“科研創新型”鐵道電氣化專業實驗教學探索

王 果

（蘭州交通大學 自動化與電氣工程學院，甘肅 蘭州 730070）

《中共中央國務院關于深化教育改革全面推進素質教育的決定》明確指出“高等教育要重視培養大學生創新能力、實踐能力和創業精神”。1997年教育部開始啟動國家級大學生創新實驗計劃，該計劃旨在加強高校教育中的創新性，希望通過該計劃的實施，與整體科研體系整合，培養大學生的創新精神。傳統的實驗教學難以滿足知識更新的需要，我們需要不斷更新實驗教學平臺，改革實驗方法和手段，提出了“科研創新型”鐵道電氣化專業實驗教學的實驗教學模式和個性化的培養方案。

近年來，軌道交通在高速鐵路、重載鐵路和機車車輛等方面技術創新取得重要突破。高速鐵路及城市軌道交通的快速發展，在軌道交通電氣信息方面急需大批具有工程應用與創新能力的優秀人才［1］。蘭州交通大學作為西北地區軌道交通領域唯一的一所高校，一直肩負著為西部地區軌道交通建設和發展輸送人才的重任。但是，我校地處西部，教學資源相對缺乏，對培養具有科研創新能力軌道電氣化的人才提出了嚴峻挑戰。本文以服務軌道交通為目標，在一系列配套措施和開放專業實驗室的保證下，采取“本科生導師制”的培養模式，研究通過實驗教學，充分發揮學生自主學習的能力，培養具有吃苦耐勞精神、創新意識和創新能力的大學生。

1 鐵道電氣化專業實驗教學中存在的問題

許多鐵道電氣化專業的實驗項目與高速鐵路的新理論、新技術脫節，鐵道電氣化專業的實驗教學存在問題主要表現在以下3個方面。

（1）創新實驗少。由于經費、師資等原因，我校鐵道電氣化專業課程的實驗項目陳舊，很少有新的實驗項目和創新項目，大部分實驗是驗證型、參觀型實驗，設計型、綜合型和創新研究型實驗例較少；各門電氣實驗基本上都是按照常規教學程序，學生先預習，教師講解并做演示，學生自己做實驗后得到實驗數據并撰寫實驗報告。以我們的牽引供電系統和接觸網課程為例，高速鐵路近幾年快速發展，實驗室只有幾個供電方式和接觸網的簡易模型，僅僅能供學生參觀。我們的牽引變電所微機保護和變電站綜合自動化課程，在陳舊的通用實驗臺上做實驗，實驗臺數也不夠，多個學生共用一個實驗臺，很多學生沒有機會動手，很難提高學生的學習研究熱情，不利于創新能力的培養。

（2）實驗學時少。在鐵道電氣化專業的課程中，一般課程只有3～4個實驗，像課時較多的“電機學”一般就開5個實驗，每個實驗課時是2個小時，上課教師需要對實驗原理和實驗步驟進行詳細講解并進行示范操作，學生實驗過程中遇到問題均是教師給予解決，給學生留下自己動手做實驗并解決遇到問題的時間有限，根本談不上培養學生的創新能力。

（3）學生對實驗學習缺乏積極性。學生對電氣實驗的培養目標認識不足，學習缺乏積極性。這與實驗教學主要為驗證性實驗有關。常規驗證性實驗學生不重視，部分學生甚至應付了事，出現了很多學生草草完成實驗規定數據或互相抄襲。因此探索由驗證到創新的實驗教學新路子，調動學生的實驗積極性是電氣實驗教學改革的重要課題。

針對傳統實驗教學的問題，將科研創新引入實驗教學中，結合教師的科研進展不斷更新實驗內容，使實驗教學與科研創新相結合，構建教學科研互動基地，建立培養學生創新能力的教學平臺，使學生在本科學習階段能開展帶有課題研究性質的實驗活動，激發學生開展科研的興趣，拓展學生知識面，充分發揮學生學習的自主性，促進教學相長，提高學生的科學素養。

2 開展“科研創新型”實驗教學改革的措施

我校50年代末至90年代末，學校隸屬鐵道部領導，實行行業辦學管理體制。從2000年開始實行“中央與地方共建，以地方政府管理為主”。為了適應社會和專業發展的需要，根據我校鐵道電氣化專業實驗教學的特點，研究和探索新的實驗教學模式，培養具有創新精神和實踐能力的工程技術型人才，學校推行“科研創新型”實驗教學，要求有關部門采取保障措施。

2.1 建設開放實驗室和科研創新平臺

我校的國家級電工電子實驗教學中心和計算機科學與技術實驗中心，通過建立一系列規章制度來保障開放實驗室和科研創新平臺的建設工作得以順利開展，如建立節假日值班制度，方便節假日和晚上開展科研工作的教師和學生。根據實驗室配備的儀器設備與設施等科研資源的情況，選擇合適的開放模式，確定開放的運行模式，使創新平臺最大限度地發揮效益。將開放實驗室建設與創新平臺緊密結合，注重以人為本，最大限度地方便教師和學生開展科研工作。科研創新平臺與開放實驗室之間具有密切的關系，開放實驗室是建設科研創新平臺的基礎，只有在開放實驗室的基礎上才能更好地發揮科研創新平臺的效益，所以科研創新平臺是開放實驗室建設內容的核心。科研創新平臺與開放實驗室的建設不是一項相互孤立斷裂的工作，應將科研創新平臺與開放實驗室的建設緊密結合，力爭使科研創新平臺與開放實驗室的建設處于良性循環的狀態，達到共贏的目的。

2.2 創新“六個一”工程和“1125”人才培養模式

我校的國家級電工電子實驗教學中心不斷轉變教育觀念，深化實驗教學改革，推動實驗教育模式向素質教育轉變，打造了有利于創新能力培養的實驗學環境，逐步實現了：

（1）“六個一”工程，即：營造一種氛圍；恪守一種信念；樹立一種理念；構建一種體系；建立一種模式。

（2）“1125”的人才培養模式，即：1條主線：以提高學生綜合素質和實驗創新能力為主線；1個原則：培養學生適合多樣化發展的原則，使學生具有“大學科發展的學科適應性”；2個方法：以實施層次化實驗教學和開放式實驗教學兩種方式，開展因材施教，充分發揮學生自主性和創造性；5個支撐平臺：①優化的實驗教學體系平臺；②基礎與前沿、經典與現代、軟件與硬件有機結合的平臺；③高水平的實驗室建設保障平臺；④立體庫教材建設資料平臺；⑤研、學、產無縫連接平臺。

2.3 設立大學生創新實驗項目基金

學校每年撥出專項經費對教師的論文、專著、發明等成果進行獎勵。同時也撥出專項經費，設立電氣工程甘肅省重點實驗室的開放課題基金，鼓勵我校教師通過此科研課題立項帶領本科生進行科研創新。

學校實驗室管理處每年通過對各專業實驗數據的分析，有針對性地開展實驗教學改革，推動創新實驗項目建設。2010年經學校批準設立了大學生創新實驗項目基金。該項目在學生培養過程中取得了良好效果，涌現出了一批創新成果，培育了一批創新型人才，擴大了創新性實驗項目的影響范圍。我校的校領導要求各學院再接再厲，繼續加大對大學生創新實驗項目工作的支持力度，指導教師更加努力、精心地指導學生；希望受到表彰獎勵的學生能夠繼續發揚創新精神，教師能夠更加積極地培養學生創新能力，在校大學生能更加積極地參與創新實踐活動，不斷提高自身的綜合素質和能力。

2.4 設立大學生科技創新基金

為進一步加強學校創業教育課程體系建設，我校團委2012年設立了“我校大學生科技創新基金”，對在校的本科生進行資助，時間為1年。通過組織專家對項目進行可行性審核，確定資助項目。然后由專業指導教師對每一個課題組進行指導，8個月后組織專家進行中期審查，1年滿后組織專家進行審核項目完成情況，對于完成較好的項目，進一步進行資助，來獲得更大的發展。此外，“天佑青年創業論壇”、“科技園杯”創業實踐大賽和“挑戰杯”創業計劃大賽等一系列與創業相關活動在學校影響廣泛，創業教育課程在全校范圍內進行公選，大學生創業實踐基地建設逐漸完善，創業項目可入駐我校國家大學科技園區等一系列措施，進一步促進了我校大學生創新工作的開展。

3 深化鐵道電氣化專業實驗教學改革

為了培養大量面向鐵路、地方的一線人才，蘭州交通大學鐵道電氣工程專業在實驗環境、實驗資源和實驗項目方面開展了一系列調整，開展了實驗教學改革，構建了鐵道電氣化專業創新型實驗教學新體系。

3.1 構建多層次實驗教學新體系

在認真分析鐵道電氣化專業類各門課程培養目標的基礎上，建立多層次實驗教學新體系。將實驗分為理論驗證型、提高型和綜合創新型3個類型。理論驗證型實驗就是一般教材上傳統的驗證實驗，比如電機學中“變壓器特性試驗”來驗證變壓器的變壓比、變壓器的開路參數和短路參數。側重于加強學生對理論知識的重新認識，對基本儀器儀表、元器件功能等專業知識掌握。提高型實驗是在傳統的驗證型實驗的基礎上，增加一些新的要求，讓學生自己去總結該實驗中更深層次的內在規律，鍛煉學生發現問題、解決問題的能力。在具體實驗項目的設置上，大幅度刪減驗證型實驗項目的內容及個數，增設綜合型、設計型、研究創新型實驗項目個數。實驗教學體系框架如圖1所示。

圖1 鐵道電氣化專業實驗教學體系框圖

3.2 改革實驗教學的內容

精選基礎型、驗證型實驗，增加提高型、綜合型實驗比重，研究鐵道電氣化專業類專業實驗教學環節的共性，提煉各門專業課程的個性，編寫符合實驗創新要求的實驗大綱及實驗指導書，體現其專業特點。實驗指導書涉及“電力系統分析”、“微機保護原理”、“牽引供變電技術”、“接觸網”、“電機學”、“高電壓技術”等多門課程。

在實驗教材的建設上，嚴格按照驗證型、提高型和綜合創新型實驗的層次，力爭做到有一定的推廣價值。同時，加強與鐵路行業企業的聯系，鼓勵學生直接到鐵路行業的相關企業進行實習，直接參與一線生產、科研工作，使學生能理論聯系實際，并增強了自身工作能力。

3.3 開發虛擬實驗

利用計算機模擬技術和電路仿真軟件，利用虛擬的電子元件、虛擬的儀器儀表，開發虛擬實驗，在計算機平臺上模擬各種電路進行實驗調試。引入現代化教學手段，利用計算機多媒體CAI、CAD等輔助教學手段，拓寬傳統實驗的內容，增加許多傳統方法所不能完成的實驗，在規定的實驗教學時間內，增大實驗教學的信息量，拓展實驗的深度和廣度，形成全方位的教學信息加工模式。

3.4 引導學生參加各種科技競賽

鼓勵學生積極參加全國性的競賽和學校舉辦的鐵道電氣化專業類創新大賽，學生從提出問題、分析問題、解決問題，參與項目從開始到結束的整個過程，都能得到教師的指導，使學生從知識結構、應用水平、綜合素質等各個方面得到鍛煉。為促進學生更好參加科技競賽，開放專業實驗室，對于已有的設備進行定期檢查，讓學生全天可以隨時進入專業實驗室使用專業實驗設備，進行自主設計實驗，培養學生綜合運用知識的能力。

3.5 緊密結合企業需求開展研究活動

考慮到鐵路行業是我校的主要合作行業，因此我們針對行業的特點，開展了緊密聯系行業實際需求的科研活動。鐵路牽引供電系統是電力系統的用電大戶，由于牽引負荷是一個單相移動性隨機負荷，使供電電網負序等電能質量問題比較突出，且穩定性易受到自然災害和外界因素的影響。專業課題組的研究內容主要有以下幾個方面：開展無功補償、諧波抑制等技術提高電網負序等電能質量問題；開展接觸網的防融冰實現措施，減少接觸網故障發生；構建接觸網故障檢測系統，防止接觸網發生冰災；開展電氣化鐵綜合接地的研究；開展接觸網的防風沙研究等。

同時邀請各鐵路設計院、鐵路局、工程局、地鐵公司等業界專家參與實驗課程教學、開設軌道交通電氣化專題講座，來補充相關課程的實踐內容。邀請用人單位共同對本專業實驗教學構架進行優化研究，實現了用人單位共同參與制定實驗教學培養方案的合作機制。

3.6 實驗教學中突出學生的主體地位

在我們傳統的實驗教學中，是以教師為主導，實驗以“驗證型”實驗為主。作為培養學生理論聯系實際，提高實踐能力的重要場所的專業實驗室，是其他教學環節無法替代的，我們通過以下措施突出學生的主體地位。

（1）大學生輪流參與實驗準備工作。大學生要參與實驗前實驗設備的準備工作，必須提前預習，對整個實驗有整體的認識。學生在準備實驗的過程中可以思考相關的實驗問題，與同學、指導教師探討，促進學生自主思考，提高學生創新能力。

（2）大學生輪流參與實驗前實驗的講解工作。每次實驗前，教師指定參與實驗準備工作的學生把實驗設備和實驗理論提前熟悉，提前給教師講解一下，然后由這些學生給其余學生講解，由學生自己去完成實驗，教師在實驗室作指導。實驗過程中肯定會出現各種各樣的問題，發現問題先引導學生自己解決，解決不了的請教師幫忙。

（3）實驗完成后教師歸納總結實驗。實驗結束后，教師把重點、難點、關鍵點進行總結分析，共性問題統一進行操作示范解釋，加深學生對實驗的理解。對于實驗失敗或數據不理想的小組，在教師講解完成之后，重新做一遍實驗。

4 本科生導師制的實施方法

為了提高本科生科研創新精神，讓學生通過實驗創新掌握知識的探索及獲得過程，拓寬大學生的知識面。

（1）建立科研團隊。本科生科研團隊是“按課題制”組建的課外研究團隊，學生之間比較熟悉，有一定的合作的基礎或經歷。有2～3名核心成員，各成員有一定的互補性，開展帶有創新型的應用性研究。由于學生自身能力不足和專業知識結構的局限，學生在從事科研工作時往往顯得力不從心。團隊建立之后，教師用3～4個課時集中對課題組成員進行培訓，主要明確本科生導師制的培養目標、查閱文獻方法、科研選題、申報科研課題、科研課題結題、撰寫科研論文方法等多方面內容。

（2）導師負責，學生選題，分層培養。由各個專業實驗室及各個責任心強、科研業務素質高的教師擔任課題組長，根據各門課程的特點并結合自己的研究方向，給出實驗創新科研選題、安排科研任務。各子課題導師由中級職稱以上的教師擔任，所有導師對選題討論、結題及論文撰寫等進行把關、互相促進。學生可以根據自己的興趣在不同的研究方向選題。

（3）確定實驗設計方案。教師指導學生獨立查閱文獻，包括外文文獻，運用所學過的理論知識和實驗知識，寫出實驗設計方案，包括項目名稱、實驗原理、實驗方法、所需要的儀器、設備、具體實驗步驟、實驗數據處理方法、參考文獻等。實驗設計方案寫出后交導師審閱和修改，符合實驗室現有儀器設備等條件的可行性選題獲得通過，將進入實施階段。同時，教師要指導學生如何撰寫好申報科研課題的申請書，并且幫助學生修改標書。

（4）實驗設計方案的實施。開放式實驗室，包括實驗時間的開放、實驗教學內容的開放、實驗教學方法的開放、實驗教學評價的開放等。學生帶著確定的實驗設計方案進入實驗室，所有的儀器設備、藥品試劑、溶液的配制等，都是由學生自己準備和完成，學生不會使用的少數儀器設備，在實驗操作前由導師現場講解使用方法。學生除按照自己設計的實驗方案開展課題研究外，也可以參與導師的課題研究，我們在指導學生實驗方面，教會方法后由學生自己獨立完成，有的實驗需要反復摸索條件，實驗過程遇到疑難問題時再問導師。鑒于指導的學生是本科生而非研究生，所以在指導方面導師要多花一些時間和精力。

（5）科研論文的撰寫及投稿。學生完成實驗后，整理原始數據，分析實驗結果，獨立寫出研究論文，包括實驗原理、實驗方法、實驗所需試劑和儀器、具體實驗步驟、數據的處理、結果討論及分析等，從理論上分析實驗過程中所出現的現象。學生完成科研論文的撰寫后交導師修改，最后導師指導學生如何選擇投稿刊物、如何按刊物要求排版、如何投稿等。選送優秀的學生科研論文參加自治區級科研論文競賽、學校科研論文競賽等。

（6）課題結題。對沒有獲得立項的課題不作結題要求，但是，對獲得學校等立項（含資助）的科研項目按時完成后，要指導學生開展結題工作。要求學生按照結題要求撰寫結題報告、整理相關材料、提交實驗原始數據等，其中，我們重點教會學生如何撰寫結題報告，學生在開展結題工作的整個過程中，項目組全體學生都參與，同時，也邀請沒有獲得立項、自由選題的非項目組的學生熟悉結題方法和流程，這樣，每個學生對整個科研流程都熟悉了。

5 校企共建實驗創新基地

積極開展與國內外企業合作，創建實驗教學與應用創新的多層次教學研究平臺，構筑校企共建聯合實驗室等實驗教學研究平臺，有序地組織學生去企業進行調研，與企業展開聯合培養，聽現場技術人員講座，激發學生的創新思維。

6 “科研創新型”鐵道電氣化專業實驗教學探索成效

經過積極探索和不斷地深化改革，在教學和實踐教學中逐步形成了自己的鮮明特色。

（1）建立實驗教學的保障機制。我校各個相關單位注重平臺的多元化聯合利用，營造良好的科研創新氛圍，促進我校資源的優勢整合，在制度上保障學生參與實驗創新的積極性，為學生參與實驗創新提供政策保障。對勤動手、善思考的學生安排參與教師的實驗開發項目，對學生創新能力培養提供新的機會，對構建健康發展的實驗教學環境開辟新的途徑。

（2）樹立實驗教學的先進理念。確立了以學生為主體的實驗教學模式，根據本科生導師制的培養模式，建立融合課堂理論教學、基礎實驗指導和創新實驗研究為一體的高水平教學團隊，鍛煉了大學生思考問題、分析問題和解決問題的能力，提高大學生駕馭知識的能力以及理論聯系實際的能力，培養大學生實事求是的科學態度和科研創新能力。

（3）促進教師隊伍建設。提高實驗教學質量，關鍵是要促進教師隊伍的理念、教學水平、素質的全面提高，對教師的專業素養的要求要更加嚴格。要求指導教師具有扎實的理論基礎和動手能力，對每一個專業實驗都要深入了解，同時掌握鐵道電氣化各專業發展的動態。

（4）提高大學生就業競爭力。通過“科研創新型”的實踐提高了大學生的就業競爭力。大學生經過一系列訓練，具有一定的科技創新能力和科研成果，提高了大學生的就業競爭力，促進了大學生的就業。

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［1］萬舒良，吳澤娟，杜娟.淺談高校大學生科研創新能力的培養［J］.教育教學論壇，2012（37）：131－132.

［2］王珊，何增軍，劉烈.淺談如何有效指導大學生創新實驗項目［J］.教育教學論壇，2013（11）：39－40.

［3］楊寶蘭.利用案例講解與創新實驗，開展電氣安全課程教學［J］.實驗技術與管理，2012，29（10）：135－138.

［4］裴幫富，韓金玲.由驗證性到創新性：電氣自動化技術專業實驗教學改革與實踐［J］.技術與市場，2009，16（3）：40－41.

［5］孫凌翔，王麗君.電氣信息專業實驗教學創新模式的研究與探索［J］.中國電力教育2009（16）：130－131.

［6］周成虎，黃明明，甕嘉民，等.電子與電氣工程創新實驗教學研究［J］.赤峰學院學報：自然科學版，2013，29（9）：256－257.

［7］王翠菊，孟召平.大學生創新實驗項目選題的策略［J］.科教文匯，2010（24）：32－33.

［8］邱學青，李正.加強本科生科研培養拔尖創新人才［J］.中國高等教育，2010（6）：36－37.

［9］蔣玉榮，邊長賢，黃靜，等.實驗教學與科研創新相結合的探索與實踐［J］.大學物理實驗，2012（6）：112－115.

［10］胡遠艷.科研創新平臺在開放實驗室建設中的實踐與思考［J］.科技創新導報，2012（17）：140－141.

［11］郭明良，王朋.電氣工程全面教學改革培養應用型人才［J］.實驗室研究與探索，2009，28（6）：83－86.

［12］邰楓，朱紅，陳美娟，等.以創新學分為抓手 強化學生創新實踐能力培養［J］.實驗技術與管理，2013，30（3）：157－159.

［13］郭美榮，侴愛輝，夏德宏，等.創新人才培養模式研究［J］.實驗技術與管理，2012，29（3）：229－235.