徐 航, 黃仲平, 沈 燁

(四川大學(xué) 電氣信息學(xué)院, 四川 成都 610065)

將電路電工實驗室建設(shè)成開放創(chuàng)新型實驗基地的探索

徐 航, 黃仲平, 沈 燁

(四川大學(xué) 電氣信息學(xué)院, 四川 成都 610065)

開放創(chuàng)新型實驗室的建設(shè)是高校教學(xué)改革的主要內(nèi)容,對培養(yǎng)學(xué)生動手能力、強化基本技能、提高解決實際問題、激發(fā)探索精神都有十分重要的意義。該文主要從四川大學(xué)電路電工實驗室現(xiàn)狀著手、對存在的問題和不足進(jìn)行分析,在此基礎(chǔ)上從基礎(chǔ)培訓(xùn)、創(chuàng)新大賽、實驗改革以及管理模式4個方面探索建設(shè)開放創(chuàng)新型實驗基地,充分發(fā)揮高校實驗室在創(chuàng)新型人才培養(yǎng)中的作用。

技術(shù)領(lǐng)域； 創(chuàng)新大賽； 探索精神； 實驗基地

西方發(fā)達(dá)國家對創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的成功經(jīng)驗表明:把實驗教學(xué)和科技創(chuàng)新實踐相結(jié)合建設(shè)開放創(chuàng)新型實驗基地,是培養(yǎng)學(xué)生動手能力、提高學(xué)生解決問題的能力，以及探索精神的有效途徑[1-2]。西方發(fā)達(dá)國家的高等學(xué)府，始終將培養(yǎng)創(chuàng)新能力和綜合素質(zhì)作為大學(xué)生教育的目的,將理論教學(xué)與創(chuàng)新實踐有效地結(jié)合起來。

哈佛大學(xué)、麻省理工學(xué)院、加利福尼亞大學(xué)等著名大學(xué)利用產(chǎn)學(xué)研相結(jié)合進(jìn)行創(chuàng)新型人才的培養(yǎng),為美國經(jīng)濟騰飛做出了巨大貢獻(xiàn)。他們在實驗教學(xué)上也非常注重學(xué)生的課外科技創(chuàng)新實踐,如哈佛的“Homelab”實驗基地、哥倫比亞大學(xué)和麻省理工學(xué)院的“Upper division”實驗基地,斯坦福大學(xué)的“Project”實驗基地的科技創(chuàng)新實踐項目，就類似于我國的大學(xué)生創(chuàng)新性實驗計劃項目[3-5]。國內(nèi)高等學(xué)校也開始重視創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)，教育部相繼實施“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”和“大學(xué)生創(chuàng)新性實驗計劃”,連續(xù)舉辦“挑戰(zhàn)杯”全國大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽[6-8]。學(xué)校管理者也制定出一系列的改革措施和獎勵政策,并投入經(jīng)費來推進(jìn)創(chuàng)新型人才和卓越工程師的教育培養(yǎng)。在做好實驗教學(xué)工作的同時,必須加強開放創(chuàng)新型實驗基地的建設(shè)。

在國內(nèi)外大力建設(shè)實踐環(huán)境的形勢下,將電路電工實驗室與大學(xué)生創(chuàng)新實踐相結(jié)合,把電路電工實驗室建設(shè)成工科學(xué)生培養(yǎng)動手能力、提高解決問題能力、進(jìn)行創(chuàng)新實踐的實驗基地是有重要工程意義的[9-10]。電路電工實驗室不應(yīng)局限在基礎(chǔ)實驗教學(xué),還應(yīng)為學(xué)生創(chuàng)新設(shè)計、電子設(shè)計大賽以及畢業(yè)設(shè)計提供一個平臺,方便學(xué)生之間、學(xué)生與教師以及教師與教師之間的交流,更好地培養(yǎng)學(xué)生的實踐創(chuàng)新能力。

1 電路電工實驗室建設(shè)思路

電路電工實驗室是培養(yǎng)工科學(xué)生,尤其是電類專業(yè)的學(xué)生提高動手能力、發(fā)現(xiàn)問題、解決問題、團(tuán)隊協(xié)作能力的基地,如何更好地發(fā)揮實驗室的作用,最大限度提高大學(xué)生的綜合素質(zhì)是一個很重要的問題?，F(xiàn)在電路電工實驗室存在以下2個方面的問題:

(1) 實驗室利用率不高,功能單一。電路電工實驗室只是完成電路理論、電工測量以及電工電子技術(shù)基礎(chǔ)實驗的教學(xué)。模式固定、實驗單一,很多學(xué)生在實驗中就會失去參與實驗、科研的熱情。

(2) 管理模式單一?，F(xiàn)在雖然也分學(xué)校和學(xué)院兩級管理模式,但并沒有形成一種對內(nèi)承擔(dān)科研、制定實驗室長期規(guī)劃、積極為學(xué)生開展創(chuàng)新活動服務(wù)、對外進(jìn)行合作交流的運行模式?，F(xiàn)階段主要任務(wù)還是學(xué)院日常教學(xué)、設(shè)備維護(hù)等實驗教學(xué)活動的管理，實驗室管理模式單一。

1.1 加強實驗室條件建設(shè)，培養(yǎng)學(xué)生實踐創(chuàng)新能力

四川大學(xué)電工電子教學(xué)實驗中心電路電工實驗室近幾年來不斷加強實驗室條件建設(shè),注重加強學(xué)生創(chuàng)新實踐能力的培養(yǎng)。先后開發(fā)了運料小車、交直流電路故障查找、設(shè)計多量程的電表以及綜合電機實驗等實驗平臺,在學(xué)生創(chuàng)新精神的培養(yǎng)和綜合工程素質(zhì)的提高方面發(fā)揮了一定的作用,并且在管理模式上也進(jìn)行了很大的改進(jìn),以教師為主的管理模式慢慢向教師學(xué)生共同管理的模式發(fā)展。主要的實驗平臺如表1所示。

表1 電路電工實驗平臺

現(xiàn)階段電路電工實驗室建設(shè)最主要目標(biāo)有2個方面:

(1) 提高學(xué)生參與實驗的積極性。電路電工實驗多以基礎(chǔ)性、驗證性實驗為主,并且模塊化設(shè)計并不能讓學(xué)生真正理解模塊內(nèi)部電路,整個實驗均處于被動的、固定的實驗?zāi)Ｊ健Ｈ鄙偎伎?大多數(shù)學(xué)生只注重結(jié)果。長此以往,學(xué)生逐漸失去參與實驗、科研與探索新實驗、新現(xiàn)象的興趣,甚至認(rèn)為電路電工實驗僅是依據(jù)電路圖接線,然后測量相應(yīng)數(shù)據(jù)而已。

(2) 在培養(yǎng)學(xué)生動手能力的同時滿足不斷日益增加的科研需要。不但要培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、解決問題、團(tuán)隊協(xié)作能力,而且要設(shè)計一些與現(xiàn)階段工業(yè)生產(chǎn)緊密相關(guān)的實驗或者實踐環(huán)節(jié)，創(chuàng)新實驗平臺如圖1所示。如何更好地提高學(xué)生的積極性和應(yīng)用現(xiàn)有設(shè)備實現(xiàn)最大的科研價值，是建設(shè)電路電工實驗基地時值得深入思考的問題。

圖1 電磁場和電工綜合實驗平臺

結(jié)合我校電路電工實驗室具體情況,教學(xué)改革應(yīng)以學(xué)生發(fā)展為指導(dǎo),通過持續(xù)不斷的努力,最終建成注重實踐和創(chuàng)新的特色實驗基地。有利于提高學(xué)生動手和創(chuàng)新能力,同時可以有效地將實驗研究轉(zhuǎn)化為科研成果,培養(yǎng)出社會需要的有探索精神的新型人才。

為此,首先對實驗結(jié)構(gòu)進(jìn)行改變,應(yīng)以驗證性實驗為輔,綜合實驗為主的模式,通過大量的綜合實驗培養(yǎng)學(xué)生的動手能力。其次軟硬結(jié)合,學(xué)生在搭建硬件電路并測試出結(jié)果后,鼓勵學(xué)生使用相應(yīng)的仿真軟件進(jìn)行再次分析,在更好地理解實驗的同時掌握相應(yīng)軟件的使用。最后創(chuàng)新實驗項目與實驗室建設(shè)相結(jié)合。挑選設(shè)計一些可以通過實驗室現(xiàn)有資源或者簡單改造可以完成的，與生活、生產(chǎn)相關(guān)的創(chuàng)新項目,鼓勵學(xué)生積極參與進(jìn)來。在這個過程中不但提高了學(xué)生的科研能力,也逐步完善了電路電工實驗室的建設(shè)。培養(yǎng)體系流程如圖2所示。

圖2 理論-實踐培養(yǎng)體系

1.2 改革實驗室管理模式

管理模式是提高實驗室教學(xué)效率和質(zhì)量的保證[11]。創(chuàng)新實驗基地建設(shè)適應(yīng)卓越工程師的培養(yǎng),必須形成一個有利于學(xué)生工程素質(zhì)提高、各項工作內(nèi)容良性互動,且可以最大限度利用現(xiàn)有資源為學(xué)生服務(wù)的管理模式。

實驗教學(xué)不應(yīng)局限于基礎(chǔ)實驗的講解,更應(yīng)成為提高學(xué)生動手能力、創(chuàng)新思維、與實踐接軌的第一課堂。在實踐教學(xué)結(jié)束后,應(yīng)將實驗室向做創(chuàng)新設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計或者對實驗有濃厚興趣的學(xué)生開放,而不是關(guān)閉實驗室。

借鑒國內(nèi)外許多知名高校在實驗室創(chuàng)新管理上的成功經(jīng)驗[12],我們探索改革電工電路實驗室進(jìn)行開放式管理模式。主要從4個方面進(jìn)行探索:

(1) 對建設(shè)開放創(chuàng)新型實驗室進(jìn)行整體規(guī)劃。首先完善實驗室的各項管理制度，其次加強實驗內(nèi)容改革,從驗證性為主的教學(xué)模式向創(chuàng)新型漸進(jìn)。

(2) 師資隊伍采用專職和兼職共同管理模式。一方面對專職教師技能進(jìn)行培訓(xùn),爭取每人都有自己擅長的方面；另一方面引進(jìn)兼職專業(yè)課教師。分別從實踐和理論對學(xué)生進(jìn)行指導(dǎo)，這也是學(xué)校近年一直探索的模式。

(3) 充分發(fā)揮實驗室的資源優(yōu)勢。給做畢業(yè)設(shè)計、創(chuàng)新大賽以及對實踐有濃厚興趣的學(xué)生，提供場所及必要的實踐技能指導(dǎo),充分發(fā)揮實驗室的作用,對資源最大限度地利用。

(4) 加強實驗室日常管理。從以教師主管的理念轉(zhuǎn)變?yōu)榻處煂W(xué)生共同管理,讓學(xué)生真正融入到實驗室中。

2 加強開放創(chuàng)新實驗基地建設(shè)

開放創(chuàng)新實驗基地建設(shè)以培養(yǎng)卓越工程師為目標(biāo),應(yīng)從功能及內(nèi)容、教學(xué)體系、運行模式等方面深入思考，加強創(chuàng)新實驗基地的建設(shè),科學(xué)地統(tǒng)籌基礎(chǔ)實驗、綜合設(shè)計實驗與探索研究實驗的關(guān)系,如圖3所示。

圖3 創(chuàng)新實驗基地實驗教學(xué)建設(shè)框圖

2.1 在基礎(chǔ)實驗教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生動手能力

傳統(tǒng)的電路電工實驗室是以基礎(chǔ)實驗為主[13]，主要目的是加深學(xué)生對理論學(xué)習(xí)的理解、熟練使用常用儀器儀表,掌握基本實驗技能,為以后綜合、創(chuàng)新型設(shè)計打好基礎(chǔ)。

基礎(chǔ)實驗中應(yīng)盡量發(fā)揮分立元件的優(yōu)勢,將傳統(tǒng)的模塊化改變?yōu)榉至⒃?讓學(xué)生自己搭建電路,進(jìn)而培養(yǎng)發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力。同時將基礎(chǔ)實驗進(jìn)行整合,比如電源特性測量、負(fù)載伏安特性測量和戴維寧定理的驗證3個實驗就可以整合為一個,既節(jié)省時間還有利于學(xué)生對概念理解的加深,進(jìn)而為綜合型和研究型實驗做準(zhǔn)備。

2.2 申請大學(xué)生創(chuàng)新項目

綜合型設(shè)計實驗以大學(xué)生創(chuàng)新設(shè)計大賽為依托,設(shè)計軟硬件結(jié)合,且結(jié)合社會發(fā)展需要相關(guān)的題目,鼓勵學(xué)生積極參與。在完成比賽的同時,自身能力也得到了極大的提升。此前實驗室從教學(xué)和科研探索出發(fā),設(shè)計了大量新型實驗和創(chuàng)新綜合設(shè)計項目,但其選做率一直較低,為解決這個問題，我們采取申請大學(xué)生創(chuàng)新項目的措施。

(1) 現(xiàn)在國家大力推行大學(xué)生創(chuàng)新計劃,可以有效地吸引大學(xué)生參加。一方面大學(xué)生創(chuàng)新計劃有國家的大力支持,資金上不成問題,實驗室可以給予技術(shù)指導(dǎo),相互配合。另一方面大學(xué)生完成創(chuàng)新計劃可獲得選修專業(yè)課的一定學(xué)分,這對大學(xué)生具有較高的吸引力。

(2) 根據(jù)社會生產(chǎn)熱點和學(xué)生興趣愛好申請大學(xué)生創(chuàng)新項目。比如今年申請的四旋翼飛行器的設(shè)計,就得到了學(xué)生的積極響應(yīng)。

現(xiàn)階段實驗室的建設(shè)最主要的目標(biāo)是不斷滿足日益增加的科研需要,在經(jīng)費難以增加的情況下,如何更好地應(yīng)用現(xiàn)有設(shè)備實現(xiàn)最大的科研價值、提高學(xué)生的創(chuàng)新能力是值得深入思考的問題。大學(xué)生創(chuàng)新實驗項目為這一規(guī)劃目標(biāo)的實現(xiàn)提供了一個良好的機遇。

2.3 將基礎(chǔ)實驗和創(chuàng)新實驗相結(jié)合

將傳統(tǒng)的基礎(chǔ)實驗與現(xiàn)代控制理論相結(jié)合,開發(fā)研究型實驗題目。比如將傳統(tǒng)的繼電器實驗進(jìn)行改造,改造流程如圖4所示。

圖4 控制實驗改進(jìn)方案

將基礎(chǔ)實驗與創(chuàng)新實驗相結(jié)合,在提高動手能力的同時,盡量設(shè)計一些與工業(yè)控制、電路設(shè)計、行業(yè)發(fā)展相關(guān)的實驗,提高實踐創(chuàng)新能力。圖5是自行研制的電機控制縮比運料小車實物圖，取得了很好的效果。

(1) 使學(xué)生直觀看到電路電工實驗與技能的價值,是與工程實踐緊密相連的,從而提高了學(xué)生對電路電工實驗的積極性。

(2) 通過實驗改造,學(xué)生動手能力得到培養(yǎng)的同時，對工程實踐有了一定的認(rèn)識,為培養(yǎng)學(xué)生的工程素質(zhì)奠定了基礎(chǔ)。

(3) 通過組織學(xué)生開展產(chǎn)學(xué)研活動,教師和實驗人員的科研能力也得到了有效提高,同時為實驗室的建設(shè)與發(fā)展贏得經(jīng)費創(chuàng)造了條件。

圖5 縮比運料小車實物電路圖

3 聯(lián)合建設(shè)特色鮮明的實驗教學(xué)基地

聯(lián)合電路實驗室、電工實驗室以及新建的電磁場實驗室,加上開放式的管理模式,形成了實驗課程為輔、學(xué)生自己動手主動學(xué)習(xí)為主的教學(xué)特色,形成開放創(chuàng)新型的教學(xué)基地。

開放創(chuàng)新型意味著學(xué)生可以根據(jù)自身的興趣和特點選擇學(xué)習(xí)內(nèi)容,將學(xué)習(xí)的主動權(quán)交給學(xué)生,這一點對培養(yǎng)學(xué)生探索精神極為重要。產(chǎn)學(xué)研配合的教學(xué)方式僅在一個實驗室中是難以完成的,必須聯(lián)合其他實驗室，構(gòu)建電路實驗室、電工實驗室以及電磁場實驗室協(xié)同配合的運行模式。電工電子實驗室可以起到一個橋梁的作用,與其他實驗室密切配合,在培養(yǎng)學(xué)生動手能力的同時,著重鍛煉學(xué)生的創(chuàng)新思維和探索能力,以電子設(shè)計大賽、大學(xué)生創(chuàng)新大賽及各類學(xué)生科技競賽活動等為紐帶，組織好教學(xué)內(nèi)容，共建特色鮮明的實驗教學(xué)基地。

4 結(jié)束語

通過建設(shè)開放創(chuàng)新型實驗基地,不僅可以為學(xué)生創(chuàng)造更多的學(xué)習(xí)機會,提升自己的科研能力。而且還可以提高實驗室資源利用率,充分利用各種儀器設(shè)備產(chǎn)生更大的科研價值。同時可以對實驗室軟硬件、教學(xué)模式以及管理模式形成持續(xù)不斷的發(fā)展,使實驗室環(huán)境更有利于學(xué)生的成長。

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Exploration on construction of electrical engineering laboratory into open innovative experimental base

Xu Hang, Huang Zhongping, Shen Ye

(School of Electrical and Information Engineering, Sichuan University, Chengdu 610065, China)

The construction of open innovative laboratory is the main content of teaching reform in colleges and universities, which has great significance for cultivating students’ ability and stimulating thir spirit of exploration starting from the Sichuan University Circuit Electrical Laboratory status quo, this paper analyzes the problems of the open innovative experimental base from basic training and the construction of the experimental reform.

technical field; innovation contest; spirit of exploration; experimental base

2015- 07- 02

四川大學(xué)2015年實驗室教學(xué)改造項目(87)

徐航(1987—)，男，陜西咸陽，碩士，助理實驗師，研究方向為電子技術(shù)應(yīng)用與高電壓技術(shù).

E-mail：2601024236@qq.com

G482

B

1002-4956(2015)12- 0253- 04