基于創新培養的電氣自動化專業實驗平臺的建設*

任志斌 劉細平 梁建偉

江西理工大學機電工程學院 江西 贛州 341000

大學教育是培養創新型人才的重要階段，而大學實驗教學在對學生這些能力和素質的培養中具有舉足輕重的、其他教學環節不可替代的作用[1-2]。而目前我國高校實驗教學主要是驗證書本上的理論，實驗教學內容主要是驗證性實驗項目，進行實驗教學時，學生必須按教師的要求及步驟進行實驗，自主能動性不高，教學效果不佳，按照該種教學方式培養的學生動手能力不強，缺乏自主創新意識[3-4]。

根據教育部關于“高等學校要重視本科教學的實驗環節，能開出一批綜合性、設計性實驗”的精神，高等學校應大力進行綜合設計性實驗改革，而開設這樣的實驗必須要有對應的實驗裝置。原有的實驗裝置都是專用實驗箱組成的，實驗時，學生只要在實驗板上連接少許的電線就可以進行實驗。這樣的實驗方法也有優點，如實驗數據準確、實驗時安全可靠、實驗時間容易控制、教師準備實驗方便等。但缺點也很突出，學生動手機會少，缺乏自主設計及調試系統的能力[5-6]。更有甚者，部分學生實驗后連基本實驗內容及使用方法都不清楚，造成雖開設了實驗課，當代大學生仍然只懂理論分析，理論不能聯系實際，實踐動手能力和創新能力沒有得到明顯提高的現狀。因此，建立一個能夠培養學生創新能力，適合電氣工程及其自動化專業的綜合性實驗平臺是這次實驗裝置改革的重點。

1 建立專業綜合實驗平臺

針對電氣工程及其自動化教學專業課程實驗內容，設計電氣工程及其自動化專業綜合實驗平臺（圖1）。由于電機控制及PLC的控制已成為電氣工程及其自動化的主流方向，實驗裝置分成兩大層次，電機控制實驗平臺（包括直流有刷電機、交流異步電機、永磁同步電機及直流無刷電機的實驗模塊）和PLC控制實驗平臺（包括PLC基本實驗、PLC繼電控制實驗、液晶觸摸屏控制實驗及基于網絡的PLC控制實驗）。

圖1 綜合實驗平臺結構框圖

實驗平臺很大的特點是它是開放的通用平臺，打破傳統的演示性、驗證性、單一性的實驗模式，建立新型的設計型、研究型、綜合型的實驗體系。學生在做實驗時，都要通過親自編程實現實驗過程，實驗教學從以教師為中心轉變成以學生為中心，從強調驗證性實驗轉變為強調理論與實踐相結合及應用開發能力培養。學生利用平臺進行設計、編程與性能分析，通過開發系統平臺實現復雜系統的設計與調試等實驗，與以前實驗不同的是，這種實驗不是驗證性實驗，而是能夠培養學生創新能力與綜合應用知識能力的實驗。

表1 實驗項目內容

2 基于創新能力培養的實驗體系

整個實驗平臺的實驗體系的設計分為3個層次：基礎性實驗、綜合設計性實驗、課外科研實驗。

2.1 基礎性實驗設計

這一層次主要針對專業基礎理論的認識。通過一些基本操作的小型實驗，讓學生牢固掌握基礎性理論、常規儀器基本使用方法及基本編程方法，為下一部分的綜合設計性實驗做準備。

2.2 綜合設計性實驗設計

實驗內容較第一層次在復雜性、難度上有所提高，既考慮相關理論專業基礎知識的綜合運用，又通過實驗中的設計內容培養學生綜合運用知識解決工程實際問題的能力。

比如，在“運動控制系統”課程實驗項目中安排直流無刷電機的控制實驗，以往都是教師為學生準備好實驗儀器，調整到正常工作狀態，學生按照教師事先擬訂的實驗步驟（實驗指導書）一步一步地采集數據，一步一步地按規定好的順序觀察實驗現象。學生不敢隨便提出設想或要求改變實驗條件，只能按書本上或教師的意愿利用剛學過的公式、書本上的現象結論，計算出或抄寫出實驗開始前就已經知道的結果，最后提交一份實驗報告，一次實驗就算完成了。這種實驗，學生根本不需要解決什么困難和問題，也不需要動腦筋去分析和判斷，只要記住就行了。

現在改變以往的實驗模式，在實驗開始時，先發給學生實驗項目內容（如表1所示）。學生在做實驗前要知道實驗內容是什么，前期自己應該做好什么準備，實驗完成后自己應該達到什么目標。實驗項目實施中，學生十分感興趣，在空余時間經常互相之間探討有關實驗項目問題。實驗項目結束后，有的學生直言這個項目結束后，自己體會的東西比以往所有實驗都還要多。

2.3 課外科研實驗

結合電氣專業特點和興趣開展課外科研實驗項目，這也是實驗教學平臺的主要內容。比如在課外開設一些諸如電機控制小組、DSP軟件開發小組、電力電子制作小組、新能源利用與控制小組、PLC與網絡監控小組等興趣小組，進行一些制作或科研活動，這樣能使學生得到進一步鍛煉，提高學生的創新能力和動手能力。每個小組定期開展活動，可先由經驗豐富的教師向學生講解一些相關知識，再由學生動手開展一系列活動，自己動手進行設計和制作，自己在實驗室完成。經過這樣的活動，學生已不僅僅滿足于書本上的實驗項目及方法，更渴望親身實踐，以全面了解和掌握各種最新實驗技術和手段。在實驗室開放中，盡力提供實驗材料和信息，放手讓學生探索各種實驗方法與相關技術，讓他們自己查閱資料和設計實驗方案，完成實驗步驟，分析實驗現象及結果。優秀的學生還可參與到教師科研項目的研究中，大膽提出自己的建議和思路。通過課外項目的開展，使學生的想象更豐富，思維更積極，眼界更開闊，從而大大增強解決問題的能力和創新意識。這種活動突破傳統模式，為實驗教學開拓出新的空間，可以說這是進入“科研”層次的主體性的體現。

3 結束語

從實際效果看，電氣自動化專業綜合實驗教學平臺改革以來，實驗教學效果較之以前有明顯提高。學生在之后的實驗過程中自主性都極高，不僅學生之間形成互幫互助、相互學習的良好風氣，學生的能力也不斷得到提高，在參加各類創新比賽如電子設計競賽、機器人設計比賽時都取得較好的成績。

[1]鄭躍榮,等.改革傳統的實驗教學，加強全面素質教育[J].實驗室研究與探索,2004,23(3):69-71

[2]周亞俊.全面改革實驗教學，培養學生創新能力[J].實驗室研究與探索,2004,23(7):77-80

[3]劉杰,徐軍生.改進開放創新型實驗教學，注重綜合能力培養[J].長春大學學報,2005,15(6):102-103

[4]李耀剛,石國英,王宏志.改革實驗教學 培養創新能力[J].實驗室研究與探索,2007,26(11):92-94

[5]張承譜,陳東祥,陳金水.工程實踐教學改革與創新[J].理工高教研究,2007,26(3):109-110

[6]王偉祖,鄭旭明.建立綜合設計實驗平臺 培養學生創新能力[J].實驗室研究與探索,2004,23(8):74-75