基于創(chuàng)新培養(yǎng)的電氣自動化專業(yè)實驗平臺的建設(shè)*

任志斌 劉細(xì)平 梁建偉

江西理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 江西 贛州 341000

大學(xué)教育是培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的重要階段，而大學(xué)實驗教學(xué)在對學(xué)生這些能力和素質(zhì)的培養(yǎng)中具有舉足輕重的、其他教學(xué)環(huán)節(jié)不可替代的作用[1-2]。而目前我國高校實驗教學(xué)主要是驗證書本上的理論，實驗教學(xué)內(nèi)容主要是驗證性實驗項目，進(jìn)行實驗教學(xué)時，學(xué)生必須按教師的要求及步驟進(jìn)行實驗，自主能動性不高，教學(xué)效果不佳，按照該種教學(xué)方式培養(yǎng)的學(xué)生動手能力不強，缺乏自主創(chuàng)新意識[3-4]。

根據(jù)教育部關(guān)于“高等學(xué)校要重視本科教學(xué)的實驗環(huán)節(jié)，能開出一批綜合性、設(shè)計性實驗”的精神，高等學(xué)校應(yīng)大力進(jìn)行綜合設(shè)計性實驗改革，而開設(shè)這樣的實驗必須要有對應(yīng)的實驗裝置。原有的實驗裝置都是專用實驗箱組成的，實驗時，學(xué)生只要在實驗板上連接少許的電線就可以進(jìn)行實驗。這樣的實驗方法也有優(yōu)點，如實驗數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、實驗時安全可靠、實驗時間容易控制、教師準(zhǔn)備實驗方便等。但缺點也很突出，學(xué)生動手機(jī)會少，缺乏自主設(shè)計及調(diào)試系統(tǒng)的能力[5-6]。更有甚者，部分學(xué)生實驗后連基本實驗內(nèi)容及使用方法都不清楚，造成雖開設(shè)了實驗課，當(dāng)代大學(xué)生仍然只懂理論分析，理論不能聯(lián)系實際，實踐動手能力和創(chuàng)新能力沒有得到明顯提高的現(xiàn)狀。因此，建立一個能夠培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力，適合電氣工程及其自動化專業(yè)的綜合性實驗平臺是這次實驗裝置改革的重點。

1 建立專業(yè)綜合實驗平臺

針對電氣工程及其自動化教學(xué)專業(yè)課程實驗內(nèi)容，設(shè)計電氣工程及其自動化專業(yè)綜合實驗平臺（圖1）。由于電機(jī)控制及PLC的控制已成為電氣工程及其自動化的主流方向，實驗裝置分成兩大層次，電機(jī)控制實驗平臺（包括直流有刷電機(jī)、交流異步電機(jī)、永磁同步電機(jī)及直流無刷電機(jī)的實驗?zāi)K）和PLC控制實驗平臺（包括PLC基本實驗、PLC繼電控制實驗、液晶觸摸屏控制實驗及基于網(wǎng)絡(luò)的PLC控制實驗）。

圖1 綜合實驗平臺結(jié)構(gòu)框圖

實驗平臺很大的特點是它是開放的通用平臺，打破傳統(tǒng)的演示性、驗證性、單一性的實驗?zāi)Ｊ?，建立新型的設(shè)計型、研究型、綜合型的實驗體系。學(xué)生在做實驗時，都要通過親自編程實現(xiàn)實驗過程，實驗教學(xué)從以教師為中心轉(zhuǎn)變成以學(xué)生為中心，從強調(diào)驗證性實驗轉(zhuǎn)變?yōu)閺娬{(diào)理論與實踐相結(jié)合及應(yīng)用開發(fā)能力培養(yǎng)。學(xué)生利用平臺進(jìn)行設(shè)計、編程與性能分析，通過開發(fā)系統(tǒng)平臺實現(xiàn)復(fù)雜系統(tǒng)的設(shè)計與調(diào)試等實驗，與以前實驗不同的是，這種實驗不是驗證性實驗，而是能夠培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力與綜合應(yīng)用知識能力的實驗。

表1 實驗項目內(nèi)容

2 基于創(chuàng)新能力培養(yǎng)的實驗體系

整個實驗平臺的實驗體系的設(shè)計分為3個層次：基礎(chǔ)性實驗、綜合設(shè)計性實驗、課外科研實驗。

2.1 基礎(chǔ)性實驗設(shè)計

這一層次主要針對專業(yè)基礎(chǔ)理論的認(rèn)識。通過一些基本操作的小型實驗，讓學(xué)生牢固掌握基礎(chǔ)性理論、常規(guī)儀器基本使用方法及基本編程方法，為下一部分的綜合設(shè)計性實驗做準(zhǔn)備。

2.2 綜合設(shè)計性實驗設(shè)計

實驗內(nèi)容較第一層次在復(fù)雜性、難度上有所提高，既考慮相關(guān)理論專業(yè)基礎(chǔ)知識的綜合運用，又通過實驗中的設(shè)計內(nèi)容培養(yǎng)學(xué)生綜合運用知識解決工程實際問題的能力。

比如，在“運動控制系統(tǒng)”課程實驗項目中安排直流無刷電機(jī)的控制實驗，以往都是教師為學(xué)生準(zhǔn)備好實驗儀器，調(diào)整到正常工作狀態(tài)，學(xué)生按照教師事先擬訂的實驗步驟（實驗指導(dǎo)書）一步一步地采集數(shù)據(jù)，一步一步地按規(guī)定好的順序觀察實驗現(xiàn)象。學(xué)生不敢隨便提出設(shè)想或要求改變實驗條件，只能按書本上或教師的意愿利用剛學(xué)過的公式、書本上的現(xiàn)象結(jié)論，計算出或抄寫出實驗開始前就已經(jīng)知道的結(jié)果，最后提交一份實驗報告，一次實驗就算完成了。這種實驗，學(xué)生根本不需要解決什么困難和問題，也不需要動腦筋去分析和判斷，只要記住就行了。

現(xiàn)在改變以往的實驗?zāi)Ｊ?，在實驗開始時，先發(fā)給學(xué)生實驗項目內(nèi)容（如表1所示）。學(xué)生在做實驗前要知道實驗內(nèi)容是什么，前期自己應(yīng)該做好什么準(zhǔn)備，實驗完成后自己應(yīng)該達(dá)到什么目標(biāo)。實驗項目實施中，學(xué)生十分感興趣，在空余時間經(jīng)?；ハ嘀g探討有關(guān)實驗項目問題。實驗項目結(jié)束后，有的學(xué)生直言這個項目結(jié)束后，自己體會的東西比以往所有實驗都還要多。

2.3 課外科研實驗

結(jié)合電氣專業(yè)特點和興趣開展課外科研實驗項目，這也是實驗教學(xué)平臺的主要內(nèi)容。比如在課外開設(shè)一些諸如電機(jī)控制小組、DSP軟件開發(fā)小組、電力電子制作小組、新能源利用與控制小組、PLC與網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控小組等興趣小組，進(jìn)行一些制作或科研活動，這樣能使學(xué)生得到進(jìn)一步鍛煉，提高學(xué)生的創(chuàng)新能力和動手能力。每個小組定期開展活動，可先由經(jīng)驗豐富的教師向?qū)W生講解一些相關(guān)知識，再由學(xué)生動手開展一系列活動，自己動手進(jìn)行設(shè)計和制作，自己在實驗室完成。經(jīng)過這樣的活動，學(xué)生已不僅僅滿足于書本上的實驗項目及方法，更渴望親身實踐，以全面了解和掌握各種最新實驗技術(shù)和手段。在實驗室開放中，盡力提供實驗材料和信息，放手讓學(xué)生探索各種實驗方法與相關(guān)技術(shù)，讓他們自己查閱資料和設(shè)計實驗方案，完成實驗步驟，分析實驗現(xiàn)象及結(jié)果。優(yōu)秀的學(xué)生還可參與到教師科研項目的研究中，大膽提出自己的建議和思路。通過課外項目的開展，使學(xué)生的想象更豐富，思維更積極，眼界更開闊，從而大大增強解決問題的能力和創(chuàng)新意識。這種活動突破傳統(tǒng)模式，為實驗教學(xué)開拓出新的空間，可以說這是進(jìn)入“科研”層次的主體性的體現(xiàn)。

3 結(jié)束語

從實際效果看，電氣自動化專業(yè)綜合實驗教學(xué)平臺改革以來，實驗教學(xué)效果較之以前有明顯提高。學(xué)生在之后的實驗過程中自主性都極高，不僅學(xué)生之間形成互幫互助、相互學(xué)習(xí)的良好風(fēng)氣，學(xué)生的能力也不斷得到提高，在參加各類創(chuàng)新比賽如電子設(shè)計競賽、機(jī)器人設(shè)計比賽時都取得較好的成績。

[1]鄭躍榮,等.改革傳統(tǒng)的實驗教學(xué)，加強全面素質(zhì)教育[J].實驗室研究與探索,2004,23(3):69-71

[2]周亞俊.全面改革實驗教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力[J].實驗室研究與探索,2004,23(7):77-80

[3]劉杰,徐軍生.改進(jìn)開放創(chuàng)新型實驗教學(xué)，注重綜合能力培養(yǎng)[J].長春大學(xué)學(xué)報,2005,15(6):102-103

[4]李耀剛,石國英,王宏志.改革實驗教學(xué) 培養(yǎng)創(chuàng)新能力[J].實驗室研究與探索,2007,26(11):92-94

[5]張承譜,陳東祥,陳金水.工程實踐教學(xué)改革與創(chuàng)新[J].理工高教研究,2007,26(3):109-110

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