電氣工程專業研究性實驗教學新模式探索

閔永智, 李 紅, 王秀華

(蘭州交通大學 自動化與電氣工程學院, 甘肅 蘭州 730070)

實驗教學研究

電氣工程專業研究性實驗教學新模式探索

閔永智, 李 紅, 王秀華

(蘭州交通大學 自動化與電氣工程學院, 甘肅 蘭州 730070)

在分析傳統研究性實驗教學的缺點的基礎上,提出一種新型的研究性教學模式,即以科研項目為依托,教學與科研相互促進的教學模式。電氣工程專業本科生在新型研究性實驗教學中的實踐表明,新型的研究性實驗教學對于學生的創新精神進行了全方位的培養,提高了學生的工程實踐能力,對高速鐵路行業的人才培養提供了較好的借鑒意義。

電氣工程； 實驗教學； 科研項目

隨著我國高速鐵路的快速發展,對于具有高速鐵路工程應用與創新能力的高素質人才的需求越來越大,但當前高校畢業生缺乏高速鐵路行業工程實踐能力、專業理論知識滯后于行業發展,因此開展高速鐵路專門技術人才實踐創新能力培養的研究極為重要。針對當前高速鐵路相關專業教育仍然沿用原有鐵路專業人才培養模式、學生工程實踐創新能力培養與快速發展的高速鐵路新技術銜接不緊、難以及時勝任工作崗位等教育現狀,研究性實驗教學模式可以很好地改善這些問題。

1 傳統研究性實驗教學

20世紀初,中小學課程中出現“研究性教學”,隨后20世紀中葉,其在大學里發展,在國外又稱“項目課程”,是國際社會比較普遍認同和實施的一種新的教學模式[1-2]。研究性教學模式是基于“發現學習模式”和“認知發展學說”而構建的,其原理是將科學領域的研究方法引入課堂教學,使學生在學科學習中選擇并確定學習的內容,將被動的接受式學習轉化為主動的探索式學習,在研究過程中主動探索、主動思考、主動實踐,學會汲取知識、應用知識、解決問題、獲取經驗,從而提高學生的綜合素質,培養學生創造能力和創新精神。研究性實驗分為驗證性實驗和探究性實驗[3]。

驗證性實驗的教學模式是高校實驗教學的普遍模式,是為進一步鞏固之前學習的理論知識而進行的驗證行為,是學生在教師的指導下進行公式、定理和結論的驗證的實驗教學模式。驗證性實驗是學生將實驗過程中的認識與書本理論相結合,以得到對理論的較為完整的認知[4]。然而,驗證性實驗的過程中都有教師指導且只是達到對知識的驗證與鞏固,在此過程中學生缺乏對知識的思考與探究,因而對于學生的創新能力和發散思維的培養具有限制作用。

探究性實驗是基于驗證性實驗的一種實驗教學模式,整個實驗過程由學生自行設計與操作[5-6]。在研究性實驗之前,教師需要為學生列出問題、實驗要求和實驗目的,學生可以采用不同的實驗原理和實驗步驟達到教師所提出的實驗目的和結果的要求。其要求學生查閱大量參考資料,認真地研究、思考并解決這些問題,掌握有關原理并自擬實驗步驟、選擇有關器材來實現實驗要求。在此過程中,學生自主理解實驗原理,對學生的自學能力、動手能力、創新能力以及分析、研究、解決問題的能力都有所提高。在研究性實驗教學中,教師是學生學習的引導者,重視學生的動手能力和創新能力的培養,努力實現學生科學素質的提高,充分調動學生的自主能動性。

2 新型研究性實驗教學

高校教師的科研項目起點高、難度大,而本科學生的專業理論知識扎實但缺乏工程實踐經驗[7]。以科研項目為驅動,改革傳統的研究性實驗教學,推動實踐教學方法方式改革,開展具有專業特色的學科競賽活動,使學生的學習熱情得到進一步提高,有效地彌補學生缺乏工程實踐的問題,對于學生實踐創新能力的培養可起到重要作用。

2.1 以項目為依托,引導學生積極參與科研項目

以高速鐵路信息與控制為研究方向,在科研項目研發過程中,鼓勵優秀本科生積極參與到科研項目的研發過程中,可以使學生所學的理論知識得到應用并轉化成學生認識和解決實際問題的能力。在指導教師教授查閱文獻資料的基礎上,將相關資料文獻和教師已發表的相關論文作為學生的參考資料,鼓勵學生在已有的研究基礎上進行進一步的研究和思考。本科生通過融入科研團隊,培養了科研素養和團隊意識及創新意識。為了擴展本科生畢業論文的課題內容,學生可結合教師的科研項目,完成具有理論與實踐相結合的優秀畢業論文[8]。

2.2 以項目為驅動,將科研成果融入實踐教學

以項目為驅動,可以促進教學與科研之間的發展與更新[9-10],通過將科研成果轉化為教學資源,拓展學生的專業理論視角,鼓勵學生對于理論知識的思考。

將項目成果引入課程教學中,不僅豐富了教學內容,而且實現了科研與教學的有效依托[11-12]。如在科研項目的支持下,列車運行監控仿真實驗系統、鐵路調度集中控制仿真實驗系統、鐵路信號資源虛擬化仿真實驗系統等科研教學平臺得到建立,這些科研教學平臺在用于科研的同時,還可以在大學生實踐教育(例如:實習、課程設計、畢業設計)等方面發揮重要作用。教學帶動科研、科研促進教學,提高了高速鐵路交通信息與控制領域的研究和教學水平。

2.3 以項目為中心,組織開展各類專業學科競賽

以科研項目為中心、以實驗室為項目研發基地,在教師指導下,本科生可以配合或獨立完成部分項目工作,如圖1所示。以本科生的特長與愛好為確定參加項目的依據,使本科生盡可能地發揮其優勢,如理論知識扎實、分析能力強的學生從事仿真與數據分析,動手能力強的學生從事系統開發等。例如,在“烏鞘嶺隧道綜合監測與維護技術研究”項目中,來自軌道交通信號及控制、計算機科學與技術、電氣工程及其自動化等專業的7名優秀本科生,根據自身的興趣愛好及特長,分別參與了嵌入式系統開發、無線傳輸模塊調試和監控中心主機管理軟件開發過程，取得良好效果。

圖1 科學研究促進學科競賽

學生通過項目研究積累的知識、技能,拓展項目研究的內容,在項目組教師的指導下積極參加智能車、嵌入式物聯網、軟件設計與開發、信息安全、電子設計、數學建模等具有特色的學科競賽和大學生創新、創業科技課外活動,在此過程中,學生可以將課本學習到的知識與參加項目得到的經驗應用到具有特色的學科競賽和大學生創新、創業科技課外活動中,使其學習主動性、創新能力和團隊協作精神得到最大化的展現。通過各種具體的實踐訓練,全方位地培養了學生的創新意識,強化了學生的工程實踐創新能力,為適應高速鐵路行業發展奠定了實踐基礎。

3 結束語

運用新型的研究性實驗教學方法,以科研項目為依托,結合鐵路特色專業的培養要求,使科研項目促進實驗教學,以科研項目的研究成果不斷豐富專業理論,為教學的發展注入新動力；以科研項目的研究成果為學生學習提供實踐平臺。該方法注重學生工程實踐創新能力的培養和高速鐵路新技術的銜接,進一步提升了學生的實踐創新能力和就業質量。

References)

[1] 雷宏香,蔡志崗,王嘉輝,等.研究性教學模式在光信息專業實驗教學中的應用[J].實驗室研究與探索,2008,27(11):103-105.

[2] 程環,張興英,魯建民.研究性實驗教學與培養高素質人才[J].化工高等教育，2006,10 (3):53-55.

[3] 鄒盛勤,陳武.研究性實驗教學的探索與實踐[J].中國市場，2006(44):5-8.

[4] 孫敏,杜冰,鄭曉英.論工科專業課實驗教學模式[J].實驗室科學，2008,8(1):63-66.

[5] 魏安靜.工科院校實施研究性實驗教學的探討[J].安徽工業大學學報:社會科學版,2006, 23(6):34-36.

[6] 丁鳴.關于高校實驗室建設的幾點思考[J].南京工程學院學報，2002(3):67-70.

[7] 魏瑩,許輝.依托科研實驗室探索地方高校研究性實驗教學的實踐[J].化學教育,2014 (12):37-41.

[8] 張雅君,周宇,韓英.普通高校實驗教學質量評價的研究與實踐[J].實驗技術與管理,2011,28 (3):12-15.

[9] 王金發,戚康標,何炎明.實行研究性實驗教學培養學生的研究能力[J].中國大學教學, 2005(4):8-9.

[10] 王志林,劉蘇明,邵進,等.高層次本科人才培養中的研究性實驗教學[J].中國大學教學,2006 (2):45-47.

[11] 戚康標,王宏斌,何炎明,等.開放式研究性實驗教學的設計與管理[J].實驗技術與管理, 2010,27(7):25-28.

[12] 張小崗,秦玉軍.研究性實驗教學項目創設及實踐[J].實驗室科學,2011,14(1):37-39.

Exploration on new mode of research experimental teaching for electrical engineering

Min Yongzhi, Li Hong, Wang Xiuhua

(School of Automation and Electrical Engineering, Lanzhou Jiaotong University, Lanzhou 730070, China)

Based on the analysis of the shortcomings of traditional experimental teaching research, a new type of research teaching mode is proposed, which is relying on research, teaching and research can promote each other. Combining situation of undergraduates in the new research experiments, whose major is electrical engineering, the practice has shown that the new research experiment teaching can train innovative spirit of students all-round, and improve the engineering practice capability of students, and provide a good reference for professionals training of high-speed railway industry.

electrical engineering; experimental teaching; research project

2015- 05- 22 修改日期：2015- 07- 24

蘭州交通大學實驗室管理處實驗教改項目(2615218)

閔永智(1975—),男,陜西城固,博士,副教授,研究方向為智能測試與機器視覺.

E-mail：minyongzhi@mail.lzjtu.cn

G642.0

A

1002-4956(2015)12- 0177- 02