任志斌 劉細(xì)平 梁建偉

江西理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 江西 贛州 341000

大學(xué)教育是培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的重要階段，而大學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)在對(duì)學(xué)生這些能力和素質(zhì)的培養(yǎng)中具有舉足輕重的、其他教學(xué)環(huán)節(jié)不可替代的作用[1-2]。而目前我國高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)主要是驗(yàn)證書本上的理論，實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容主要是驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)，學(xué)生必須按教師的要求及步驟進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，自主能動(dòng)性不高，教學(xué)效果不佳，按照該種教學(xué)方式培養(yǎng)的學(xué)生動(dòng)手能力不強(qiáng)，缺乏自主創(chuàng)新意識(shí)[3-4]。

根據(jù)教育部關(guān)于“高等學(xué)校要重視本科教學(xué)的實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，能開出一批綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)”的精神，高等學(xué)校應(yīng)大力進(jìn)行綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)改革，而開設(shè)這樣的實(shí)驗(yàn)必須要有對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)裝置。原有的實(shí)驗(yàn)裝置都是專用實(shí)驗(yàn)箱組成的，實(shí)驗(yàn)時(shí)，學(xué)生只要在實(shí)驗(yàn)板上連接少許的電線就可以進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。這樣的實(shí)驗(yàn)方法也有優(yōu)點(diǎn)，如實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、實(shí)驗(yàn)時(shí)安全可靠、實(shí)驗(yàn)時(shí)間容易控制、教師準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)方便等。但缺點(diǎn)也很突出，學(xué)生動(dòng)手機(jī)會(huì)少，缺乏自主設(shè)計(jì)及調(diào)試系統(tǒng)的能力[5-6]。更有甚者，部分學(xué)生實(shí)驗(yàn)后連基本實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及使用方法都不清楚，造成雖開設(shè)了實(shí)驗(yàn)課，當(dāng)代大學(xué)生仍然只懂理論分析，理論不能聯(lián)系實(shí)際，實(shí)踐動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力沒有得到明顯提高的現(xiàn)狀。因此，建立一個(gè)能夠培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力，適合電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)的綜合性實(shí)驗(yàn)平臺(tái)是這次實(shí)驗(yàn)裝置改革的重點(diǎn)。

1 建立專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

針對(duì)電氣工程及其自動(dòng)化教學(xué)專業(yè)課程實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，設(shè)計(jì)電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)（圖1）。由于電機(jī)控制及PLC的控制已成為電氣工程及其自動(dòng)化的主流方向，實(shí)驗(yàn)裝置分成兩大層次，電機(jī)控制實(shí)驗(yàn)平臺(tái)（包括直流有刷電機(jī)、交流異步電機(jī)、永磁同步電機(jī)及直流無刷電機(jī)的實(shí)驗(yàn)?zāi)K）和PLC控制實(shí)驗(yàn)平臺(tái)（包括PLC基本實(shí)驗(yàn)、PLC繼電控制實(shí)驗(yàn)、液晶觸摸屏控制實(shí)驗(yàn)及基于網(wǎng)絡(luò)的PLC控制實(shí)驗(yàn)）。

圖1 綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)結(jié)構(gòu)框圖

實(shí)驗(yàn)平臺(tái)很大的特點(diǎn)是它是開放的通用平臺(tái)，打破傳統(tǒng)的演示性、驗(yàn)證性、單一性的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ剑⑿滦偷脑O(shè)計(jì)型、研究型、綜合型的實(shí)驗(yàn)體系。學(xué)生在做實(shí)驗(yàn)時(shí)，都要通過親自編程實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)過程，實(shí)驗(yàn)教學(xué)從以教師為中心轉(zhuǎn)變成以學(xué)生為中心，從強(qiáng)調(diào)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)變?yōu)閺?qiáng)調(diào)理論與實(shí)踐相結(jié)合及應(yīng)用開發(fā)能力培養(yǎng)。學(xué)生利用平臺(tái)進(jìn)行設(shè)計(jì)、編程與性能分析，通過開發(fā)系統(tǒng)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與調(diào)試等實(shí)驗(yàn)，與以前實(shí)驗(yàn)不同的是，這種實(shí)驗(yàn)不是驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，而是能夠培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力與綜合應(yīng)用知識(shí)能力的實(shí)驗(yàn)。

表1 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目內(nèi)容

2 基于創(chuàng)新能力培養(yǎng)的實(shí)驗(yàn)體系

整個(gè)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的實(shí)驗(yàn)體系的設(shè)計(jì)分為3個(gè)層次：基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)、綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)、課外科研實(shí)驗(yàn)。

2.1 基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

這一層次主要針對(duì)專業(yè)基礎(chǔ)理論的認(rèn)識(shí)。通過一些基本操作的小型實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生牢固掌握基礎(chǔ)性理論、常規(guī)儀器基本使用方法及基本編程方法，為下一部分的綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)做準(zhǔn)備。

2.2 綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)內(nèi)容較第一層次在復(fù)雜性、難度上有所提高，既考慮相關(guān)理論專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)的綜合運(yùn)用，又通過實(shí)驗(yàn)中的設(shè)計(jì)內(nèi)容培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用知識(shí)解決工程實(shí)際問題的能力。

比如，在“運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)”課程實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中安排直流無刷電機(jī)的控制實(shí)驗(yàn)，以往都是教師為學(xué)生準(zhǔn)備好實(shí)驗(yàn)儀器，調(diào)整到正常工作狀態(tài)，學(xué)生按照教師事先擬訂的實(shí)驗(yàn)步驟（實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書）一步一步地采集數(shù)據(jù)，一步一步地按規(guī)定好的順序觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。學(xué)生不敢隨便提出設(shè)想或要求改變實(shí)驗(yàn)條件，只能按書本上或教師的意愿利用剛學(xué)過的公式、書本上的現(xiàn)象結(jié)論，計(jì)算出或抄寫出實(shí)驗(yàn)開始前就已經(jīng)知道的結(jié)果，最后提交一份實(shí)驗(yàn)報(bào)告，一次實(shí)驗(yàn)就算完成了。這種實(shí)驗(yàn)，學(xué)生根本不需要解決什么困難和問題，也不需要?jiǎng)幽X筋去分析和判斷，只要記住就行了。

現(xiàn)在改變以往的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ?，在?shí)驗(yàn)開始時(shí)，先發(fā)給學(xué)生實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目內(nèi)容（如表1所示）。學(xué)生在做實(shí)驗(yàn)前要知道實(shí)驗(yàn)內(nèi)容是什么，前期自己應(yīng)該做好什么準(zhǔn)備，實(shí)驗(yàn)完成后自己應(yīng)該達(dá)到什么目標(biāo)。實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目實(shí)施中，學(xué)生十分感興趣，在空余時(shí)間經(jīng)?；ハ嘀g探討有關(guān)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目問題。實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目結(jié)束后，有的學(xué)生直言這個(gè)項(xiàng)目結(jié)束后，自己體會(huì)的東西比以往所有實(shí)驗(yàn)都還要多。

2.3 課外科研實(shí)驗(yàn)

結(jié)合電氣專業(yè)特點(diǎn)和興趣開展課外科研實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，這也是實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)的主要內(nèi)容。比如在課外開設(shè)一些諸如電機(jī)控制小組、DSP軟件開發(fā)小組、電力電子制作小組、新能源利用與控制小組、PLC與網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控小組等興趣小組，進(jìn)行一些制作或科研活動(dòng)，這樣能使學(xué)生得到進(jìn)一步鍛煉，提高學(xué)生的創(chuàng)新能力和動(dòng)手能力。每個(gè)小組定期開展活動(dòng)，可先由經(jīng)驗(yàn)豐富的教師向?qū)W生講解一些相關(guān)知識(shí)，再由學(xué)生動(dòng)手開展一系列活動(dòng)，自己動(dòng)手進(jìn)行設(shè)計(jì)和制作，自己在實(shí)驗(yàn)室完成。經(jīng)過這樣的活動(dòng)，學(xué)生已不僅僅滿足于書本上的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目及方法，更渴望親身實(shí)踐，以全面了解和掌握各種最新實(shí)驗(yàn)技術(shù)和手段。在實(shí)驗(yàn)室開放中，盡力提供實(shí)驗(yàn)材料和信息，放手讓學(xué)生探索各種實(shí)驗(yàn)方法與相關(guān)技術(shù)，讓他們自己查閱資料和設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，完成實(shí)驗(yàn)步驟，分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象及結(jié)果。優(yōu)秀的學(xué)生還可參與到教師科研項(xiàng)目的研究中，大膽提出自己的建議和思路。通過課外項(xiàng)目的開展，使學(xué)生的想象更豐富，思維更積極，眼界更開闊，從而大大增強(qiáng)解決問題的能力和創(chuàng)新意識(shí)。這種活動(dòng)突破傳統(tǒng)模式，為實(shí)驗(yàn)教學(xué)開拓出新的空間，可以說這是進(jìn)入“科研”層次的主體性的體現(xiàn)。

3 結(jié)束語

從實(shí)際效果看，電氣自動(dòng)化專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)改革以來，實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果較之以前有明顯提高。學(xué)生在之后的實(shí)驗(yàn)過程中自主性都極高，不僅學(xué)生之間形成互幫互助、相互學(xué)習(xí)的良好風(fēng)氣，學(xué)生的能力也不斷得到提高，在參加各類創(chuàng)新比賽如電子設(shè)計(jì)競賽、機(jī)器人設(shè)計(jì)比賽時(shí)都取得較好的成績。

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