電氣工程與自動化實踐教學體系的優化建設

秦海鴻， 黃文新， 曹志亮， 張紹杰， 劉 闖(南京航空航天大學 電氣工程與自動化實驗教學示范中心， 江蘇 南京 210016)

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·名人名言·

電氣工程與自動化實踐教學體系的優化建設

秦海鴻， 黃文新， 曹志亮， 張紹杰， 劉 闖
(南京航空航天大學 電氣工程與自動化實驗教學示范中心， 江蘇 南京 210016)

為加強實踐教學體系建設，電氣工程與自動化國家級實驗教學示范中心基于理論與實踐相結合、基礎與應用相結合、教學與科研相結合的“三結合”實驗教學原則，提出“三層次、六類別”的實驗教學體系建設思路，并進行了細化設計，形成實驗中心漸進式多層次教學體系，從而為建設一個出思想、出成果、出經驗、出質量的開放式電氣工程與自動化實驗教學中心，達到培養具備工程實踐和創新能力的21世紀創造性人才的目標而奠定指引和具體方向。

實驗教學； 實踐教學體系； 多層次； 創新型人才

0 引 言

加大實驗室建設，不斷推進實踐教學改革作為提高人才培養質量的一個重要環節和抓手，是近年來高等教育界形成的共識[1-4]。本文探討了如何依托于我校的電氣工程與自動化國家級實驗教學示范中心，建立漸進式多層次實踐教學體系，建立多層次人才培養平臺的方法和創新型人才的培養模式[4-9]，提出科研反哺教學的具體思路，從而為建設高水平實驗示范中心奠定體系保證[10-16]，培養出具有良好工程實驗和創新能力的多層次電氣類專業人才。

1 完善實驗教學體系，建立多層次實驗平臺

為了實現培養學生實驗能力、實踐能力和創新能力的目標，我校電氣工程與自動化國家級實驗示范中心經過多年的發展和建設，不斷積累經驗，提出了“三層次、六類別”實踐教學體系[1]，培養學生實踐能力“以基本實驗技能為基礎，以獨立設計能力為中心，以研究創新能力為目標”。實驗教學由基本型、提高型和研究創新型實驗組成。第一層次為基本型實驗，由各課程的實驗課或單獨設立的實驗課組成，每門實驗課包含若干基本和選做實驗。第二層次為提高型實驗，包含課程設計、實習及綜合設計實驗。第三層次為研究創新型，學生根據自己的愛好進入實驗中心的各開放實驗室、創新實驗室、學生科研實踐基地，研究自己擬定的課題和學生創新基金項目，或參加教師的科研項目。在三個層次中，基本型教學實驗約占55%，提高型實驗占35%，研究創新型實驗占10%。

根據“三層次、六類別”實踐教學總體建設思路，電氣工程與自動化中心建立并完善了如圖1所示的實驗教學體系。

圖1 實驗教學體系

1.1 基本型實驗

基本型實驗與課堂理論教學同步進行，基本型實驗教學注重實驗基礎技能培養，主要包括基礎性原理知識與驗證性實驗。

以“電力電子技術”基本型實驗為例，堅持外購與自制相結合，自主研制并生產實驗設備，改善實驗條件，充分體現我校電力電子技術專業教學特色和先進性。實驗設備的基礎平臺選用方圓公司的通用平臺，實驗掛箱為我校自主開發，這些掛箱觀測點多、實驗內容豐富，既可以進行器件實驗、又可以進行電路實驗；既可以進行電路開環實驗、也可以進行電路閉環工作特性的測試。通過自行研制、開發、生產實驗教學儀器，一方面可滿足實驗教學的需要，及時更新實驗內容，同時也為學生的第二課堂提供了豐富的課題。在自制儀器的研制過程中，我們積極吸收優秀本科生參加，讓他們在教師指導下直接參與收集資料、方案論證、電路設計及制作調試的全過程，實驗教學成效反饋證明了這種方式非常有利于鍛煉和培養學生的科研能力和協作精神。

1.2 提高型實驗

在基本型實驗的基礎上，給學生提供了更高層次的綜合性、開放性實驗。提高型實驗教學注重獨立設計能力的培養，打破了傳統實驗教學思維方式，按照課程群的類別設置綜合設計型實驗。包括電力電子與電力傳動開放性實驗、電機開放性實驗、飛行控制實驗、過程控制實驗等。提高型實驗注重學生的研究創新能力培養。實驗室實行開放式教學，學生可以申請實驗器材，自行設計實驗，進行研究型實驗。

以電力電子與電力傳動開放實驗室為例，采用積木式結構的實驗平臺，可以開放至底層元件級別，靈活性好，可擴展能力強。學生既可以選用基本模塊單元完成一些基本型實驗項目，也可以自行設計電路。本實驗可以不針對具體課程，綜合應用“電力電子技術”、“電機學”、“自動控制原理”、“現代調速技術”、“開關電源技術”等課程的知識。結合教師科研課題和學科發展前沿，“二次開發”部分核心部件，可將最新的科研成果及時轉化為教學實驗。從而增加了學生自己動手的機會，培養他們獨立分析思考問題的能力。電機學課程設計是學生在完成電機學課程和課程實驗的基礎上開展的綜合設計工作，學生完成電機參數計算、繞組設計分析、定子、轉子設計分析等工作，主要培養學生的設計和分析能力。電機學實習是緊跟在電機學課程設計之后，學生設計好電機后，動手進行電機的加工和裝配、測試工作。主要內容有拆解電機、拆解繞組、清理電機、繞制線圈、嵌裝繞組、端部整形及綁扎、繞組絕緣強度測試、電機裝配、電機運行、電機參數測試、合格電機驗收，以及到企業參觀。該課程設計可以有效促進教學與生產相結合，加強學生工程技術能力的訓練和培養。

1.3 研究創新型實驗

以航空航天應用、新能源發電等為核心，建立創新實驗研究平臺，提供學生創新實踐的環境。利用創新實驗室的條件，開展多種形式的科技創新制作活動，包括：創新實驗室的開放項目；學生在學習過程中自己提出的創新項目；從教師的科研課題中分解出來的小課題；校大學生科技創新基金等。

航空航天應用是我校電氣類學科研究的重要應用，為了讓學生了解先進航空電氣技術、提高實踐創新能力，學校建有航空電源航空科技重點實驗室和航空航天電源工程中心。該實驗室由航空主電源發電系統、二次電能變換裝置、配電系統及負載管理系統等實驗創新平臺構成。新能源發電技術是目前電力電子技術發展和研究熱點之一，為了讓學生了解學科前沿技術、提高學生的創新能力，學校投入大量資金建設了新能源發電技術創新實驗室。該實驗室由小型風力發電實驗平臺、太陽能發電實驗平臺和燃料電池發電實驗平臺構成。基于上述平臺，學生可以進行創新性的發電機、電力電子功率變換等研究。

部分優秀學生通過參與老師的科研工作，通過對一個項目的“設計、加工、實驗、分析”的全過程實踐，可以系統學到專業知識和科研方法，提高科研工作能力、培養創新精神、積累創新方法。

通過“三層次、六類別”實踐教學體系的細化，形成了電機、電力電子、自動控制3個實驗教學課程群，共103個實驗項目。包括：電機學(23個)、特種電機(4個)、電機與控制元件(18個)、電器原理及應用(4個)、電氣測試技術(8個)、現代調速技術(8個)、電工學(2個)、電力電子技術(7個)、航空航天供電系統(4個)、自動控制原理(6個)、現代控制理論(7個)、控制系統工程(8個)、控制系統設計和實踐(4個)。因篇幅限制，文中未列出實驗中心詳細的實驗條目。

2 建立多層次實驗教學隊伍

針對示范中心多層次實踐教學的需要，實驗中心進一步加強了實踐教學隊伍建設。

基本型實驗主要由年青教師和專職實驗員聯合授課，實驗員側重于具體操作的演示和講解，年青老師側重于實驗結果分析和引申討論，從而彌補了實驗員單獨指導的不足。

提高型實驗由相關課程的資深教師負責，由實驗老師配合，加強實驗過程中的指導，通過手把手教學生，給予必要的過程輔導，解答學生疑惑以及對實驗過程中出現的現象進行深入討論，啟發學生進行探究性實驗，并掌握從現象中進一步挖掘更深層次的研究性問題的方法。

創新型實驗主要由教授和部分副教授指導，通過創新論壇、創新示范區，以及每周創新研討例會等形式加強對學生的指導，啟發學生創新思維。

通過多層次實踐教學師資隊伍的建設，避免了過去的實驗員單一帶學生做實驗的弊端，極大的提高了實踐教學效果，培養了大量富有創新精神的高質量人才，在全國電子競賽、數模競賽、挑戰杯、以及全球IEEE未來能源競賽中多次獲獎。

3 結 語

我校電氣工程與自動化實驗教學中心樹立以學生為中心，知識、能力和素質全面發展的教育理念[11-13]，以電氣與自動化相結合的大電氣類專業基礎的思想把創新能力培養作為實踐教學體系和內涵改革的核心[14-16]，建立了“三層次、六類別”的實踐教學體系，并建立了多層次實踐教學隊伍管理機制，為進一步提高實驗教學水平，提高學生實踐創新能力起了重要的指引作用，從而為建立一個出思想、出成果、出經驗、出質量的國家級電氣工程與自動化實驗教學中心奠定了體系和師資保證，確保實現培養具備強的工程實踐和創新能力的21世紀創造性電氣類人才的目標。

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Optimized Construction of Experimental Teaching System in Experimental and Teaching Demonstration Center of Electrical Engineering and Automation

QINHai-hong,HUANGWen-xin,CAOZhi-liang,ZHANGShao-jie,LIUChuang
(College of Automation Engineering，Nanjing University of Aeronautics and Astronautics， Nanjing 210016，China)

The principle for experimental teaching should be to combine the theory with practice, foundation with application, teaching with scientific research. This principle of "three combinations" is applied to the construction of National Experimental and Teaching Demonstration Center of Electrical Engineering and Automation in Nanjing University of Aeronautics and Astronautics. This paper proposes a consideration of "three levels and six categories" in the construction of experiment and teaching system. A progressive and multilevel teaching system of experimental center can be built with detailed design. This provides guidance for building an open electrical engineering and automation experiment teaching center, and gets much achievement in thought, result and quality. This consideration points out specified directions towards the target of developing creative talents equipped with engineering practice and innovation in the 21st century.

experimental teaching； experiment and teaching system； multilevel； creative talents

2014-05-10

南京航空航天大學2012年本科教學建設項目；2013年教育教學改革項目(1301JG0305K)

秦海鴻(1977-)，男，江蘇姜堰人，博士，副教授，副主任，主要從事電機與電器方面的教學科研工作。

Tel.:13951772239; E-mail : qinhaihong@nuaa.edu.cn

TM 461

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1006-7167(2015)02-0148-03