电工电子类实验教学仪器存在的问题及对策研究

　随着科技的迅速发展，现代教学仪器的种类越来越多。但由于其功能往往太过复杂，且更多注重通用性，导致丧失了一定的针对性和灵活性。基于此，往往需要有自行研制的教学仪器及设备进行补充。自制的教学仪器主要是由一线教师结合自己的个人理念和实际教学需要，发挥自己的创造性，自行设计或对现有教仪设备进行改良的辅助教学用具。本文将结合我校自行研究教学电工电子类仪器的实例，简要论述自制教学仪器的作用和意义，供大家参考。
1 自制教学仪器的背景
1.1 难以买到契合专业实验的教学仪器设备
以电工电子类实验为例。当前传统电路实验装置主要有两种实验仪器，一是常规中、小规模数字集成芯片装置（如74/54 系列、CD4000 系列等），二是新的电路实验装置即超大规模数字集合电路（VLSI）（如可编程逻辑器件FPGA、CPLD等）。前者需要配置原装芯片，使用量大且损耗率较高。然而目前此芯片已基本停产，导致市场上存在较多过期产品甚至赝品，影响正常供应。同时由于装置本身的逻辑功能较为单一、固定，当涉及到较为复杂的实验时，需要拆装不同种类的芯片，程序繁杂。而后者功能复杂，适合于高年级本科生或研究生进行系统级数字电路综合性设计。对于学习入门性质的“数字电路”、“电工电子学”等专业基础课程来说，是大材小用。同时此实验装置价格高昂，对于很多高校极易形成经济上的门槛。
再者而言，其高昂的价格势必会导致高校实验室对此装置的后期使用加以严格限制，影响学生的实验体验。综上所述，市场上难以买到满足专业实验教学需求的设备是我校教师自制教学仪器的直接因素。
1.2 自制教学仪器设备是专业实验的必然要求
自制的教学仪器一般是由有着丰富一线教学经验的教师根据实际教学情况和专业方向培养要求量身定制的，具有不可比拟的灵活性、先进性、低成本和时代发展同步性[1]。不仅可以有效解决市场上教学仪器无法解决的教学难题，还可以通过自制教学仪器与专业实践内容有机融合，利用自行设计实验来丰富教学内容，提高大学生专业水平和实践能力。
2 自制教学仪器的优势
2.1 弥补市场上教学仪器的不足
在财政体制下放以后，我国教学仪器生产厂的主体大多由地方或学校所有的独立核算自负盈亏的校办企业[2] 。再加上教学仪器需求面狭窄，多为学校和教师，导致教仪厂商大多生产通用性强的产品，很少注重专业性教学仪器的研制生产。仍用电路实验设备为例，很多高校所使用的还是传统的常规中、小规模数字集成芯片装置。而我校教师自行设计了一种利用FPGA/CPLD 器件“硬模拟”常规数字集成芯片逻辑功能的新型装置，实验效果极佳，弥补了市场上现有教学仪器的不足。
2.2 利于树立以学生为主体的实验教学模式
在现有的实验教学中，都是以教师为主体，通过介绍课本上的实验步骤和方法，让学生按部就班地记录实验数据，最终得到实验结果。这种教学模式缺乏活力，完全是形式主义的产物。而自制教学仪器的过程树立了以学生为主体的实验教学模式，利用实验结果倒逼实验过程，让学生深刻思考实验结果是如何得出的，需要用什么仪器去做，甚至能不能设计更为简单合理的实验设备完成实验。如此模式有利于消除学生对实验研究的神秘感，激发参与实验的兴趣，有利于启发学生的创造潜能，培养创新能力[3]。
2.3 有助于培养理工科大学生的创新能力
高校理工科学生是国家未来科技发展的主力军，是技术创新的带头人。国家的发展、科学的进步需要技术的创新，理工科大学生的创新能力决定了未来技术的创新能力。因此高校要大力培养理工科大学生的创新意识和创新能力[4]。培养创新能力，首要做就是要培养创新思维。在理工科实验教学中，如果单纯从课本实验步骤和现存教学仪器出发，极易形成思维定势。
而教学仪器自制的过程，使得学生成为实验教学的主导者。一方面通过自制教学仪器的方案设计来锻炼创新思维，一方面通过组装、调试自制的教学仪器来提高动手能力。手脑并用，最终达到培养创新能力的目标。
3 自制教学仪器过程中存在的问题
3.1 师生关于自制教学仪器的意识不强
自制教学仪器往往长时间在一线教学中的老教师总结经验得失，并结合自己的思考设计出的，这对教学经验不足的青年教师来说有一定难度。而从学生角度看，很多学生在学习上仍缺乏自主性和创新性，这点尤其体现在实验教学课程中。学生喜欢照搬课本实验步骤，而不是抛弃课本主动思考实验过程。
再者就目前高校实验室现状而言，实验室设备采购预算的收紧，导致了实验室管理人员为了狭隘地延长实验教学仪器设备有限的生命，部分高校采取了“自行封闭”和“彼此分割”的管理模式[5]，师生们很难在非实验教学时间内接触到仪器设备，不仅打击了学生接触实验和了解设备的意愿，还遏制了教师自己研究和制作教学仪器的思想。因此在自主研制教学仪器上，首要问题就是师生意识不足。
3.2 资源难以有效利用和推广
一般而言，自制的教学仪器都是教师或者学生个人的智慧结晶，只在个体手中使用。尽管偶尔能在小规模的团队内部的使用，却很少能推广到整个学校的实验室进行配备。即使是发明者个人进行了专利申请，也会因为达不到教学仪器行业的质量标准，得不到人们的广泛认可，无法进入行业的市场准入清单进行推广。同时由于我国高校之间缺乏教学仪器的共享平台，许多教师即使有自己的想法，也没有平台可以进行展示交流。自制的教学仪器得不到广泛运用，在某种程度上也挫伤了师生们的研发积极性。
3.3 技术门槛不高，容易造成侵权
由于高校师生们缺乏专业性的生产设备，导致其在自制教学仪器时很多只是对现有仪器进行一些改动，或者自行设计辅助性的教学用具。这就导致了自制的教学仪器尽管实用方便，但是科技含量不高。这样的教学仪器即使进行了市场推广，也会因为技术门槛不高的原因导致教仪厂商对其进行仿制，造成侵权行为的出现。
4 自制实验教学仪器的对策建议
4.1 鼓励自制教学仪器，完善项目激励机制
高校应当认识到师生自制教学仪器的种种益处，成立研制团队并设立研究基金，鼓励教学仪器的自行研制，重视教师的自制成果。在学生端，利用好学科竞赛和大创项目的平台，组织本科生参与项目研究，培养其创新能力。同时建立实验室的定期开放制度，使学生可以切实接触到各种教学仪器，敢于对教学仪器开动脑筋，最终做到创新。
4.2 搭建自制教学仪器的交流使用平台
各高校可利用学科间交流平台，促进实验教学的交流，定期组织有自制成果的师生进行学习交流。完善自制教学仪器的评审机制，一旦评审通过，可在校内实验室推广使用，以此提高师生们的积极性。
4.3 落实专利申请绿色通道，做好知识产权保护工作
就目前而言，我国的专利申请方向主要有两种，一种是实用新型专利，一种是发明专利。前者的申请审批周期为10 个月左右，后者则高达2-3 年。申请专利的时间冗长，使得发明者难以应付。基于此，建议高校可成立专门负责知识产权申请的团队小组，开辟绿色通道，为师生们知识产权的申请做好保驾护航。
5 结语
自主研制教学仪器是辅助实验教学的最佳手段，它不仅可以弥补市场上现存教学仪器的不足，还可以锻炼师生们的创新思维，激发创新意识，培养创新能力，最终达到提高专业实验教学水平的目的。