新工科背景下電工電子技術實驗教學示范中心的建設

楊 婷

(西安建筑科技大學 電工電子實驗中心，陜西 西安 710055)

0 引言

“新工科”是我國教育界為響應國家提出的實施創新驅動發展戰略，在工程教育領域開展的新改革，是一種探索工科教育的新理念、新結構、新模式、新質量、新體系的新型工程教育[1-2]。

高等工程教育經歷了從注重技術應用的“技術范式”轉換為注重科學研究的“科學范式”，又轉換成為注重實踐的“工程范式”的過程[3]。

學生工程實踐能力的培養是高等工程教育的主要目標，是卓越工程師的培養要求，更是新工科的建設目標[4]。高等工程教育中實踐環節是強化工程應用、培養工程應用型高級人才不可或缺的組成部分[5-6]。

高校各實驗室是大學生接觸工程實踐教育最初期、最基礎性的實踐平臺，實驗室建設必須不斷改革，適應新工科建設及工程實踐人才培養的需求[7]。西安建筑科技大學電工電子技術實驗中心是集基礎性、先進性、開放性為一體的實踐教學基地，承擔全校6個學院23個專業本科學生的“電路基礎”“模擬電子技術”“數字電子技術”“PLC可編程控制器”等課程的實驗教學，同時還是我校大學生綜合創新實踐基地，負責全校學生創新實踐及課外科技活動等。中心必須契合新工科建設思路，從實驗教學理念、教學體系、教學模式、教學手段及方法、質量保證體系五個方面進行全面革新，努力建設為新時代的省級實驗教學示范中心。

1 實驗教學理念

西安建筑科技大學以全面貫徹落實科學發展觀為重要指導方針，堅持以生為本，倡導“重品德、重能力、重實踐、重協作、重創新”的教育理念；以“夯實基礎、培養能力、開拓思維、注重創新、面向應用”為指導思想，以培養具有創新精神與實踐能力的應用型人才為培養目標，著力提升學生的就業能力和創業精神，促進學生的綜合素質全面協調發展，努力為地方經濟建設和社會發展服務。

在學校“以培養學生動手能力、綜合素質和工程應用能力，培養創新意識為教學工作的出發點，大力加強人才培養質量體系建設，提高教師隊伍的核心競爭力”高等教育改革思路的指導下，結合中心實際情況，確立了中心的實踐教學指導思想：

(1)以服務學科為宗旨，以滿足教學科研需要為中心，以提高教學質量、科研水平和人才培養為目標，促進實驗教學內容、方法、手段的改革與創新。

(2)遵從教學性原則、開放性原則、創新性原則，為全校理工科學生提供電工電子技術實踐教學平臺，針對非電類專業以培養厚基礎、應用能力強、服務專業領域為目標；針對電類專業以培養綜合設計能力強、高素質工程創新能力為目標。

電工電子技術實驗教學中心在學校教學理念的指導下，在中心指導思想的引導下，確立了“以生為本，以實驗教學為載體，建立培養應用型和創新型人才的實驗課程體系，面向全校電類、非電類專業的教學特色，注重學生實際動手能力、創新思維、科學素養的訓練，培養服務意識和工匠精神，強化電工電子技術服務于專業領域能力培養”的教學理念。

2 科學完善的實驗教學體系

電工電子技術實驗教學中心根據實驗指導思想及實驗教學理念，構建了一套完整的以“電工電子基礎實驗平臺”“綜合設計實踐平臺”“創新創業實踐平臺”和“產學研實踐平臺”四個平臺為構架，以“驗證性、提高性、設計性、綜合性和開發研究性”五個層次的實驗為核心，以相互關聯，層層遞進的六個實踐模塊為支撐、以提高學生工程實踐、創新創業和就業精神三種能力為總體目標的“四平臺、五層次、六模塊、三能力”的面向全校電類、非電類專業的科學完善的實驗教學體系，構成及關系如圖1所示。

圖1 實驗教學體系框架

2.1 實驗教學內容平臺化、層次化

(1)電工電子基礎實驗平臺。主要為大一、大二低年級學生設計。針對全校電類專業和非電類專業，以驗證性實驗為主，綜合性和設計性實驗為輔，確立不同的實驗內容和學時，做到“基本實驗”有保證，“綜合實驗”有特色。重點是通過大量基礎性實驗教學，培養學生理解電工電子類基本理論知識，掌握調試軟硬件的方法和基本實驗實踐能力。

(2)綜合設計實踐平臺。主要為大二、三學生設計。針對電類專業和非電類專業，按照新工科教育理念，打破同類專業的課程壁壘，將相關課程實驗內容相互融合，開設占總實驗量的50%的以綜合性、設計性為主的實驗項目，主要是培養學生對綜合性電路的綜合分析、設計以及動手解決實際問題的能力。

(3)創新創業實踐平臺。主要是為大二、大三、大四學生設計。在這個平臺上，分為兩個部分：第一部分主要是以參加各種創新創業活動為目的對學生進行相關知識的培訓。第二部分是科研訓練，學生選擇自己感興趣的課題，在實驗室自主實踐完成；也可以參與到教師的科研活動中，培養學生如何運用所學專業知識應用到科研實踐的能力。通過該平臺，可以進一步培養和提高學生的電子系統設計和創新能力。

(4)產學研實踐平臺。主要為大三、大四學生設計。在該平臺上，引入電工電子領域新技術、新產品，結合不同專業特色及教師的科研項目，通過專業綜合設計、畢業設計和產學研實踐環節，使學生接觸行業前沿，了解科技發展趨勢，重點培養學生綜合分析問題、解決工程實踐的能力以及就業創業能力。

2.2 模塊化、獨立設課教學模式

電工電子技術實驗中心按照課程體系構建6個實驗模塊，各模塊均設有基礎實驗、綜合設計實驗、創新創業實驗、產學研實驗。電工技術實驗模塊、模擬與數字電子技術實驗模塊、可編程控制器實驗模塊、電子電路仿真及綜合設計與研究實驗模塊、專業課實驗模塊(包括單片機、電力電子、自控原理、電機拖動等)、電工電子實訓實驗模塊。

針對不同專業采用不同教學模式：對于土建類專業采用專用教材，以建筑電氣與供配電、負荷計算、電路性質改造等內容為主體。

對于工科非電類專業，突出電工電子技術對各專業學科的技術支撐，結合各專業特色獨立開設實驗課程；對于電類專業，將電路基礎、模擬電子技術、數字電子技術及電氣控制與可編程控制器應用、單片機原理及應用、電力電子技術、自動控制原理、電力拖動自動控制系統等多門課程實驗內容相互融合，獨立開設綜合性實驗課程。

3 多元化實驗教學方法

根據電工電子技術理論教學體系和知識結構特點和對學生能力培養的要求，采取不同的實驗手段和方法，以達到教學目的和要求。

(1)案例式教學：將實驗原理同生活實際中的現象相結合，由學生或老師提出實驗案例，對原理進行印證。該方法充分調動了學生的學習積極性，增強了學生的獨立思考和獨立決策能力，使學生將所學的知識直接與實際相聯系，增加了實驗的直觀性、形象性和立體感等，加大了實驗的信息容量，提高了實驗的效率。

(2)啟發式教學：以教師為主導，學生為主體，創設問題情境，引導學生思維，激發其學習熱情，培養獨立思考能力。讓學生通過觀察和動手實驗變被動為主動，進而通過學生自己的分析，歸納等獲取知識。

(3)仿真操作：通過運用模擬軟件，進行基礎和技能訓練。為使學生充分了解電工電子技術原理及實際操作，在實習實訓的基礎上，借助multisim、matlab、protel等仿真軟件在教學中開展模擬仿真練習，并以課程設計、各類設計大賽進行強化。

(4)開放實驗室：開放性實驗室為鼓勵學生在教師指導下，參與教師科研項目、校企產學研合作項目或自主開展科學研究。中心依托西安建筑科技大學教學、科研、校企合作產學研基地等為學生自主實驗項目或大學生創新創業訓練計劃(國家級、省級、校級)提供實驗平臺，讓學生更主動地參與到科學研究之中，有助于學生加深理論知識理解，提高動手能力。

4 實驗教學質量保證體系

為確保實驗教學質量，實驗教學中心通過“制度建設，內容改革，學生評教，專家評價”來建設和發展實驗教學質量保證體系。學院教學指導委員會領導和負責專業教學實驗的改革研究與實踐，負責具體的課程規劃、教學改革，教學大綱制定和實驗室建設等，并通過教學督導機制，崗位練兵和考核機制強化提高實驗教學指導教師的業務能力，提高教育教學質量，從而有力地保證了實驗教學的質量。

4.1 配套齊全的運行經費保障

為保證實驗室與實驗教學的正常運行，學校每年按照實驗教學中心的年均人時數，撥付實驗教學中心運行經費和維修，耗材等各項費用。并有充足的學科建設經費、實驗教學條件建設經費以及高水平的科研課題作后盾，不僅為本科生的培養提供了有力的保障，并且為研究生以及教師等各種科研工作者提供了良好的實驗條件。

4.2 自制儀器設備服務于教學

在學校經費支持下，為提高學校實驗教學質量、提升實驗教學水平、促進實驗室可持續發展，電工電子技術實驗中心不斷加強實驗室硬件建設，研制結合本校專業特色的自制儀器設備，為本科生實驗教學和科研創新提供良好的實驗基地。中心于2016年和2017年先后研制的自制儀器設備如圖2，3所示。

圖2 自制儀器設備-電子技術實驗平臺

4.3 多元化的考核機制

學生實驗考評是督促教學、檢查效果的重要手段。隨著實驗教學體系的建立，實驗教學的考核逐步實現由單一考核方式向多種考核方式轉變，由單純知識點考查向知識掌握、應用和綜合能力考核轉變，采取過程考核與結果考核相結合的方法。針對不同實驗階段的學生采取不同的考試內容和方法。考核方式如下：

圖3 自制儀器設備-電氣控制實驗裝置

(1)對于非獨立設課的課程實驗，采用“實驗預習(20%)+實驗技能(30%)+圖形數據(10%)+結論分析(40%)”的考核方式。

(2)對于獨立設課的課程實驗，采用“實驗報告總成績(30%)+實驗操作成績(30%)+筆試成績(40%)”的考核方式。

(3)對于創新型實驗，包括科研訓練，大學生創新實驗計劃、開放性實驗等，以學分的形式計算成績，對結果的認定弱化。中心指導教師根據學生實驗記錄、實驗結果和進行實驗的時間，綜合學生表現或完成的實驗報告以及實驗論文，給予建議學分。

5 中心教學效果、建設成果

電工電子技術實驗教學中心充分依托西安建筑科技大學冶金、建筑行業的學科優勢，注重綜合創新實驗教學，強化實驗內容的綜合性與設計性的同時，突出對專業學科領域的基礎支撐作用，依據發展目標，將成為大規模、高層次、多元化的電工電子實驗教學中心，并對陜西省的實驗教學具有較好的示范和輻射作用。

5.1 主要競賽活動及取得的有益效果

1)電子設計大賽

電子設計大賽旨在促進高等學校實施素質教育，培養大學生的實踐創新意識與基本能力、團隊協作的人文精神和理論聯系實際的學風；有助于學生工程實踐素質的培養、提高學生針對實際問題進行電子設計制作的能力；有助于吸引、鼓勵廣大青年學生踴躍參加課外科技活動，為優秀人才的脫穎而出創造條件。我校目前已成功組織多屆學生參加西北地區、國家級比賽，近三年學生獲得8項獎勵，3名教師獲得優秀指導教師。

2)中國機器人大賽RoboCup公開賽

其宗旨是通過組織機器人比賽和技術研討，讓更多的群眾尤其是青少年學生了解機器人，喜愛機器人。機器人研究涉及多個學科，如力學、機械學、電子學、控制論、計算機科學等，學生在參加機器人比賽過程中不僅可以擴展知識面，還能促進學科交叉，迅速提高學生動手能力，培養學生的創新能力。目前我校已成功組織多屆學生參加機器人大賽，近三年獲得7項獎項。

3)其他競賽

除了以上電類主要科技競賽及實踐活動外，還積極組織學生參加了全國大學生機械創新設計大賽、測量控制與儀器創新設計大賽、“正大科技”杯IBM機器人編程大賽、互聯網+大學生創新創業大賽、大學生課外學術論文競賽、大學生英語競賽、大學生數學建模競賽、大學生英語辯論賽、全方位多途徑培養學生各方面的創新意識和能力。馬俊、羅敏陽、王攀、楊洋、李利軍獲第十七屆“粉體杯”暨第十三屆“中星杯”大學生課外學術論文競賽二等獎；王琨等獲第二屆中國“互聯網+”大學生創新創業大賽銀獎；李方正等獲第二屆中國“互聯網+”大學生創新創業大賽銅獎。

5.2 開展創新創業取得的成果

中心面向全校6個學院23個專業開放實驗，在多元化、開放式實驗平臺的支撐下，鼓勵學生自主設計實驗和在教師指導下完成實驗。近年來，學生自主參加的積極性提高，近5年獲得國家級創業項目共計30余項，“大學本科生科研訓練”計劃項目共計40余項。大學生的理論知識掌握情況和實驗技能得到大幅提高。

6 結語

為適應新工科的五個新，即新理念、新結構、新模式、新質量、新體系，電工電子技術實驗中心在學校相關思想、政策的指引下，提出了新的實驗教學理念，制定了科學完善的實驗教學體系，改革了傳統教學模式，充實了實驗教學內容，健全了實驗教學質量體系，為省級實驗教學示范中心建設提供了思路，為培養新時代的工程應用型、創新型人才打好基礎。