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专业实验室“三平台双路径”建设模式的研究与实践 |
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来源： 作者： 发布时间：2005-01-31 |
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专业实验室“三平台双路径”建设模式的研究与实践
邹声华 李孔清 成剑林 陈世强等
（湖南科技大学能源与安全工程学院，湖南湘潭市，411201）
摘要：本文主要介绍了建筑环境与设备工程专业实验室建设中存在的问题，总结专业实验室实际建设的经验，提出了“三平台双路径”的专业实验室建设模式。文中详细介绍实施这一模式的具体内容和做法，分析了该模式的特点及其优越性。
关键词：专业实验室 建设模式 自主开发 科学研究
Research and Practice of The “3—2” pattern for Laboratory Construction
Shenghua Zou, Kongqing Li, Jianlin Cheng, Shiqiang Chen
(Energy and Safety Engineering college, Hunan University of Scientific and Technologic,
Xiangtan city, Hunan province,411201)
ABSTRACT: This paper presents the problems met in the laboratories construction for the major of building environment and equipments engineering and advances the three-two pattern of laboratory construction on the experience accumulated during the past laboratory construction. It is also introduced that how to implement the pattern. At the same time, the advantage and benefit of this pattern is analyzed.
KEYWORDS: Specialty laboratory, Construction Patterns, Independent Development and Research, Scientific Research
1 引言
高校实验室是人才培养和科学研究的重要基地。建设好专业实验室对工科人才的创新能力、实践能力培养和师生开展科学研究具有十分重要的作用。随着高等工科教育的飞速发展，招生规模大幅增加。工科高等院校在实验室建设及管理方面主要存在以下几个问题：一是实验室建设经费严重不足与学生实践技能要求不断提高的矛盾；二是实验室建设经费严重不足与重复建设造成浪费严重相并存；三是传统的实验设备仅从满足教学入手，功能单一，很难满足创新实验的要求，四是管理体制不顺及分散管理造成人、财、物的浪费。如何解决这些矛盾，提高实验室的效用，必须构筑实验室建设、创新人才培养、科学研究资源共享一体化的实验室建设新思路。
十年来，我们不断探索建筑环境与设备工程专业的教育教学规律，在实验室建设方面取得了重大突破，以实验室建设与科学研究相结合为主的“三平台双路径”实验室建设模式成功地建设了建筑环境与设备工程专业实验室，并对提高教学水平和教学质量、降低办学成本、实现培养目标和培养创新人才等方面作出了突出贡献，取得了显著的成绩。
2 “三平台双路径”建设专业实验室的模式
我校的建筑环境与设备工程专业已经建设十年。1994年，在原矿井通风与安全工程专业的基础上设辅修专业，并开始筹办供热、供燃气、通风与空调工程专业，1996年获原国家教委批准并正式招生，2001年进行了基础学位的评定，获得了基础学位授予权，现在正在加强学科建设，准备申报硕士学位授予权。为了适应社会发展的需要，我们在认真做好培养计划、加强文化素质教育、加强基础教育、拓宽专业面的同时，以实践为基础，创造良好的实践环境，大力加强实践环节和工程训练，在学校办学经费非常有限的情况下，对专业实验室的建设模式进行了探索。
原矿井通风与安全工程专业是以“流体力学”和“矿井通风与空调”、“安全技术”为基础，而建筑环境与设备工程专业是以“流体力学”、“工程热力学”、“传热学”、“建筑环境学”为基础，这两个专业在基础方面有共性，专业方面也有其相似性，其实验设备有些是可以共享的。但由于专业服务的对象不同，专业的目标不一样，原矿井通风与安全工程专业主要追求安全环境，而建环专业主要追求舒适环境，因此，两个专业的实验室建设应该统筹安排，共同建设。
建筑环境与设备工程专业是土木类专业，它以流体力学、传热学、工程热力学以及建筑环境学为基础，以工业通风、空气调节、制冷技术、锅炉及锅炉房设备、供热工程、热工测量及自动控制等为主要专业课，其专业目的主要是为工业与民用建筑提供健康、舒适的室内环境的。分析建筑环境与设备工程专业的专业和课程特点，其实验室建设可分“三个平台”：基本测试平台、综合实验平台、数值实验平台。
经费不足是各高校实验室建设中普遍存在的问题，再加上国家的投入是根据经济和产业发展的需要，扶持重点学校和重点学科，这对于我们这些一般院校来说就不能等待国家投资。我们学校原隶属煤炭工业部，学校的重点是采矿、机制等学科，对于我们这些非重点学科的新办专业来说，就只能艰苦奋斗，以较小的投入圆满地完成实验室建设任务。因此，我们的实验室建设依靠“双路径”：部分购置和自主研制，并以自主研制为主，部分购置为辅，强调实验室建设与科学研究相结合。建设出建筑环境与设备工程专业的“三平台”。这就是我们的实验室“三平台双路径”建设模式
2．1 “三平台双路径”实验室的内涵
1）基本测试平台
该实验室主要由一些基本测试仪器和仪表组成。仪器、仪表分普通型和精密型。在该实验室中，我们的主要仪器、仪表有：温度、湿度、风速、流量、压力、有害气体浓度、粉尘粒径和浓度等参数的测试仪器和仪表。
2）综合实验平台
冷源、热源、传热传质设备和器件是建筑环境与设备工程专业的主要设备，良好的设备性能以及将它们如何有机地组合成系统是本专业研究和应用的重点，需要综合性的实验平台。
为了满足教学和科研的需要，在该实验平台中，我们的实验台主要有：冷、热源设备、通风系统、除尘系统、空调系统、制冷系统及各种暖通设备的测试台。
3）数值实验平台
数值实验平台主要由计算机和计算软件组成。在该实验室建设中，我们购买了性能良好的计算机和国际上先进的计算软件，如：美国的FLUENT流体计算软件和英国的PHONICS流体计算软件等；并利用计算机技术，构建了空调系统故障诊断系统和基于MATLAB的热工测试虚拟实验室平台，自行开发了两相流计算软件等。
在“三平台”中，综合性实验平台是专业实验室的主体，基本测试平台是为综合实验平台服务的，数值实验平台是专业综合实验室的补充和发展。三者相互支撑，是建筑环境与设备工程专业实验室必不可少的三个组成部份。
4）双路径
要建好上述“三个平台”，必须投入一定的资金，“购买”和“自制”是两条必经之路。
2．2 模式的可行性和合理性
工科类专业面临的是工程问题，而工程问题的实质往往需要检测仪器、仪表来发现，测试平台就相当于医院的医生有了听诊器、CT扫描仪、超声波检测器等，它是工程问题的基础。将所有的测试仪器、仪表集合在一起，成立测试中心是完全可行的。工科院校检测中心的成立对于管理、减少重复投资、节约投资、实现技术集中和资源共享等方面都是合理的。
工科专业一般都有各自的系统，建一些标致性的综合实验台是完全必要的，它是专业教学计划的需要，学生可以通过对综合实验台的了解建立起专业的初步认识，综合实验台也是创新教育的需要，按照专业的特点，建立一些综合实验台是完全办得到的。
传统意义上的实验室随着实验内容和测控对象的日益复杂和庞大，随着电子技术和计算机技术的快速发展，它越来越不能适应时代的要求。另外，建立完备的实验室需要大量的投资，且只能采用传统的控制器，对现代控制器（如灰色控制、模糊控制、神经网络等智能控制）则有点无能为力，且测定参数不全面。应用“虚拟仪器”能够完成庞大测控任务，进行非常复杂的运算和处理，特别在航空、航天、军工、采矿、环保等领域应用就非常普遍。因此，建立数值实验室非常必要，随着数学理论、计算方法和计算机技术的不断进步，对工程问题进行数值模拟是完全可行的，事实上数值模拟已经广泛应用于各行各业，如航空航天、化工等。
3 “三平台双路径”建设模式的特点
“三平台双路径”模式建设专业实验室，在投资效益方面，既能节约投资，充分发挥投资效益，又能创建新兴实验室，满足技术创新的要求，还能锻炼实验队伍。在教学科研方面，既能满足教学的需要，又能为科学研究和创新人才培养提供平台，还能为经济建设服务。
1) 节约投资
采用“三平台双路径”模式建设专业实验室能大大地节约投资。在我校建筑环境与设备工程专业实验室建设中，我们采用实验设备自主研制，至少节约投资五十万元以上。例如：一套简单的通风除尘系统，要整体购买的话，至少需要二万元，而自行研制只需八千元左右，成倍地节约了投资。据对全国各高校同类专业新建实验室的调查，要满足本科教育的需要，至少需要三百万元以上的投资，而我校在该专业的建设过程中，实验室的投资大约一百二十五万元左右，其中有些设备还与安全工程专业共同使用。
2）有利于实验室的发展
由于“三平台双路径”模式建设专业实验室能大大地节约投资，一定的投资额，投资建设的实验设备台套数就会增加；“三平台双路径”模式建设专业实验室由于注重自主研制，而自主研制自然会注重实验内容的拓宽和深化，这就使得实验室的服务范围扩大了，内涵发展了，我们实验室有些精密仪器和软件（如FLUENT和PHONICS等流体计算软件）完全就是科学研究和培养研究生的平台；由于实验室与科学研究、技术服务的紧密联系，从而使得实验室建设和科学研究步入良性循环的轨道，它们相互支持，相互促进，也使得我们的实验室不断发展壮大。
3）、有利于实验队伍素质的提高
这里所说的实验队伍，既包括实验室的工作人员，又包括各门课程的任课教师以及从事科研工作的科技人员。所有实验人员都应努力提高自己的实验技能、掌握先进的实验方法、精通各种实验设备的使用方法及维修和保养方法，更新自己的知识结构，扩大自己的知识面，多学一些现代的科学知识，以适应现代化高水平实验室的要求。
我们建筑环境与设备工程专业的老师大多是学校直接分配过来的，实践经验十分缺乏，实验设备的自主研制，让他们直接参与设计和加工，给了他们很多的实践机会，经过几年的实践说明，他们普遍实践能力加强了。
4）、丰富了实验内容，提高了设备利用率
专业实验室由于教学课时的限制，往往实验时数也是很少的。一般地，如果按照一个实验设计一个实验台，这样的实验台每年在教学实验方面最多每人一次，因此，在研制综合性实验台时，我们注重一台多用。如：在空调机组综合测试台上每个学生可以做5个教学大纲要求的实验；在通风除尘综合试验台上每生至少可以做3个以上教学大纲要求的实验。这样，每个实验台的利用率就大大提高。综合性实验台也由于一机多用相应增加了实验室的实验内容。
5） 能够兼顾实用性和先进性
高等学校要想研究出高水平的科研成果，一定要建设高水平的实验室，配置高水平、现代化的实验设备。同时鼓励实验室工作人员和广大师生利用有限的建设资金，自行研制、设计一些较高水平的实验设备，既可节省建设资金，又注重实用性和先进性；既可满足教学的需要，又可锻炼科研队伍。这不失为一举两得的建设实验室的好方法。
6） “三平台双路径”建设模式有利于实验室的管理
由于“三平台双路径”建设模式对实验室进行了分类，这为我们对实验室的分类、分级管理奠定了基础。对于基本测试平台，全校可以设立现代测试中心，建立信息管理网络，只须配置保管人员或信息员，就可实现全校设备共享；对于综合实验室，必须配备专业人员（也可以是教师）管理，并分布在各专业实验室；而对于数值实验室，必须选派年富力强、数学基础雄厚、计算能力很强、懂专业的人员来负责。这样，全校的实验室管理就可以统一模式。
7） 它是创新人才培养和实习基地
由于“三平台双路径”建设模式强调与科学研究相结合，而工程类专业的科学研究工作有三类：第一类是用新方法解决新问题；第二类是用新方法解决老问题或用老方法解决新问题；第三类是用老方法解决老问题。前二类就是创新，实验室建设和实验室是发现问题和提出问题的最佳场所，因些，它是创新人才培养的基地。我们实验室在培养青年教师和学生的创新能力方面做出了贡献，近几年，我们的青年教师和学生利用实验室发表了科学研究论文30余篇。
目前，我们的部分认识实习和生产实习就在实验室的空调机组综合测试平台上进行，特别是在生产实习中，通过安排学生对空调机组综合测试平台进行系统测绘，能加深学生对系统结构和设备结构及其作用的了解，使工科学生学会用图表达设计思想的能力，通过对机组运行情况的观测，使学生了解空调的实质，实习效果有明显提高，学生实习环境好，感到非常满意。还解决了学校联系实习地点困难和实习经费短缺的问题。
4 几点体会
4．1 有限资金的合理使用
一般地，基本的仪器仪表是要购买的。普通型主要用于教学实验和现场测试，购买时，型号要求全面、台数要求适当；精密型的仪器和仪表主要用于科研和普通型的校正，购买时，要求先进性和精度。
根据工程类专业的特点和实际，应当注重科学研究与实验室建设相结合，要以自制为主创建综合实验平台，我校创建的暖通空调综合实验平台，其中有些实验台在国内也是少见的。
实验室的建设必须依靠资金的支持，有了资金，实验室的设备才会充实。如果投资一定，通过实验台的自主开发和研制就可以获得实验室建设的最大收益。
4．2 自主开发实验设备策略
实验设备自主开发的目的是：科学研究和教学相结合，充分利用教师和学生的智慧和劳动，满足工程测试和科学实验的需要，实现实验室设备的自主开发和研制，为创新人才培养构建平台，实现投资利用率的最大化。
为了达到上述目的，对于综合性实验台必须通过详细的方案论证和考察，并遵守如下步骤：综合实验台设想的提出——详细论证——方案初步设计——专家评审——施工设计——施工——验收。对每一步的新想法都给予高度重视，要鼓励大家创新思维。
4．3实验室制度建设
实验室的制度至关重要，它是实验室实现良性循环的基本保证。实验室制度包括人、财、物及其运行的管理。对于人和财的管理主要采用“严”字管理；对于实验室的“物”的管理要实现四化：文字化、图像化、影像化和音响化，实验室所有的仪器仪表和设备都必须建立文字档案（包括说明书和运行登记）和图像档案（照片），便于认识和查找，对于精密、贵重仪器、仪表及综合实验台还必须保存影像和音响档案，实现技术的不随人员的变动、时间的延长而遗失；对于运行管理，要建立实验室的网络信息管理系统，并附有相应的操作规程，实现开放管理。
实验室的管理是实验室能否充分发挥其效能的关键。完善各种管理规章制度，建立和健全岗位责任制，利用计算机、信息网络等现代化手段，对实验室的工作范围、人员情况、物资设备状况、经费数量、环境状态等信息进行记录、统计、分析、说明等，及时向学校或上级主管部门提供实验室情况的准确数据，并利用信息网络向全校师生发布有关信息，以便全校师生充分利用实验室设备及环境从事科研和实践活动。
参考文献：
[1] 宁晓松. 地方师范院校的实验室建设探索. 实验室研究与探索,2000,19(1):110-113
[2] 李孔清,邹声华. 基于MATLAB自动控制仿真实验平台.实验室建设与改革, 国防科技大学出版社, 2000
第一作者简介：邹声华，男，1962-，教授，博士生，主要从建筑环境与设备工程专业和流体力学方面的教学和研究工作。
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