層進(jìn)式實驗教學(xué)模式在電氣工程及自動化專業(yè)中的應(yīng)用

余金永

【摘 要】本文論述層進(jìn)式實驗教學(xué)模式在電氣工程及其自動化專業(yè)中的應(yīng)用，提出通過實施啟發(fā)性實驗、基礎(chǔ)性實驗、虛擬性實驗、綜合設(shè)計實驗等實現(xiàn)從認(rèn)識遞進(jìn)到自主研發(fā)設(shè)計，通過組建創(chuàng)新和興趣協(xié)會、申報創(chuàng)新項目、鼓勵大學(xué)生參加競賽、應(yīng)用型的畢業(yè)設(shè)計等實現(xiàn)從提升遞進(jìn)到具體應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】電氣工程? 自動化專業(yè)? 層進(jìn)式實驗教學(xué)模式

【中圖分類號】G? 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A

【文章編號】0450-9889（2018）11C-0161-02

在高等教育領(lǐng)域中，電氣工程及其自動化專業(yè)的工程性較強(qiáng)，涵蓋的內(nèi)容較多，如電工基礎(chǔ)理論、電力系統(tǒng)的運(yùn)行與控制、電氣裝備的制造與應(yīng)用等。此外，電氣工程及其自動化專業(yè)也有它的基礎(chǔ)性，而這一特性在一定程度上也決定了學(xué)科的交叉與融合，比如電氣工程、電子科學(xué)、控制科學(xué)交叉融合成“電力電子技術(shù)”，電氣工程、機(jī)械工程、計算機(jī)技術(shù)交叉融合成“機(jī)電一體化”。這些學(xué)科的交叉融合雖然生成了新興學(xué)科，但同時也給其教學(xué)增加了難度。層進(jìn)式實驗教學(xué)模式是一種新興教學(xué)模式，其能夠有效打破電氣工程及其自動化專業(yè)傳統(tǒng)教學(xué)的不足，進(jìn)而培養(yǎng)和提升學(xué)生的應(yīng)用技能。

一、層進(jìn)式實驗教學(xué)模式概述

電氣工程及其自動化專業(yè)是電氣類的學(xué)科，主要涉及系統(tǒng)控制、電子電工、電力系統(tǒng)自動化、電氣控制等內(nèi)容，在開展實驗教學(xué)時，教師除了要讓學(xué)生熟悉掌握并理解相關(guān)理論知識外，還應(yīng)主動引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，并更新和發(fā)展新技術(shù)，從而培養(yǎng)和提升學(xué)生工程實踐的能力以及創(chuàng)新能力。而采用層進(jìn)式實驗教學(xué)模式，能夠經(jīng)由“啟發(fā)實驗—基礎(chǔ)實驗—虛擬實驗—綜合實驗—創(chuàng)新項目—學(xué)生競賽—畢業(yè)設(shè)計”等逐層遞進(jìn)模式（見圖1）進(jìn)行學(xué)習(xí)，進(jìn)而實現(xiàn)學(xué)生從自主認(rèn)識再到創(chuàng)新應(yīng)用的目的。

具體層進(jìn)式實驗教學(xué)模式各個階段的內(nèi)容及其目的，表現(xiàn)在：第一，認(rèn)識階段，此階段主要教授的內(nèi)容是引領(lǐng)學(xué)生了解本專業(yè)的內(nèi)容、發(fā)展情況，并讓學(xué)生認(rèn)識各類設(shè)備、器件等，其目的在于培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣以及專業(yè)感性的認(rèn)識。第二，入門階段，此階段教學(xué)的內(nèi)容主要是一些操作規(guī)范，并進(jìn)行基礎(chǔ)性地實驗，以驗證部分理論知識，其目的在于鞏固理論知識，形成專業(yè)地基礎(chǔ)技能。第三，學(xué)習(xí)階段，學(xué)習(xí)相關(guān)仿真軟件及其應(yīng)用，并進(jìn)行仿真和實踐的對比實驗，其目的在于培養(yǎng)和提升學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動性，并過渡專業(yè)理論和實踐。第四，自主階段，此階段主要是有學(xué)生自主仿真、設(shè)計小型的實驗，并進(jìn)行實物的驗證，其目的在于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識和思維，進(jìn)而提升其核心技能水平。第五，提升階段，教學(xué)的內(nèi)容是綜合應(yīng)用專業(yè)知識和技術(shù)申報具有代表性的創(chuàng)新項目，進(jìn)而達(dá)到提升綜合技能的目的。第六，激勵階段，此階段主要是通過鼓勵學(xué)生參與到科技競賽中去，以提升自身專業(yè)素養(yǎng)、技能實訓(xùn)。第七，應(yīng)用階段，此階段是通過調(diào)研市場、企業(yè)的需求，擬定恰當(dāng)?shù)念}目、設(shè)計相關(guān)方案、開展實驗并設(shè)計來實現(xiàn)知識應(yīng)用于專業(yè)技能的最終過渡。

二、電氣工程及其自動化專業(yè)層進(jìn)式實驗教學(xué)模式

（一）從認(rèn)識遞進(jìn)到自主研發(fā)設(shè)計

認(rèn)識與自主研發(fā)設(shè)計遞進(jìn)和大學(xué)生理論學(xué)習(xí)是相輔相成的，對于剛剛步入大學(xué)一年級的電氣工程及其自動化專業(yè)學(xué)生來說，他還從未接觸過本專業(yè)的理論知識，因此，教師在進(jìn)行實驗教學(xué)前，應(yīng)用少學(xué)時進(jìn)行啟發(fā)性的實驗，讓學(xué)生能夠認(rèn)識到本專業(yè)研究的方向、內(nèi)容等。待學(xué)生進(jìn)入到一年級下學(xué)期到二年級上學(xué)期時，學(xué)生已經(jīng)對本專業(yè)的理論知識有了清晰的認(rèn)識和理解，此時可設(shè)置與之相符的基礎(chǔ)性實驗，且學(xué)時也可從10個學(xué)時增加至16～32個學(xué)時，以達(dá)到驗證與鞏固理論知識的目的。待學(xué)生進(jìn)入二年級下學(xué)期時，教師可進(jìn)行在線的虛擬實驗;而大學(xué)三年級是培養(yǎng)和鍛煉學(xué)生理論知識與應(yīng)用的關(guān)鍵階段，因此，教師可開設(shè)設(shè)計實驗，以提升學(xué)生實踐操作與理論結(jié)合的能力。

1.啟發(fā)性實驗。啟發(fā)性實驗的課程面向的是大一新生，因此，采取的是公開選修的方式;教學(xué)的形式主要是由學(xué)生自主學(xué)習(xí)，課程的內(nèi)容主要是以學(xué)習(xí)、認(rèn)識基礎(chǔ)操作為主，具體包括電工電子課件的元器件、電機(jī)類型參數(shù)和基本運(yùn)行方式、測試儀器使用和讀取的方法、電力系統(tǒng)單元設(shè)備和運(yùn)行的方式，等等。此外，教師還應(yīng)為學(xué)生設(shè)置一些基礎(chǔ)性的實驗及項目，如溫度報警儀器、電機(jī)的驅(qū)動系統(tǒng)、開關(guān)電源的Buck變換器制作和設(shè)計等，這些實驗無須學(xué)生把握過多的理論和技能即可完成，而且還能夠進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和主動性。

2.基礎(chǔ)性實驗。基礎(chǔ)性實驗和理論課程應(yīng)互相匹配，同時，對傳統(tǒng)經(jīng)典的理論進(jìn)行實驗驗證，如串聯(lián)諧振的電路、電工理論中的“基爾霍夫定律”、三相交流的電路、戴維南定理等。在開展基礎(chǔ)性實驗過程中，教師應(yīng)從旁指導(dǎo)和監(jiān)督，進(jìn)而確保實驗的安全性;特別是在進(jìn)行強(qiáng)電實驗時，教師在開始實驗前必須強(qiáng)調(diào)操作的規(guī)范，以免發(fā)生危險。

基礎(chǔ)性實驗不僅能夠進(jìn)一步加深和鞏固學(xué)生對理論知識的理解度，而且還能夠科學(xué)應(yīng)對實驗中可能出現(xiàn)的線路問題、設(shè)備儀器故障等，進(jìn)而養(yǎng)成嚴(yán)謹(jǐn)、科學(xué)的學(xué)習(xí)習(xí)慣和態(tài)度。

3.虛擬性實驗。虛擬性實驗是應(yīng)對高校資源不足的有效手段，加之，虛擬、仿真技術(shù)也是和理論知識、實驗研究等相并列的另一種研究辦法。計算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)等是虛擬實驗課程最為重要的載體，高?？稍诂F(xiàn)有資源條件下建立一個虛擬、仿真的實驗平臺，學(xué)生則通過網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程訪問平臺來進(jìn)行在線虛擬和仿真。虛擬性實驗教學(xué)不僅能夠讓學(xué)生在仿真基礎(chǔ)上自主進(jìn)行實踐和操作，而且還能夠減少實驗設(shè)備占用的時間，進(jìn)而提升學(xué)生自主思考和解決問題的能力。

4.綜合設(shè)計實驗。綜合設(shè)計實驗教學(xué)模式是在學(xué)生基本掌握了理論知識、仿真技能等的基礎(chǔ)上自主設(shè)計小型實驗，比如學(xué)生可自主設(shè)計智能的交通燈、店里系統(tǒng)的調(diào)度和運(yùn)行設(shè)計、直流電機(jī)的伺服系統(tǒng)設(shè)計等。此階段是培養(yǎng)和提升學(xué)生創(chuàng)新意識、思維和能力最為關(guān)鍵的一個階段;但在開展綜合設(shè)計實驗教學(xué)時，教師可首先要求學(xué)生自主設(shè)計一個實驗的方案、電路等，再在仿真成功以后，由教師提供學(xué)生所需器材，并給予學(xué)生輔助和指導(dǎo)，使其順利完成設(shè)計。

（二）從提升遞進(jìn)到具體應(yīng)用

1.組建創(chuàng)新和興趣協(xié)會。在經(jīng)過了“從認(rèn)識遞進(jìn)到自主研發(fā)設(shè)計”這一環(huán)節(jié)的學(xué)習(xí)，學(xué)生已具備一定實踐和操作能力，但同時也體現(xiàn)了學(xué)生之間的個體差異性;因此，為有效提高學(xué)生工程實踐的能力，教師還可根據(jù)學(xué)生實踐能力、專業(yè)特征等組建與之有關(guān)的創(chuàng)新、興趣協(xié)會，并由專業(yè)的教師構(gòu)建實驗教學(xué)的團(tuán)隊，同時，選拔部分學(xué)生參與并組建自動控制協(xié)會、電子工藝設(shè)計協(xié)會、新能源發(fā)電協(xié)會、電力系統(tǒng)自動化協(xié)會等，而學(xué)生可根據(jù)自己的興趣愛好選擇一個協(xié)會，并發(fā)揮其所長，從而提升學(xué)生綜合素質(zhì)和實踐技能，并全面提升學(xué)生團(tuán)隊協(xié)作的意識。

2.申報創(chuàng)新項目。改革人才培養(yǎng)模式的基礎(chǔ)是加大對大學(xué)生的創(chuàng)新、創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練，因此，高校應(yīng)加大對大學(xué)生創(chuàng)新項目的資助力度，并由專業(yè)的教師進(jìn)行指導(dǎo)和監(jiān)督，使其創(chuàng)新的項目具有一定市場價值和實踐意義。

3.鼓勵大學(xué)生參加競賽。電氣類大學(xué)生可積極參與到一些電子創(chuàng)新、創(chuàng)業(yè)科技競賽中去，進(jìn)而提升大學(xué)生競賽鍛煉的意識、激發(fā)學(xué)生潛力。此外，高校也應(yīng)為大學(xué)生提供更為廣闊平臺，進(jìn)而為優(yōu)秀的人才創(chuàng)造更多的條件。對于參賽的隊伍，教師可采用“以高帶低、以強(qiáng)帶弱”的原則，或以年級來構(gòu)建參賽的隊伍，進(jìn)而確保不同層次學(xué)生有其可發(fā)揮的空間。對于參賽的隊員可由帶隊的導(dǎo)師進(jìn)行擬題，讓學(xué)生自由組隊，最后以考核的方式選拔出參賽的隊員。同時，教師還可通過考核的方式讓學(xué)生找準(zhǔn)自己的定位，增強(qiáng)學(xué)生的自信心。

4.應(yīng)用型的畢業(yè)設(shè)計。畢業(yè)設(shè)計是高等院校檢驗畢業(yè)生的重要環(huán)節(jié)，同時也是最終的緩解，其目的在于檢驗學(xué)生綜合應(yīng)用在校階段學(xué)習(xí)的理論知識及其應(yīng)用到工程中的能力。當(dāng)前，大多數(shù)院校畢業(yè)設(shè)計通用的流程均是“論文選題—實驗—論文撰寫—畢業(yè)設(shè)計答辯”等，但大多數(shù)學(xué)生會將大部分的精力花費在論述的查重和排版上，而忽略了畢業(yè)設(shè)計的價值。因此，教師應(yīng)給予學(xué)生更多的指導(dǎo)，包括選題價值、實驗過程、結(jié)論等，進(jìn)而設(shè)計出符合當(dāng)前社會發(fā)展的畢業(yè)設(shè)計。具體應(yīng)用型的畢業(yè)設(shè)計流程如圖2所示。

應(yīng)用型畢業(yè)設(shè)計的模式，應(yīng)參照企業(yè)項目申報的過程，進(jìn)一步細(xì)化畢業(yè)設(shè)計的各個環(huán)節(jié)，讓畢業(yè)生有目的、有方向地完成畢業(yè)設(shè)計，并使其能夠成為大學(xué)生應(yīng)聘的敲門磚。

電氣工程及其自動化專業(yè)開展層進(jìn)式實驗教學(xué)模式，帶來的預(yù)期效益巨大，主要體現(xiàn)在：一是能夠進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生電氣工程及其自動化的創(chuàng)新思維及其實踐能力;二是能夠為高校教師提供更為優(yōu)良的實踐和科研平臺，進(jìn)而提高教師工程實踐的能力;三是能夠為國家和企業(yè)培養(yǎng)出更多優(yōu)秀的應(yīng)用型技術(shù)人才，進(jìn)而推動我國工業(yè)化的進(jìn)程，全面提升我國綜合國力。

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