面向復合創新人才培養推進電類基礎課程實驗教學改革—專訪浙江大學電工電子實驗教學中心主任韋巍教授

□ 本刊記者 安 健 張 鵬

面向復合創新人才培養推進電類基礎課程實驗教學改革—專訪浙江大學電工電子實驗教學中心主任韋巍教授

□ 本刊記者 安 健 張 鵬

浙江大學電工電子實驗教學中心主任韋巍簡介

韋巍，博士，教授。1983年畢業于浙江大學電機系自動化專業。1986年獲浙江大學控制理論與控制工程碩士學位，同年留校任教。1993年獲中英ALCS獎學金赴英國Reading大學從事國際合作項目研究。1994年獲博士學位，同年晉升副教授。1998年獲德國DFG研究基金資助赴德國波鴻魯爾大學神經科學研究所進行合作研究。1999年晉升教授，2000年被批準為博士生指導教師。國家“863”專項專家組成員，浙江省新世紀151人才和浙江省杰出青年基金獲得者，中國電工技術學會理事、浙江省電氣信息類教學指導委員會委員。現任浙江大學電氣工程學院常務副院長兼國家級電工電子實驗教學示范中心、國家級電類基礎課程教學團隊、國家級電氣工程創新人才培養模式實驗區、自動化國家特色專業的負責人，也是浙江省首批師德先進獲得者。

近幾年來主持過國家自然科學基金、國家863基金、浙江省重大自然科學基金、教育部骨干教師基金、浙江省重點科技計劃項目、浙江省人才基金項目等縱向項目10余項，發表論文近百篇，其中SCI收錄10余篇、EI收錄20余篇。作為第一完成人獲得浙江省科技進步一等獎、教學成果一等獎、科技進步二等獎各1項，參與的省部級以上獎勵3項；以第一著者編著出版了九五規劃教材、十一五規劃教材各1部。負責指導的浙江大學本科生在首屆和第四屆CCTV全國大學生機器人大賽中榮獲季軍。

本刊：您認為在創新型人才培養過程中，貴校的實驗教學示范中心發揮了怎樣的作用？在實驗教學理念方面實現了哪些轉變？

答：浙江大學的辦學理念是“以人為本,整合培養,求是創新,追求卓越”。以人的全面發展為核心,強調知識、能力、素質(KAQ)并重,寬、專、交相結合,倡導自主化、高效化、研究化、國際化學習,著力培養通曉國際政治、經濟、文化、科學,能把握國際大勢的各行各業領導人才。

實驗教學是工程型創新人才培養的重要途徑,實驗教學應注重基礎,加強思維和能力的訓練。

為實現“以人為本,追求卓越”的理念,學校積極推進“基礎寬厚、專業自主、復合交叉、鼓勵探究”的培養模式,為學生提供更廣闊的個性化成長空間。近年來,浙江大學以建設綜合型、研究型、創新型一流大學為目標,以提升教育教學質量為核心,以激發學生自主學習、個性發展為主線,以課程體系和教學內容的改革為切入點,推進以人為本、因材施教的人才培養模式。推動研究型教學模式,將研究實踐融入教學過程,激發學生的潛能,培養學生的興趣,增強學生獨立思考和創新的能力。

學校結合卓越工程師建設、特色專業建設和專業認證等深化教學改革的進程,對教育教學的全過程進行了改革和探索,例如,提出浙江大學的工程教育應進一步強化工程實踐、工程設計和工程創新；加強校企合作和國際交流；構建工程大類課程體系等設想和實施方案。

在課程體系改革、學生創造力的考核、經典課程設置、通識課與專業課中前沿知識的歸納等方面提出了新的要求。致力于加大教學方式的改革步伐,在教學過程中,改變以教為主的教學模式,靈活采用多種教學方法,更多地關注學和用的效果,引導和要求學生進行自主學習，對學習的考核由“關注結果”向“考量過程”轉變。

進一步推進多元化學習環境的構建。除了在課堂學習上加強教學內容和教學方法的改革,還著重營造新的學習環境。如,通過向學生提供各種網絡教學資源,實現學生自主性、探究式學習。通過小型研討課、學術研討會、各類學科競賽和科研訓練計劃等,營造研究性學習環境,在研究實踐中提高學生的創新能力。

本刊：實驗教學示范中心在建設過程中結合學校實際與院系學科特點形成了鮮明的特色,請問貴中心在建設和評審過程中形成的突出特色有哪些？

答：浙江大學電工電子實驗教學中心經過20多年的建設,特別是近年來伴隨質量工程建設項目的進程,創建了全國一流的實驗教學環境和獨具特色的創新型人才培養實驗教學模式、深化實驗教學中心管理體制改革、組建了教學理念先進、教學水平高的各實驗教學課程組,并形成了以下主要特色：

(1)貫穿以能力培養為主線,通過多層次、多模塊、開放式教學內容與方法的改革,建立了自主研究型的實驗教學體系,取得了因材施教、提高學生實踐與創新能力的實效。

(2)豐碩的立體化電工電子實驗教材、先進的實驗教學設備、眾多聯合共建實驗室,構建了面向理工農等學科、多層次、全方位的實驗教學平臺。

(3)自主開發的“基于Internet的工科電類綜合實驗室”“模塊化綜合創新實驗平臺”“基于可編程邏輯器件的電子系統實驗平臺”等5個實驗教學和管理系統,打破了傳統實驗室和實驗模式的時、空、資源和內容限制,實現了自主研究、開放型的實驗教學新模式,并充分展現了現代實驗教學的先進性和導向性。

(4)功能多樣的自制設備滿足了各類實驗項目以及實驗教學模式的需求,拓展了相關的實驗功能和內容,并產生面向國內有關高校和教學儀器公司的輻射作用。

本刊：我們了解到,浙江大學電工電子實驗教學中心在國家級實驗教學中心建設中自制研發了一些教學設備,您能簡要介紹它們在創新實驗教學、提高教學質量方面發揮的作用嗎？

答：浙江大學電工電子實驗教學歷來有自制、開發符合教學改革發展需求的教學器材和設備的優良傳統,并具有扎實的工作基礎。早在20世紀80年代初,電路實驗室配合教學要求的更新,設計了一批新穎的、特色顯著、教學效果好的電路實驗箱,并向其他高校推廣。90年代,曾自制GDS-1型高性能電工系統實驗裝置,進而增添了多項獨具特色的新實驗。1997年以來,中心教師在學校立項建設的自制實驗設備有12項,另有多項與教改項目有關的新型教學儀器與設備的研制開發,以及大量教學成果轉化為教學實驗設備的研制,并通過與國內4個電工電子教學儀器公司合作,面向全國眾多院校輻射成果。

2007年以來,中心研制了新一代電工綜合實驗臺、通用實驗電路模板、基于CPLD(FPGA)的數字系統實驗接口電路板、基于對象的可編程邏輯控制器實驗平臺,以及軟硬件集成優化配置的綜合創新實驗平臺,滿足了研究拓展性實驗、模塊化開放式綜合實驗的發展需求。

1.綜合創新實驗平臺

為培養學生掌握最新電子電路設計的理念,將電路分析、模擬電路、數字電路、信號與系統、測控技術等多門課程的實驗教學有機結合,并包含單片機和虛擬儀器的實驗教學,中心自主開發了“綜合創新實驗平臺”,可以進行以下3種層次的實踐：

①“根據目標進行系統選型和實驗測試”：選擇合適的功能電路,組成目標系統進行功能和參數測試。

②“自主設計并制作系統中的某一功能電路”：從原理設計,元器件選型,線路板繪制、制作、安裝到調試,全過程地實現對以往單純功能電路實驗的替代。

③“團隊合作實現系統功能”：多位實驗者合作完成一個系統的設計制作和調試。

電工電子創新實驗平臺由儀器屏和功能板系列兩部分組成。儀器屏提供一個模擬的科研平臺,電路板是通用的基本功能模塊,現有非電量電測系列、信號處理系列、A/D與D/A轉換系列、微處理器系列、信號隔離與變換系列、功率放大系列、實際對象系列、測控技術系列、信號與系統系列等功能電路單元。這些功能電路具有參數可調的開放式特點,并具有良好的保護,可以重復多次地用于不同的課程實驗和實踐項目,減少了復雜系統設計時的資源浪費和重復性勞動,從而使學生將更多的注意力集中到單獨進行單元電路的設計以及處理系統與單元電路的關系。圖1為綜合創新實驗平臺以及其中的水箱溫度液面控制和小車運動實驗系列的對象和功能電路板。該平臺不僅可以進行基于課程的各種層次實驗,也可以服務于綜合性課程設計和學生的課外創新實踐,通過自主選擇功能電路模塊,構建個性化研究和探索的實驗系統,有效地拓展開放實踐內涵,提升自主實踐的層次。

圖1 綜合創新實驗平臺及部分功能電路板

2.新一代電工綜合實驗臺以及拓展電路板

在不斷優化電工實驗臺功能(如圖2所示的不同版本)的基礎上,研發制造了新一代電工綜合實驗臺如圖2(d)所示以及通用實驗電路板。該實驗臺原理及電路向師生開放,結構便于維修和維護,并具有良好的保護和警示功能。通用實驗電路板則滿足了拓展性電路實驗教學和個性化學習的需要。為推進自主研究型實驗教學,還開發了虛擬實驗裝置以及有別常規實驗方法的綜合探究性實驗裝置。

圖2 電工綜合實驗平臺

圖3 學生實驗場景

3.基于CPLD(FPGA)的數字系統實驗接口電路板

該電路板既可基于數字電路實驗課程進行數字系統的設計和制作,也可用于模擬數字電路相結合的綜合實驗以及電子系統設計和創新實踐。如,數字電路實驗課中,用功能可拓展的多功能數字鐘設計,替代了以往的單元電路實驗,由此形成新的實驗教學方法和考核方法。基于該實驗平臺,同學們可嘗試模數電相結合的電子系統設計的多種選題,進一步拓展其創新和實踐動手能力,有助于提高教學質量。

本刊：設備使用率低是高校實驗室管理工作中普遍面臨的難題,貴中心在維護和保障現有設備正常中普遍運行,為教學和科研服務方面采取了哪些措施？

答：為提高設備使用率,中心實驗室按功能設置而不是按課程設置,并力求按照電路、模擬電路和數字電路的基本要求配置通用的儀器設備。此外,各實驗室資源共享,中心統一安排和調度各實驗室的實驗教學任務和儀器設備。

功能實驗室以及相應儀器設備的管理、維護和維修實行崗位責任制,由專職實驗技術人員負責,并通過崗位評聘要求實驗室管理人員承擔實驗教學,參加實驗課程組教學研究活動,為提高實踐教學資源的使用效率提供了物質基礎和質量保證。

中心基于網絡信息化的實驗教學管理、實驗設備管理和實驗室管理系統,為基本實驗教學的規范化管理和以人為本的開放式教學管理提供了技術保障。同時,借助交互式資料管理FTP和課程網站展開虛擬實驗教學。另外,基于Internet的工科電類綜合實驗提供了真實物理系統的遠程實驗,這些實驗模式或手段進一步突破了傳統實驗室的時、空以及資源限制。所有實驗室采取預約制,向研究生、課外興趣小組、學生科技社團以及各類創新實踐活動開放,也滿足了接待成人教育和外校的實驗需求。

本刊：浙江大學電工電子實驗教學中心取得了豐碩的建設成果,其中很多成果值得推廣與借鑒,您介紹一下貴中心近期取得的較為突出的建設成果嗎？

答：浙江大學電工電子實驗教學中心自2007年被批準為國家級實驗教學示范中心建設單位以來,持續不斷地進行實驗平臺、實驗教學體系、實驗課程體系、實驗教學內容和方法的改革探索,作為參與單位于2009年獲得國家級教學成果一等獎1項；2008年獲得省級教學成果一等獎1項。國家級質量工程項目4項(國家級人才培養模式創新實驗區1項,國家級精品課程2門,國家級網絡精品課程1門)；省級精品課程2門。2010年,中心所在電類基礎課程教學團隊入選國家高等學校優秀教學團隊。實驗中心2人獲得浙江省高等學校教學名師獎,1人獲得教育部寶鋼教育基金優秀教師獎,2人獲得省級個人獎勵。出版國家級十一五規劃教材12本,其他教材6本。省級教學改革立項3項。發表教學研究論文30余篇。省級以上大學生科研創新實踐項目6項。學生獲得省級以上創新實踐獎勵近20項。舉辦了全國理論電工年會、電氣電子基礎教學課程論壇,電氣工程教育論壇、浙閩贛地區高校電子技術課程教學研討會等。

具有特色的建設成果為：

(1)構建了自主創新人才培養的教學體系,體現了“基于系統、問題導引、多重交互”的特點。通過新實驗項目的補充、實驗教學方法與手段的更新,促進了課程間的整合與優化,突破電類基礎課程之間的界限,以工程和系統的觀念,用科學的方法構建完整且精煉的知識體系。按照“做中學、學中思、思必行”的原則組織理論和實驗教學活動,使基礎課程教學不脫離工程應用背景,達到了提高動手能力的目的。

(2)開發了滿足研究性、開放式綜合實驗教學需求的研究拓展型實驗項目；基于課程的模塊化實驗項目；基于復雜應用系統的模塊化開放式綜合實驗項目,研制了配套的教學器材和設備。對于激發學生學習興趣、增進自主學習、培養自由探索能力收到了良好的成效。

(3)開發了多種功能的綜合實驗平臺,從而形成具有復雜應用背景、可視化實驗效果、基于電子系統設計的基礎實驗教學新模式。

中心結合課程教學在低年級展開的創新實踐特色鮮明,并通過2010年舉辦的浙江省第一屆大學生電工電子創新實驗暑期培訓班在省內十多所高等院校產生良好的示范作用。