電工電子教學實驗中心創(chuàng)新實驗體系的建設(shè)

劉素貞，李 華，耿躍華，張雪輝，張文玲

(河北工業(yè)大學電氣工程學院，天津 300130)

0 引言

1996年，我校開始“211工程”立項建設(shè)，學校對學科群及專業(yè)設(shè)置進行了全面重組整合。對電工基礎(chǔ)、電子學、電工學三個教學研究室進行了優(yōu)化調(diào)整，成立了電工電子教學實驗中心，并對電工、電子類課程體系、教學內(nèi)容、實踐環(huán)節(jié)、現(xiàn)代化教學手段等方面進行深入系統(tǒng)的改革，實現(xiàn)統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一設(shè)置、統(tǒng)一管理，使教學配置更加合理、更加完善。2005年我校電工電子教學實驗中心被評為河北省首批實驗教學示范中心，并列為中央和地方共建的基礎(chǔ)實驗室。

為了適應(yīng)新世紀對人才知識結(jié)構(gòu)和創(chuàng)新能力的需求，實施“科教興國”這一宏偉戰(zhàn)略，對大學生實踐能力和創(chuàng)新意識的培養(yǎng)已越來越引起高等院校的重視［1-5］。配合我?！胺€(wěn)定規(guī)模、提高質(zhì)量，調(diào)整結(jié)構(gòu)、優(yōu)化布局”的方針，電工電子教學實驗中心在人才培養(yǎng)中力圖體現(xiàn)“厚實基礎(chǔ)、注重理論、突出實踐”的教學特色，注重理論和實踐的結(jié)合，注重創(chuàng)新意識和能力的培養(yǎng)，從多個環(huán)節(jié)促進創(chuàng)新實驗體系的建設(shè)。

1 實驗課程設(shè)置

實驗課程體系分為電工類和電子類兩大基本模塊，并開發(fā)了現(xiàn)代化教學實驗?zāi)K。電工模塊包含電路理論基礎(chǔ)實驗、電工技術(shù)實驗、電磁場和電磁波實驗;電子模塊包含電子技術(shù)實驗、數(shù)字電路實驗、模擬電路實驗;現(xiàn)代化教學實驗?zāi)K包含仿真實驗和創(chuàng)新實驗。

2 實驗教學模式

本著“注重基礎(chǔ)，突出應(yīng)用，由淺入深，由易到難”原則，在一般驗證型實驗的基礎(chǔ)上，適當增加綜合型、設(shè)計創(chuàng)新型實驗項目。實驗教學采取分層次、分階段、循序漸進的模式，由淺入深、由簡單到綜合、課內(nèi)外結(jié)合，合理安排實驗項目，從而不斷提高學生的工程實踐能力。

2.1 驗證型實驗(基礎(chǔ)階段)

該階段的教學目標是“奠定基礎(chǔ)”。該階段使學生掌握基本理論、基本知識、基本技能，完成定律、定理的驗證實驗和元件特性實驗。熟悉電工電子技術(shù)的基本測量方法。學會觀察、分析、判斷和處理實驗過程中的問題，正確記錄和處理實驗數(shù)據(jù)，完整表述實驗結(jié)果。通過該階段的學習使學生具備電工電子實驗的基本實驗?zāi)芰Α?/p>

2.2 綜合型實驗(提高階段)

該階段的教學目標是“深化提高”。該階段教學實驗內(nèi)容大都具有較高的綜合性和滲透性，涉及到的知識點廣，使用的儀器、儀表種類多，完成這類實驗的過程與解決實際科研問題具有較強的模擬性。在該階段逐漸強化學生靈活運用理論知識指導實驗的能力，進一步提高動手能力，并通過對實驗數(shù)據(jù)的分析來培養(yǎng)發(fā)現(xiàn)問題、解決問題、總結(jié)規(guī)律、歸納知識的能力，從而培養(yǎng)一定的工程實踐能力，提高學生綜合運用知識的能力。中心已開實驗項目113個，其中綜合性實驗56個，占49.6%。

2.3 設(shè)計創(chuàng)新性型實驗(探索創(chuàng)新階段)

該階段的教學目標是“探索創(chuàng)新”。該階段實驗教學首先給學生提供一些實際工程中的課題。教師給出基本要求，學生自己查閱資料，制定實驗方案，再由教師審定后實施，學生通過反復(fù)實踐、探索、研究，提高分析問題和解決問題的能力。該階段也可以根據(jù)課題要求，由學生自行設(shè)計實驗方案。該階段教學目的在于培養(yǎng)學生進行科學研究的興趣，提高學生的創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力

3 多元化的開放實驗

加大實驗室開放力度，采取多種形式加強學生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，擴展實驗室概念向更寬廣的方向延伸。

3.1 基礎(chǔ)課程實驗室的開放

中心下設(shè)的電工測量實驗室、電路基礎(chǔ)實驗室、電工實驗室、電子實驗室、電磁場實驗室對全校師生完全開放。在實驗正常進行后，對希望進行自主實驗的學生，提供幾次開放時間，這類實驗室開放，場地是在基礎(chǔ)課程實驗室內(nèi)。

學生向有關(guān)實驗室(或者有關(guān)課程組)遞交實驗的設(shè)計草案，說明實驗的實施線路，注明所需要的儀器設(shè)備;教師對其設(shè)計草案進行審閱。若認為學生的實驗原理正確，實驗線路可行，并且實驗室能夠提供所需的儀器設(shè)備，則與學生預(yù)約實驗時間，界時對學生開放實驗室，允許學生進入實驗室進行實驗。

自主實驗完成后，學生要向有關(guān)實驗室(或指導教師)呈交規(guī)范化的實驗報告。報告應(yīng)包含實驗?zāi)康?、實驗原理、實驗?nèi)容和操作方法、實測數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)處理的方法和過程、實驗結(jié)論等內(nèi)容。自主實驗允許失敗，但要求以科學、嚴謹?shù)膽B(tài)度如實記錄實驗數(shù)據(jù)，并從理論高度分析原因，進一步探求解決途徑。

這種理論與實踐相結(jié)合、允許學生自主立項并開放實驗室的教學方法，可以更充分地調(diào)動學生學習的積極性和主動性，達到良好的教學效果。

3.2 建立虛擬實驗室

利用網(wǎng)站開發(fā)工具Macromedia DreamWeaver，設(shè)計了以虛擬電子實驗開發(fā)軟件Electronics Workbench為基礎(chǔ)的電工電子虛擬實驗室，為學生提供了一個功能強大的仿真實驗環(huán)境。學生在校園網(wǎng)的任一節(jié)點均可參與實驗的學習、實驗方案的仿真論證、預(yù)約實驗、答疑解惑。

借助于上述網(wǎng)絡(luò)教學，極大地方便了學生學習，并且使師生間的互動交流形式多種多樣，激發(fā)了學生的學習積極性，改善了教學的效果。

圖1 電工電子虛擬實驗室模塊劃分

4 建立創(chuàng)新實驗平臺

為了培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力，給優(yōu)秀學生提供一個良好的學習與研究環(huán)境，我們專為在校本科生建立了電子工藝實習基地、大學生創(chuàng)新實驗室等，大大地改變了實驗條件，為學生提供優(yōu)越的電工電子工程實踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)場所。實習基地、創(chuàng)新實驗室配備多種性能穩(wěn)定且指標較高的教學、科研型儀表設(shè)備，同時配備了經(jīng)驗豐富的指導教師。中心教師積極指導學生參加各種制作、發(fā)明和從事學生科協(xié)活動，使實驗中心成為學生科技創(chuàng)新、科技實踐的重要基地。

4.1 “個性化”的培養(yǎng)機制

中心教師在授課過程中，挑選學習成績優(yōu)秀并熱心參加科技制作的學生開展“個性化”培養(yǎng)。根據(jù)學生的特長及興趣，制定“個性化”的培養(yǎng)方案，對學生的理論學習及實踐能力等方面進行全程跟蹤指導。為了吸引更多學生投入到創(chuàng)新實踐活動，在每項學科競賽選派正式參賽隊員之前，將舉辦學院競賽、學校選拔賽，利用假期集中培訓，讓更多學生有機會參加到大學生創(chuàng)新實驗和學科競賽活動之中，培養(yǎng)其動手能力、創(chuàng)新能力。

4.2 優(yōu)秀的指導教師

高素質(zhì)的學生需要優(yōu)秀的教師來指導，中心為電子工藝實習基地、大學生創(chuàng)新實驗室等配備了具有高級職稱且經(jīng)驗豐富的指導教師。對于創(chuàng)新實驗，指導教師應(yīng)面向?qū)W生個人以及實驗項目做出有針對性的指導，滿足學生個性化、多樣化的需求，強化學生學習的主動性和教師指導的實效性。

4.3 多形式的科技講座

每學期都主辦科技論壇，邀請校外的知名專家、學者做學術(shù)報告，使學生了解電氣學科的前沿領(lǐng)域及國際熱點問題，擴大學生的知識面，激發(fā)學生的科技熱情。

協(xié)調(diào)好完成教學任務(wù)與教師的對外交流和提高的關(guān)系。派遣人員參加學術(shù)會議和短期培訓班，派遣有關(guān)人員出國學習，保證了教師的學術(shù)水平和管理水平的提高。參加學術(shù)會議、出國留學等回來的教師都在第一時間內(nèi)就自己的學習情況、科研項目做報告，使學生能夠了解電工電子技術(shù)與相關(guān)專業(yè)領(lǐng)域的發(fā)展動態(tài)，營造濃厚的學術(shù)氛圍，激發(fā)學生的求知欲望。

4.4 完善的管理制度

實驗教學是高等學校教學工作的重要組成部分，同理論教學相輔相成，對培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神和實踐能力的人才起著不可替代的作用。為加強實驗教學管理，穩(wěn)定實驗教學秩序，挖掘創(chuàng)新實驗室的潛在效能，中心在執(zhí)行學校《河北工業(yè)大學實驗教學管理制度》的基礎(chǔ)上，制定了《加強實驗室建設(shè)，深化實驗教學改革的實施意見》、《電工電子教學實驗中心管理條例》、《教師科研活動管理條例》、《實驗教師崗位職責》、《實驗室開放管理規(guī)定》、《實驗室學生守則》、《實驗課學生考核辦法》、《實驗室儀器設(shè)備管理制度》、《儀器設(shè)備管理辦法》、《低值耐用、易耗品管理辦法》、《儀器設(shè)備維護與修理的管理辦法》、《儀器設(shè)備損壞丟失賠償制度》、《實驗室安全、環(huán)保制度》共13個規(guī)章或條例。這些相關(guān)制度為我校創(chuàng)新實驗平臺的健康、有序和可持續(xù)發(fā)展提供了保障。

5 效果

通過創(chuàng)新實驗體系的建設(shè)，提高了學生的理論水平、工程實踐能力和運用現(xiàn)代電工電子技術(shù)的技能，學生參與科技創(chuàng)新活動積極性顯著提高。學生參與科技創(chuàng)新活動及全國、天津市、河北省電子設(shè)計大賽、全國足球機器人大賽等活動，均取得了優(yōu)異成績。在畢業(yè)生就業(yè)中，西門子、摩托羅拉、正泰、天威集團等大型企業(yè)每年到電氣學院招聘畢業(yè)生，用人單位普遍認為我校畢業(yè)生動手能力強，電學基礎(chǔ)知識扎實。

［1］ 馬慶龍，李趙紅，朱明強.大學生創(chuàng)新型實驗室建設(shè)［J］.電氣電子教學學報，2010，32(4):86-87

［2］ 吳建強，吳輝.面向工程教育的“電工學”課程建設(shè)與實踐［J］.電氣電子教學學報，2010，32(增刊):35-38

［3］ 肖看，尹仕，嚴國萍.創(chuàng)新型電工電子全開放實驗教學模式探索與實踐［J］.實驗室研究與探索，2010，29(4):79-82

［4］ 刁鳴，董國強，潘信吉，王松武.示范中心創(chuàng)新實驗室的建設(shè)［J］.實驗室研究與探索，2007，26(1):74-76

［5］ 楊拴科，馬西奎，劉曄.創(chuàng)建國家級電工電子實驗教學示范中心的實踐［J］.實驗室研究與探索，2007，26(1):67-70