黃靖濤

（西北民族大學電氣工程學院 甘肅蘭州 730030）

隨著高等教育改革和工程教育的深入，重理論、輕實驗的舊觀念發(fā)生了變化。實驗時間少，實驗實施效果差，如何在有限的時間內進行有效的教學已成為深化實驗教學改革的關鍵問題。本文針對電氣工程實驗教學中存在的問題及其自動化專業(yè)。在把握工程專業(yè)認證核心概念、以工程專業(yè)認證標準為指導的基礎上，構建了實驗課程內容體系，設計了教學方法研究，結合實踐不斷完善[1-4]

一、電氣專業(yè)實驗教學現(xiàn)狀

我校自成立電氣工程及其自動化專業(yè)以來，已經(jīng)建立了多個電類本科的實驗室。但是縱觀所有實驗室，不論是基礎實驗還是專業(yè)實驗，所有的實驗教學環(huán)節(jié)都是基于硬件裝置。雖然這些基礎實驗設施能夠滿足基本的本科教育，加強學生的動手能力，但是依然存在著以下多方面的問題：

1.硬件實驗教學設備更新維護難

目前我院的實驗設備多為基礎性硬件實驗設備，建設費用成本高，且電子元器件具有有限的使用壽命，更新?lián)Q代較難，后期的維護費用較高。

2.教學內容傳統(tǒng)單調，教學目標難以實現(xiàn)

由于我院的電氣工程及其自動化專業(yè)的實驗設備還是實驗箱，因此，它的教學內容就是實驗箱上的模塊內容。實驗箱上的模塊一般都是驗證內容，綜合創(chuàng)新內容很少，上學時間有限。因此，各專業(yè)課程的實驗內容主要是可驗證性。由于實驗是按照實驗室的模塊進行的，老師講解演示，學生被動的跟著操作，課堂上缺乏主動性和創(chuàng)造性，學生的思維創(chuàng)新能力得不到提高，教學目標難以實現(xiàn)。

3.教學形式單一

目前，我院實驗教學模式仍采用傳統(tǒng)的注射教學模式，老師通常先介紹實驗原理。學生在老師的指導下，根據(jù)教材的內容完成實驗。所以即使每次學生都完成了實驗內容，對實驗原理不知其所以然，缺乏了對相關理論知識的理解和實際項目的了解，學生分析問題的能力得不到提高。

4.實驗教學和管理工作量大

教師實驗教學和管理工作量很大，因為許多實踐基地需要日常維護，所以實驗教學受到教師的限制。

二、構建完善的實驗教學體系

根據(jù)中國工程教育專業(yè)認證協(xié)會 2017年3月修訂的《工程教育認證標準》，以培養(yǎng)為目的，以畢業(yè)要求為指導，充分利用現(xiàn)有資源，建立系統(tǒng)、可操作的實驗教學體系。

1.實驗教學大綱的修訂

實驗教學大綱是是實驗教學工作的重要依據(jù)，應當體現(xiàn)實驗的教學目的和基本要求[5-6].通過專業(yè)課程的開設學期、學時安排、操作方式、考核方式等具體內容的實施不斷發(fā)現(xiàn)問題，梳理思路，總結經(jīng)驗，優(yōu)化改革，每 3～5年隨著專業(yè)課程大綱的修訂對實驗教學大綱進行修訂與調整.

針對電氣專業(yè)的實驗教學，首先進行綜合分類，有硬件實物的電路連接測試與驗證、有軟件電路的模擬仿真設計實驗、也有軟硬件的結合綜合實驗，因此在修訂教學大綱時充分考慮到實驗的性質，以及前導課程與后續(xù)課程的銜接，開設相應的基礎課程。實驗課程作為理論與實踐環(huán)節(jié)相聯(lián)系的橋梁，根據(jù)專業(yè)課程的性質與特點，實驗課時的安排要能涵蓋體現(xiàn)本課程基礎的理論知識以及多個知識點的運用。隨著科學技術的發(fā)展和產(chǎn)業(yè)知識的更新，一些現(xiàn)有的實驗指導書已經(jīng)不能適應當前的教學要求，需要結合行業(yè)的實際情況，包括實驗設備、實驗內容的難易程度等編寫實驗講義.

2.實驗項目內容的優(yōu)化

實驗項目內容的設置應該能夠體現(xiàn)專業(yè)課程核心知識點并對教學目標、畢業(yè)要求的達成度形成支撐作用.學?，F(xiàn)在開設的實驗內容。為實現(xiàn)理論與實踐相結合，實驗內容應根據(jù)當前工業(yè)生產(chǎn)專業(yè)課程的實際應用情況和在校學生的特點進行調整。電氣工程的核心課程有其自身的特點，也有知識的連貫性和系統(tǒng)化。在傳統(tǒng)的教學方法下，實驗課和理論課是獨立進行的。實驗項目的設置基本上是基于實驗盒上的模塊。模塊化實驗主要是驗證實驗，很少有綜合設計。所以學生在實驗過程中單一運用一門課程的理論知識，連貫性和系統(tǒng)性較差。目前，我國電力行業(yè)已全面進入微機、網(wǎng)絡、智能時代，以適應電機工程專業(yè)的發(fā)展趨勢，實驗項目的設計應軟硬件結合，反映專業(yè)與學科特色；同時能夠體現(xiàn)系統(tǒng)化、層次化。因此，根據(jù)專業(yè)課程的知識點將實驗項目分為演示驗證性試驗、綜合設計性試驗、開放創(chuàng)新性試驗，根據(jù)實驗目的的不同，在掌握學生基本知識的基礎上，發(fā)展學生綜合應用基本知識，提高分析問題和解決問題的工程素養(yǎng)。

（1）演示驗證性實驗需要體現(xiàn)基礎知識點，主要對基本原理進行驗證的同時，通過此類實驗項目在理解原理的基礎上熟悉實驗的硬件設備和軟件環(huán)境。例如電力電子技術中的交流調壓和交流調功的實驗，通過負載燈泡閃爍的不同現(xiàn)象理解交流調壓和交流調功的本質區(qū)別；電氣控制實驗中三相鼠籠式異步電動機的點動和自鎖控制線路，通過對一臺電機的控制，演示驗證點動和自鎖控制的功能所在；運動控制系統(tǒng)中以MATLAB軟件為平臺搭建坐標轉換模型等。

（2）綜合設計實驗體現(xiàn)了這一專業(yè)知識點的銜接和綜合性，并考慮了實驗內容與簡單工程問題之間的密切聯(lián)系。例如：直流調速系統(tǒng)中應用對自動控制原理中系統(tǒng)的穩(wěn)定性指標分析不同因素對調速系統(tǒng)的魯棒性的影響，可以通過軟件進行模擬仿真；電力電子電路中的電能變換電路也可以借助于MATLAB軟件進行仿真實驗等。

（3）開放和創(chuàng)新的實驗可適用于超越提綱，通過跨學科、跨專業(yè)的知識獲取和應用，提高綜合能力和質量。例如：開關電源的設計、電力系統(tǒng)的綜合實驗、PLC的機床控制應用等。

三、教學方法的改革

通過對現(xiàn)有的實驗教學內容和所實施的方式、環(huán)境進行分析，在面向工程教育認證的電氣專業(yè)實驗教學改革中，嘗試采用多樣化的教學模式，推進教學成果。

1.虛擬仿真和實體操作實驗手段相結合

通過“虛實結合”教學方法，改善實驗掛箱的實踐教學，以彌補傳統(tǒng)教學方法的不足，提高學生分析解決問題的能力，在傳統(tǒng)采用實驗掛箱教學方式的基礎上，建立虛擬仿真實驗室，開展電氣工程及其自動化專業(yè)的計算機仿真輔助實驗教學。有效利用計算機仿真軟件，如Matlab/Simulink、Pspice 等，對于同類實驗可以通過計算機輔助教學進行，例如整流電路的實驗：有效避免了實驗掛箱觸發(fā)電路不可靠、管子器件容易發(fā)生故障致使不能及時的對理論教學輔助的弊端；電機拖動的運動控制系統(tǒng)實驗：避免對DSP掌握不足的基礎上對調速系統(tǒng)的理論知識不能深刻理解的弊端，采用虛擬仿真實驗可有效理解理論知識原理；同時，針對電力系統(tǒng)的特殊性，對于無法直接進行實體操作的部分，引進虛擬仿真技術，用于模擬電力系統(tǒng)實時運行及性能分析等環(huán)節(jié)，彌補缺乏實體操作型實驗的不足[7]。

2.采用“項目驅動，任務結合”的教學方法

依據(jù)工程教育模式的思路，對實驗掛箱的實踐教學內容進行精簡，增加設計型、合成型實驗內容。在全課程學習時間有限的情況下，選取幾個實驗作為必要的實驗教學內容，首先進行驗證實驗。一方面理論得到驗證，一方面實驗設備和各種儀器（如示波器、萬用表等）為人所熟悉，使用方法，為設計和綜合試驗的打下基礎。完成基礎性實驗之后，學生小組選擇實驗項目，以團隊的形式完成“討論設計 、方案實施 、展示驗收”的整個實驗過程。通過該方法，學生可以在實驗過程中完成理論知識的再認識、理論對實踐的指導和理論知識的實踐測試，從而提高學生的實驗積極性。同時積極調動學生實驗的自主創(chuàng)新能力，指導教師幫助學生監(jiān)制方案設計的合理性和可行性，同時監(jiān)控實驗操作過程的規(guī)范性和安全性，從而有效考核實驗結果的準確度。在鍛煉學生分析問題和解決問題的能力的同時，有效培養(yǎng)和提高學生綜合應用專業(yè)知識解決實際問題的能力。

3.充分利用網(wǎng)絡平臺，建設的“教、學、做”于一體的網(wǎng)絡教學平臺

為了更加合理有效的利用實驗平臺資源、調配師資力量，構建網(wǎng)絡化的輔助教學平臺包括理論知識與實驗項目內容。該平臺提供實驗項目內容信息的概況：包括所涉及的所有項目內容、性質、學時，在線查閱、實驗時間預約和實驗結果評定等功能。通過網(wǎng)絡化輔助教學平臺，學生可檢索電氣專業(yè)實驗的全部信息，根據(jù)學科要求在實驗項目庫中選擇實驗項目，在規(guī)定時間內選擇實驗時間，做好實驗前預習工作，按時在規(guī)定的地點進行試驗，提交試驗結果，完成試驗考核。教師可利用網(wǎng)絡化輔助教學平臺，有效調配師資和實驗設備資源，及時完成實驗前一系列準備工作，高效地開展實驗教學工作。

4.積極開展開放創(chuàng)新型實驗建設

除了演示驗證性試驗和綜合設計性試驗，積極開展開放創(chuàng)新性實驗室。實驗室配備基本電子元件和各種測試工具，積極組織學生參加各級高校各類課外科技活動和競賽（如電子設計競賽，挑戰(zhàn)杯科技作品比賽、機器人比賽等）。鼓勵學生參與教師的科研項目，使學生能夠利用所學的知識，在開放的實驗室完成實際任務，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力、工程能力和解決實際問題的能力。

四、建立合理的考核機制

所有實驗項目都可以借助網(wǎng)絡平臺構建專業(yè)課程的實驗教學項目庫，學生可以在線進行選擇，指導教師在網(wǎng)上完成試驗內容的批閱及考核。不論所是哪一類項目內容，只要所選擇完成考核的項目內容學分大于等于實驗大綱所要求的就認為完成該課程的實驗內容。對于基礎類實驗一般為演示驗證性試驗，可在具體的實驗室通過實驗掛箱進行操作，但是實驗結果和作業(yè)需要上傳至網(wǎng)絡，便于實驗指導教師進行批閱，用于綜合設計實驗和創(chuàng)新實驗，一般為虛擬軟件實現(xiàn)或軟硬件結合進行實現(xiàn)。根據(jù)這種實驗建立系統(tǒng)模型，生成可執(zhí)行文件，上傳校園服務器。學生可以通過下載服務器上的可執(zhí)行文件、運行程序、觀看系統(tǒng)模型的運行過程以及手動自己調節(jié)更好地理解。這樣，學生就可以通過計算機網(wǎng)絡實驗室在宿舍里做虛擬實驗。驗證實驗和本課程的綜合實驗可以重復進行，實驗將不再受時間和地點的限制。

結語

高校的實驗室建設長久以來以硬件實驗平臺為主，實驗內容以驗證性實驗為主，且實驗設備易老化，教師的管理工作量大。為此本文以工程專業(yè)認證為導向，以創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)為據(jù)，工學結合為主，優(yōu)化實驗教學內容，豐富試驗教學手段，從內容體系上對試驗項目進行有層次的區(qū)分：將實驗教學分為基礎性實驗、綜合性實驗以及創(chuàng)新型實驗三種體系。從教學手段上，充分利用現(xiàn)有的軟硬件資源，跟隨時代的腳步，構建網(wǎng)絡化的實驗教學服務平臺，減少了教師的管理工作量，且更新維護較為方便；通過鼓勵學生參加各種比賽進行開放創(chuàng)新性實驗項目的建立，綜合對電氣專業(yè)的實驗教學進行優(yōu)化改革。實驗教學工作服務于應用技術型人才的培養(yǎng)目標，為此我院加大實驗實踐教學方式改革，通過“引進來、送出去”的方式促進學產(chǎn)研協(xié)同發(fā)展，為應用型人才培養(yǎng)奠定堅實的基礎，有利于學生學習效果的提高。