將電路電工實驗室建設成開放創新型實驗基地的探索

徐 航, 黃仲平, 沈 燁

(四川大學 電氣信息學院, 四川 成都 610065)

將電路電工實驗室建設成開放創新型實驗基地的探索

徐 航, 黃仲平, 沈 燁

(四川大學 電氣信息學院, 四川 成都 610065)

開放創新型實驗室的建設是高校教學改革的主要內容,對培養學生動手能力、強化基本技能、提高解決實際問題、激發探索精神都有十分重要的意義。該文主要從四川大學電路電工實驗室現狀著手、對存在的問題和不足進行分析,在此基礎上從基礎培訓、創新大賽、實驗改革以及管理模式4個方面探索建設開放創新型實驗基地,充分發揮高校實驗室在創新型人才培養中的作用。

技術領域； 創新大賽； 探索精神； 實驗基地

西方發達國家對創新型人才培養的成功經驗表明:把實驗教學和科技創新實踐相結合建設開放創新型實驗基地,是培養學生動手能力、提高學生解決問題的能力，以及探索精神的有效途徑[1-2]。西方發達國家的高等學府，始終將培養創新能力和綜合素質作為大學生教育的目的,將理論教學與創新實踐有效地結合起來。

哈佛大學、麻省理工學院、加利福尼亞大學等著名大學利用產學研相結合進行創新型人才的培養,為美國經濟騰飛做出了巨大貢獻。他們在實驗教學上也非常注重學生的課外科技創新實踐,如哈佛的“Homelab”實驗基地、哥倫比亞大學和麻省理工學院的“Upper division”實驗基地,斯坦福大學的“Project”實驗基地的科技創新實踐項目，就類似于我國的大學生創新性實驗計劃項目[3-5]。國內高等學校也開始重視創新型人才的培養，教育部相繼實施“卓越工程師教育培養計劃”和“大學生創新性實驗計劃”,連續舉辦“挑戰杯”全國大學生課外學術科技作品競賽[6-8]。學校管理者也制定出一系列的改革措施和獎勵政策,并投入經費來推進創新型人才和卓越工程師的教育培養。在做好實驗教學工作的同時,必須加強開放創新型實驗基地的建設。

在國內外大力建設實踐環境的形勢下,將電路電工實驗室與大學生創新實踐相結合,把電路電工實驗室建設成工科學生培養動手能力、提高解決問題能力、進行創新實踐的實驗基地是有重要工程意義的[9-10]。電路電工實驗室不應局限在基礎實驗教學,還應為學生創新設計、電子設計大賽以及畢業設計提供一個平臺,方便學生之間、學生與教師以及教師與教師之間的交流,更好地培養學生的實踐創新能力。

1 電路電工實驗室建設思路

電路電工實驗室是培養工科學生,尤其是電類專業的學生提高動手能力、發現問題、解決問題、團隊協作能力的基地,如何更好地發揮實驗室的作用,最大限度提高大學生的綜合素質是一個很重要的問題。現在電路電工實驗室存在以下2個方面的問題:

(1) 實驗室利用率不高,功能單一。電路電工實驗室只是完成電路理論、電工測量以及電工電子技術基礎實驗的教學。模式固定、實驗單一,很多學生在實驗中就會失去參與實驗、科研的熱情。

(2) 管理模式單一。現在雖然也分學校和學院兩級管理模式,但并沒有形成一種對內承擔科研、制定實驗室長期規劃、積極為學生開展創新活動服務、對外進行合作交流的運行模式。現階段主要任務還是學院日常教學、設備維護等實驗教學活動的管理，實驗室管理模式單一。

1.1 加強實驗室條件建設，培養學生實踐創新能力

四川大學電工電子教學實驗中心電路電工實驗室近幾年來不斷加強實驗室條件建設,注重加強學生創新實踐能力的培養。先后開發了運料小車、交直流電路故障查找、設計多量程的電表以及綜合電機實驗等實驗平臺,在學生創新精神的培養和綜合工程素質的提高方面發揮了一定的作用,并且在管理模式上也進行了很大的改進,以教師為主的管理模式慢慢向教師學生共同管理的模式發展。主要的實驗平臺如表1所示。

表1 電路電工實驗平臺

現階段電路電工實驗室建設最主要目標有2個方面:

(1) 提高學生參與實驗的積極性。電路電工實驗多以基礎性、驗證性實驗為主,并且模塊化設計并不能讓學生真正理解模塊內部電路,整個實驗均處于被動的、固定的實驗模式。缺少思考,大多數學生只注重結果。長此以往,學生逐漸失去參與實驗、科研與探索新實驗、新現象的興趣,甚至認為電路電工實驗僅是依據電路圖接線,然后測量相應數據而已。

(2) 在培養學生動手能力的同時滿足不斷日益增加的科研需要。不但要培養學生發現問題、解決問題、團隊協作能力,而且要設計一些與現階段工業生產緊密相關的實驗或者實踐環節，創新實驗平臺如圖1所示。如何更好地提高學生的積極性和應用現有設備實現最大的科研價值，是建設電路電工實驗基地時值得深入思考的問題。

圖1 電磁場和電工綜合實驗平臺

結合我校電路電工實驗室具體情況,教學改革應以學生發展為指導,通過持續不斷的努力,最終建成注重實踐和創新的特色實驗基地。有利于提高學生動手和創新能力,同時可以有效地將實驗研究轉化為科研成果,培養出社會需要的有探索精神的新型人才。

為此,首先對實驗結構進行改變,應以驗證性實驗為輔,綜合實驗為主的模式,通過大量的綜合實驗培養學生的動手能力。其次軟硬結合,學生在搭建硬件電路并測試出結果后,鼓勵學生使用相應的仿真軟件進行再次分析,在更好地理解實驗的同時掌握相應軟件的使用。最后創新實驗項目與實驗室建設相結合。挑選設計一些可以通過實驗室現有資源或者簡單改造可以完成的，與生活、生產相關的創新項目,鼓勵學生積極參與進來。在這個過程中不但提高了學生的科研能力,也逐步完善了電路電工實驗室的建設。培養體系流程如圖2所示。

圖2 理論-實踐培養體系

1.2 改革實驗室管理模式

管理模式是提高實驗室教學效率和質量的保證[11]。創新實驗基地建設適應卓越工程師的培養,必須形成一個有利于學生工程素質提高、各項工作內容良性互動,且可以最大限度利用現有資源為學生服務的管理模式。

實驗教學不應局限于基礎實驗的講解,更應成為提高學生動手能力、創新思維、與實踐接軌的第一課堂。在實踐教學結束后,應將實驗室向做創新設計、畢業設計或者對實驗有濃厚興趣的學生開放,而不是關閉實驗室。

借鑒國內外許多知名高校在實驗室創新管理上的成功經驗[12],我們探索改革電工電路實驗室進行開放式管理模式。主要從4個方面進行探索:

(1) 對建設開放創新型實驗室進行整體規劃。首先完善實驗室的各項管理制度，其次加強實驗內容改革,從驗證性為主的教學模式向創新型漸進。

(2) 師資隊伍采用專職和兼職共同管理模式。一方面對專職教師技能進行培訓,爭取每人都有自己擅長的方面；另一方面引進兼職專業課教師。分別從實踐和理論對學生進行指導，這也是學校近年一直探索的模式。

(3) 充分發揮實驗室的資源優勢。給做畢業設計、創新大賽以及對實踐有濃厚興趣的學生，提供場所及必要的實踐技能指導,充分發揮實驗室的作用,對資源最大限度地利用。

(4) 加強實驗室日常管理。從以教師主管的理念轉變為教師學生共同管理,讓學生真正融入到實驗室中。

2 加強開放創新實驗基地建設

開放創新實驗基地建設以培養卓越工程師為目標,應從功能及內容、教學體系、運行模式等方面深入思考，加強創新實驗基地的建設,科學地統籌基礎實驗、綜合設計實驗與探索研究實驗的關系,如圖3所示。

圖3 創新實驗基地實驗教學建設框圖

2.1 在基礎實驗教學中培養學生動手能力

傳統的電路電工實驗室是以基礎實驗為主[13]，主要目的是加深學生對理論學習的理解、熟練使用常用儀器儀表,掌握基本實驗技能,為以后綜合、創新型設計打好基礎。

基礎實驗中應盡量發揮分立元件的優勢,將傳統的模塊化改變為分立元件,讓學生自己搭建電路,進而培養發現問題、分析問題和解決問題的能力。同時將基礎實驗進行整合,比如電源特性測量、負載伏安特性測量和戴維寧定理的驗證3個實驗就可以整合為一個,既節省時間還有利于學生對概念理解的加深,進而為綜合型和研究型實驗做準備。

2.2 申請大學生創新項目

綜合型設計實驗以大學生創新設計大賽為依托,設計軟硬件結合,且結合社會發展需要相關的題目,鼓勵學生積極參與。在完成比賽的同時,自身能力也得到了極大的提升。此前實驗室從教學和科研探索出發,設計了大量新型實驗和創新綜合設計項目,但其選做率一直較低,為解決這個問題，我們采取申請大學生創新項目的措施。

(1) 現在國家大力推行大學生創新計劃,可以有效地吸引大學生參加。一方面大學生創新計劃有國家的大力支持,資金上不成問題,實驗室可以給予技術指導,相互配合。另一方面大學生完成創新計劃可獲得選修專業課的一定學分,這對大學生具有較高的吸引力。

(2) 根據社會生產熱點和學生興趣愛好申請大學生創新項目。比如今年申請的四旋翼飛行器的設計,就得到了學生的積極響應。

現階段實驗室的建設最主要的目標是不斷滿足日益增加的科研需要,在經費難以增加的情況下,如何更好地應用現有設備實現最大的科研價值、提高學生的創新能力是值得深入思考的問題。大學生創新實驗項目為這一規劃目標的實現提供了一個良好的機遇。

2.3 將基礎實驗和創新實驗相結合

將傳統的基礎實驗與現代控制理論相結合,開發研究型實驗題目。比如將傳統的繼電器實驗進行改造,改造流程如圖4所示。

圖4 控制實驗改進方案

將基礎實驗與創新實驗相結合,在提高動手能力的同時,盡量設計一些與工業控制、電路設計、行業發展相關的實驗,提高實踐創新能力。圖5是自行研制的電機控制縮比運料小車實物圖，取得了很好的效果。

(1) 使學生直觀看到電路電工實驗與技能的價值,是與工程實踐緊密相連的,從而提高了學生對電路電工實驗的積極性。

(2) 通過實驗改造,學生動手能力得到培養的同時，對工程實踐有了一定的認識,為培養學生的工程素質奠定了基礎。

(3) 通過組織學生開展產學研活動,教師和實驗人員的科研能力也得到了有效提高,同時為實驗室的建設與發展贏得經費創造了條件。

圖5 縮比運料小車實物電路圖

3 聯合建設特色鮮明的實驗教學基地

聯合電路實驗室、電工實驗室以及新建的電磁場實驗室,加上開放式的管理模式,形成了實驗課程為輔、學生自己動手主動學習為主的教學特色,形成開放創新型的教學基地。

開放創新型意味著學生可以根據自身的興趣和特點選擇學習內容,將學習的主動權交給學生,這一點對培養學生探索精神極為重要。產學研配合的教學方式僅在一個實驗室中是難以完成的,必須聯合其他實驗室，構建電路實驗室、電工實驗室以及電磁場實驗室協同配合的運行模式。電工電子實驗室可以起到一個橋梁的作用,與其他實驗室密切配合,在培養學生動手能力的同時,著重鍛煉學生的創新思維和探索能力,以電子設計大賽、大學生創新大賽及各類學生科技競賽活動等為紐帶，組織好教學內容，共建特色鮮明的實驗教學基地。

4 結束語

通過建設開放創新型實驗基地,不僅可以為學生創造更多的學習機會,提升自己的科研能力。而且還可以提高實驗室資源利用率,充分利用各種儀器設備產生更大的科研價值。同時可以對實驗室軟硬件、教學模式以及管理模式形成持續不斷的發展,使實驗室環境更有利于學生的成長。

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Exploration on construction of electrical engineering laboratory into open innovative experimental base

Xu Hang, Huang Zhongping, Shen Ye

(School of Electrical and Information Engineering, Sichuan University, Chengdu 610065, China)

The construction of open innovative laboratory is the main content of teaching reform in colleges and universities, which has great significance for cultivating students’ ability and stimulating thir spirit of exploration starting from the Sichuan University Circuit Electrical Laboratory status quo, this paper analyzes the problems of the open innovative experimental base from basic training and the construction of the experimental reform.

technical field; innovation contest; spirit of exploration; experimental base

2015- 07- 02

四川大學2015年實驗室教學改造項目(87)

徐航(1987—)，男，陜西咸陽，碩士，助理實驗師，研究方向為電子技術應用與高電壓技術.

E-mail：2601024236@qq.com

G482

B

1002-4956(2015)12- 0253- 04