将电路电工实验室建设成开放创新型实验基地的探索

徐 航, 黄仲平, 沈 烨

(四川大学 电气信息学院, 四川 成都 610065)

将电路电工实验室建设成开放创新型实验基地的探索

徐 航, 黄仲平, 沈 烨

(四川大学 电气信息学院, 四川 成都 610065)

开放创新型实验室的建设是高校教学改革的主要内容,对培养学生动手能力、强化基本技能、提高解决实际问题、激发探索精神都有十分重要的意义。该文主要从四川大学电路电工实验室现状着手、对存在的问题和不足进行分析,在此基础上从基础培训、创新大赛、实验改革以及管理模式4个方面探索建设开放创新型实验基地,充分发挥高校实验室在创新型人才培养中的作用。

技术领域； 创新大赛； 探索精神； 实验基地

西方发达国家对创新型人才培养的成功经验表明:把实验教学和科技创新实践相结合建设开放创新型实验基地,是培养学生动手能力、提高学生解决问题的能力，以及探索精神的有效途径[1-2]。西方发达国家的高等学府，始终将培养创新能力和综合素质作为大学生教育的目的,将理论教学与创新实践有效地结合起来。

哈佛大学、麻省理工学院、加利福尼亚大学等著名大学利用产学研相结合进行创新型人才的培养,为美国经济腾飞做出了巨大贡献。他们在实验教学上也非常注重学生的课外科技创新实践,如哈佛的“Homelab”实验基地、哥伦比亚大学和麻省理工学院的“Upper division”实验基地,斯坦福大学的“Project”实验基地的科技创新实践项目，就类似于我国的大学生创新性实验计划项目[3-5]。国内高等学校也开始重视创新型人才的培养，教育部相继实施“卓越工程师教育培养计划”和“大学生创新性实验计划”,连续举办“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛[6-8]。学校管理者也制定出一系列的改革措施和奖励政策,并投入经费来推进创新型人才和卓越工程师的教育培养。在做好实验教学工作的同时,必须加强开放创新型实验基地的建设。

在国内外大力建设实践环境的形势下,将电路电工实验室与大学生创新实践相结合,把电路电工实验室建设成工科学生培养动手能力、提高解决问题能力、进行创新实践的实验基地是有重要工程意义的[9-10]。电路电工实验室不应局限在基础实验教学,还应为学生创新设计、电子设计大赛以及毕业设计提供一个平台,方便学生之间、学生与教师以及教师与教师之间的交流,更好地培养学生的实践创新能力。

1 电路电工实验室建设思路

电路电工实验室是培养工科学生,尤其是电类专业的学生提高动手能力、发现问题、解决问题、团队协作能力的基地,如何更好地发挥实验室的作用,最大限度提高大学生的综合素质是一个很重要的问题。现在电路电工实验室存在以下2个方面的问题:

(1) 实验室利用率不高,功能单一。电路电工实验室只是完成电路理论、电工测量以及电工电子技术基础实验的教学。模式固定、实验单一,很多学生在实验中就会失去参与实验、科研的热情。

(2) 管理模式单一。现在虽然也分学校和学院两级管理模式,但并没有形成一种对内承担科研、制定实验室长期规划、积极为学生开展创新活动服务、对外进行合作交流的运行模式。现阶段主要任务还是学院日常教学、设备维护等实验教学活动的管理，实验室管理模式单一。

1.1 加强实验室条件建设，培养学生实践创新能力

四川大学电工电子教学实验中心电路电工实验室近几年来不断加强实验室条件建设,注重加强学生创新实践能力的培养。先后开发了运料小车、交直流电路故障查找、设计多量程的电表以及综合电机实验等实验平台,在学生创新精神的培养和综合工程素质的提高方面发挥了一定的作用,并且在管理模式上也进行了很大的改进,以教师为主的管理模式慢慢向教师学生共同管理的模式发展。主要的实验平台如表1所示。

表1 电路电工实验平台

现阶段电路电工实验室建设最主要目标有2个方面:

(1) 提高学生参与实验的积极性。电路电工实验多以基础性、验证性实验为主,并且模块化设计并不能让学生真正理解模块内部电路,整个实验均处于被动的、固定的实验模式。缺少思考,大多数学生只注重结果。长此以往,学生逐渐失去参与实验、科研与探索新实验、新现象的兴趣,甚至认为电路电工实验仅是依据电路图接线,然后测量相应数据而已。

(2) 在培养学生动手能力的同时满足不断日益增加的科研需要。不但要培养学生发现问题、解决问题、团队协作能力,而且要设计一些与现阶段工业生产紧密相关的实验或者实践环节，创新实验平台如图1所示。如何更好地提高学生的积极性和应用现有设备实现最大的科研价值，是建设电路电工实验基地时值得深入思考的问题。

图1 电磁场和电工综合实验平台

结合我校电路电工实验室具体情况,教学改革应以学生发展为指导,通过持续不断的努力,最终建成注重实践和创新的特色实验基地。有利于提高学生动手和创新能力,同时可以有效地将实验研究转化为科研成果,培养出社会需要的有探索精神的新型人才。

为此,首先对实验结构进行改变,应以验证性实验为辅,综合实验为主的模式,通过大量的综合实验培养学生的动手能力。其次软硬结合,学生在搭建硬件电路并测试出结果后,鼓励学生使用相应的仿真软件进行再次分析,在更好地理解实验的同时掌握相应软件的使用。最后创新实验项目与实验室建设相结合。挑选设计一些可以通过实验室现有资源或者简单改造可以完成的，与生活、生产相关的创新项目,鼓励学生积极参与进来。在这个过程中不但提高了学生的科研能力,也逐步完善了电路电工实验室的建设。培养体系流程如图2所示。

图2 理论-实践培养体系

1.2 改革实验室管理模式

管理模式是提高实验室教学效率和质量的保证[11]。创新实验基地建设适应卓越工程师的培养,必须形成一个有利于学生工程素质提高、各项工作内容良性互动,且可以最大限度利用现有资源为学生服务的管理模式。

实验教学不应局限于基础实验的讲解,更应成为提高学生动手能力、创新思维、与实践接轨的第一课堂。在实践教学结束后,应将实验室向做创新设计、毕业设计或者对实验有浓厚兴趣的学生开放,而不是关闭实验室。

借鉴国内外许多知名高校在实验室创新管理上的成功经验[12],我们探索改革电工电路实验室进行开放式管理模式。主要从4个方面进行探索:

(1) 对建设开放创新型实验室进行整体规划。首先完善实验室的各项管理制度，其次加强实验内容改革,从验证性为主的教学模式向创新型渐进。

(2) 师资队伍采用专职和兼职共同管理模式。一方面对专职教师技能进行培训,争取每人都有自己擅长的方面；另一方面引进兼职专业课教师。分别从实践和理论对学生进行指导，这也是学校近年一直探索的模式。

(3) 充分发挥实验室的资源优势。给做毕业设计、创新大赛以及对实践有浓厚兴趣的学生，提供场所及必要的实践技能指导,充分发挥实验室的作用,对资源最大限度地利用。

(4) 加强实验室日常管理。从以教师主管的理念转变为教师学生共同管理,让学生真正融入到实验室中。

2 加强开放创新实验基地建设

开放创新实验基地建设以培养卓越工程师为目标,应从功能及内容、教学体系、运行模式等方面深入思考，加强创新实验基地的建设,科学地统筹基础实验、综合设计实验与探索研究实验的关系,如图3所示。

图3 创新实验基地实验教学建设框图

2.1 在基础实验教学中培养学生动手能力

传统的电路电工实验室是以基础实验为主[13]，主要目的是加深学生对理论学习的理解、熟练使用常用仪器仪表,掌握基本实验技能,为以后综合、创新型设计打好基础。

基础实验中应尽量发挥分立元件的优势,将传统的模块化改变为分立元件,让学生自己搭建电路,进而培养发现问题、分析问题和解决问题的能力。同时将基础实验进行整合,比如电源特性测量、负载伏安特性测量和戴维宁定理的验证3个实验就可以整合为一个,既节省时间还有利于学生对概念理解的加深,进而为综合型和研究型实验做准备。

2.2 申请大学生创新项目

综合型设计实验以大学生创新设计大赛为依托,设计软硬件结合,且结合社会发展需要相关的题目,鼓励学生积极参与。在完成比赛的同时,自身能力也得到了极大的提升。此前实验室从教学和科研探索出发,设计了大量新型实验和创新综合设计项目,但其选做率一直较低,为解决这个问题，我们采取申请大学生创新项目的措施。

(1) 现在国家大力推行大学生创新计划,可以有效地吸引大学生参加。一方面大学生创新计划有国家的大力支持,资金上不成问题,实验室可以给予技术指导,相互配合。另一方面大学生完成创新计划可获得选修专业课的一定学分,这对大学生具有较高的吸引力。

(2) 根据社会生产热点和学生兴趣爱好申请大学生创新项目。比如今年申请的四旋翼飞行器的设计,就得到了学生的积极响应。

现阶段实验室的建设最主要的目标是不断满足日益增加的科研需要,在经费难以增加的情况下,如何更好地应用现有设备实现最大的科研价值、提高学生的创新能力是值得深入思考的问题。大学生创新实验项目为这一规划目标的实现提供了一个良好的机遇。

2.3 将基础实验和创新实验相结合

将传统的基础实验与现代控制理论相结合,开发研究型实验题目。比如将传统的继电器实验进行改造,改造流程如图4所示。

图4 控制实验改进方案

将基础实验与创新实验相结合,在提高动手能力的同时,尽量设计一些与工业控制、电路设计、行业发展相关的实验,提高实践创新能力。图5是自行研制的电机控制缩比运料小车实物图，取得了很好的效果。

(1) 使学生直观看到电路电工实验与技能的价值,是与工程实践紧密相连的,从而提高了学生对电路电工实验的积极性。

(2) 通过实验改造,学生动手能力得到培养的同时，对工程实践有了一定的认识,为培养学生的工程素质奠定了基础。

(3) 通过组织学生开展产学研活动,教师和实验人员的科研能力也得到了有效提高,同时为实验室的建设与发展赢得经费创造了条件。

图5 缩比运料小车实物电路图

3 联合建设特色鲜明的实验教学基地

联合电路实验室、电工实验室以及新建的电磁场实验室,加上开放式的管理模式,形成了实验课程为辅、学生自己动手主动学习为主的教学特色,形成开放创新型的教学基地。

开放创新型意味着学生可以根据自身的兴趣和特点选择学习内容,将学习的主动权交给学生,这一点对培养学生探索精神极为重要。产学研配合的教学方式仅在一个实验室中是难以完成的,必须联合其他实验室，构建电路实验室、电工实验室以及电磁场实验室协同配合的运行模式。电工电子实验室可以起到一个桥梁的作用,与其他实验室密切配合,在培养学生动手能力的同时,着重锻炼学生的创新思维和探索能力,以电子设计大赛、大学生创新大赛及各类学生科技竞赛活动等为纽带，组织好教学内容，共建特色鲜明的实验教学基地。

4 结束语

通过建设开放创新型实验基地,不仅可以为学生创造更多的学习机会,提升自己的科研能力。而且还可以提高实验室资源利用率,充分利用各种仪器设备产生更大的科研价值。同时可以对实验室软硬件、教学模式以及管理模式形成持续不断的发展,使实验室环境更有利于学生的成长。

References)

[1] 康胜利,章新友.科研平台开放实验室教学模式[J].实验室研究与探索,2009,28 (3): 86-87.

[2] 刘健,王春.应用型人才的层次及其实践环节的培养[J].黑龙江高教研究,2005,8(12):126-129.

[3] 邹世春,陈六平,余小岚.化学实验教学中心的内涵建设与教学实践[J].实验技术与管理,2006,23(12): 5-9.

[4] 曾国树,黄传明,项雷军.电路实验教学改革与实践的探讨[J].高校实验室工作研究, 2009(3):4-6.

[5] 石超,薛雪,陈桂真,等.电路实验创新型教学模式研究[C]//全国高等学校电子技术研究会论文集.2010,20(1):42-44.

[6] 郑家茂.构建开放创新实验教学体系推动学生自主学习[J].中国高等教育,2009(5):39-41.

[7] 程敏熙. 简论高等学校理论教学与实验教学的关系[J].实验技术与管理,2001,18(2):186-189.

[8] 陈名红.高等院校实验室管理的探索和思考[J].中国科技信息,2007(15):209-210.

[9] 胡长新,朱洪浪,凌有铸.工科院校构建大学生科技创新活动体系研究[J].安徽工业大学学报,2010,27(4):99-100.

[10] 赵萍萍.刍议我国高校实验室建设与管理工作的改革与完善[J].赤峰学院学报:自然科学版,2009(3):185-186.

[11] 元泽怀,陈英俊,李廷洪. 大学生电子科技创新实践中心的建设与运行机制探索[J].实验技术与管理,2011,28(3):120-121.

[12] 华红艳.电气工程及其自动化专业实践教学改革探索[J].郑州航空工业管理学院学报:社会科学版,2005(2):97-98.

[13] 元泽怀. 开放式设计性综合实验课程教学的改革与实践[J].实验室研究与探索,2009,28(11):120-122.

Exploration on construction of electrical engineering laboratory into open innovative experimental base

Xu Hang, Huang Zhongping, Shen Ye

(School of Electrical and Information Engineering, Sichuan University, Chengdu 610065, China)

The construction of open innovative laboratory is the main content of teaching reform in colleges and universities, which has great significance for cultivating students’ ability and stimulating thir spirit of exploration starting from the Sichuan University Circuit Electrical Laboratory status quo, this paper analyzes the problems of the open innovative experimental base from basic training and the construction of the experimental reform.

technical field; innovation contest; spirit of exploration; experimental base

2015- 07- 02

四川大学2015年实验室教学改造项目(87)

徐航(1987—)，男，陕西咸阳，硕士，助理实验师，研究方向为电子技术应用与高电压技术.

E-mail：2601024236@qq.com

G482

B

1002-4956(2015)12- 0253- 04