电气工程专业研究性实验教学新模式探索

闵永智, 李 红, 王秀华

(兰州交通大学 自动化与电气工程学院, 甘肃 兰州 730070)

实验教学研究

电气工程专业研究性实验教学新模式探索

闵永智, 李 红, 王秀华

(兰州交通大学 自动化与电气工程学院, 甘肃 兰州 730070)

在分析传统研究性实验教学的缺点的基础上,提出一种新型的研究性教学模式,即以科研项目为依托,教学与科研相互促进的教学模式。电气工程专业本科生在新型研究性实验教学中的实践表明,新型的研究性实验教学对于学生的创新精神进行了全方位的培养,提高了学生的工程实践能力,对高速铁路行业的人才培养提供了较好的借鉴意义。

电气工程； 实验教学； 科研项目

随着我国高速铁路的快速发展,对于具有高速铁路工程应用与创新能力的高素质人才的需求越来越大,但当前高校毕业生缺乏高速铁路行业工程实践能力、专业理论知识滞后于行业发展,因此开展高速铁路专门技术人才实践创新能力培养的研究极为重要。针对当前高速铁路相关专业教育仍然沿用原有铁路专业人才培养模式、学生工程实践创新能力培养与快速发展的高速铁路新技术衔接不紧、难以及时胜任工作岗位等教育现状,研究性实验教学模式可以很好地改善这些问题。

1 传统研究性实验教学

20世纪初,中小学课程中出现“研究性教学”,随后20世纪中叶,其在大学里发展,在国外又称“项目课程”,是国际社会比较普遍认同和实施的一种新的教学模式[1-2]。研究性教学模式是基于“发现学习模式”和“认知发展学说”而构建的,其原理是将科学领域的研究方法引入课堂教学,使学生在学科学习中选择并确定学习的内容,将被动的接受式学习转化为主动的探索式学习,在研究过程中主动探索、主动思考、主动实践,学会汲取知识、应用知识、解决问题、获取经验,从而提高学生的综合素质,培养学生创造能力和创新精神。研究性实验分为验证性实验和探究性实验[3]。

验证性实验的教学模式是高校实验教学的普遍模式,是为进一步巩固之前学习的理论知识而进行的验证行为,是学生在教师的指导下进行公式、定理和结论的验证的实验教学模式。验证性实验是学生将实验过程中的认识与书本理论相结合,以得到对理论的较为完整的认知[4]。然而,验证性实验的过程中都有教师指导且只是达到对知识的验证与巩固,在此过程中学生缺乏对知识的思考与探究,因而对于学生的创新能力和发散思维的培养具有限制作用。

探究性实验是基于验证性实验的一种实验教学模式,整个实验过程由学生自行设计与操作[5-6]。在研究性实验之前,教师需要为学生列出问题、实验要求和实验目的,学生可以采用不同的实验原理和实验步骤达到教师所提出的实验目的和结果的要求。其要求学生查阅大量参考资料,认真地研究、思考并解决这些问题,掌握有关原理并自拟实验步骤、选择有关器材来实现实验要求。在此过程中,学生自主理解实验原理,对学生的自学能力、动手能力、创新能力以及分析、研究、解决问题的能力都有所提高。在研究性实验教学中,教师是学生学习的引导者,重视学生的动手能力和创新能力的培养,努力实现学生科学素质的提高,充分调动学生的自主能动性。

2 新型研究性实验教学

高校教师的科研项目起点高、难度大,而本科学生的专业理论知识扎实但缺乏工程实践经验[7]。以科研项目为驱动,改革传统的研究性实验教学,推动实践教学方法方式改革,开展具有专业特色的学科竞赛活动,使学生的学习热情得到进一步提高,有效地弥补学生缺乏工程实践的问题,对于学生实践创新能力的培养可起到重要作用。

2.1 以项目为依托,引导学生积极参与科研项目

以高速铁路信息与控制为研究方向,在科研项目研发过程中,鼓励优秀本科生积极参与到科研项目的研发过程中,可以使学生所学的理论知识得到应用并转化成学生认识和解决实际问题的能力。在指导教师教授查阅文献资料的基础上,将相关资料文献和教师已发表的相关论文作为学生的参考资料,鼓励学生在已有的研究基础上进行进一步的研究和思考。本科生通过融入科研团队,培养了科研素养和团队意识及创新意识。为了扩展本科生毕业论文的课题内容,学生可结合教师的科研项目,完成具有理论与实践相结合的优秀毕业论文[8]。

2.2 以项目为驱动,将科研成果融入实践教学

以项目为驱动,可以促进教学与科研之间的发展与更新[9-10],通过将科研成果转化为教学资源,拓展学生的专业理论视角,鼓励学生对于理论知识的思考。

将项目成果引入课程教学中,不仅丰富了教学内容,而且实现了科研与教学的有效依托[11-12]。如在科研项目的支持下,列车运行监控仿真实验系统、铁路调度集中控制仿真实验系统、铁路信号资源虚拟化仿真实验系统等科研教学平台得到建立,这些科研教学平台在用于科研的同时,还可以在大学生实践教育(例如:实习、课程设计、毕业设计)等方面发挥重要作用。教学带动科研、科研促进教学,提高了高速铁路交通信息与控制领域的研究和教学水平。

2.3 以项目为中心,组织开展各类专业学科竞赛

以科研项目为中心、以实验室为项目研发基地,在教师指导下,本科生可以配合或独立完成部分项目工作,如图1所示。以本科生的特长与爱好为确定参加项目的依据,使本科生尽可能地发挥其优势,如理论知识扎实、分析能力强的学生从事仿真与数据分析,动手能力强的学生从事系统开发等。例如,在“乌鞘岭隧道综合监测与维护技术研究”项目中,来自轨道交通信号及控制、计算机科学与技术、电气工程及其自动化等专业的7名优秀本科生,根据自身的兴趣爱好及特长,分别参与了嵌入式系统开发、无线传输模块调试和监控中心主机管理软件开发过程，取得良好效果。

图1 科学研究促进学科竞赛

学生通过项目研究积累的知识、技能,拓展项目研究的内容,在项目组教师的指导下积极参加智能车、嵌入式物联网、软件设计与开发、信息安全、电子设计、数学建模等具有特色的学科竞赛和大学生创新、创业科技课外活动,在此过程中,学生可以将课本学习到的知识与参加项目得到的经验应用到具有特色的学科竞赛和大学生创新、创业科技课外活动中,使其学习主动性、创新能力和团队协作精神得到最大化的展现。通过各种具体的实践训练,全方位地培养了学生的创新意识,强化了学生的工程实践创新能力,为适应高速铁路行业发展奠定了实践基础。

3 结束语

运用新型的研究性实验教学方法,以科研项目为依托,结合铁路特色专业的培养要求,使科研项目促进实验教学,以科研项目的研究成果不断丰富专业理论,为教学的发展注入新动力；以科研项目的研究成果为学生学习提供实践平台。该方法注重学生工程实践创新能力的培养和高速铁路新技术的衔接,进一步提升了学生的实践创新能力和就业质量。

References)

[1] 雷宏香,蔡志岗,王嘉辉,等.研究性教学模式在光信息专业实验教学中的应用[J].实验室研究与探索,2008,27(11):103-105.

[2] 程环,张兴英,鲁建民.研究性实验教学与培养高素质人才[J].化工高等教育，2006,10 (3):53-55.

[3] 邹盛勤,陈武.研究性实验教学的探索与实践[J].中国市场，2006(44):5-8.

[4] 孙敏,杜冰,郑晓英.论工科专业课实验教学模式[J].实验室科学，2008,8(1):63-66.

[5] 魏安静.工科院校实施研究性实验教学的探讨[J].安徽工业大学学报:社会科学版,2006, 23(6):34-36.

[6] 丁鸣.关于高校实验室建设的几点思考[J].南京工程学院学报，2002(3):67-70.

[7] 魏莹,许辉.依托科研实验室探索地方高校研究性实验教学的实践[J].化学教育,2014 (12):37-41.

[8] 张雅君,周宇,韩英.普通高校实验教学质量评价的研究与实践[J].实验技术与管理,2011,28 (3):12-15.

[9] 王金发,戚康标,何炎明.实行研究性实验教学培养学生的研究能力[J].中国大学教学, 2005(4):8-9.

[10] 王志林,刘苏明,邵进,等.高层次本科人才培养中的研究性实验教学[J].中国大学教学,2006 (2):45-47.

[11] 戚康标,王宏斌,何炎明,等.开放式研究性实验教学的设计与管理[J].实验技术与管理, 2010,27(7):25-28.

[12] 张小岗,秦玉军.研究性实验教学项目创设及实践[J].实验室科学,2011,14(1):37-39.

Exploration on new mode of research experimental teaching for electrical engineering

Min Yongzhi, Li Hong, Wang Xiuhua

(School of Automation and Electrical Engineering, Lanzhou Jiaotong University, Lanzhou 730070, China)

Based on the analysis of the shortcomings of traditional experimental teaching research, a new type of research teaching mode is proposed, which is relying on research, teaching and research can promote each other. Combining situation of undergraduates in the new research experiments, whose major is electrical engineering, the practice has shown that the new research experiment teaching can train innovative spirit of students all-round, and improve the engineering practice capability of students, and provide a good reference for professionals training of high-speed railway industry.

electrical engineering; experimental teaching; research project

2015- 05- 22 修改日期：2015- 07- 24

兰州交通大学实验室管理处实验教改项目(2615218)

闵永智(1975—),男,陕西城固,博士,副教授,研究方向为智能测试与机器视觉.

E-mail：minyongzhi@mail.lzjtu.cn

G642.0

A

1002-4956(2015)12- 0177- 02