吳琦燦，許海鶯

(浙江水利水電學(xué)院 電氣工程學(xué)院，浙江 杭州 310018)

學(xué)科競賽是在緊密結(jié)合課堂教學(xué)或新技術(shù)應(yīng)用的基礎(chǔ)上，以競賽的方法培養(yǎng)學(xué)生綜合能力，引導(dǎo)學(xué)生通過完成競賽任務(wù)來發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，增強學(xué)生學(xué)習(xí)及研究的主動性，培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊協(xié)作意識和創(chuàng)新思維、創(chuàng)新意識的系列化活動[1-2]，為培養(yǎng)“上手快、后勁足”的高素質(zhì)應(yīng)用型人才，對建設(shè)應(yīng)用型本科院校具有十分重要的意義.

浙江水利水電學(xué)院電氣工程學(xué)院(浙水院電氣學(xué)院)電氣類學(xué)生主要參加的學(xué)科競賽有大學(xué)生電子設(shè)計競賽、“恩智浦”杯智能汽車競賽、大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項目、大學(xué)生新苗人才計劃等.學(xué)科競賽的內(nèi)容既有理論分析與設(shè)計，又有實際制作與調(diào)試，所涉及的知識點包括基礎(chǔ)的模擬電路、數(shù)字電路和單片機應(yīng)用以及專業(yè)的電力電子、PLC、傳感器、測量、控制、通信等技術(shù)[3]，更是具有強實用性、強綜合性、強靈活性等特點.以浙水院電氣學(xué)院為例，結(jié)合多年指導(dǎo)學(xué)科競賽和實驗教學(xué)的經(jīng)歷和感悟，分析目前實驗教學(xué)存在的問提開展實驗教學(xué)改革，把實驗教學(xué)與學(xué)科競賽融合重構(gòu)、進(jìn)行SWH-CDIO-E教學(xué)實踐、建設(shè)項目制課程、構(gòu)建遞進(jìn)式實驗教學(xué)體系、創(chuàng)新實驗教學(xué)方式方法，在培養(yǎng)學(xué)生綜合能力、創(chuàng)新思維能力和學(xué)科競賽等方面取得了可喜的成績.

1 存在的問題

(1)學(xué)科競賽指導(dǎo)教師數(shù)量少而且專業(yè)背景單一.浙江水利水電學(xué)院作為新升的本科院校，指導(dǎo)教師在各類學(xué)科競賽中至關(guān)重要.但長久以來指導(dǎo)教師隊伍一直得不到發(fā)展，數(shù)量少且專業(yè)背景單一，如指導(dǎo)大學(xué)生電子設(shè)計競賽賽題方向大致為電源類、自動控制類、測量及儀表類等3類賽題，使得浙江水利水電學(xué)院在電子設(shè)計競賽中處于相對困難時期.在諸如“西門子”杯中國智能制造挑戰(zhàn)賽、“華為杯”中國大學(xué)生智能設(shè)計競賽、中國國際飛行器設(shè)計挑戰(zhàn)賽等賽事中一直“留有空白”.

(2)課堂教學(xué)內(nèi)容與工程新技術(shù)應(yīng)用脫節(jié).教材及課堂教學(xué)內(nèi)容往往滯后于市場的發(fā)展，如單片機課堂教學(xué)內(nèi)容還停留在20多年前的89C51系列，學(xué)生很少有機會接觸廣泛應(yīng)用于實際的STM32、MSP430等系列單片機，所學(xué)知識和工程實踐還有“溝壑”.

(3)傳統(tǒng)的實驗教學(xué)方式和方法，不適應(yīng)“上手快、后勁足”人才培養(yǎng)的需求.在傳統(tǒng)的實驗教學(xué)中，實驗過程一般是測量幾組數(shù)據(jù)，通過計算查看與理論相符合的程度并進(jìn)行誤差分析、原理驗證，存在創(chuàng)新性不足；理論與實驗脫節(jié)現(xiàn)象時有發(fā)生，學(xué)生理論知識一但不扎實、動手實驗實踐環(huán)節(jié)就跟不上，實驗效果“大打折扣”；學(xué)生參與實驗的主動性、積極性不高；與學(xué)科競賽相比較，實驗教學(xué)從內(nèi)容設(shè)計、方式方法上，更是“大相近庭”.

(4)學(xué)生專業(yè)綜合能力不足.具體表現(xiàn)為：基本儀器儀表(示波器、萬用表、信號源等)的操作不熟練[4]；元器件焊接、電路布局、走線等不規(guī)范不美觀；單片機編程、電路仿真、PCB制作等一知半解；硬件和軟件調(diào)試缺乏經(jīng)驗；團(tuán)隊協(xié)作、文檔編輯、計算機應(yīng)用能力更需加強.

2 改革的舉措

2.1 基于SWH-CDIO-E人才培養(yǎng)模式，開展CDIO教學(xué)

SWH-CDIO-E是將“水文化”特色與國際先進(jìn)的CDIO工程教育模式相結(jié)合，并借鑒OBE理念，創(chuàng)新提出的一種人才培養(yǎng)模式[2].浙水院電氣學(xué)院提出“一主、兩合、四能、五化”電氣專業(yè)群人才培養(yǎng)模式，即：以強電為主，強弱電結(jié)合，搭建職業(yè)核心能力平臺、工程基礎(chǔ)能力平臺、專業(yè)基本能力平臺、專業(yè)綜合能力平臺，實現(xiàn)知識能力素質(zhì)一體化、軟硬能力并重化、創(chuàng)新平臺開放化、學(xué)科競賽普及化、項目制教學(xué)落地化.對2017屆畢業(yè)生開展全程能力認(rèn)證測評和CVCC認(rèn)證工作，獲證率分別為50.7%、92.9%，獲多家新聞媒體關(guān)注和報道，形成了一定的專業(yè)特色，積累了豐富的改革經(jīng)驗和教學(xué)成果(見表1).

表1 浙水院電氣學(xué)院近年來開展CDIO教學(xué)取得的成果

2.2 基于SWH-CDIO-E人才培養(yǎng)模式，建立開放性實驗室

學(xué)科競賽是第二課堂的范疇，是第一課堂的有益補充.區(qū)別與第一課堂固定時間、固定地點的、一對多等學(xué)習(xí)方式，指導(dǎo)教師和學(xué)生團(tuán)隊在進(jìn)行資料查詢、方案論證、模擬運行、安裝調(diào)試等環(huán)節(jié)中，對實驗場地，在時間和空間上提出了特殊的要求.因此基于CDIO建設(shè)開放性實驗室，具有以學(xué)生為中心，方便教師教、學(xué)生學(xué)，實現(xiàn)實驗室開放使用、實時管理和教學(xué)互動等功能，顯得尤為重要.浙水院電氣學(xué)院CDIO創(chuàng)新實驗室有CD室、CDI室、DI和IO室等4個實驗室，基于開放化管理平臺，讓學(xué)生社團(tuán)、項目團(tuán)隊和學(xué)生個人申請入駐，并承辦各級各類學(xué)科競賽.2017年入駐學(xué)生社團(tuán)4個，入駐項目7個、承辦各類比賽3項，入駐團(tuán)隊96組，進(jìn)行社團(tuán)活動、舉辦培訓(xùn)涉及學(xué)生1 000余人次(見表2,表3).

表2 電氣工程CDIO創(chuàng)新實驗室入駐學(xué)生社團(tuán)情況

表3 電氣工程CDIO創(chuàng)新實驗室入駐項目情況

2.3 構(gòu)建遞進(jìn)式實驗教學(xué)體系

在實施SWH-CDIO-E教學(xué)過程中，隨著教學(xué)內(nèi)容和知識點“項目化”、學(xué)科競賽普及化、實驗室開放化的不斷推進(jìn)，學(xué)生已不再滿足課堂內(nèi)、規(guī)定學(xué)時的基礎(chǔ)性和驗證性實驗，開始追求結(jié)合學(xué)科競賽的綜合性、設(shè)計性、創(chuàng)新性實驗[5]，因此實驗教學(xué)內(nèi)容向項目制課程、學(xué)科競賽延伸拓展，融合重構(gòu)，構(gòu)建遞進(jìn)式實驗教學(xué)體系是關(guān)鍵，采用更靈活、開放的實驗教學(xué)方式方法是重要手段.

(1)浙水院電氣學(xué)院開設(shè)的《電氣控制與PLC》課程為校項目制課程，課程實踐內(nèi)容涵蓋課程實驗環(huán)節(jié)(以項目制開展)和課程設(shè)計環(huán)節(jié)兩大模塊，主要分3個層次遞進(jìn)，13個子項目開展，分別為PLC基礎(chǔ)性實驗——夯實基本知識，PLC綜合性實驗——培養(yǎng)舉一反三的能力，PLC設(shè)計性實驗——點面結(jié)合，應(yīng)用型人才綜合能力的培養(yǎng)(見圖1).浙水院2016年、2017年報名參加校PLC競賽人數(shù)分別為42人、90人，劇增114%.

圖1 電氣控制與PLC課程實驗教學(xué)體系

(2)傳感器類課程是高校自動控制、電子信息、檢測技術(shù)等專業(yè)的必修課，與大學(xué)生電子設(shè)計競賽、“恩智浦”杯智能汽車競賽、PLC競賽等息息相關(guān).長期以來傳感器技術(shù)相關(guān)課程以課堂教學(xué)為主，講解傳感器工作原理和典型應(yīng)用，并開設(shè)了少量的驗證性實驗(見表4)，學(xué)生參與實驗的主動性、積極性不高，實驗效果不佳.

表4 傳感器類課程美驗開設(shè)情況

在此基礎(chǔ)上，提出把傳感器課程驗證性實驗進(jìn)行改革，實驗內(nèi)容向?qū)W科競賽進(jìn)行延伸、融合重構(gòu)(見圖2).實踐證明，實驗項目從提出產(chǎn)品方案到制作完成的實踐過程更貼近工程實際，更有利于學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)、分析解決實際問題能力和實踐動手能力的提高(見圖3).

圖2 改進(jìn)后傳感器類課程實驗開設(shè)情況

圖3 傳感器類課程實驗改革前后分析對比圖

2.4 創(chuàng)新實驗教學(xué)方式

指導(dǎo)教師參與學(xué)科競賽的指導(dǎo)，本身就是實驗教學(xué)過程的延伸.同時，與學(xué)生進(jìn)行任務(wù)布置、方案討論、進(jìn)度規(guī)劃、設(shè)備選型、編程指導(dǎo)、論文纂寫等內(nèi)容豐富的教學(xué)互動；有啟發(fā)式、有開放式、有一對一、有一對多、有老手與新手等表現(xiàn)形式多樣的教學(xué)方式；我們認(rèn)為這是“翻轉(zhuǎn)課堂”式實驗教學(xué)新模式，以學(xué)生為中心，基于實驗教學(xué)知識點和學(xué)科競賽的獨有特點進(jìn)行融合重構(gòu)，創(chuàng)新實驗教學(xué)方式方法，吸引學(xué)生、拉動學(xué)生，進(jìn)行互動，完成教學(xué)目的.

3 實驗教學(xué)改革成果

浙水院電氣學(xué)院把實驗教學(xué)與學(xué)科競賽融合重構(gòu)，進(jìn)行SWH-CDIO-E教學(xué)實踐、建設(shè)項目制課程、構(gòu)建遞進(jìn)式的實驗教學(xué)體系，以PLC類、傳感器類實驗課程為試點，基于實驗教學(xué)知識點和學(xué)科競賽獨有特點進(jìn)行銜接，創(chuàng)新實驗教學(xué)方式方法.經(jīng)過學(xué)校、學(xué)院、教師及學(xué)生的共同努力，在學(xué)科競賽、教學(xué)改革(表1)等方面取得了可喜的成果.2016年在浙江省大學(xué)生電子設(shè)計競賽中獲二等獎2項，三等獎5項；在全國“恩智浦”杯智能汽車競賽中獲三等獎1項；第二屆浙江省“互聯(lián)網(wǎng)+”大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽獲1項銀獎.2017年在全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽中獲三等獎1項；大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃立項4項，其中國家級2項，省級2項；浙江省大學(xué)生新苗人才計劃立項2項；學(xué)生以第一作者發(fā)表論文1篇；學(xué)生以第一完成人獲實用新型專利4項.

4 結(jié) 語

本文以浙水院電氣學(xué)院為例，分析了我國高校在學(xué)科競賽、實驗教學(xué)工作中存在的問題.把實驗教學(xué)與學(xué)科競賽融合重構(gòu)、進(jìn)行SWH-CDIO-E教學(xué)實踐、建設(shè)項目制課程、構(gòu)建遞進(jìn)式實驗教學(xué)體系，以PLC類、傳感器類實驗課程為試點，創(chuàng)新實驗教學(xué)方式方法.經(jīng)過幾年的具體實施，浙水院電氣學(xué)院在學(xué)科競賽和實驗教學(xué)改革上可圈可點.今后我們將推進(jìn)實驗教學(xué)改革工作，爭取在學(xué)科競賽中取得更好的成績，培養(yǎng)更多的優(yōu)秀電氣工程師.