電氣類專業(yè)實驗教學的改革與探索

吳復霞等

摘要：良好的實驗教學是高等院校培養(yǎng)學生實踐能力的重要保障。依據(jù)電氣類專業(yè)人才培養(yǎng)的目標定位，按照個性化、創(chuàng)新型、綜合型人才培養(yǎng)要求，結(jié)合“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”的實施，從實驗教學體系改革和實驗教學模式改革兩方面對電氣類專業(yè)實驗教學進行了研究與探索。

關(guān)鍵詞：電氣類專業(yè)；實驗教學體系；實驗教學模式；創(chuàng)新型

作者簡介：吳復霞（1979-），女，山東定陶人，南京郵電大學電氣工程系，講師；張騰飛（1980-），男，河南商丘人，南京郵電大學自動化學院，副教授。（江蘇 南京 210046）

基金項目：本文系南京郵電大學教學改革研究項目（項目編號：JG00508JX19）的研究成果。

中圖分類號：G642.423 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）08-0164-02

電氣學科是一個以電氣系統(tǒng)為對象、信息科學為紐帶、計算機技術(shù)為手段的交叉性學科。電氣類人才越來越多地被社會各行各業(yè)所需要，創(chuàng)新之根源于實踐，為培養(yǎng)電氣類創(chuàng)新型人才就必須實施素質(zhì)教育，在對其進行理論教育的同時多方面地進行實踐能力的培養(yǎng)，高等學校應不斷研究與實踐，為學生創(chuàng)造一個良好的、新型的實驗教學環(huán)境。

一、實驗教學體系改革

以往的實驗教學過分依賴于理論課程，絕大多數(shù)以驗證性實驗為主，實驗性教學多停留在分散而獨立地驗證某個概念、理論、方法的層次上。這些實驗多是讓學生進行簡單的插接線程序，不需動腦，按照操作規(guī)程就能完成。這不利于培養(yǎng)學生的主觀能動性，不能激發(fā)學生的創(chuàng)造性。傳統(tǒng)實驗室多以課程或?qū)I(yè)方向為單位，各實驗間無關(guān)聯(lián)，只完成對特定課程或?qū)I(yè)方向的相關(guān)知識的驗證和鞏固，沒有知識系統(tǒng)化的環(huán)節(jié)，造成學生掌握知識零散，與現(xiàn)實差距大，不利于學生課程的系統(tǒng)化學習。

為適應社會發(fā)展的需要，培養(yǎng)出創(chuàng)新型的電氣專業(yè)人才，必須大力開展實踐教學，因為它是培養(yǎng)創(chuàng)新意識和實踐能力的主渠道。因此構(gòu)建新的實踐教學體系，充分融合實驗教學與理論教學是我們的重要任務。

1.構(gòu)建模塊化、系列化、系統(tǒng)化的實踐教學體系

南京郵電大學自動化學院有兩個電氣類專業(yè)：“電氣工程及其自動化”專業(yè)和“智能電網(wǎng)信息工程”專業(yè)。學院依據(jù)電氣類專業(yè)人才培養(yǎng)的目標定位，按照個性化、創(chuàng)新型、綜合型人才培養(yǎng)要求，結(jié)合“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”的實施，通過分析、論證構(gòu)建了新型的電氣工程學科大類模塊化、系列化、系統(tǒng)化的實踐教學體系，把實踐環(huán)節(jié)從過去的“輔助”地位提升到與理論教學并重的地位，把各類實踐類課程進行系統(tǒng)化的連接，強化學生“實踐能力”與“創(chuàng)新能力”的培養(yǎng)。

改變單純以課程為基礎(chǔ)設(shè)置實驗的實踐教學體系，根據(jù)“專業(yè)技能、綜合訓練、創(chuàng)新培養(yǎng)”三個層次的培養(yǎng)目標，將實踐教學體系劃分為“專業(yè)基礎(chǔ)、專業(yè)綜合、實踐訓練、科技創(chuàng)新”四個訓練模塊，使學生的實踐創(chuàng)新能力得到連續(xù)不斷、分層遞進式的強化培養(yǎng)（大一、大二學年對應專業(yè)基礎(chǔ)和專業(yè)技能教育，初步實現(xiàn)實踐技能培養(yǎng)；大三、大四學年對應綜合訓練以及科技創(chuàng)新實踐教育，強化專業(yè)綜合能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)）。

新的實踐教學體系以課程實驗為單元、課程組實驗及課程設(shè)計為模塊、課程組為系列、專業(yè)方向為系統(tǒng)，通訊網(wǎng)絡(luò)為紐帶。各實踐環(huán)節(jié)體現(xiàn)在基礎(chǔ)層（電路、電子、信號處理、微機原理、自動控制原理、計算機通信與網(wǎng)絡(luò)、電力系統(tǒng)基礎(chǔ)等）、提高層（相應的專業(yè)課實驗、課程設(shè)計、專業(yè)實習）和研究與創(chuàng)新層（專業(yè)綜合設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計）三個層次，能完成電氣工程學科的培養(yǎng)方案要求。體系包括了專業(yè)基礎(chǔ)課程實驗、專業(yè)課程實驗、課程設(shè)計、綜合性設(shè)計、生產(chǎn)實習、畢業(yè)設(shè)計，是一個貫穿大學四年的全程化實踐教學方案。開設(shè)的實驗在滿足課程教學要求的同時，還按專業(yè)方向、學科方向及其發(fā)展形成系列和系統(tǒng)，學生通過系統(tǒng)的實驗可體會到專業(yè)基礎(chǔ)各門課程之間、專業(yè)課和基礎(chǔ)課之間的關(guān)系與銜接，從單門課程、系列課程到專業(yè)方向，由點到線、由線成面、由面建體逐步培養(yǎng)學生的實踐能力。

2.更新實驗內(nèi)容和實驗平臺

依據(jù)模塊化、系列化、系統(tǒng)化的實踐教學體系，本著加強基礎(chǔ)、整合資源、提升檔次、增強活力、擴大開放、強化學科交叉融合的總體思路，在實驗教學中心的建設(shè)中已采取一系列改革措施，創(chuàng)新實驗教學方法、更新實驗教學內(nèi)容，構(gòu)建大型、綜合性、設(shè)計性、開放型實驗平臺，全面提升學生的工程實踐能力和技術(shù)創(chuàng)新能力。根據(jù)教學內(nèi)容與創(chuàng)新型人才培養(yǎng)要求，構(gòu)建了特色鮮明的實驗教學模式和多種實驗教學方法、手段。

在實驗教學內(nèi)容上，構(gòu)建體現(xiàn)“專業(yè)基礎(chǔ)、專業(yè)綜合、實踐訓練、科技創(chuàng)新”四個訓練模塊的實驗平臺，連續(xù)不斷、分層遞進式強化培養(yǎng)學生的實踐創(chuàng)新能力。注重學生已有知識體系和認知特點，由淺入深、由易到難、循序漸進，突出實踐創(chuàng)新活動的導向性、趣味性、開放性及綜合性，積極鼓勵與引導學生參加教師的科研工作和校企合作，為學生的實踐創(chuàng)新提供廣闊的思考空間，促進學生的個性化發(fā)展，積極探索和努力培養(yǎng)優(yōu)秀的新能源發(fā)電與控制領(lǐng)域的高級專門專業(yè)人才。

二、實驗教學模式改革

1.推出立體化、開放性的實驗教學模式

立體化表現(xiàn)在實驗內(nèi)容多層次，實驗設(shè)置多模塊，實驗手段多樣化。在以上體系中，既有簡單的演示性和驗證性實驗，使理論教學形象化，加深學生對理論的理解，又有難度較大的設(shè)計性、綜合性和創(chuàng)新性實驗，鍛煉學生的創(chuàng)新實踐能力。學生可根據(jù)自己的學習情況自主選擇與實際能力相符的實驗項目。

開放性表現(xiàn)在各實驗室資源面向全校學生全方位開放，即實驗內(nèi)容、實驗場所、實驗時間的開放。近五年來，實驗教學中心利用課內(nèi)實驗、課外實驗、自擬實驗、開放實驗項目和創(chuàng)新性實驗項目等形式實現(xiàn)了實驗內(nèi)容的開放；結(jié)合研究生助教和本科生助管制度，形成了實驗室專職老師、專業(yè)教師、研究生、勤工助學本科生相結(jié)合的實驗室指導與管理隊伍，實現(xiàn)了實驗場所和實驗時間的開放。該實驗教學模式在傳統(tǒng)實驗方法的基礎(chǔ)上極大激發(fā)了學生自主探究的興趣，促使學生創(chuàng)造性的思維與有效解決問題，提高了學生自主實驗與創(chuàng)新能力。

2.“教學、實踐、科研三位一體，互動、互促”的閉環(huán)機制

依托南京郵電大學控制科學與工程、信息與通信工程、儀器科學與技術(shù)、電子科學與技術(shù)和電氣工程一級學科建設(shè)，通過科學研究提升水平、壯大實力、促進教學；科研成果與研究工作為教學內(nèi)容更新、教學水平提升提供源泉；豐富的各級各類科研項目為實踐創(chuàng)新活動提供了選題背景，為學生畢業(yè)設(shè)計（論文）的真題真做提供保障；學生在創(chuàng)新實踐與助研過程中激發(fā)興趣、鍛煉能力；教師在理論教學、創(chuàng)新實踐指導中不斷發(fā)現(xiàn)問題，并不斷調(diào)整和改進教學過程。通過教學相長、實踐創(chuàng)新與科學研究相結(jié)合，實現(xiàn)了以科研提升教學、通過教學指導實踐、實踐深化科研的三位一體、相輔相成、協(xié)調(diào)共贏的人才培養(yǎng)機制，走出了“教學、實踐、科研互動、互促、同步相長”的特色之路。

3.虛擬仿真與類工業(yè)化系統(tǒng)相結(jié)合的實驗教學

采用了仿真驗證與實體操作相結(jié)合的方式。在江蘇省智能電網(wǎng)信息工程綜合訓練中心現(xiàn)有實驗基礎(chǔ)上，充分依托校企合作實驗資源，已建設(shè)成三個虛擬仿真實驗子平臺：可再生能源并網(wǎng)控制虛擬仿真平臺、微電網(wǎng)運行控制虛擬仿真平臺和電動汽車與電網(wǎng)互動虛擬仿真平臺。學生基于實驗室提供的仿真平臺，采用仿真工具搭建虛擬實驗對象，驗證實驗原理，熟悉實驗過程；根據(jù)仿真實驗結(jié)果，完成對基于物理實驗平臺的實體對象的實驗操作。

實驗教學中心自主開發(fā)設(shè)計建成的電氣信息綜合實驗系統(tǒng)，以高性能DSP為控制核心，以大功率電力電子變換裝置、大功率三聯(lián)交流機組、二聯(lián)直流無刷電動機組為控制對象，配有各種測量儀表、轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器及顯示儀。以工業(yè)以太網(wǎng)為基礎(chǔ)，通過配置上位機即可完成組網(wǎng)，構(gòu)成工業(yè)電氣DCS系統(tǒng)，通過預先設(shè)定的通信協(xié)議實現(xiàn)遠程監(jiān)視與控制。

三、實驗教學改革成效

實驗中心先后獲江蘇省教育廳批準成立省級實驗教學示范中心5個，分別為自動化實驗教學示范中心、智能電網(wǎng)信息工程綜合訓練中心、通信技術(shù)實驗教學示范中心、通信與信息處理實驗教學示范中心、電工電子實驗教學示范中心，其中省級“自動化實驗教學示范中心”因網(wǎng)評成績優(yōu)異被作為優(yōu)秀示范代表確定為實地考察驗收對象，并取得了網(wǎng)上評議和實地考察雙優(yōu)秀的佳績。將5個省級實驗教學示范中心整合在一起，構(gòu)建了自動化、電子信息、儀器、電氣4個專業(yè)類資源融合的實驗教學中心支撐體系，實現(xiàn)了場地、設(shè)備、師資力量的共享。

近年來，產(chǎn)生了一批優(yōu)秀的教學研究成果，“學做合一、研創(chuàng)結(jié)合，自動化創(chuàng)新人才“閉環(huán)”培養(yǎng)模式研究與實踐”獲得江蘇省高等教育教學成果一等獎，“以生為本，創(chuàng)新管理，提升本科人才培養(yǎng)質(zhì)量——本科教學管理改革的探索與實踐”獲得江蘇省高等教育教學成果二等獎，“電機學”、“電力電子技術(shù)”和“嵌入式系統(tǒng)及應用”被評為校級精品課程，“自動控制原理”教學團隊獲校級、省級優(yōu)秀教學團隊。我院積極開展大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃，2010年機器人創(chuàng)新實踐基地榮獲江蘇省教科系統(tǒng)“工人先鋒號”；“基于機器人創(chuàng)新活動構(gòu)建大學生創(chuàng)新能力培養(yǎng)體系的研究與實踐”獲南京郵電大學教學成果一等獎。依托實驗教學中心以及大學生創(chuàng)新活動基地，近三年來共獲得校級重點和省級STITP創(chuàng)新項目近100項，學生依托實驗教學中心在國際、全國、省級各類主題競賽中取得了優(yōu)異成績。

四、結(jié)論

電氣類實驗教學的改革與實踐進一步促進了產(chǎn)學研緊密結(jié)合，提升了專業(yè)建設(shè)的整體水平，構(gòu)建了滿足高水平創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的軟硬件平臺，促進了實踐教學改革，提高了教學質(zhì)量，拓寬了學生的知識面，為高水平創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)提供了有利條件。

參考文獻：

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[2]潘再平，馬皓，盧慧芬，等.電氣工程實驗教學中心的建設(shè)與實踐[J].電氣電子教學學報，2011，（33）：51-53，58.

（責任編輯：王祝萍）