以仪器自制为抓手 促进实践教学改革
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）33-0080-02
大学实践教学是指高等学校根据其培养目标的要求，组织和引导学生参与各种实践环节并使大学生能从中接受教育、培养综合素质的一类教学活动[1]，是全面实施素质教育，培养学生实践技能，创新能力，科技素质的重要部分，是任何教学手段都无法代替的[2，3]。一般来说，需要有特定的实验仪器，才可开展实践教学[4]。尽管越来越多的厂家开始从事教学仪器设计、生产[5]，现有的实验仪器功能仍无法完全满足不同院校、不同专业、不同层次和不同要求的实验教学要求，特别是大气探测、雷达气象等相对冷门的大气科学专业在开展实践教学时，往往因为实验仪器的限制而使实践教学的效果受到了影响。
解决这个问题的一个有效办法，就是开展实践仪器自制，研制满足特定实践目的的实验仪器。本文根据本单位的实际情况，对实践教学中普遍存在的主要问题进行总结，进而分析开展仪器自制的对推动实践教学改革的意义，最后对开展仪器自制过程中需遵循的一些基本原则进行了探讨。
一、实践教学存在的问题
素有“中国气象人才摇篮”之美誉的南京信息工程大学不仅有大气物理与大气环境重点开放实验室、综合观测培训实习基地（南京）等与中国气象局共建实践基地，还有大气科学与环境气象实验教学中心、大气科学与气象信息虚拟仿真实验教学中心等国家级实验教学中心。尽管每年都有大量资金用于实践教学仪器购买，但仍无法与日益更新的大气探测技术同步。总的来说，在实践教学中主要存在一下问题：
1.实验仪器设备陈旧，与业务单位要求脱节。随着科学技术的飞速发展，气象业务单位的仪器设备也随之进行了更新换代。如在2000年左右，全国地面气象观测站开展了自动气象站的正式业务运行，而在2010年左右，各台站又进行了新型自动站的升级，不仅对原有自动观测进行了技术改造，还新增了能见度仪、称重式雨量计等最新的观测设备。然而目前用于开展实验教学的仪器，大多还未来得及进行升级，从而造成了与业务单位实际情况的脱节。
2.仪器设备数量不足，影响实践教学有序开展。由于实验教学经费的实际投入与实践教学发展的不协调，使得现有实验设备配置无法达到国家对实验课程装备的要求。为了保证实践教学的开展，通常采用分组或增加分组数的方式进行实验。这不仅可能影响学生实验的积极性，指导教师也不得不花费更多的时间用于协调实践课程的开展，这对实践教学的有序开展造成一定影响。
3.实验项目种类不足，影响学生综合素质提高。实验教学经费投入不足还会带来实验项目贫乏的问题。长期以来，实验室只能开设验证性和演示性的简单实验，而对于综合性的实验往往无法开展，这会对学生的学习兴趣和教学效果产生影响。传统的实践教学一般会告诉学生如何开展实验，因而学生不需再去查阅资料以及开展独立思考，影响了学生综合素质的提高。
4.仪器故障维修困难，技术人员难以自行维修。实验仪器设备生产厂家的实验仪器设备普遍存在集成度高、技术公开不完全、售后服务不及时等问题，当出现故障的时候，实验技术人员很难及时、快速地对故障进排查与检修。同时，有些仪器由于使用年限过长，仪器厂家也再提供技术无法，实验技术人员不得不花费大量时间对进行仪器进行研究与维修。
二、开展仪器自制的意义
仪器设备是开展实践教学的重要前提，但现有的教学仪器普遍自动化程度高、集成化程度高，同时价格也相对较高。因此，充分利用现有技术资源，因地制宜，开展针对性强的实验设备自制，具有重要的实际意义：
1.可紧跟技术发展，保证设备及时更新。实验教学仪器专用性强，社会需求量小，导致仪器厂家不可能完全满足高校实践教学的要求。因此，通过设备处、教务处等相关管理部门进行设备更新改造立项、独立实践课程改革立项、教学改革立项以及学生创新学分实践立项等方式，充分调动教师与学生的积极性，对优势力量进行集，开展实践仪器自制。从而使教学仪器不仅针对性性强，而且可随时更新，这就可保证教学设备及时与最新技术保持同步。
2.可利用有限资金，研制足量教学设备。如前所述，实验教学仪器专用性强，社会需求量小，从而导致价格往往较贵。而资金不足是高校实验室建设普遍存在的问题，在学生规模未大幅缩减的当前，教学设备的台套数远远无法满足实践教学的实际需要。由于仪器自制最大的支出是元器件的购买以及设备的代加工等，这些支出与设备的市场价值相比，一般不及1/2，甚至不及1/5。这就使得可用有限的资金，得到2倍甚至是5倍以上的设备数量，从而大大地增加了仪器台套数，使实践教学需求得到满足。
3.可针对教学项目，进行设备系统定制。市场上实践教学仪器虽然很多，但真正和各院校的实际教学紧密结合的不多。同样一门课程，在不同学校、不同专业或不同层次的要求不同、重点也不同。同时现有的实验仪器大多是常规设备，很难完全满足各个层次的教学需求。通过开展教学仪器自制，就可根据实践教学的实际需要，对教学设备进行自我定制，同可考虑现有的设备，在兼容性上做全盘考虑，既满足了新的教学需求，也使原有设备发挥了作用，使其通用性和灵活性得到提高。
4.可自行开展维护，保证故障及时排查。实践教学仪器设备的生产厂家为了满足不同院校的不同需要，显示其产品的优越性，往往给仪器设备设计了多而杂的功能，并且高度集成化，从而导致实验技术人员无法及时对出现故障的仪器进行维护，影响实践教学的正常开展。而自制的教学仪器，实践指导老师一般就是仪器的开发人员，对仪器的结构、原理都非常清楚，能针对故障仪器呈现的现象快速准确地对成因进行判断与排查，可有效地缩短仪器维修所需的时间，既有效保障实践教学活动顺利开展，又有利于实验室的管理。 5.可增强研发力量，促进技术持续发展。通过组织仪器自制，不仅能针对特定的实践项目，对教学仪器进行定制，还能较好地为促进科研成果向现实生产力转化方面探索出一条可行之路。同时，在广泛开展自制教学仪器活动，不仅使理论知识水平和科技攻关能力得到了提高，其成果也可在提职、晋升和岗位评定中起到重要作用，对稳定实践指导教师队伍，调动技教师参与实验教学改革的积极性方面起到了很大作用。
三、仪器自制的基本原则
1.自制与采购互补。通用仪器由于市场规模很大，涉及的研究设计公司很多，总体投入大，所以产品质量比较可靠，同时又有较高的性价比；而实践教学中所涉及的专用仪器由于市场规模较小，涉及的公司较少，由于竞争不充分而导致价格虚高，同时稳定性也差。因此我们在开展实践教学仪器自制时，要遵循自制与采购互补的原则，即：对示波器、万用表等通用设备尽可能采用市场采购的方式，而对于针对性较强的专用仪器，则采用购买成熟器件进行组装或通过外包代工的自制方式。
2.安全与质量优先。若在自制过程中选用的成本很低的较差器件，就有可能会给实验带来不便，同时还可能影响实验的安全和实验效果。因此尽管在仪器自制过程中可能会面对经费不足的问题，但实践教学仪器的主要使用对象是广大学生，而且通常是近距离的使用，自制的实践教学仪器首要问题必须是要保证使用安全。在确保安全的情况下，针对实践教学的需要，在有限经费范围内，尽可能地提高仪器质量，方可保证实践教学的有序开展。
3.够用与节约并重。在仪器制作过程，必须遵循够用、节约的原则，对一些基础的、对仪器设备要求不是很高的实验室，只要满足基本要求即可，以使有限的实验经费效益最大化。
4.教师与学生参与。实践教学仪器的自制，需要教师带领学生共同参与。首先，教师教学任务繁重，由其单独完成大量的设计工作会显得力不从心。其次，通过参与仪器研制，学生可以学习许多实践经验，学生的积极性和创造性得到充分发挥。第三，学生通过参与仪器的研制，可对仪器的内部结构有更深入的了解，从而帮助学生在实验时能有更深刻的认识和理解。
四、结语
随着我国高等教育的改革与发展，实验教学改革和实验室建设正面临艰巨的任务，而课程内容的不断创新也决定了自制实验仪器设备必然是一项长期的任务。开展实践教学仪器自制，对于人才培养，更新实验手段，增加实验教学内容，提高实验开出率，以及节约资金等实验教学改革的诸多方面都有积极的作用；通过仪器自制，不但能提高教师的专业技能，而且由于实验教师对自行设计研制的教学设备各个环节、性能特点比较熟悉，可更容易调动其教学的主动性，提升教师的教学质量，进而有助于将所学理论知识和实践进行有机结合，提高实践教学的效果，为社会培养更多创新型应用型人才奠定基础。
