徐 航, 黃仲平, 沈 燁

(四川大學(xué) 電氣信息學(xué)院, 四川 成都 610065)

將電路電工實(shí)驗(yàn)室建設(shè)成開放創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)基地的探索

徐 航, 黃仲平, 沈 燁

(四川大學(xué) 電氣信息學(xué)院, 四川 成都 610065)

開放創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)是高校教學(xué)改革的主要內(nèi)容,對培養(yǎng)學(xué)生動手能力、強(qiáng)化基本技能、提高解決實(shí)際問題、激發(fā)探索精神都有十分重要的意義。該文主要從四川大學(xué)電路電工實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)狀著手、對存在的問題和不足進(jìn)行分析,在此基礎(chǔ)上從基礎(chǔ)培訓(xùn)、創(chuàng)新大賽、實(shí)驗(yàn)改革以及管理模式4個方面探索建設(shè)開放創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)基地,充分發(fā)揮高校實(shí)驗(yàn)室在創(chuàng)新型人才培養(yǎng)中的作用。

技術(shù)領(lǐng)域； 創(chuàng)新大賽； 探索精神； 實(shí)驗(yàn)基地

西方發(fā)達(dá)國家對創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的成功經(jīng)驗(yàn)表明:把實(shí)驗(yàn)教學(xué)和科技創(chuàng)新實(shí)踐相結(jié)合建設(shè)開放創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)基地,是培養(yǎng)學(xué)生動手能力、提高學(xué)生解決問題的能力，以及探索精神的有效途徑[1-2]。西方發(fā)達(dá)國家的高等學(xué)府，始終將培養(yǎng)創(chuàng)新能力和綜合素質(zhì)作為大學(xué)生教育的目的,將理論教學(xué)與創(chuàng)新實(shí)踐有效地結(jié)合起來。

哈佛大學(xué)、麻省理工學(xué)院、加利福尼亞大學(xué)等著名大學(xué)利用產(chǎn)學(xué)研相結(jié)合進(jìn)行創(chuàng)新型人才的培養(yǎng),為美國經(jīng)濟(jì)騰飛做出了巨大貢獻(xiàn)。他們在實(shí)驗(yàn)教學(xué)上也非常注重學(xué)生的課外科技創(chuàng)新實(shí)踐,如哈佛的“Homelab”實(shí)驗(yàn)基地、哥倫比亞大學(xué)和麻省理工學(xué)院的“Upper division”實(shí)驗(yàn)基地,斯坦福大學(xué)的“Project”實(shí)驗(yàn)基地的科技創(chuàng)新實(shí)踐項(xiàng)目，就類似于我國的大學(xué)生創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)計(jì)劃項(xiàng)目[3-5]。國內(nèi)高等學(xué)校也開始重視創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)，教育部相繼實(shí)施“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”和“大學(xué)生創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)計(jì)劃”,連續(xù)舉辦“挑戰(zhàn)杯”全國大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽[6-8]。學(xué)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(jīng)費(fèi)來推進(jìn)創(chuàng)新型人才和卓越工程師的教育培養(yǎng)。在做好實(shí)驗(yàn)教學(xué)工作的同時,必須加強(qiáng)開放創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)基地的建設(shè)。

在國內(nèi)外大力建設(shè)實(shí)踐環(huán)境的形勢下,將電路電工實(shí)驗(yàn)室與大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐相結(jié)合,把電路電工實(shí)驗(yàn)室建設(shè)成工科學(xué)生培養(yǎng)動手能力、提高解決問題能力、進(jìn)行創(chuàng)新實(shí)踐的實(shí)驗(yàn)基地是有重要工程意義的[9-10]。電路電工實(shí)驗(yàn)室不應(yīng)局限在基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué),還應(yīng)為學(xué)生創(chuàng)新設(shè)計(jì)、電子設(shè)計(jì)大賽以及畢業(yè)設(shè)計(jì)提供一個平臺,方便學(xué)生之間、學(xué)生與教師以及教師與教師之間的交流,更好地培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新能力。

1 電路電工實(shí)驗(yàn)室建設(shè)思路

電路電工實(shí)驗(yàn)室是培養(yǎng)工科學(xué)生,尤其是電類專業(yè)的學(xué)生提高動手能力、發(fā)現(xiàn)問題、解決問題、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力的基地,如何更好地發(fā)揮實(shí)驗(yàn)室的作用,最大限度提高大學(xué)生的綜合素質(zhì)是一個很重要的問題?，F(xiàn)在電路電工實(shí)驗(yàn)室存在以下2個方面的問題:

(1) 實(shí)驗(yàn)室利用率不高,功能單一。電路電工實(shí)驗(yàn)室只是完成電路理論、電工測量以及電工電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)。模式固定、實(shí)驗(yàn)單一,很多學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中就會失去參與實(shí)驗(yàn)、科研的熱情。

(2) 管理模式單一?，F(xiàn)在雖然也分學(xué)校和學(xué)院兩級管理模式,但并沒有形成一種對內(nèi)承擔(dān)科研、制定實(shí)驗(yàn)室長期規(guī)劃、積極為學(xué)生開展創(chuàng)新活動服務(wù)、對外進(jìn)行合作交流的運(yùn)行模式?，F(xiàn)階段主要任務(wù)還是學(xué)院日常教學(xué)、設(shè)備維護(hù)等實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動的管理，實(shí)驗(yàn)室管理模式單一。

1.1 加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)室條件建設(shè)，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新能力

四川大學(xué)電工電子教學(xué)實(shí)驗(yàn)中心電路電工實(shí)驗(yàn)室近幾年來不斷加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)室條件建設(shè),注重加強(qiáng)學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力的培養(yǎng)。先后開發(fā)了運(yùn)料小車、交直流電路故障查找、設(shè)計(jì)多量程的電表以及綜合電機(jī)實(shí)驗(yàn)等實(shí)驗(yàn)平臺,在學(xué)生創(chuàng)新精神的培養(yǎng)和綜合工程素質(zhì)的提高方面發(fā)揮了一定的作用,并且在管理模式上也進(jìn)行了很大的改進(jìn),以教師為主的管理模式慢慢向教師學(xué)生共同管理的模式發(fā)展。主要的實(shí)驗(yàn)平臺如表1所示。

表1 電路電工實(shí)驗(yàn)平臺

現(xiàn)階段電路電工實(shí)驗(yàn)室建設(shè)最主要目標(biāo)有2個方面:

(1) 提高學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)的積極性。電路電工實(shí)驗(yàn)多以基礎(chǔ)性、驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主,并且模塊化設(shè)計(jì)并不能讓學(xué)生真正理解模塊內(nèi)部電路,整個實(shí)驗(yàn)均處于被動的、固定的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ健Ｈ鄙偎伎?大多數(shù)學(xué)生只注重結(jié)果。長此以往,學(xué)生逐漸失去參與實(shí)驗(yàn)、科研與探索新實(shí)驗(yàn)、新現(xiàn)象的興趣,甚至認(rèn)為電路電工實(shí)驗(yàn)僅是依據(jù)電路圖接線,然后測量相應(yīng)數(shù)據(jù)而已。

(2) 在培養(yǎng)學(xué)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(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、解決問題、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力,而且要設(shè)計(jì)一些與現(xiàn)階段工業(yè)生產(chǎn)緊密相關(guān)的實(shí)驗(yàn)或者實(shí)踐環(huán)節(jié)，創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)平臺如圖1所示。如何更好地提高學(xué)生的積極性和應(yīng)用現(xiàn)有設(shè)備實(shí)現(xiàn)最大的科研價值，是建設(shè)電路電工實(shí)驗(yàn)基地時值得深入思考的問題。

圖1 電磁場和電工綜合實(shí)驗(yàn)平臺

結(jié)合我校電路電工實(shí)驗(yàn)室具體情況,教學(xué)改革應(yīng)以學(xué)生發(fā)展為指導(dǎo),通過持續(xù)不斷的努力,最終建成注重實(shí)踐和創(chuàng)新的特色實(shí)驗(yàn)基地。有利于提高學(xué)生動手和創(chuàng)新能力,同時可以有效地將實(shí)驗(yàn)研究轉(zhuǎn)化為科研成果,培養(yǎng)出社會需要的有探索精神的新型人才。

為此,首先對實(shí)驗(yàn)結(jié)構(gòu)進(jìn)行改變,應(yīng)以驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為輔,綜合實(shí)驗(yàn)為主的模式,通過大量的綜合實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)學(xué)生的動手能力。其次軟硬結(jié)合,學(xué)生在搭建硬件電路并測試出結(jié)果后,鼓勵學(xué)生使用相應(yīng)的仿真軟件進(jìn)行再次分析,在更好地理解實(shí)驗(yàn)的同時掌握相應(yīng)軟件的使用。最后創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目與實(shí)驗(yàn)室建設(shè)相結(jié)合。挑選設(shè)計(jì)一些可以通過實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有資源或者簡單改造可以完成的，與生活、生產(chǎn)相關(guān)的創(chuàng)新項(xiàng)目,鼓勵學(xué)生積極參與進(jìn)來。在這個過程中不但提高了學(xué)生的科研能力,也逐步完善了電路電工實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)。培養(yǎng)體系流程如圖2所示。

圖2 理論-實(shí)踐培養(yǎng)體系

1.2 改革實(shí)驗(yàn)室管理模式

管理模式是提高實(shí)驗(yàn)室教學(xué)效率和質(zhì)量的保證[11]。創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)基地建設(shè)適應(yīng)卓越工程師的培養(yǎng),必須形成一個有利于學(xué)生工程素質(zhì)提高、各項(xiàng)工作內(nèi)容良性互動,且可以最大限度利用現(xiàn)有資源為學(xué)生服務(wù)的管理模式。

實(shí)驗(yàn)教學(xué)不應(yīng)局限于基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)的講解,更應(yīng)成為提高學(xué)生動手能力、創(chuàng)新思維、與實(shí)踐接軌的第一課堂。在實(shí)踐教學(xué)結(jié)束后,應(yīng)將實(shí)驗(yàn)室向做創(chuàng)新設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)或者對實(shí)驗(yàn)有濃厚興趣的學(xué)生開放,而不是關(guān)閉實(shí)驗(yàn)室。

借鑒國內(nèi)外許多知名高校在實(shí)驗(yàn)室創(chuàng)新管理上的成功經(jīng)驗(yàn)[12],我們探索改革電工電路實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行開放式管理模式。主要從4個方面進(jìn)行探索:

(1) 對建設(shè)開放創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行整體規(guī)劃。首先完善實(shí)驗(yàn)室的各項(xiàng)管理制度，其次加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容改革,從驗(yàn)證性為主的教學(xué)模式向創(chuàng)新型漸進(jìn)。

(2) 師資隊(duì)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(jìn)行培訓(xùn),爭取每人都有自己擅長的方面；另一方面引進(jìn)兼職專業(yè)課教師。分別從實(shí)踐和理論對學(xué)生進(jìn)行指導(dǎo)，這也是學(xué)校近年一直探索的模式。

(3) 充分發(fā)揮實(shí)驗(yàn)室的資源優(yōu)勢。給做畢業(yè)設(shè)計(jì)、創(chuàng)新大賽以及對實(shí)踐有濃厚興趣的學(xué)生，提供場所及必要的實(shí)踐技能指導(dǎo),充分發(fā)揮實(shí)驗(yàn)室的作用,對資源最大限度地利用。

(4) 加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)室日常管理。從以教師主管的理念轉(zhuǎn)變?yōu)榻處煂W(xué)生共同管理,讓學(xué)生真正融入到實(shí)驗(yàn)室中。

2 加強(qiáng)開放創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)基地建設(shè)

開放創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)基地建設(shè)以培養(yǎng)卓越工程師為目標(biāo),應(yīng)從功能及內(nèi)容、教學(xué)體系、運(yùn)行模式等方面深入思考，加強(qiáng)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)基地的建設(shè),科學(xué)地統(tǒng)籌基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)與探索研究實(shí)驗(yàn)的關(guān)系,如圖3所示。

圖3 創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)基地實(shí)驗(yàn)教學(xué)建設(shè)框圖

2.1 在基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生動手能力

傳統(tǒng)的電路電工實(shí)驗(yàn)室是以基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)為主[13]，主要目的是加深學(xué)生對理論學(xué)習(xí)的理解、熟練使用常用儀器儀表,掌握基本實(shí)驗(yàn)技能,為以后綜合、創(chuàng)新型設(shè)計(jì)打好基礎(chǔ)。

基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)中應(yīng)盡量發(fā)揮分立元件的優(yōu)勢,將傳統(tǒng)的模塊化改變?yōu)榉至⒃?讓學(xué)生自己搭建電路,進(jìn)而培養(yǎng)發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力。同時將基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行整合,比如電源特性測量、負(fù)載伏安特性測量和戴維寧定理的驗(yàn)證3個實(shí)驗(yàn)就可以整合為一個,既節(jié)省時間還有利于學(xué)生對概念理解的加深,進(jìn)而為綜合型和研究型實(shí)驗(yàn)做準(zhǔn)備。

2.2 申請大學(xué)生創(chuàng)新項(xiàng)目

綜合型設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)以大學(xué)生創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽為依托,設(shè)計(jì)軟硬件結(jié)合,且結(jié)合社會發(fā)展需要相關(guān)的題目,鼓勵學(xué)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(shí)驗(yàn)室從教學(xué)和科研探索出發(fā),設(shè)計(jì)了大量新型實(shí)驗(yàn)和創(chuàng)新綜合設(shè)計(jì)項(xiàng)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(xué)生創(chuàng)新項(xiàng)目的措施。

(1) 現(xiàn)在國家大力推行大學(xué)生創(chuàng)新計(jì)劃,可以有效地吸引大學(xué)生參加。一方面大學(xué)生創(chuàng)新計(jì)劃有國家的大力支持,資金上不成問題,實(shí)驗(yàn)室可以給予技術(shù)指導(dǎo),相互配合。另一方面大學(xué)生完成創(chuàng)新計(jì)劃可獲得選修專業(yè)課的一定學(xué)分,這對大學(xué)生具有較高的吸引力。

(2) 根據(jù)社會生產(chǎn)熱點(diǎn)和學(xué)生興趣愛好申請大學(xué)生創(chuàng)新項(xiàng)目。比如今年申請的四旋翼飛行器的設(shè)計(jì),就得到了學(xué)生的積極響應(yīng)。

現(xiàn)階段實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)最主要的目標(biāo)是不斷滿足日益增加的科研需要,在經(jīng)費(fèi)難以增加的情況下,如何更好地應(yīng)用現(xiàn)有設(shè)備實(shí)現(xiàn)最大的科研價值、提高學(xué)生的創(chuàng)新能力是值得深入思考的問題。大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目為這一規(guī)劃目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)提供了一個良好的機(jī)遇。

2.3 將基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)和創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)相結(jié)合

將傳統(tǒng)的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)與現(xiàn)代控制理論相結(jié)合,開發(fā)研究型實(shí)驗(yàn)題目。比如將傳統(tǒng)的繼電器實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改造,改造流程如圖4所示。

圖4 控制實(shí)驗(yàn)改進(jìn)方案

將基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)與創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)相結(jié)合,在提高動手能力的同時,盡量設(shè)計(jì)一些與工業(yè)控制、電路設(shè)計(jì)、行業(yè)發(fā)展相關(guān)的實(shí)驗(yàn),提高實(shí)踐創(chuàng)新能力。圖5是自行研制的電機(jī)控制縮比運(yùn)料小車實(shí)物圖，取得了很好的效果。

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

(2) 通過實(shí)驗(yàn)改造,學(xué)生動手能力得到培養(yǎng)的同時，對工程實(shí)踐有了一定的認(rèn)識,為培養(yǎng)學(xué)生的工程素質(zhì)奠定了基礎(chǔ)。

(3) 通過組織學(xué)生開展產(chǎn)學(xué)研活動,教師和實(shí)驗(yàn)人員的科研能力也得到了有效提高,同時為實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)與發(fā)展贏得經(jīng)費(fèi)創(chuàng)造了條件。

圖5 縮比運(yùn)料小車實(shí)物電路圖

3 聯(lián)合建設(shè)特色鮮明的實(shí)驗(yàn)教學(xué)基地

聯(lián)合電路實(shí)驗(yàn)室、電工實(shí)驗(yàn)室以及新建的電磁場實(shí)驗(yàn)室,加上開放式的管理模式,形成了實(shí)驗(yàn)課程為輔、學(xué)生自己動手主動學(xué)習(xí)為主的教學(xué)特色,形成開放創(chuàng)新型的教學(xué)基地。

開放創(chuàng)新型意味著學(xué)生可以根據(jù)自身的興趣和特點(diǎn)選擇學(xué)習(xí)內(nèi)容,將學(xué)習(xí)的主動權(quán)交給學(xué)生,這一點(diǎn)對培養(yǎng)學(xué)生探索精神極為重要。產(chǎn)學(xué)研配合的教學(xué)方式僅在一個實(shí)驗(yàn)室中是難以完成的,必須聯(lián)合其他實(shí)驗(yàn)室，構(gòu)建電路實(shí)驗(yàn)室、電工實(shí)驗(yàn)室以及電磁場實(shí)驗(yàn)室協(xié)同配合的運(yùn)行模式。電工電子實(shí)驗(yàn)室可以起到一個橋梁的作用,與其他實(shí)驗(yàn)室密切配合,在培養(yǎng)學(xué)生動手能力的同時,著重鍛煉學(xué)生的創(chuàng)新思維和探索能力,以電子設(shè)計(jì)大賽、大學(xué)生創(chuàng)新大賽及各類學(xué)生科技競賽活動等為紐帶，組織好教學(xué)內(nèi)容，共建特色鮮明的實(shí)驗(yàn)教學(xué)基地。

4 結(jié)束語

通過建設(shè)開放創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)基地,不僅可以為學(xué)生創(chuàng)造更多的學(xué)習(xí)機(jī)會,提升自己的科研能力。而且還可以提高實(shí)驗(yàn)室資源利用率,充分利用各種儀器設(shè)備產(chǎn)生更大的科研價值。同時可以對實(shí)驗(yàn)室軟硬件、教學(xué)模式以及管理模式形成持續(xù)不斷的發(fā)展,使實(shí)驗(yàn)室環(huán)境更有利于學(xué)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(xué)2015年實(shí)驗(yàn)室教學(xué)改造項(xiàng)目(87)

徐航(1987—)，男，陜西咸陽，碩士，助理實(shí)驗(yàn)師，研究方向?yàn)殡娮蛹夹g(shù)應(yīng)用與高電壓技術(shù).

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1002-4956(2015)12- 0253- 04