电气工程与自动化实践教学体系的优化建设

秦海鸿， 黄文新， 曹志亮， 张绍杰， 刘 闯(南京航空航天大学 电气工程与自动化实验教学示范中心， 江苏 南京 210016)



·名人名言·

电气工程与自动化实践教学体系的优化建设

秦海鸿， 黄文新， 曹志亮， 张绍杰， 刘 闯
(南京航空航天大学 电气工程与自动化实验教学示范中心， 江苏 南京 210016)

为加强实践教学体系建设，电气工程与自动化国家级实验教学示范中心基于理论与实践相结合、基础与应用相结合、教学与科研相结合的“三结合”实验教学原则，提出“三层次、六类别”的实验教学体系建设思路，并进行了细化设计，形成实验中心渐进式多层次教学体系，从而为建设一个出思想、出成果、出经验、出质量的开放式电气工程与自动化实验教学中心，达到培养具备工程实践和创新能力的21世纪创造性人才的目标而奠定指引和具体方向。

实验教学； 实践教学体系； 多层次； 创新型人才

0 引 言

加大实验室建设，不断推进实践教学改革作为提高人才培养质量的一个重要环节和抓手，是近年来高等教育界形成的共识[1-4]。本文探讨了如何依托于我校的电气工程与自动化国家级实验教学示范中心，建立渐进式多层次实践教学体系，建立多层次人才培养平台的方法和创新型人才的培养模式[4-9]，提出科研反哺教学的具体思路，从而为建设高水平实验示范中心奠定体系保证[10-16]，培养出具有良好工程实验和创新能力的多层次电气类专业人才。

1 完善实验教学体系，建立多层次实验平台

为了实现培养学生实验能力、实践能力和创新能力的目标，我校电气工程与自动化国家级实验示范中心经过多年的发展和建设，不断积累经验，提出了“三层次、六类别”实践教学体系[1]，培养学生实践能力“以基本实验技能为基础，以独立设计能力为中心，以研究创新能力为目标”。实验教学由基本型、提高型和研究创新型实验组成。第一层次为基本型实验，由各课程的实验课或单独设立的实验课组成，每门实验课包含若干基本和选做实验。第二层次为提高型实验，包含课程设计、实习及综合设计实验。第三层次为研究创新型，学生根据自己的爱好进入实验中心的各开放实验室、创新实验室、学生科研实践基地，研究自己拟定的课题和学生创新基金项目，或参加教师的科研项目。在三个层次中，基本型教学实验约占55%，提高型实验占35%，研究创新型实验占10%。

根据“三层次、六类别”实践教学总体建设思路，电气工程与自动化中心建立并完善了如图1所示的实验教学体系。

图1 实验教学体系

1.1 基本型实验

基本型实验与课堂理论教学同步进行，基本型实验教学注重实验基础技能培养，主要包括基础性原理知识与验证性实验。

以“电力电子技术”基本型实验为例，坚持外购与自制相结合，自主研制并生产实验设备，改善实验条件，充分体现我校电力电子技术专业教学特色和先进性。实验设备的基础平台选用方圆公司的通用平台，实验挂箱为我校自主开发，这些挂箱观测点多、实验内容丰富，既可以进行器件实验、又可以进行电路实验；既可以进行电路开环实验、也可以进行电路闭环工作特性的测试。通过自行研制、开发、生产实验教学仪器，一方面可满足实验教学的需要，及时更新实验内容，同时也为学生的第二课堂提供了丰富的课题。在自制仪器的研制过程中，我们积极吸收优秀本科生参加，让他们在教师指导下直接参与收集资料、方案论证、电路设计及制作调试的全过程，实验教学成效反馈证明了这种方式非常有利于锻炼和培养学生的科研能力和协作精神。

1.2 提高型实验

在基本型实验的基础上，给学生提供了更高层次的综合性、开放性实验。提高型实验教学注重独立设计能力的培养，打破了传统实验教学思维方式，按照课程群的类别设置综合设计型实验。包括电力电子与电力传动开放性实验、电机开放性实验、飞行控制实验、过程控制实验等。提高型实验注重学生的研究创新能力培养。实验室实行开放式教学，学生可以申请实验器材，自行设计实验，进行研究型实验。

以电力电子与电力传动开放实验室为例，采用积木式结构的实验平台，可以开放至底层元件级别，灵活性好，可扩展能力强。学生既可以选用基本模块单元完成一些基本型实验项目，也可以自行设计电路。本实验可以不针对具体课程，综合应用“电力电子技术”、“电机学”、“自动控制原理”、“现代调速技术”、“开关电源技术”等课程的知识。结合教师科研课题和学科发展前沿，“二次开发”部分核心部件，可将最新的科研成果及时转化为教学实验。从而增加了学生自己动手的机会，培养他们独立分析思考问题的能力。电机学课程设计是学生在完成电机学课程和课程实验的基础上开展的综合设计工作，学生完成电机参数计算、绕组设计分析、定子、转子设计分析等工作，主要培养学生的设计和分析能力。电机学实习是紧跟在电机学课程设计之后，学生设计好电机后，动手进行电机的加工和装配、测试工作。主要内容有拆解电机、拆解绕组、清理电机、绕制线圈、嵌装绕组、端部整形及绑扎、绕组绝缘强度测试、电机装配、电机运行、电机参数测试、合格电机验收，以及到企业参观。该课程设计可以有效促进教学与生产相结合，加强学生工程技术能力的训练和培养。

1.3 研究创新型实验

以航空航天应用、新能源发电等为核心，建立创新实验研究平台，提供学生创新实践的环境。利用创新实验室的条件，开展多种形式的科技创新制作活动，包括：创新实验室的开放项目；学生在学习过程中自己提出的创新项目；从教师的科研课题中分解出来的小课题；校大学生科技创新基金等。

航空航天应用是我校电气类学科研究的重要应用，为了让学生了解先进航空电气技术、提高实践创新能力，学校建有航空电源航空科技重点实验室和航空航天电源工程中心。该实验室由航空主电源发电系统、二次电能变换装置、配电系统及负载管理系统等实验创新平台构成。新能源发电技术是目前电力电子技术发展和研究热点之一，为了让学生了解学科前沿技术、提高学生的创新能力，学校投入大量资金建设了新能源发电技术创新实验室。该实验室由小型风力发电实验平台、太阳能发电实验平台和燃料电池发电实验平台构成。基于上述平台，学生可以进行创新性的发电机、电力电子功率变换等研究。

部分优秀学生通过参与老师的科研工作，通过对一个项目的“设计、加工、实验、分析”的全过程实践，可以系统学到专业知识和科研方法，提高科研工作能力、培养创新精神、积累创新方法。

通过“三层次、六类别”实践教学体系的细化，形成了电机、电力电子、自动控制3个实验教学课程群，共103个实验项目。包括：电机学(23个)、特种电机(4个)、电机与控制元件(18个)、电器原理及应用(4个)、电气测试技术(8个)、现代调速技术(8个)、电工学(2个)、电力电子技术(7个)、航空航天供电系统(4个)、自动控制原理(6个)、现代控制理论(7个)、控制系统工程(8个)、控制系统设计和实践(4个)。因篇幅限制，文中未列出实验中心详细的实验条目。

2 建立多层次实验教学队伍

针对示范中心多层次实践教学的需要，实验中心进一步加强了实践教学队伍建设。

基本型实验主要由年青教师和专职实验员联合授课，实验员侧重于具体操作的演示和讲解，年青老师侧重于实验结果分析和引申讨论，从而弥补了实验员单独指导的不足。

提高型实验由相关课程的资深教师负责，由实验老师配合，加强实验过程中的指导，通过手把手教学生，给予必要的过程辅导，解答学生疑惑以及对实验过程中出现的现象进行深入讨论，启发学生进行探究性实验，并掌握从现象中进一步挖掘更深层次的研究性问题的方法。

创新型实验主要由教授和部分副教授指导，通过创新论坛、创新示范区，以及每周创新研讨例会等形式加强对学生的指导，启发学生创新思维。

通过多层次实践教学师资队伍的建设，避免了过去的实验员单一带学生做实验的弊端，极大的提高了实践教学效果，培养了大量富有创新精神的高质量人才，在全国电子竞赛、数模竞赛、挑战杯、以及全球IEEE未来能源竞赛中多次获奖。

3 结 语

我校电气工程与自动化实验教学中心树立以学生为中心，知识、能力和素质全面发展的教育理念[11-13]，以电气与自动化相结合的大电气类专业基础的思想把创新能力培养作为实践教学体系和内涵改革的核心[14-16]，建立了“三层次、六类别”的实践教学体系，并建立了多层次实践教学队伍管理机制，为进一步提高实验教学水平，提高学生实践创新能力起了重要的指引作用，从而为建立一个出思想、出成果、出经验、出质量的国家级电气工程与自动化实验教学中心奠定了体系和师资保证，确保实现培养具备强的工程实践和创新能力的21世纪创造性电气类人才的目标。

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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

南京航空航天大学2012年本科教学建设项目；2013年教育教学改革项目(1301JG0305K)

秦海鸿(1977-)，男，江苏姜堰人，博士，副教授，副主任，主要从事电机与电器方面的教学科研工作。

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

TM 461

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1006-7167(2015)02-0148-03