苗風東，陳永超，丁電寬，鄒玉煒

(安陽師范學院 物電學院，河南 安陽 455000)

1 電類專業(yè)實驗實踐教學模式研究背景及研究意義

實驗實踐教學是高等學校人才培養(yǎng)方案的重要組成部分，是應(yīng)用型工科專業(yè)人才培養(yǎng)體系的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，是全面提高新時代高等學校本科人才培養(yǎng)質(zhì)量的重要途徑。

傳統(tǒng)的實驗實踐教學模式是指導老師根據(jù)具體的實驗大綱編寫實驗方案，使學生在固定場所、固定儀器實驗設(shè)備上進行實際操作，學生通過實際操作儀器設(shè)備、連接電路、測量數(shù)據(jù)以及查找電路故障等環(huán)節(jié)，掌握實驗原理，達到理論聯(lián)系實際的目的。但是，在實驗中由于實際設(shè)備參數(shù)變化、測量方法不同、電路連線錯誤以及讀取數(shù)據(jù)偏差等因素，造成實驗失敗，給學生帶來一定的困擾。與此同時，隨著實驗設(shè)備使用年限的增加，維護費用投入也會逐漸增大，也存在著安全隱患，需要專門的實驗指導老師在具體時間內(nèi)看守，極大地影響著實驗實踐教學質(zhì)量和效率的提高。

為深入學習貫徹黨的十九大精神，適應(yīng)信息化條件下知識獲取方式和傳授方式、教與學關(guān)系等發(fā)生革命性變化的要求，教育部下發(fā)《教育部關(guān)于開展國家虛擬仿真實驗教學項目建設(shè)工作的通知》(教高函〔2018〕5號)文件，并在全國認定首批國家虛擬仿真實驗教學項目，同時各個省啟動省級虛擬仿真實驗項目和高校校級虛擬仿真實驗項目。

虛擬仿真實驗教學客服了傳統(tǒng)實驗實踐教學中的不足，不受實驗空間、時間的限制，逼真、立體的表現(xiàn)形式提升教學效果；靈活多變的操作(如元件參數(shù)改變)節(jié)省了成本投入。

本文根據(jù)安陽師范學院電氣工程及其自動化、電子信息工程專業(yè)(簡稱電類專業(yè))實際情況，結(jié)合國家本科教育改革文件精神，在基礎(chǔ)課程、專業(yè)課程實驗以及學生專業(yè)實訓、學科競賽、創(chuàng)新基金等方面積極探索虛實結(jié)合的電類專業(yè)實驗實踐教學模式，成功申報并立項河南省“基于PLC控制的郵件分揀系統(tǒng)虛擬仿真實驗”項目，為電類專業(yè)實驗實踐教學奠定堅實基礎(chǔ)。

2 電類專業(yè)實驗實踐教學體系

安陽師范學院電類專業(yè)包括電氣工程及其自動化和電子信息工程兩個專業(yè)，使用的人才培養(yǎng)方案為2015版培養(yǎng)方案，實踐教育平臺包括具體課程的實驗?zāi)K(我們稱之為第一課堂實驗實踐模塊)和諸如畢業(yè)設(shè)計、專業(yè)實習、專業(yè)實訓、課程設(shè)計、各種學科競賽等形式的集中實踐模塊(我們稱之為第二課堂實驗實踐模塊)。該培養(yǎng)方案以學生為中心，根據(jù)學生個人興趣和志向，采取學術(shù)后備和行業(yè)企業(yè)分類人才培養(yǎng)，相應(yīng)的環(huán)節(jié)學分、學時和要求有所不同。但是，該方案也存在如前所述的傳統(tǒng)實驗實踐教學模式的缺點，不能及時適應(yīng)現(xiàn)代教育需求。

為解決這一突出問題，僅僅圍繞地方應(yīng)用型高等學校人才培養(yǎng)目標和國家教育政策，依托安陽師范學院省級物理實驗教學示范中心、河南省光伏發(fā)電工程中心以及河南省“基于PLC控制的郵件分揀系統(tǒng)虛擬仿真實驗”項目，及時調(diào)整現(xiàn)有人才培養(yǎng)方案，構(gòu)建虛實結(jié)合的電類專業(yè)實驗實踐教學體系。第一課堂實驗、實踐教學體系(部分課程)，第二課堂實驗實踐教學體系分別如表1和表2所示。

表1 第一課堂實驗實踐教學體系

表2 第二課堂實驗實踐教學體系

3 虛實結(jié)合的電類專業(yè)實驗實踐教學舉措

3.1 電類專業(yè)第一課堂實驗實踐教學改革

第一課堂實驗實踐教學主要是指每門具體理論課程的實驗內(nèi)容，這是對具體課程理論知識能力的直接訓練，是學生第二課堂實踐學習的重要基礎(chǔ)。根據(jù)每一門實驗課程性質(zhì)及現(xiàn)有實驗設(shè)備等因素，組織任課教師重新編寫實驗大綱，實驗?zāi)Ｊ桨瑐鹘y(tǒng)的實際實驗平臺(實驗設(shè)備)和虛擬仿真實驗兩部分，每一部分占一定比例，二者相結(jié)合進行，例如《模擬電子線路》實驗采用60%實際硬件實驗臺實驗+40%虛擬仿真實驗；實驗項目根據(jù)難易程度分為驗證型、設(shè)計型、綜合型和創(chuàng)新型。虛擬仿真環(huán)節(jié)要求學生掌握EWB、Multisim、Proteus、Matlab等一定的仿真軟件，借助于虛擬仿真實驗室進行仿真。

3.2 電類專業(yè)第二課堂實驗實踐教學改革

第二課堂實驗實踐教學同樣包含傳統(tǒng)的硬件實驗平臺(實驗設(shè)備)和軟件虛擬仿真實驗兩部分，它是獨立于課堂之外、以學生為主體的實踐教學環(huán)節(jié)，不受實踐場所空間和時間的限制，學生可根據(jù)實際自由確定。根據(jù)學生所在年級、所學課程以及具備的專業(yè)能力水平采取分階段、分層次的虛實結(jié)合的實驗實踐教學模式，分為一、二年級的基礎(chǔ)實踐層次、三年級的專業(yè)進階(綜合設(shè)計)層次和三、四年級的創(chuàng)新提高層次。不同層次對應(yīng)不同的專業(yè)知識能力和不同的實踐項目、實踐要求。

針對分層次的實踐教學模式，在學科競賽環(huán)節(jié)組織學生參加“分層次”的“校級、省部級、國家級”專業(yè)學科競賽以及大學生校級和國家級創(chuàng)新基金項目等第二課堂實踐教學，從而形成“以教興賽、以賽促教”、“賽教有機結(jié)合”的實踐教學模式，進一步提高了電氣工程類專業(yè)學生“發(fā)現(xiàn)問題、解決問題”的專業(yè)綜合素養(yǎng)。

3.3 鼓勵教師積極研究虛擬實驗教學模式改革，建立“虛實結(jié)合、互為補充”的現(xiàn)代化網(wǎng)絡(luò)實驗室

鼓勵任課教師積極研究虛擬實驗教學模式改革，在第一、第二實驗實踐課堂教學中，逐步向虛擬實驗教學轉(zhuǎn)變，積極申請?zhí)摂M實驗教學項目，建立“虛實結(jié)合、互為補充”的現(xiàn)代化網(wǎng)絡(luò)實驗室。學生在進入實驗室進行實際設(shè)備操作實驗前，可以在宿舍等不同場所利用自己手中的電腦學習EWB、Multisim、Proteus、Matlab等軟件進行實驗仿真，完成電路的搭建、功能設(shè)計、程序編寫與調(diào)試、性能分析、時序波形測試等。通過不同算法和參數(shù)設(shè)計仿真，進一步驗證學生對理論的正確性，然后學生再通過硬件設(shè)備調(diào)試，達到“虛實結(jié)合、互為補充”的學習效果。

3.4 激勵教師開展實驗實踐教學研究，積極申報虛擬試驗教學項目，編寫實驗實踐教材

《單片機原理及接口技術(shù)》是河南省精品在線開放課程，也是安陽師院兩個電類專業(yè)的專業(yè)核心課程。學院建有《單片機》實驗室以及單片機虛擬仿真實驗室，學生借助硬件實驗和虛擬仿真實驗，獲得了較好的學習效果，學生參加以單片機為平臺的學科競賽業(yè)取得了優(yōu)異成績。

為進一步激勵教師開展實驗實踐教學研究，積極申報虛擬試驗教學項目，編寫實驗實踐教材，優(yōu)秀仿真案例匯編成冊，學院制定了相應(yīng)的獎勵機制。

4 我校虛實結(jié)合的電類專業(yè)實驗實踐教學的成效

我院電類專業(yè)經(jīng)過近幾年的實驗實踐教學模式改革，取得了顯著成效：第一、學生通過第一課堂的實驗實踐鍛煉，理論知識更加扎實，儀器儀表及儀器設(shè)備操作、電路焊接與調(diào)試、軟件仿真等實踐能力大大增強，能夠完成基本電路模塊的設(shè)計與調(diào)試；通過第二課堂實踐教學的訓練，學生系統(tǒng)設(shè)計能力、程序編寫與調(diào)試能力、系統(tǒng)故障檢測與調(diào)試能力等綜合素質(zhì)得到了提高，多名學生參加各種學科競賽取得優(yōu)異成績，參加2015年全國電子設(shè)計大賽獲得河南省一等獎1項、二等獎3項；2017年“西門子杯”中國智能制造挑戰(zhàn)賽獲西部賽區(qū)一等獎1項；在2018年藍橋杯全國軟件和信息技術(shù)專業(yè)人才大賽中獲得省級一等獎2項，國家級二等獎1項，三等獎1項；2018年大學生創(chuàng)基金項目獲國家級立項2項，校級立項5項；同時學生的創(chuàng)新能力業(yè)得到了提高，學生申請授權(quán)專利7項。與此同時，任課老師的實驗教學水平明顯增強，取得了相應(yīng)的實驗教學成果，編寫出版《電子技術(shù)實驗》教材一部，申請并立項河南省虛擬仿真實驗項目一項。

5 結(jié)束語

本文結(jié)合安陽師范學院電類專業(yè)實際，對實驗實踐教學采用傳統(tǒng)硬件實驗+現(xiàn)代虛擬仿真實驗相結(jié)合的“虛實結(jié)合”實驗實踐模式，通過近幾年的改革探索，取得了一定的成效，既節(jié)省了硬件資源昂貴的投入費用，又提高了學生學習的積極性和學習效率，對應(yīng)用型地方本科專業(yè)實驗實踐教學方面積累經(jīng)驗，具有一定的實際參考價值。