新工科背景下电工电子技术实验教学示范中心的建设

杨 婷

(西安建筑科技大学 电工电子实验中心，陕西 西安 710055)

0 引言

“新工科”是我国教育界为响应国家提出的实施创新驱动发展战略，在工程教育领域开展的新改革，是一种探索工科教育的新理念、新结构、新模式、新质量、新体系的新型工程教育[1-2]。

高等工程教育经历了从注重技术应用的“技术范式”转换为注重科学研究的“科学范式”，又转换成为注重实践的“工程范式”的过程[3]。

学生工程实践能力的培养是高等工程教育的主要目标，是卓越工程师的培养要求，更是新工科的建设目标[4]。高等工程教育中实践环节是强化工程应用、培养工程应用型高级人才不可或缺的组成部分[5-6]。

高校各实验室是大学生接触工程实践教育最初期、最基础性的实践平台，实验室建设必须不断改革，适应新工科建设及工程实践人才培养的需求[7]。西安建筑科技大学电工电子技术实验中心是集基础性、先进性、开放性为一体的实践教学基地，承担全校6个学院23个专业本科学生的“电路基础”“模拟电子技术”“数字电子技术”“PLC可编程控制器”等课程的实验教学，同时还是我校大学生综合创新实践基地，负责全校学生创新实践及课外科技活动等。中心必须契合新工科建设思路，从实验教学理念、教学体系、教学模式、教学手段及方法、质量保证体系五个方面进行全面革新，努力建设为新时代的省级实验教学示范中心。

1 实验教学理念

西安建筑科技大学以全面贯彻落实科学发展观为重要指导方针，坚持以生为本，倡导“重品德、重能力、重实践、重协作、重创新”的教育理念；以“夯实基础、培养能力、开拓思维、注重创新、面向应用”为指导思想，以培养具有创新精神与实践能力的应用型人才为培养目标，着力提升学生的就业能力和创业精神，促进学生的综合素质全面协调发展，努力为地方经济建设和社会发展服务。

在学校“以培养学生动手能力、综合素质和工程应用能力，培养创新意识为教学工作的出发点，大力加强人才培养质量体系建设，提高教师队伍的核心竞争力”高等教育改革思路的指导下，结合中心实际情况，确立了中心的实践教学指导思想：

(1)以服务学科为宗旨，以满足教学科研需要为中心，以提高教学质量、科研水平和人才培养为目标，促进实验教学内容、方法、手段的改革与创新。

(2)遵从教学性原则、开放性原则、创新性原则，为全校理工科学生提供电工电子技术实践教学平台，针对非电类专业以培养厚基础、应用能力强、服务专业领域为目标；针对电类专业以培养综合设计能力强、高素质工程创新能力为目标。

电工电子技术实验教学中心在学校教学理念的指导下，在中心指导思想的引导下，确立了“以生为本，以实验教学为载体，建立培养应用型和创新型人才的实验课程体系，面向全校电类、非电类专业的教学特色，注重学生实际动手能力、创新思维、科学素养的训练，培养服务意识和工匠精神，强化电工电子技术服务于专业领域能力培养”的教学理念。

2 科学完善的实验教学体系

电工电子技术实验教学中心根据实验指导思想及实验教学理念，构建了一套完整的以“电工电子基础实验平台”“综合设计实践平台”“创新创业实践平台”和“产学研实践平台”四个平台为构架，以“验证性、提高性、设计性、综合性和开发研究性”五个层次的实验为核心，以相互关联，层层递进的六个实践模块为支撑、以提高学生工程实践、创新创业和就业精神三种能力为总体目标的“四平台、五层次、六模块、三能力”的面向全校电类、非电类专业的科学完善的实验教学体系，构成及关系如图1所示。

图1 实验教学体系框架

2.1 实验教学内容平台化、层次化

(1)电工电子基础实验平台。主要为大一、大二低年级学生设计。针对全校电类专业和非电类专业，以验证性实验为主，综合性和设计性实验为辅，确立不同的实验内容和学时，做到“基本实验”有保证，“综合实验”有特色。重点是通过大量基础性实验教学，培养学生理解电工电子类基本理论知识，掌握调试软硬件的方法和基本实验实践能力。

(2)综合设计实践平台。主要为大二、三学生设计。针对电类专业和非电类专业，按照新工科教育理念，打破同类专业的课程壁垒，将相关课程实验内容相互融合，开设占总实验量的50%的以综合性、设计性为主的实验项目，主要是培养学生对综合性电路的综合分析、设计以及动手解决实际问题的能力。

(3)创新创业实践平台。主要是为大二、大三、大四学生设计。在这个平台上，分为两个部分：第一部分主要是以参加各种创新创业活动为目的对学生进行相关知识的培训。第二部分是科研训练，学生选择自己感兴趣的课题，在实验室自主实践完成；也可以参与到教师的科研活动中，培养学生如何运用所学专业知识应用到科研实践的能力。通过该平台，可以进一步培养和提高学生的电子系统设计和创新能力。

(4)产学研实践平台。主要为大三、大四学生设计。在该平台上，引入电工电子领域新技术、新产品，结合不同专业特色及教师的科研项目，通过专业综合设计、毕业设计和产学研实践环节，使学生接触行业前沿，了解科技发展趋势，重点培养学生综合分析问题、解决工程实践的能力以及就业创业能力。

2.2 模块化、独立设课教学模式

电工电子技术实验中心按照课程体系构建6个实验模块，各模块均设有基础实验、综合设计实验、创新创业实验、产学研实验。电工技术实验模块、模拟与数字电子技术实验模块、可编程控制器实验模块、电子电路仿真及综合设计与研究实验模块、专业课实验模块(包括单片机、电力电子、自控原理、电机拖动等)、电工电子实训实验模块。

针对不同专业采用不同教学模式：对于土建类专业采用专用教材，以建筑电气与供配电、负荷计算、电路性质改造等内容为主体。

对于工科非电类专业，突出电工电子技术对各专业学科的技术支撑，结合各专业特色独立开设实验课程；对于电类专业，将电路基础、模拟电子技术、数字电子技术及电气控制与可编程控制器应用、单片机原理及应用、电力电子技术、自动控制原理、电力拖动自动控制系统等多门课程实验内容相互融合，独立开设综合性实验课程。

3 多元化实验教学方法

根据电工电子技术理论教学体系和知识结构特点和对学生能力培养的要求，采取不同的实验手段和方法，以达到教学目的和要求。

(1)案例式教学：将实验原理同生活实际中的现象相结合，由学生或老师提出实验案例，对原理进行印证。该方法充分调动了学生的学习积极性，增强了学生的独立思考和独立决策能力，使学生将所学的知识直接与实际相联系，增加了实验的直观性、形象性和立体感等，加大了实验的信息容量，提高了实验的效率。

(2)启发式教学：以教师为主导，学生为主体，创设问题情境，引导学生思维，激发其学习热情，培养独立思考能力。让学生通过观察和动手实验变被动为主动，进而通过学生自己的分析，归纳等获取知识。

(3)仿真操作：通过运用模拟软件，进行基础和技能训练。为使学生充分了解电工电子技术原理及实际操作，在实习实训的基础上，借助multisim、matlab、protel等仿真软件在教学中开展模拟仿真练习，并以课程设计、各类设计大赛进行强化。

(4)开放实验室：开放性实验室为鼓励学生在教师指导下，参与教师科研项目、校企产学研合作项目或自主开展科学研究。中心依托西安建筑科技大学教学、科研、校企合作产学研基地等为学生自主实验项目或大学生创新创业训练计划(国家级、省级、校级)提供实验平台，让学生更主动地参与到科学研究之中，有助于学生加深理论知识理解，提高动手能力。

4 实验教学质量保证体系

为确保实验教学质量，实验教学中心通过“制度建设，内容改革，学生评教，专家评价”来建设和发展实验教学质量保证体系。学院教学指导委员会领导和负责专业教学实验的改革研究与实践，负责具体的课程规划、教学改革，教学大纲制定和实验室建设等，并通过教学督导机制，岗位练兵和考核机制强化提高实验教学指导教师的业务能力，提高教育教学质量，从而有力地保证了实验教学的质量。

4.1 配套齐全的运行经费保障

为保证实验室与实验教学的正常运行，学校每年按照实验教学中心的年均人时数，拨付实验教学中心运行经费和维修，耗材等各项费用。并有充足的学科建设经费、实验教学条件建设经费以及高水平的科研课题作后盾，不仅为本科生的培养提供了有力的保障，并且为研究生以及教师等各种科研工作者提供了良好的实验条件。

4.2 自制仪器设备服务于教学

在学校经费支持下，为提高学校实验教学质量、提升实验教学水平、促进实验室可持续发展，电工电子技术实验中心不断加强实验室硬件建设，研制结合本校专业特色的自制仪器设备，为本科生实验教学和科研创新提供良好的实验基地。中心于2016年和2017年先后研制的自制仪器设备如图2，3所示。

图2 自制仪器设备-电子技术实验平台

4.3 多元化的考核机制

学生实验考评是督促教学、检查效果的重要手段。随着实验教学体系的建立，实验教学的考核逐步实现由单一考核方式向多种考核方式转变，由单纯知识点考查向知识掌握、应用和综合能力考核转变，采取过程考核与结果考核相结合的方法。针对不同实验阶段的学生采取不同的考试内容和方法。考核方式如下：

图3 自制仪器设备-电气控制实验装置

(1)对于非独立设课的课程实验，采用“实验预习(20%)+实验技能(30%)+图形数据(10%)+结论分析(40%)”的考核方式。

(2)对于独立设课的课程实验，采用“实验报告总成绩(30%)+实验操作成绩(30%)+笔试成绩(40%)”的考核方式。

(3)对于创新型实验，包括科研训练，大学生创新实验计划、开放性实验等，以学分的形式计算成绩，对结果的认定弱化。中心指导教师根据学生实验记录、实验结果和进行实验的时间，综合学生表现或完成的实验报告以及实验论文，给予建议学分。

5 中心教学效果、建设成果

电工电子技术实验教学中心充分依托西安建筑科技大学冶金、建筑行业的学科优势，注重综合创新实验教学，强化实验内容的综合性与设计性的同时，突出对专业学科领域的基础支撑作用，依据发展目标，将成为大规模、高层次、多元化的电工电子实验教学中心，并对陕西省的实验教学具有较好的示范和辐射作用。

5.1 主要竞赛活动及取得的有益效果

1)电子设计大赛

电子设计大赛旨在促进高等学校实施素质教育，培养大学生的实践创新意识与基本能力、团队协作的人文精神和理论联系实际的学风；有助于学生工程实践素质的培养、提高学生针对实际问题进行电子设计制作的能力；有助于吸引、鼓励广大青年学生踊跃参加课外科技活动，为优秀人才的脱颖而出创造条件。我校目前已成功组织多届学生参加西北地区、国家级比赛，近三年学生获得8项奖励，3名教师获得优秀指导教师。

2)中国机器人大赛RoboCup公开赛

其宗旨是通过组织机器人比赛和技术研讨，让更多的群众尤其是青少年学生了解机器人，喜爱机器人。机器人研究涉及多个学科，如力学、机械学、电子学、控制论、计算机科学等，学生在参加机器人比赛过程中不仅可以扩展知识面，还能促进学科交叉，迅速提高学生动手能力，培养学生的创新能力。目前我校已成功组织多届学生参加机器人大赛，近三年获得7项奖项。

3)其他竞赛

除了以上电类主要科技竞赛及实践活动外，还积极组织学生参加了全国大学生机械创新设计大赛、测量控制与仪器创新设计大赛、“正大科技”杯IBM机器人编程大赛、互联网+大学生创新创业大赛、大学生课外学术论文竞赛、大学生英语竞赛、大学生数学建模竞赛、大学生英语辩论赛、全方位多途径培养学生各方面的创新意识和能力。马俊、罗敏阳、王攀、杨洋、李利军获第十七届“粉体杯”暨第十三届“中星杯”大学生课外学术论文竞赛二等奖；王琨等获第二届中国“互联网+”大学生创新创业大赛银奖；李方正等获第二届中国“互联网+”大学生创新创业大赛铜奖。

5.2 开展创新创业取得的成果

中心面向全校6个学院23个专业开放实验，在多元化、开放式实验平台的支撑下，鼓励学生自主设计实验和在教师指导下完成实验。近年来，学生自主参加的积极性提高，近5年获得国家级创业项目共计30余项，“大学本科生科研训练”计划项目共计40余项。大学生的理论知识掌握情况和实验技能得到大幅提高。

6 结语

为适应新工科的五个新，即新理念、新结构、新模式、新质量、新体系，电工电子技术实验中心在学校相关思想、政策的指引下，提出了新的实验教学理念，制定了科学完善的实验教学体系，改革了传统教学模式，充实了实验教学内容，健全了实验教学质量体系，为省级实验教学示范中心建设提供了思路，为培养新时代的工程应用型、创新型人才打好基础。