电气类专业实验教学的改革与探索

吴复霞等

摘要：良好的实验教学是高等院校培养学生实践能力的重要保障。依据电气类专业人才培养的目标定位，按照个性化、创新型、综合型人才培养要求，结合“卓越工程师教育培养计划”的实施，从实验教学体系改革和实验教学模式改革两方面对电气类专业实验教学进行了研究与探索。

关键词：电气类专业；实验教学体系；实验教学模式；创新型

作者简介：吴复霞（1979-），女，山东定陶人，南京邮电大学电气工程系，讲师；张腾飞（1980-），男，河南商丘人，南京邮电大学自动化学院，副教授。（江苏 南京 210046）

基金项目：本文系南京邮电大学教学改革研究项目（项目编号：JG00508JX19）的研究成果。

中图分类号：G642.423 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）08-0164-02

电气学科是一个以电气系统为对象、信息科学为纽带、计算机技术为手段的交叉性学科。电气类人才越来越多地被社会各行各业所需要，创新之根源于实践，为培养电气类创新型人才就必须实施素质教育，在对其进行理论教育的同时多方面地进行实践能力的培养，高等学校应不断研究与实践，为学生创造一个良好的、新型的实验教学环境。

一、实验教学体系改革

以往的实验教学过分依赖于理论课程，绝大多数以验证性实验为主，实验性教学多停留在分散而独立地验证某个概念、理论、方法的层次上。这些实验多是让学生进行简单的插接线程序，不需动脑，按照操作规程就能完成。这不利于培养学生的主观能动性，不能激发学生的创造性。传统实验室多以课程或专业方向为单位，各实验间无关联，只完成对特定课程或专业方向的相关知识的验证和巩固，没有知识系统化的环节，造成学生掌握知识零散，与现实差距大，不利于学生课程的系统化学习。

为适应社会发展的需要，培养出创新型的电气专业人才，必須大力开展实践教学，因为它是培养创新意识和实践能力的主渠道。因此构建新的实践教学体系，充分融合实验教学与理论教学是我们的重要任务。

1.构建模块化、系列化、系统化的实践教学体系

南京邮电大学自动化学院有两个电气类专业：“电气工程及其自动化”专业和“智能电网信息工程”专业。学院依据电气类专业人才培养的目标定位，按照个性化、创新型、综合型人才培养要求，结合“卓越工程师教育培养计划”的实施，通过分析、论证构建了新型的电气工程学科大类模块化、系列化、系统化的实践教学体系，把实践环节从过去的“辅助”地位提升到与理论教学并重的地位，把各类实践类课程进行系统化的连接，强化学生“实践能力”与“创新能力”的培养。

改变单纯以课程为基础设置实验的实践教学体系，根据“专业技能、综合训练、创新培养”三个层次的培养目标，将实践教学体系划分为“专业基础、专业综合、实践训练、科技创新”四个训练模块，使学生的实践创新能力得到连续不断、分层递进式的强化培养（大一、大二学年对应专业基础和专业技能教育，初步实现实践技能培养；大三、大四学年对应综合训练以及科技创新实践教育，强化专业综合能力和创新能力的培养）。

新的实践教学体系以课程实验为单元、课程组实验及课程设计为模块、课程组为系列、专业方向为系统，通讯网络为纽带。各实践环节体现在基础层（电路、电子、信号处理、微机原理、自动控制原理、计算机通信与网络、电力系统基础等）、提高层（相应的专业课实验、课程设计、专业实习）和研究与创新层（专业综合设计、毕业设计）三个层次，能完成电气工程学科的培养方案要求。体系包括了专业基础课程实验、专业课程实验、课程设计、综合性设计、生产实习、毕业设计，是一个贯穿大学四年的全程化实践教学方案。开设的实验在满足课程教学要求的同时，还按专业方向、学科方向及其发展形成系列和系统，学生通过系统的实验可体会到专业基础各门课程之间、专业课和基础课之间的关系与衔接，从单门课程、系列课程到专业方向，由点到线、由线成面、由面建体逐步培养学生的实践能力。

2.更新实验内容和实验平台

依据模块化、系列化、系统化的实践教学体系，本着加强基础、整合资源、提升档次、增强活力、扩大开放、强化学科交叉融合的总体思路，在实验教学中心的建设中已采取一系列改革措施，创新实验教学方法、更新实验教学内容，构建大型、综合性、设计性、开放型实验平台，全面提升学生的工程实践能力和技术创新能力。根据教学内容与创新型人才培养要求，构建了特色鲜明的实验教学模式和多种实验教学方法、手段。

在实验教学内容上，构建体现“专业基础、专业综合、实践训练、科技创新”四个训练模块的实验平台，连续不断、分层递进式强化培养学生的实践创新能力。注重学生已有知识体系和认知特点，由浅入深、由易到难、循序渐进，突出实践创新活动的导向性、趣味性、开放性及综合性，积极鼓励与引导学生参加教师的科研工作和校企合作，为学生的实践创新提供广阔的思考空间，促进学生的个性化发展，积极探索和努力培养优秀的新能源发电与控制领域的高级专门专业人才。

二、实验教学模式改革

1.推出立体化、开放性的实验教学模式

立体化表现在实验内容多层次，实验设置多模块，实验手段多样化。在以上体系中，既有简单的演示性和验证性实验，使理论教学形象化，加深学生对理论的理解，又有难度较大的设计性、综合性和创新性实验，锻炼学生的创新实践能力。学生可根据自己的学习情况自主选择与实际能力相符的实验项目。

开放性表现在各实验室资源面向全校学生全方位开放，即实验内容、实验场所、实验时间的开放。近五年来，实验教学中心利用课内实验、课外实验、自拟实验、开放实验项目和创新性实验项目等形式实现了实验内容的开放；结合研究生助教和本科生助管制度，形成了实验室专职老师、专业教师、研究生、勤工助学本科生相结合的实验室指导与管理队伍，实现了实验场所和实验时间的开放。该实验教学模式在传统实验方法的基础上极大激发了学生自主探究的兴趣，促使学生创造性的思维与有效解决问题，提高了学生自主实验与创新能力。

2.“教学、实践、科研三位一体，互动、互促”的闭环机制

依托南京邮电大学控制科学与工程、信息与通信工程、仪器科学与技术、电子科学与技术和电气工程一级学科建设，通过科学研究提升水平、壮大实力、促进教学；科研成果与研究工作为教学内容更新、教学水平提升提供源泉；丰富的各级各类科研项目为实践创新活动提供了选题背景，为学生毕业设计（论文）的真题真做提供保障；学生在创新实践与助研过程中激发兴趣、锻炼能力；教师在理论教学、创新实践指导中不断发现问题，并不断调整和改进教学过程。通过教学相长、实践创新与科學研究相结合，实现了以科研提升教学、通过教学指导实践、实践深化科研的三位一体、相辅相成、协调共赢的人才培养机制，走出了“教学、实践、科研互动、互促、同步相长”的特色之路。

3.虚拟仿真与类工业化系统相结合的实验教学

采用了仿真验证与实体操作相结合的方式。在江苏省智能电网信息工程综合训练中心现有实验基础上，充分依托校企合作实验资源，已建设成三个虚拟仿真实验子平台：可再生能源并网控制虚拟仿真平台、微电网运行控制虚拟仿真平台和电动汽车与电网互动虚拟仿真平台。学生基于实验室提供的仿真平台，采用仿真工具搭建虚拟实验对象，验证实验原理，熟悉实验过程；根据仿真实验结果，完成对基于物理实验平台的实体对象的实验操作。

实验教学中心自主开发设计建成的电气信息综合实验系统，以高性能DSP为控制核心，以大功率电力电子变换装置、大功率三联交流机组、二联直流无刷电动机组为控制对象，配有各种测量仪表、转矩转速传感器及显示仪。以工业以太网为基础，通过配置上位机即可完成组网，构成工业电气DCS系统，通过预先设定的通信协议实现远程监视与控制。

三、实验教学改革成效

实验中心先后获江苏省教育厅批准成立省级实验教学示范中心5个，分别为自动化实验教学示范中心、智能电网信息工程综合训练中心、通信技术实验教学示范中心、通信与信息处理实验教学示范中心、电工电子实验教学示范中心，其中省级“自动化实验教学示范中心”因网评成绩优异被作为优秀示范代表确定为实地考察验收对象，并取得了网上评议和实地考察双优秀的佳绩。将5个省级实验教学示范中心整合在一起，构建了自动化、电子信息、仪器、电气4个专业类资源融合的实验教学中心支撑体系，实现了场地、设备、师资力量的共享。

近年来，产生了一批优秀的教学研究成果，“学做合一、研创结合，自动化创新人才“闭环”培养模式研究与实践”获得江苏省高等教育教学成果一等奖，“以生为本，创新管理，提升本科人才培养质量——本科教学管理改革的探索与实践”获得江苏省高等教育教学成果二等奖，“电机学”、“电力电子技术”和“嵌入式系统及应用”被评为校级精品课程，“自动控制原理”教学团队获校级、省级优秀教学团队。我院积极开展大学生创新创业训练计划，2010年机器人创新实践基地荣获江苏省教科系统“工人先锋号”；“基于机器人创新活动构建大学生创新能力培养体系的研究与实践”获南京邮电大学教学成果一等奖。依托实验教学中心以及大学生创新活动基地，近三年来共获得校级重点和省级STITP创新项目近100项，学生依托实验教学中心在国际、全国、省级各类主题竞赛中取得了优异成绩。

四、结论

电气类实验教学的改革与实践进一步促进了产学研紧密结合，提升了专业建设的整体水平，构建了满足高水平创新型人才培养的软硬件平台，促进了实践教学改革，提高了教学质量，拓宽了学生的知识面，为高水平创新型人才的培养提供了有利条件。

参考文献：

[1]何瑞文，谢云，陈璟华.电气工程及其自动化专业建设与实践模式探讨[J].中国电力教育，2012，（3）：72-73.

[2]潘再平，马皓，卢慧芬，等.电气工程实验教学中心的建设与实践[J].电气电子教学学报，2011，（33）：51-53，58.

（责任编辑：王祝萍）