秦海鴻， 黃文新， 曹志亮， 張紹杰， 劉 闖(南京航空航天大學(xué) 電氣工程與自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心， 江蘇 南京 210016)

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·名人名言·

電氣工程與自動(dòng)化實(shí)踐教學(xué)體系的優(yōu)化建設(shè)

秦海鴻， 黃文新， 曹志亮， 張紹杰， 劉 闖
(南京航空航天大學(xué) 電氣工程與自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心， 江蘇 南京 210016)

為加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)體系建設(shè)，電氣工程與自動(dòng)化國家級實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心基于理論與實(shí)踐相結(jié)合、基礎(chǔ)與應(yīng)用相結(jié)合、教學(xué)與科研相結(jié)合的“三結(jié)合”實(shí)驗(yàn)教學(xué)原則，提出“三層次、六類別”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系建設(shè)思路，并進(jìn)行了細(xì)化設(shè)計(jì)，形成實(shí)驗(yàn)中心漸進(jìn)式多層次教學(xué)體系，從而為建設(shè)一個(gè)出思想、出成果、出經(jīng)驗(yàn)、出質(zhì)量的開放式電氣工程與自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心，達(dá)到培養(yǎng)具備工程實(shí)踐和創(chuàng)新能力的21世紀(jì)創(chuàng)造性人才的目標(biāo)而奠定指引和具體方向。

實(shí)驗(yàn)教學(xué)； 實(shí)踐教學(xué)體系； 多層次； 創(chuàng)新型人才

0 引 言

加大實(shí)驗(yàn)室建設(shè)，不斷推進(jìn)實(shí)踐教學(xué)改革作為提高人才培養(yǎng)質(zhì)量的一個(gè)重要環(huán)節(jié)和抓手，是近年來高等教育界形成的共識[1-4]。本文探討了如何依托于我校的電氣工程與自動(dòng)化國家級實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心，建立漸進(jìn)式多層次實(shí)踐教學(xué)體系，建立多層次人才培養(yǎng)平臺(tái)的方法和創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)模式[4-9]，提出科研反哺教學(xué)的具體思路，從而為建設(shè)高水平實(shí)驗(yàn)示范中心奠定體系保證[10-16]，培養(yǎng)出具有良好工程實(shí)驗(yàn)和創(chuàng)新能力的多層次電氣類專業(yè)人才。

1 完善實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，建立多層次實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

為了實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?、?shí)踐能力和創(chuàng)新能力的目標(biāo)，我校電氣工程與自動(dòng)化國家級實(shí)驗(yàn)示范中心經(jīng)過多年的發(fā)展和建設(shè)，不斷積累經(jīng)驗(yàn)，提出了“三層次、六類別”實(shí)踐教學(xué)體系[1]，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力“以基本實(shí)驗(yàn)技能為基礎(chǔ)，以獨(dú)立設(shè)計(jì)能力為中心，以研究創(chuàng)新能力為目標(biāo)”。實(shí)驗(yàn)教學(xué)由基本型、提高型和研究創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)組成。第一層次為基本型實(shí)驗(yàn)，由各課程的實(shí)驗(yàn)課或單獨(dú)設(shè)立的實(shí)驗(yàn)課組成，每門實(shí)驗(yàn)課包含若干基本和選做實(shí)驗(yàn)。第二層次為提高型實(shí)驗(yàn)，包含課程設(shè)計(jì)、實(shí)習(xí)及綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。第三層次為研究創(chuàng)新型，學(xué)生根據(jù)自己的愛好進(jìn)入實(shí)驗(yàn)中心的各開放實(shí)驗(yàn)室、創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室、學(xué)生科研實(shí)踐基地，研究自己擬定的課題和學(xué)生創(chuàng)新基金項(xiàng)目，或參加教師的科研項(xiàng)目。在三個(gè)層次中，基本型教學(xué)實(shí)驗(yàn)約占55%，提高型實(shí)驗(yàn)占35%，研究創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)占10%。

根據(jù)“三層次、六類別”實(shí)踐教學(xué)總體建設(shè)思路，電氣工程與自動(dòng)化中心建立并完善了如圖1所示的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系。

圖1 實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系

1.1 基本型實(shí)驗(yàn)

基本型實(shí)驗(yàn)與課堂理論教學(xué)同步進(jìn)行，基本型實(shí)驗(yàn)教學(xué)注重實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)技能培養(yǎng)，主要包括基礎(chǔ)性原理知識與驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)。

以“電力電子技術(shù)”基本型實(shí)驗(yàn)為例，堅(jiān)持外購與自制相結(jié)合，自主研制并生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)設(shè)備，改善實(shí)驗(yàn)條件，充分體現(xiàn)我校電力電子技術(shù)專業(yè)教學(xué)特色和先進(jìn)性。實(shí)驗(yàn)設(shè)備的基礎(chǔ)平臺(tái)選用方圓公司的通用平臺(tái)，實(shí)驗(yàn)掛箱為我校自主開發(fā)，這些掛箱觀測點(diǎn)多、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容豐富，既可以進(jìn)行器件實(shí)驗(yàn)、又可以進(jìn)行電路實(shí)驗(yàn)；既可以進(jìn)行電路開環(huán)實(shí)驗(yàn)、也可以進(jìn)行電路閉環(huán)工作特性的測試。通過自行研制、開發(fā)、生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)儀器，一方面可滿足實(shí)驗(yàn)教學(xué)的需要，及時(shí)更新實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，同時(shí)也為學(xué)生的第二課堂提供了豐富的課題。在自制儀器的研制過程中，我們積極吸收優(yōu)秀本科生參加，讓他們在教師指導(dǎo)下直接參與收集資料、方案論證、電路設(shè)計(jì)及制作調(diào)試的全過程，實(shí)驗(yàn)教學(xué)成效反饋?zhàn)C明了這種方式非常有利于鍛煉和培養(yǎng)學(xué)生的科研能力和協(xié)作精神。

1.2 提高型實(shí)驗(yàn)

在基本型實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，給學(xué)生提供了更高層次的綜合性、開放性實(shí)驗(yàn)。提高型實(shí)驗(yàn)教學(xué)注重獨(dú)立設(shè)計(jì)能力的培養(yǎng)，打破了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)思維方式，按照課程群的類別設(shè)置綜合設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)。包括電力電子與電力傳動(dòng)開放性實(shí)驗(yàn)、電機(jī)開放性實(shí)驗(yàn)、飛行控制實(shí)驗(yàn)、過程控制實(shí)驗(yàn)等。提高型實(shí)驗(yàn)注重學(xué)生的研究創(chuàng)新能力培養(yǎng)。實(shí)驗(yàn)室實(shí)行開放式教學(xué)，學(xué)生可以申請實(shí)驗(yàn)器材，自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行研究型實(shí)驗(yàn)。

以電力電子與電力傳動(dòng)開放實(shí)驗(yàn)室為例，采用積木式結(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，可以開放至底層元件級別，靈活性好，可擴(kuò)展能力強(qiáng)。學(xué)生既可以選用基本模塊單元完成一些基本型實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，也可以自行設(shè)計(jì)電路。本實(shí)驗(yàn)可以不針對具體課程，綜合應(yīng)用“電力電子技術(shù)”、“電機(jī)學(xué)”、“自動(dòng)控制原理”、“現(xiàn)代調(diào)速技術(shù)”、“開關(guān)電源技術(shù)”等課程的知識。結(jié)合教師科研課題和學(xué)科發(fā)展前沿，“二次開發(fā)”部分核心部件，可將最新的科研成果及時(shí)轉(zhuǎn)化為教學(xué)實(shí)驗(yàn)。從而增加了學(xué)生自己動(dòng)手的機(jī)會(huì)，培養(yǎng)他們獨(dú)立分析思考問題的能力。電機(jī)學(xué)課程設(shè)計(jì)是學(xué)生在完成電機(jī)學(xué)課程和課程實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上開展的綜合設(shè)計(jì)工作，學(xué)生完成電機(jī)參數(shù)計(jì)算、繞組設(shè)計(jì)分析、定子、轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)分析等工作，主要培養(yǎng)學(xué)生的設(shè)計(jì)和分析能力。電機(jī)學(xué)實(shí)習(xí)是緊跟在電機(jī)學(xué)課程設(shè)計(jì)之后，學(xué)生設(shè)計(jì)好電機(jī)后，動(dòng)手進(jìn)行電機(jī)的加工和裝配、測試工作。主要內(nèi)容有拆解電機(jī)、拆解繞組、清理電機(jī)、繞制線圈、嵌裝繞組、端部整形及綁扎、繞組絕緣強(qiáng)度測試、電機(jī)裝配、電機(jī)運(yùn)行、電機(jī)參數(shù)測試、合格電機(jī)驗(yàn)收，以及到企業(yè)參觀。該課程設(shè)計(jì)可以有效促進(jìn)教學(xué)與生產(chǎn)相結(jié)合，加強(qiáng)學(xué)生工程技術(shù)能力的訓(xùn)練和培養(yǎng)。

1.3 研究創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)

以航空航天應(yīng)用、新能源發(fā)電等為核心，建立創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)研究平臺(tái)，提供學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐的環(huán)境。利用創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室的條件，開展多種形式的科技創(chuàng)新制作活動(dòng)，包括：創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室的開放項(xiàng)目；學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中自己提出的創(chuàng)新項(xiàng)目；從教師的科研課題中分解出來的小課題；校大學(xué)生科技創(chuàng)新基金等。

航空航天應(yīng)用是我校電氣類學(xué)科研究的重要應(yīng)用，為了讓學(xué)生了解先進(jìn)航空電氣技術(shù)、提高實(shí)踐創(chuàng)新能力，學(xué)校建有航空電源航空科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和航空航天電源工程中心。該實(shí)驗(yàn)室由航空主電源發(fā)電系統(tǒng)、二次電能變換裝置、配電系統(tǒng)及負(fù)載管理系統(tǒng)等實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新平臺(tái)構(gòu)成。新能源發(fā)電技術(shù)是目前電力電子技術(shù)發(fā)展和研究熱點(diǎn)之一，為了讓學(xué)生了解學(xué)科前沿技術(shù)、提高學(xué)生的創(chuàng)新能力，學(xué)校投入大量資金建設(shè)了新能源發(fā)電技術(shù)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室。該實(shí)驗(yàn)室由小型風(fēng)力發(fā)電實(shí)驗(yàn)平臺(tái)、太陽能發(fā)電實(shí)驗(yàn)平臺(tái)和燃料電池發(fā)電實(shí)驗(yàn)平臺(tái)構(gòu)成?；谏鲜銎脚_(tái)，學(xué)生可以進(jìn)行創(chuàng)新性的發(fā)電機(jī)、電力電子功率變換等研究。

部分優(yōu)秀學(xué)生通過參與老師的科研工作，通過對一個(gè)項(xiàng)目的“設(shè)計(jì)、加工、實(shí)驗(yàn)、分析”的全過程實(shí)踐，可以系統(tǒng)學(xué)到專業(yè)知識和科研方法，提高科研工作能力、培養(yǎng)創(chuàng)新精神、積累創(chuàng)新方法。

通過“三層次、六類別”實(shí)踐教學(xué)體系的細(xì)化，形成了電機(jī)、電力電子、自動(dòng)控制3個(gè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程群，共103個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。包括：電機(jī)學(xué)(23個(gè))、特種電機(jī)(4個(gè))、電機(jī)與控制元件(18個(gè))、電器原理及應(yīng)用(4個(gè))、電氣測試技術(shù)(8個(gè))、現(xiàn)代調(diào)速技術(shù)(8個(gè))、電工學(xué)(2個(gè))、電力電子技術(shù)(7個(gè))、航空航天供電系統(tǒng)(4個(gè))、自動(dòng)控制原理(6個(gè))、現(xiàn)代控制理論(7個(gè))、控制系統(tǒng)工程(8個(gè))、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)和實(shí)踐(4個(gè))。因篇幅限制，文中未列出實(shí)驗(yàn)中心詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)條目。

2 建立多層次實(shí)驗(yàn)教學(xué)隊(duì)伍

針對示范中心多層次實(shí)踐教學(xué)的需要，實(shí)驗(yàn)中心進(jìn)一步加強(qiáng)了實(shí)踐教學(xué)隊(duì)伍建設(shè)。

基本型實(shí)驗(yàn)主要由年青教師和專職實(shí)驗(yàn)員聯(lián)合授課，實(shí)驗(yàn)員側(cè)重于具體操作的演示和講解，年青老師側(cè)重于實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析和引申討論，從而彌補(bǔ)了實(shí)驗(yàn)員單獨(dú)指導(dǎo)的不足。

提高型實(shí)驗(yàn)由相關(guān)課程的資深教師負(fù)責(zé)，由實(shí)驗(yàn)老師配合，加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)過程中的指導(dǎo)，通過手把手教學(xué)生，給予必要的過程輔導(dǎo)，解答學(xué)生疑惑以及對實(shí)驗(yàn)過程中出現(xiàn)的現(xiàn)象進(jìn)行深入討論，啟發(fā)學(xué)生進(jìn)行探究性實(shí)驗(yàn)，并掌握從現(xiàn)象中進(jìn)一步挖掘更深層次的研究性問題的方法。

創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)主要由教授和部分副教授指導(dǎo)，通過創(chuàng)新論壇、創(chuàng)新示范區(qū)，以及每周創(chuàng)新研討例會(huì)等形式加強(qiáng)對學(xué)生的指導(dǎo)，啟發(fā)學(xué)生創(chuàng)新思維。

通過多層次實(shí)踐教學(xué)師資隊(duì)伍的建設(shè)，避免了過去的實(shí)驗(yàn)員單一帶學(xué)生做實(shí)驗(yàn)的弊端，極大的提高了實(shí)踐教學(xué)效果，培養(yǎng)了大量富有創(chuàng)新精神的高質(zhì)量人才，在全國電子競賽、數(shù)模競賽、挑戰(zhàn)杯、以及全球IEEE未來能源競賽中多次獲獎(jiǎng)。

3 結(jié) 語

我校電氣工程與自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心樹立以學(xué)生為中心，知識、能力和素質(zhì)全面發(fā)展的教育理念[11-13]，以電氣與自動(dòng)化相結(jié)合的大電氣類專業(yè)基礎(chǔ)的思想把創(chuàng)新能力培養(yǎng)作為實(shí)踐教學(xué)體系和內(nèi)涵改革的核心[14-16]，建立了“三層次、六類別”的實(shí)踐教學(xué)體系，并建立了多層次實(shí)踐教學(xué)隊(duì)伍管理機(jī)制，為進(jìn)一步提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)水平，提高學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新能力起了重要的指引作用，從而為建立一個(gè)出思想、出成果、出經(jīng)驗(yàn)、出質(zhì)量的國家級電氣工程與自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心奠定了體系和師資保證，確保實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)具備強(qiáng)的工程實(shí)踐和創(chuàng)新能力的21世紀(jì)創(chuàng)造性電氣類人才的目標(biāo)。

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Optimized Construction of Experimental Teaching System in Experimental and Teaching Demonstration Center of Electrical Engineering and Automation

QINHai-hong,HUANGWen-xin,CAOZhi-liang,ZHANGShao-jie,LIUChuang
(College of Automation Engineering，Nanjing University of Aeronautics and Astronautics， Nanjing 210016，China)

The principle for experimental teaching should be to combine the theory with practice, foundation with application, teaching with scientific research. This principle of "three combinations" is applied to the construction of National Experimental and Teaching Demonstration Center of Electrical Engineering and Automation in Nanjing University of Aeronautics and Astronautics. This paper proposes a consideration of "three levels and six categories" in the construction of experiment and teaching system. A progressive and multilevel teaching system of experimental center can be built with detailed design. This provides guidance for building an open electrical engineering and automation experiment teaching center, and gets much achievement in thought, result and quality. This consideration points out specified directions towards the target of developing creative talents equipped with engineering practice and innovation in the 21st century.

experimental teaching； experiment and teaching system； multilevel； creative talents

2014-05-10

南京航空航天大學(xué)2012年本科教學(xué)建設(shè)項(xiàng)目；2013年教育教學(xué)改革項(xiàng)目(1301JG0305K)

秦海鴻(1977-)，男，江蘇姜堰人，博士，副教授，副主任，主要從事電機(jī)與電器方面的教學(xué)科研工作。

Tel.:13951772239; E-mail : qinhaihong@nuaa.edu.cn

TM 461

A

1006-7167(2015)02-0148-03