,开展节约研究,不断完善电类实验教学内容、方法、手段、技术和模式,特别是在电类实验方法的节约化改进、现代教育技术在实验教学中的应用、实验考评方法手段等方面进行积极的探索和开展科学研究,提高教育教学水平,优化教学设计,提高教育教学效率,节约教育教学时间和成本,为建设高校电类绿色实验提供理论和技术层面上的有力支持。

建设节约型校园是一个必然的发展趋势,“绿色实验”是电工电子实验中心建设的一个新目标。创建“绿色实验”,将绿色理念渗透到实验教学的各个环节和方方面面。理工科电类“绿色实验”虽然要从实验方式、实验环境保护入手,但其宗旨同样离不开对全面合格人才的培养。高等教育的对象以大学生群体为主,因此在发展高校理工科电类“绿色实验”的同时,要注意其内容与手段的创新应符合大学教育的特点,通过“绿色实验”与其它绿色教育的整合,放大绿色教育资源。同时,充分调动教师在“绿色实验”教育中的积极性和创造性,建设一支既有专业资质,又有良好人格表率作用的教师队伍,这对于“绿色实验”的开展具有至关重要的意义。

高等教育承担着向社会直接培养和输出合格人才的重要任务,应率先将绿色教育的理念进一步创新,并最终落实在高校的各种教育模式上。实验中心应在实现其基本教育功能的前提下,将人与自然持续发展理念为主的绿色教育贯彻于实验教学的始终。打造“绿色实验”是一个必然的发展趋势,也是一个极大的挑战,它主要通过开发和节约来实现,需要在实验室的日常工作中不断探索,以实现绿色育人的教育目标。

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本课题得到江苏省级精品课程(4703308s05)和校级精品课程项目的资助。