基于工程教育认证的电气专业实验教学优化改革探讨

黄靖涛

（西北民族大学电气工程学院 甘肃兰州 730030）

随着高等教育改革和工程教育的深入，重理论、轻实验的旧观念发生了变化。实验时间少，实验实施效果差，如何在有限的时间内进行有效的教学已成为深化实验教学改革的关键问题。本文针对电气工程实验教学中存在的问题及其自动化专业。在把握工程专业认证核心概念、以工程专业认证标准为指导的基础上，构建了实验课程内容体系，设计了教学方法研究，结合实践不断完善[1-4]

一、电气专业实验教学现状

我校自成立电气工程及其自动化专业以来，已经建立了多个电类本科的实验室。但是纵观所有实验室，不论是基础实验还是专业实验，所有的实验教学环节都是基于硬件装置。虽然这些基础实验设施能够满足基本的本科教育，加强学生的动手能力，但是依然存在着以下多方面的问题：

1.硬件实验教学设备更新维护难

目前我院的实验设备多为基础性硬件实验设备，建设费用成本高，且电子元器件具有有限的使用寿命，更新换代较难，后期的维护费用较高。

2.教学内容传统单调，教学目标难以实现

由于我院的电气工程及其自动化专业的实验设备还是实验箱，因此，它的教学内容就是实验箱上的模块内容。实验箱上的模块一般都是验证内容，综合创新内容很少，上学时间有限。因此，各专业课程的实验内容主要是可验证性。由于实验是按照实验室的模块进行的，老师讲解演示，学生被动的跟着操作，课堂上缺乏主动性和创造性，学生的思维创新能力得不到提高，教学目标难以实现。

3.教学形式单一

目前，我院实验教学模式仍采用传统的注射教学模式，老师通常先介绍实验原理。学生在老师的指导下，根据教材的内容完成实验。所以即使每次学生都完成了实验内容，对实验原理不知其所以然，缺乏了对相关理论知识的理解和实际项目的了解，学生分析问题的能力得不到提高。

4.实验教学和管理工作量大

教师实验教学和管理工作量很大，因为许多实践基地需要日常维护，所以实验教学受到教师的限制。

二、构建完善的实验教学体系

根据中国工程教育专业认证协会 2017年3月修订的《工程教育认证标准》，以培养为目的，以毕业要求为指导，充分利用现有资源，建立系统、可操作的实验教学体系。

1.实验教学大纲的修订

实验教学大纲是是实验教学工作的重要依据，应当体现实验的教学目的和基本要求[5-6].通过专业课程的开设学期、学时安排、操作方式、考核方式等具体内容的实施不断发现问题，梳理思路，总结经验，优化改革，每 3～5年随着专业课程大纲的修订对实验教学大纲进行修订与调整.

针对电气专业的实验教学，首先进行综合分类，有硬件实物的电路连接测试与验证、有软件电路的模拟仿真设计实验、也有软硬件的结合综合实验，因此在修订教学大纲时充分考虑到实验的性质，以及前导课程与后续课程的衔接，开设相应的基础课程。实验课程作为理论与实践环节相联系的桥梁，根据专业课程的性质与特点，实验课时的安排要能涵盖体现本课程基础的理论知识以及多个知识点的运用。随着科学技术的发展和产业知识的更新，一些现有的实验指导书已经不能适应当前的教学要求，需要结合行业的实际情况，包括实验设备、实验内容的难易程度等编写实验讲义.

2.实验项目内容的优化

实验项目内容的设置应该能够体现专业课程核心知识点并对教学目标、毕业要求的达成度形成支撑作用.学校现在开设的实验内容。为实现理论与实践相结合，实验内容应根据当前工业生产专业课程的实际应用情况和在校学生的特点进行调整。电气工程的核心课程有其自身的特点，也有知识的连贯性和系统化。在传统的教学方法下，实验课和理论课是独立进行的。实验项目的设置基本上是基于实验盒上的模块。模块化实验主要是验证实验，很少有综合设计。所以学生在实验过程中单一运用一门课程的理论知识，连贯性和系统性较差。目前，我国电力行业已全面进入微机、网络、智能时代，以适应电机工程专业的发展趋势，实验项目的设计应软硬件结合，反映专业与学科特色；同时能够体现系统化、层次化。因此，根据专业课程的知识点将实验项目分为演示验证性试验、综合设计性试验、开放创新性试验，根据实验目的的不同，在掌握学生基本知识的基础上，发展学生综合应用基本知识，提高分析问题和解决问题的工程素养。

（1）演示验证性实验需要体现基础知识点，主要对基本原理进行验证的同时，通过此类实验项目在理解原理的基础上熟悉实验的硬件设备和软件环境。例如电力电子技术中的交流调压和交流调功的实验，通过负载灯泡闪烁的不同现象理解交流调压和交流调功的本质区别；电气控制实验中三相鼠笼式异步电动机的点动和自锁控制线路，通过对一台电机的控制，演示验证点动和自锁控制的功能所在；运动控制系统中以MATLAB软件为平台搭建坐标转换模型等。

（2）综合设计实验体现了这一专业知识点的衔接和综合性，并考虑了实验内容与简单工程问题之间的密切联系。例如：直流调速系统中应用对自动控制原理中系统的稳定性指标分析不同因素对调速系统的鲁棒性的影响，可以通过软件进行模拟仿真；电力电子电路中的电能变换电路也可以借助于MATLAB软件进行仿真实验等。

（3）开放和创新的实验可适用于超越提纲，通过跨学科、跨专业的知识获取和应用，提高综合能力和质量。例如：开关电源的设计、电力系统的综合实验、PLC的机床控制应用等。

三、教学方法的改革

通过对现有的实验教学内容和所实施的方式、环境进行分析，在面向工程教育认证的电气专业实验教学改革中，尝试采用多样化的教学模式，推进教学成果。

1.虚拟仿真和实体操作实验手段相结合

通过“虚实结合”教学方法，改善实验挂箱的实践教学，以弥补传统教学方法的不足，提高学生分析解决问题的能力，在传统采用实验挂箱教学方式的基础上，建立虚拟仿真实验室，开展电气工程及其自动化专业的计算机仿真辅助实验教学。有效利用计算机仿真软件，如Matlab/Simulink、Pspice 等，对于同类实验可以通过计算机辅助教学进行，例如整流电路的实验：有效避免了实验挂箱触发电路不可靠、管子器件容易发生故障致使不能及时的对理论教学辅助的弊端；电机拖动的运动控制系统实验：避免对DSP掌握不足的基础上对调速系统的理论知识不能深刻理解的弊端，采用虚拟仿真实验可有效理解理论知识原理；同时，针对电力系统的特殊性，对于无法直接进行实体操作的部分，引进虚拟仿真技术，用于模拟电力系统实时运行及性能分析等环节，弥补缺乏实体操作型实验的不足[7]。

2.采用“项目驱动，任务结合”的教学方法

依据工程教育模式的思路，对实验挂箱的实践教学内容进行精简，增加设计型、合成型实验内容。在全课程学习时间有限的情况下，选取几个实验作为必要的实验教学内容，首先进行验证实验。一方面理论得到验证，一方面实验设备和各种仪器（如示波器、万用表等）为人所熟悉，使用方法，为设计和综合试验的打下基础。完成基础性实验之后，学生小组选择实验项目，以团队的形式完成“讨论设计 、方案实施 、展示验收”的整个实验过程。通过该方法，学生可以在实验过程中完成理论知识的再认识、理论对实践的指导和理论知识的实践测试，从而提高学生的实验积极性。同时积极调动学生实验的自主创新能力，指导教师帮助学生监制方案设计的合理性和可行性，同时监控实验操作过程的规范性和安全性，从而有效考核实验结果的准确度。在锻炼学生分析问题和解决问题的能力的同时，有效培养和提高学生综合应用专业知识解决实际问题的能力。

3.充分利用网络平台，建设的“教、学、做”于一体的网络教学平台

为了更加合理有效的利用实验平台资源、调配师资力量，构建网络化的辅助教学平台包括理论知识与实验项目内容。该平台提供实验项目内容信息的概况：包括所涉及的所有项目内容、性质、学时，在线查阅、实验时间预约和实验结果评定等功能。通过网络化辅助教学平台，学生可检索电气专业实验的全部信息，根据学科要求在实验项目库中选择实验项目，在规定时间内选择实验时间，做好实验前预习工作，按时在规定的地点进行试验，提交试验结果，完成试验考核。教师可利用网络化辅助教学平台，有效调配师资和实验设备资源，及时完成实验前一系列准备工作，高效地开展实验教学工作。

4.积极开展开放创新型实验建设

除了演示验证性试验和综合设计性试验，积极开展开放创新性实验室。实验室配备基本电子元件和各种测试工具，积极组织学生参加各级高校各类课外科技活动和竞赛（如电子设计竞赛，挑战杯科技作品比赛、机器人比赛等）。鼓励学生参与教师的科研项目，使学生能够利用所学的知识，在开放的实验室完成实际任务，培养学生的创新能力、工程能力和解决实际问题的能力。

四、建立合理的考核机制

所有实验项目都可以借助网络平台构建专业课程的实验教学项目库，学生可以在线进行选择，指导教师在网上完成试验内容的批阅及考核。不论所是哪一类项目内容，只要所选择完成考核的项目内容学分大于等于实验大纲所要求的就认为完成该课程的实验内容。对于基础类实验一般为演示验证性试验，可在具体的实验室通过实验挂箱进行操作，但是实验结果和作业需要上传至网络，便于实验指导教师进行批阅，用于综合设计实验和创新实验，一般为虚拟软件实现或软硬件结合进行实现。根据这种实验建立系统模型，生成可执行文件，上传校园服务器。学生可以通过下载服务器上的可执行文件、运行程序、观看系统模型的运行过程以及手动自己调节更好地理解。这样，学生就可以通过计算机网络实验室在宿舍里做虚拟实验。验证实验和本课程的综合实验可以重复进行，实验将不再受时间和地点的限制。

结语

高校的实验室建设长久以来以硬件实验平台为主，实验内容以验证性实验为主，且实验设备易老化，教师的管理工作量大。为此本文以工程专业认证为导向，以创新创业为据，工学结合为主，优化实验教学内容，丰富试验教学手段，从内容体系上对试验项目进行有层次的区分：将实验教学分为基础性实验、综合性实验以及创新型实验三种体系。从教学手段上，充分利用现有的软硬件资源，跟随时代的脚步，构建网络化的实验教学服务平台，减少了教师的管理工作量，且更新维护较为方便；通过鼓励学生参加各种比赛进行开放创新性实验项目的建立，综合对电气专业的实验教学进行优化改革。实验教学工作服务于应用技术型人才的培养目标，为此我院加大实验实践教学方式改革，通过“引进来、送出去”的方式促进学产研协同发展，为应用型人才培养奠定坚实的基础，有利于学生学习效果的提高。