虚实结合的电类专业实验实践教学模式研究——以安阳师范学院为例

苗风东，陈永超，丁电宽，邹玉炜

(安阳师范学院 物电学院，河南 安阳 455000)

1 电类专业实验实践教学模式研究背景及研究意义

实验实践教学是高等学校人才培养方案的重要组成部分，是应用型工科专业人才培养体系的关键环节，是全面提高新时代高等学校本科人才培养质量的重要途径。

传统的实验实践教学模式是指导老师根据具体的实验大纲编写实验方案，使学生在固定场所、固定仪器实验设备上进行实际操作，学生通过实际操作仪器设备、连接电路、测量数据以及查找电路故障等环节，掌握实验原理，达到理论联系实际的目的。但是，在实验中由于实际设备参数变化、测量方法不同、电路连线错误以及读取数据偏差等因素，造成实验失败，给学生带来一定的困扰。与此同时，随着实验设备使用年限的增加，维护费用投入也会逐渐增大，也存在着安全隐患，需要专门的实验指导老师在具体时间内看守，极大地影响着实验实践教学质量和效率的提高。

为深入学习贯彻党的十九大精神，适应信息化条件下知识获取方式和传授方式、教与学关系等发生革命性变化的要求，教育部下发《教育部关于开展国家虚拟仿真实验教学项目建设工作的通知》(教高函〔2018〕5号)文件，并在全国认定首批国家虚拟仿真实验教学项目，同时各个省启动省级虚拟仿真实验项目和高校校级虚拟仿真实验项目。

虚拟仿真实验教学客服了传统实验实践教学中的不足，不受实验空间、时间的限制，逼真、立体的表现形式提升教学效果；灵活多变的操作(如元件参数改变)节省了成本投入。

本文根据安阳师范学院电气工程及其自动化、电子信息工程专业(简称电类专业)实际情况，结合国家本科教育改革文件精神，在基础课程、专业课程实验以及学生专业实训、学科竞赛、创新基金等方面积极探索虚实结合的电类专业实验实践教学模式，成功申报并立项河南省“基于PLC控制的邮件分拣系统虚拟仿真实验”项目，为电类专业实验实践教学奠定坚实基础。

2 电类专业实验实践教学体系

安阳师范学院电类专业包括电气工程及其自动化和电子信息工程两个专业，使用的人才培养方案为2015版培养方案，实践教育平台包括具体课程的实验模块(我们称之为第一课堂实验实践模块)和诸如毕业设计、专业实习、专业实训、课程设计、各种学科竞赛等形式的集中实践模块(我们称之为第二课堂实验实践模块)。该培养方案以学生为中心，根据学生个人兴趣和志向，采取学术后备和行业企业分类人才培养，相应的环节学分、学时和要求有所不同。但是，该方案也存在如前所述的传统实验实践教学模式的缺点，不能及时适应现代教育需求。

为解决这一突出问题，仅仅围绕地方应用型高等学校人才培养目标和国家教育政策，依托安阳师范学院省级物理实验教学示范中心、河南省光伏发电工程中心以及河南省“基于PLC控制的邮件分拣系统虚拟仿真实验”项目，及时调整现有人才培养方案，构建虚实结合的电类专业实验实践教学体系。第一课堂实验、实践教学体系(部分课程)，第二课堂实验实践教学体系分别如表1和表2所示。

表1 第一课堂实验实践教学体系

表2 第二课堂实验实践教学体系

3 虚实结合的电类专业实验实践教学举措

3.1 电类专业第一课堂实验实践教学改革

第一课堂实验实践教学主要是指每门具体理论课程的实验内容，这是对具体课程理论知识能力的直接训练，是学生第二课堂实践学习的重要基础。根据每一门实验课程性质及现有实验设备等因素，组织任课教师重新编写实验大纲，实验模式包含传统的实际实验平台(实验设备)和虚拟仿真实验两部分，每一部分占一定比例，二者相结合进行，例如《模拟电子线路》实验采用60%实际硬件实验台实验+40%虚拟仿真实验；实验项目根据难易程度分为验证型、设计型、综合型和创新型。虚拟仿真环节要求学生掌握EWB、Multisim、Proteus、Matlab等一定的仿真软件，借助于虚拟仿真实验室进行仿真。

3.2 电类专业第二课堂实验实践教学改革

第二课堂实验实践教学同样包含传统的硬件实验平台(实验设备)和软件虚拟仿真实验两部分，它是独立于课堂之外、以学生为主体的实践教学环节，不受实践场所空间和时间的限制，学生可根据实际自由确定。根据学生所在年级、所学课程以及具备的专业能力水平采取分阶段、分层次的虚实结合的实验实践教学模式，分为一、二年级的基础实践层次、三年级的专业进阶(综合设计)层次和三、四年级的创新提高层次。不同层次对应不同的专业知识能力和不同的实践项目、实践要求。

针对分层次的实践教学模式，在学科竞赛环节组织学生参加“分层次”的“校级、省部级、国家级”专业学科竞赛以及大学生校级和国家级创新基金项目等第二课堂实践教学，从而形成“以教兴赛、以赛促教”、“赛教有机结合”的实践教学模式，进一步提高了电气工程类专业学生“发现问题、解决问题”的专业综合素养。

3.3 鼓励教师积极研究虚拟实验教学模式改革，建立“虚实结合、互为补充”的现代化网络实验室

鼓励任课教师积极研究虚拟实验教学模式改革，在第一、第二实验实践课堂教学中，逐步向虚拟实验教学转变，积极申请虚拟实验教学项目，建立“虚实结合、互为补充”的现代化网络实验室。学生在进入实验室进行实际设备操作实验前，可以在宿舍等不同场所利用自己手中的电脑学习EWB、Multisim、Proteus、Matlab等软件进行实验仿真，完成电路的搭建、功能设计、程序编写与调试、性能分析、时序波形测试等。通过不同算法和参数设计仿真，进一步验证学生对理论的正确性，然后学生再通过硬件设备调试，达到“虚实结合、互为补充”的学习效果。

3.4 激励教师开展实验实践教学研究，积极申报虚拟试验教学项目，编写实验实践教材

《单片机原理及接口技术》是河南省精品在线开放课程，也是安阳师院两个电类专业的专业核心课程。学院建有《单片机》实验室以及单片机虚拟仿真实验室，学生借助硬件实验和虚拟仿真实验，获得了较好的学习效果，学生参加以单片机为平台的学科竞赛业取得了优异成绩。

为进一步激励教师开展实验实践教学研究，积极申报虚拟试验教学项目，编写实验实践教材，优秀仿真案例汇编成册，学院制定了相应的奖励机制。

4 我校虚实结合的电类专业实验实践教学的成效

我院电类专业经过近几年的实验实践教学模式改革，取得了显著成效：第一、学生通过第一课堂的实验实践锻炼，理论知识更加扎实，仪器仪表及仪器设备操作、电路焊接与调试、软件仿真等实践能力大大增强，能够完成基本电路模块的设计与调试；通过第二课堂实践教学的训练，学生系统设计能力、程序编写与调试能力、系统故障检测与调试能力等综合素质得到了提高，多名学生参加各种学科竞赛取得优异成绩，参加2015年全国电子设计大赛获得河南省一等奖1项、二等奖3项；2017年“西门子杯”中国智能制造挑战赛获西部赛区一等奖1项；在2018年蓝桥杯全国软件和信息技术专业人才大赛中获得省级一等奖2项，国家级二等奖1项，三等奖1项；2018年大学生创基金项目获国家级立项2项，校级立项5项；同时学生的创新能力业得到了提高，学生申请授权专利7项。与此同时，任课老师的实验教学水平明显增强，取得了相应的实验教学成果，编写出版《电子技术实验》教材一部，申请并立项河南省虚拟仿真实验项目一项。

5 结束语

本文结合安阳师范学院电类专业实际，对实验实践教学采用传统硬件实验+现代虚拟仿真实验相结合的“虚实结合”实验实践模式，通过近几年的改革探索，取得了一定的成效，既节省了硬件资源昂贵的投入费用，又提高了学生学习的积极性和学习效率，对应用型地方本科专业实验实践教学方面积累经验，具有一定的实际参考价值。