基于创新培养的电气自动化专业实验平台的建设*

2010-05-28任志斌刘细平梁建伟

中国教育技术装备 2010年27期

任志斌刘细平梁建伟

江西理工大学机电工程学院江西赣州 341000

大学教育是培养创新型人才的重要阶段，而大学实验教学在对学生这些能力和素质的培养中具有举足轻重的、其他教学环节不可替代的作用[1-2]。而目前我国高校实验教学主要是验证书本上的理论，实验教学内容主要是验证性实验项目，进行实验教学时，学生必须按教师的要求及步骤进行实验，自主能动性不高，教学效果不佳，按照该种教学方式培养的学生动手能力不强，缺乏自主创新意识[3-4]。

根据教育部关于“高等学校要重视本科教学的实验环节，能开出一批综合性、设计性实验”的精神，高等学校应大力进行综合设计性实验改革，而开设这样的实验必须要有对应的实验装置。原有的实验装置都是专用实验箱组成的，实验时，学生只要在实验板上连接少许的电线就可以进行实验。这样的实验方法也有优点，如实验数据准确、实验时安全可靠、实验时间容易控制、教师准备实验方便等。但缺点也很突出，学生动手机会少，缺乏自主设计及调试系统的能力[5-6]。更有甚者，部分学生实验后连基本实验内容及使用方法都不清楚，造成虽开设了实验课，当代大学生仍然只懂理论分析，理论不能联系实际，实践动手能力和创新能力没有得到明显提高的现状。因此，建立一个能够培养学生创新能力，适合电气工程及其自动化专业的综合性实验平台是这次实验装置改革的重点。

1 建立专业综合实验平台

针对电气工程及其自动化教学专业课程实验内容，设计电气工程及其自动化专业综合实验平台（图1）。由于电机控制及PLC的控制已成为电气工程及其自动化的主流方向，实验装置分成两大层次，电机控制实验平台（包括直流有刷电机、交流异步电机、永磁同步电机及直流无刷电机的实验模块）和PLC控制实验平台（包括PLC基本实验、PLC继电控制实验、液晶触摸屏控制实验及基于网络的PLC控制实验）。

图1 综合实验平台结构框图

实验平台很大的特点是它是开放的通用平台，打破传统的演示性、验证性、单一性的实验模式，建立新型的设计型、研究型、综合型的实验体系。学生在做实验时，都要通过亲自编程实现实验过程，实验教学从以教师为中心转变成以学生为中心，从强调验证性实验转变为强调理论与实践相结合及应用开发能力培养。学生利用平台进行设计、编程与性能分析，通过开发系统平台实现复杂系统的设计与调试等实验，与以前实验不同的是，这种实验不是验证性实验，而是能够培养学生创新能力与综合应用知识能力的实验。

表1 实验项目内容

2 基于创新能力培养的实验体系

整个实验平台的实验体系的设计分为3个层次：基础性实验、综合设计性实验、课外科研实验。

2.1 基础性实验设计

这一层次主要针对专业基础理论的认识。通过一些基本操作的小型实验，让学生牢固掌握基础性理论、常规仪器基本使用方法及基本编程方法，为下一部分的综合设计性实验做准备。

2.2 综合设计性实验设计

实验内容较第一层次在复杂性、难度上有所提高，既考虑相关理论专业基础知识的综合运用，又通过实验中的设计内容培养学生综合运用知识解决工程实际问题的能力。

比如，在“运动控制系统”课程实验项目中安排直流无刷电机的控制实验，以往都是教师为学生准备好实验仪器，调整到正常工作状态，学生按照教师事先拟订的实验步骤（实验指导书）一步一步地采集数据，一步一步地按规定好的顺序观察实验现象。学生不敢随便提出设想或要求改变实验条件，只能按书本上或教师的意愿利用刚学过的公式、书本上的现象结论，计算出或抄写出实验开始前就已经知道的结果，最后提交一份实验报告，一次实验就算完成了。这种实验，学生根本不需要解决什么困难和问题，也不需要动脑筋去分析和判断，只要记住就行了。

现在改变以往的实验模式，在实验开始时，先发给学生实验项目内容（如表1所示）。学生在做实验前要知道实验内容是什么，前期自己应该做好什么准备，实验完成后自己应该达到什么目标。实验项目实施中，学生十分感兴趣，在空余时间经常互相之间探讨有关实验项目问题。实验项目结束后，有的学生直言这个项目结束后，自己体会的东西比以往所有实验都还要多。

2.3 课外科研实验

结合电气专业特点和兴趣开展课外科研实验项目，这也是实验教学平台的主要内容。比如在课外开设一些诸如电机控制小组、DSP软件开发小组、电力电子制作小组、新能源利用与控制小组、PLC与网络监控小组等兴趣小组，进行一些制作或科研活动，这样能使学生得到进一步锻炼，提高学生的创新能力和动手能力。每个小组定期开展活动，可先由经验丰富的教师向学生讲解一些相关知识，再由学生动手开展一系列活动，自己动手进行设计和制作，自己在实验室完成。经过这样的活动，学生已不仅仅满足于书本上的实验项目及方法，更渴望亲身实践，以全面了解和掌握各种最新实验技术和手段。在实验室开放中，尽力提供实验材料和信息，放手让学生探索各种实验方法与相关技术，让他们自己查阅资料和设计实验方案，完成实验步骤，分析实验现象及结果。优秀的学生还可参与到教师科研项目的研究中，大胆提出自己的建议和思路。通过课外项目的开展，使学生的想象更丰富，思维更积极，眼界更开阔，从而大大增强解决问题的能力和创新意识。这种活动突破传统模式，为实验教学开拓出新的空间，可以说这是进入“科研”层次的主体性的体现。