建筑電工學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系改革與實(shí)踐*

◆耿大勇 霍春寶 魏玲

作者：耿大勇，遼寧工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院副教授，研究方向?yàn)殡姽る娮蛹半姎庀到y(tǒng)智能控制；霍春寶、魏玲，遼寧工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院（121001）。

1 前言

建筑電工學(xué)是建筑工程類各專業(yè)的一門重要的技術(shù)基礎(chǔ)課，它是學(xué)好有關(guān)專業(yè)課程的重要基礎(chǔ)。特別是當(dāng)建筑業(yè)發(fā)展到目前這個(gè)階段，電的知識(shí)在建筑工程中已得到廣泛應(yīng)用，與建筑類專業(yè)交叉融合更加緊密。現(xiàn)代房屋建筑為了滿足生產(chǎn)的需要，為了給生活、工作提供衛(wèi)生、舒適的環(huán)境，要求在建筑物內(nèi)設(shè)置完善的給水、排水、供熱、通風(fēng)、空調(diào)、通訊、閉路電視、火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警消防、供電等系統(tǒng)。這些設(shè)備設(shè)置在建筑物內(nèi)，必然要求與建筑結(jié)構(gòu)及生產(chǎn)設(shè)備等統(tǒng)籌安排、相互協(xié)調(diào)，因此要搞好建筑設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及建筑施工，要求建筑設(shè)計(jì)人員必須掌握建筑電工學(xué)的相關(guān)知識(shí)，以便具有綜合處理以上設(shè)備系統(tǒng)與建筑物主體之間關(guān)系的能力，從而作出優(yōu)良的建筑設(shè)計(jì)或組織好建筑施工。另外，建筑業(yè)的不斷革新與發(fā)展，對(duì)工程技術(shù)人員的電能應(yīng)用技術(shù)與專業(yè)技術(shù)相結(jié)合的能力的要求不斷提升，并且對(duì)電工電子基本理論、工程能力以及基本技能提出更高的要求。

建筑電工學(xué)實(shí)驗(yàn)主要包括電工與建筑電氣技術(shù)、電動(dòng)機(jī)與控制技術(shù)、模擬電子技術(shù)和數(shù)字電子技術(shù)等內(nèi)容[1]。它涵蓋了電氣工程專業(yè)多門技術(shù)基礎(chǔ)課的內(nèi)容，具有很強(qiáng)的工程性、技術(shù)性、實(shí)踐性特征，是理論教學(xué)體系不可或缺的重要教學(xué)環(huán)節(jié)。加強(qiáng)工程訓(xùn)練，特別是實(shí)驗(yàn)技能的培養(yǎng)，對(duì)于培養(yǎng)工程技術(shù)人員的素質(zhì)具有十分重要的作用[2]。我國(guó)現(xiàn)階段工程應(yīng)用型人才培養(yǎng)的目標(biāo)就是所培養(yǎng)的人才必須具有一定的工程實(shí)踐和創(chuàng)新能力[3]。這些都要求建筑工程應(yīng)用型人才培養(yǎng)應(yīng)適時(shí)作出相應(yīng)的調(diào)整和變革。

近幾年來(lái)，遼寧工業(yè)大學(xué)電工學(xué)課程團(tuán)隊(duì)打破了常規(guī)電工學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，根據(jù)建筑工程類各專業(yè)需要，以實(shí)驗(yàn)的系統(tǒng)性、創(chuàng)造性和開放性為目標(biāo)，配合大學(xué)四年的培養(yǎng)規(guī)劃，確定了建筑電工學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系改革方向，構(gòu)建了由感性認(rèn)識(shí)層、基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)層、提高實(shí)驗(yàn)層和研究創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)層四個(gè)層次組成的“金字塔”由底向上進(jìn)階式實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，達(dá)到實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和難度“層次加深、步步登高”的效果，滿足不同層次的教學(xué)要求，使學(xué)生的工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新意識(shí)得到顯著的提高。“金字塔”式實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系架構(gòu)如圖1所示。

2 構(gòu)建多層次實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系

感性認(rèn)識(shí)層：實(shí)現(xiàn)技能意識(shí)培養(yǎng)目標(biāo)這一層次的教學(xué)對(duì)象是大一的學(xué)生，以傳授知識(shí)為主，通過(guò)實(shí)驗(yàn)中心組織的電子基本技能培訓(xùn)和學(xué)生科協(xié)組織的一些初級(jí)科技培訓(xùn)，教會(huì)學(xué)生認(rèn)識(shí)并能正確使用常用的電工儀表（如電壓表、電流表、萬(wàn)用表、功率表等）、電工設(shè)備（如變壓器和電動(dòng)機(jī)等）及常用的電子儀器（如直流穩(wěn)壓電源、信號(hào)發(fā)生器、示波器等），認(rèn)識(shí)常用的電子元器件（如電阻、二極管、穩(wěn)壓管、三極管等）并掌握使用方法。同時(shí)，掌握焊接技術(shù)和布線技術(shù)，實(shí)現(xiàn)技能意識(shí)培養(yǎng)目標(biāo)。可以嘗試進(jìn)行一些趣味電子產(chǎn)品制作，該層次的關(guān)鍵是培養(yǎng)學(xué)生對(duì)電工電子技術(shù)的學(xué)習(xí)興趣。在教學(xué)形式上可利用幻燈片和投影等現(xiàn)代教學(xué)手段，必要時(shí)也可帶學(xué)生到建筑工地進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)了解，如變壓器的布置和電動(dòng)機(jī)在混凝土攪拌和塔吊中的使用情況。

基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)層：實(shí)現(xiàn)技術(shù)技能培養(yǎng)目標(biāo)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)層的教學(xué)對(duì)象是大二的學(xué)生。在這一層次，首先對(duì)學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)安全教育，為了防止發(fā)生觸電事故，實(shí)驗(yàn)前應(yīng)學(xué)習(xí)安全用電常識(shí)。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，須嚴(yán)格遵守安全用電制度和操作規(guī)程，目的是培養(yǎng)學(xué)生的安全防范意識(shí)。以基本理論為體系，對(duì)教材中的重要定律、定理和分析方法配備相應(yīng)的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)，如疊加定理驗(yàn)證、日光燈電路實(shí)驗(yàn)、三相電路實(shí)驗(yàn)和電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)等，使學(xué)生能正確使用常用的電工儀表、電工設(shè)備及常用的電子儀器，按電路圖正確接線和查線，準(zhǔn)確讀取實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，測(cè)繪波形曲線，整理分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，獨(dú)立寫出內(nèi)容完整的、條理清楚的實(shí)驗(yàn)報(bào)告。在教學(xué)中以教師輔導(dǎo)為輔，學(xué)生動(dòng)手實(shí)驗(yàn)為主，同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)肅認(rèn)真的實(shí)驗(yàn)態(tài)度。教學(xué)團(tuán)隊(duì)還研發(fā)了與實(shí)驗(yàn)教材配套的教學(xué)課件和教學(xué)視頻，實(shí)現(xiàn)了立體化的實(shí)驗(yàn)教學(xué)。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后要整理實(shí)驗(yàn)臺(tái)，培養(yǎng)良好的學(xué)習(xí)和工作習(xí)慣。

同時(shí)，引入EDA 仿真技術(shù)。在傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，增加了虛擬實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生通過(guò)仿真軟件的使用，了解仿真在建筑電工設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)層實(shí)現(xiàn)技術(shù)技能培養(yǎng)目標(biāo)，達(dá)到通識(shí)教育的要求，為進(jìn)入高層次實(shí)驗(yàn)打下良好的基礎(chǔ)。

提高實(shí)驗(yàn)層：實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)能力和工程實(shí)踐能力培養(yǎng)目標(biāo)提高實(shí)驗(yàn)層的教學(xué)對(duì)象是大三的學(xué)生，他們都有了一定的專業(yè)知識(shí)，另外還要介紹電子電路綜合設(shè)計(jì)和建筑設(shè)備的相關(guān)知識(shí)。

教學(xué)團(tuán)隊(duì)在做好基礎(chǔ)型實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，組建了基于建筑類專業(yè)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模塊，并且大力增設(shè)設(shè)計(jì)性、綜合性和應(yīng)用性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。逐步提升實(shí)驗(yàn)層次，有一定梯度，最后完成一定學(xué)時(shí)的建筑系統(tǒng)綜合實(shí)驗(yàn)，達(dá)到實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和難度“層次加深、步步登高”的效果。

在這一層次，除在部分實(shí)驗(yàn)中安排自選儀器設(shè)備、自擬實(shí)驗(yàn)步驟、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)電路等實(shí)驗(yàn)任務(wù)來(lái)提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力外，還精選了部分難度適中的模擬電路及數(shù)字電路的綜合訓(xùn)練課題，用實(shí)驗(yàn)承擔(dān)起拓寬學(xué)生知識(shí)面的責(zé)任，使學(xué)生了解和掌握—些新器件的特性和應(yīng)用。

遼寧工業(yè)大學(xué)建筑學(xué)院包含土木工程、給排水工程、建筑環(huán)境與設(shè)備工程等專業(yè)，為滿足不同專業(yè)、不同層次學(xué)生的要求，設(shè)置了“專業(yè)模塊實(shí)驗(yàn)”，每個(gè)實(shí)驗(yàn)都有一定的工程背景，體現(xiàn)了電工電子技術(shù)和各專業(yè)緊密結(jié)合、求同存異的原則。通過(guò)完成與本專業(yè)相關(guān)的“專業(yè)模塊實(shí)驗(yàn)”，達(dá)到深刻理解電工電子技術(shù)知識(shí)在本專業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用，使學(xué)生感到電工電子技術(shù)能夠和本專業(yè)知識(shí)相結(jié)合，大有用武之地，因此學(xué)有興趣、學(xué)有所用，提高學(xué)生對(duì)本課程的重視程度和學(xué)習(xí)積極性。

比如，課程團(tuán)隊(duì)按照遼寧工業(yè)大學(xué)土木工程、給排水工程、建筑環(huán)境與設(shè)備工程三個(gè)專業(yè)的不同研究方向，分別設(shè)置了房屋建筑的小型供電系統(tǒng)的安裝、供水裝置控制和體育館照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)等綜合實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，生動(dòng)再現(xiàn)了對(duì)一個(gè)虛擬房屋建筑的供電、供水、照明相關(guān)設(shè)計(jì)和對(duì)虛擬建筑設(shè)備的有效控制。這樣，學(xué)生可以直接應(yīng)用建筑電工學(xué)相關(guān)知識(shí)為實(shí)際服務(wù)，同時(shí)也培養(yǎng)了工程意識(shí)，鍛煉了通過(guò)查閱工具書和手冊(cè)、參照示例進(jìn)行設(shè)計(jì)的能力，加大了自學(xué)的空間。

通過(guò)該層次的訓(xùn)練，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)能力和工程實(shí)踐能力培養(yǎng)目標(biāo)，為學(xué)生將來(lái)參加工作打下較好的基礎(chǔ)。

研究創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)層：實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新能力培養(yǎng)目標(biāo)一個(gè)國(guó)家如果沒有創(chuàng)新，就沒有進(jìn)步。研究創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)層的教學(xué)對(duì)象是大四專業(yè)綜合排名中較為優(yōu)秀的學(xué)生，他們的專業(yè)知識(shí)儲(chǔ)備量有了一定厚度和寬度，實(shí)驗(yàn)技能也達(dá)到了一定高度。另外還要學(xué)習(xí)單片機(jī)、PLC、建筑電氣自動(dòng)化方面的知識(shí)，以拓展自己的知識(shí)層面和應(yīng)用能力。

學(xué)校鼓勵(lì)和引導(dǎo)這部分學(xué)生通過(guò)各種途徑來(lái)提高自己的創(chuàng)新能力。研究創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)層以課內(nèi)和課外實(shí)驗(yàn)為兩條主線，以與建筑電工技術(shù)相關(guān)的開放性實(shí)驗(yàn)、創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)、研究型實(shí)驗(yàn)和各級(jí)各類科技競(jìng)賽為形式，構(gòu)成多層次、全方位的教學(xué)實(shí)踐體系。

開放性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目可以是學(xué)生自選項(xiàng)目、教師的科研項(xiàng)目或大學(xué)科技園的研發(fā)項(xiàng)目；創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目是指校級(jí)、省級(jí)和國(guó)家級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目；各級(jí)各類科技競(jìng)賽包括校級(jí)電工電子競(jìng)賽、建筑設(shè)計(jì)競(jìng)賽、全國(guó)大學(xué)生電子大賽和挑戰(zhàn)杯等。也可以讓學(xué)生到企業(yè)或建筑公司參與實(shí)際工程項(xiàng)目的研發(fā)來(lái)提高學(xué)生的創(chuàng)新能力。在這一層次，學(xué)生在教師的指導(dǎo)下，要將所學(xué)的知識(shí)進(jìn)行升華，提高解決實(shí)際問題的綜合能力。

3 結(jié)語(yǔ)

幾年來(lái)，通過(guò)建筑電工學(xué)“金字塔”式實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系改革，逐步培養(yǎng)學(xué)生成為基礎(chǔ)扎實(shí)、知識(shí)面寬、能力強(qiáng)、素質(zhì)高的應(yīng)用型專門人才。通過(guò)建筑電工學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握建筑電工方面的基本實(shí)驗(yàn)知識(shí)、實(shí)驗(yàn)理論和實(shí)驗(yàn)技能，使他們善于把理論知識(shí)和實(shí)踐相結(jié)合，促進(jìn)動(dòng)手能力和創(chuàng)新意識(shí)的培養(yǎng)，有效地提高把電能應(yīng)用技術(shù)與本專業(yè)相結(jié)合的能力和素質(zhì)，使他們成為在實(shí)踐中創(chuàng)新和發(fā)展理論知識(shí)的專業(yè)技術(shù)人才。

[1]蘇剛.建筑類專業(yè)電工學(xué)教學(xué)改革的探索與實(shí)踐[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)，2010(9):98-99.

[2]王艷新，余粟.卓越計(jì)劃中電工學(xué)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)改革與實(shí)踐[J].中國(guó)教育技術(shù)裝備，2012(18):112-113.

[3]王桂英.應(yīng)用型本科人才“多模塊立體式”實(shí)踐教學(xué)模式探索與創(chuàng)新[J].黑龍江高教研究，2013(12):66-68．