“卓越计划”专业的实验室功能定位及实现

周 律，周克宁

（浙江科技学院 电气学院 工程实践中心，浙江 杭州 310023）

“卓越工程师教育培养计划”（简称卓越计划）是教育部于2010年联合有关部门和行业协会共同在有关高校中组织实施的计划。推行此计划的目的在于培养造就一批创新能力强、适应经济社会发展需要的高质量的工程技术人才。我校“电气工程及其自动化”专业为教育部批准的首批试点专业，并依据CDIO理念制定并实施了特别的教育培养计划。计划突出了课程设置、实验环节和企业实践，学生总体上要经过校内理论课学习、课程实验环节及1年企业实践才能完成学业。为了发挥实验室在培养学生实践及创新能力方面的作用，众多高校在这方面进行了探索［1-3］。为提高实验室利用率，给学生创造自由进入实验室开展实验活动的条件，开放性实验室模式得到重视［4］。2010年“卓越计划”的推出带动了试点高校教育或教学模式的改革，其中实验室建设也是研究的重点［5-6］。但是，无论实验室在运行阶段采用何种模式进行教学，在新建实验室前，如何定位实验室的功能是至关重要的一步［7］。本专业在2012年筹建新的专业实验室时，根据电气专业的教学要求，确定了以增强学生专业领域工作能力为导向的实验室功能定位思路，并在建设“新能源及应用技术实验室”中付诸于实现。

1 实验室的功能定位

我校并非是原有的部属院校，电气专业办学也没有很强的行业背景，因此专业办学是根据本地区产业结构及人才需求情况来确定。本地区的特点是中小企业、私营及民营企业多，而且涉及电气技术的企业也几乎包含电气工程学科的各个领域。鉴于此，我校电气专业设定3个专业方向：电机与控制技术、供配电技术及电能变换技术。其目的是使学生能比较全面地掌握电气工程学科中某个专业领域的技术知识，以尽快适应企业对人才的要求。

本文所涉及“新能源及应用技术实验室”是“电能变换技术”方向的重点实验室，在筹建该实验室的方案时如何定位实验室的功能至关重要。定位不妥，建成后的实验室就发挥不了实现教学目标和培养“卓越”人才的作用。卓越计划实施的目的之一是希望培养出具有较强实践创新能力的卓越现场工程师。要做到这点，需要在拓宽学生专业知识面的同时，加强在某类电气技术领域的知识学习，以提高学生的某个专业领域的知识水平和实践能力，增强学生的行业竞争力。

1.1 多门课程知识的综合功能

在高校，不少实验室的建设思路仍然是局限于为某一课程服务，因而实验室建成后只能对一门课程服务。这不仅使得实验室利用率十分低下，同时还易造成学生知识隔裂、缺乏将相关知识有机结合起来理解或运用的能力。“新能源及应用技术实验室”作为新建的专业实验室，在方案制定时就充分意识到这一问题。新能源及应用技术的专业知识包含有新能源（根据现有条件和应用广度，考虑风能和太阳能）的特性、能量的存储、电能的转换技术等，并牵涉电气电子产品的研发技术、EMC及安全性能检测技术、储能及发电的系统集成技术等概念。从课程上讲，新能源及应用技术的专业知识涉及有太阳能光伏、风能发电机、现代电力电子、电磁兼容技术、电气测量技术等课程知识。基于这一考虑，新建实验室的设备和仪器应能够开设出为这些课程服务的实验项目。

1.2 产业技术的结合功能

电能变换技术实际上在行业中的应用主要体现在电力电子产品层面、产品测试技术层面、新能源应用系统构架层面等3个层次。在本地区众多相关企业中，有的专业开发生产电力电子产品或装置，有的生产光伏电池和风能发电机，而有的企业专门研发新能源发电系统集成。这就要求实验室设有针对3个层次不同需求的实验功能，也就是在这个实验室里，学生既可进行产品级的电路实验，也可进行产品测试和新能源储能及发电的系统组成实验。经过这部分的实验及训练，学生就能比较好地应对不同的企业需求。

1.3 实验性质的多样性功能

有许多传统实验室只能开设出验证性实验，学生无法进行设计性、探究性实验，制约了学生学习探索的能动性，极大削弱了实验室的综合功能［8］。例如本校的电力电子实验室、电机与控制实验室，都只能进行验证性实验。由于实验设备是外购成套设备，结构和功能都已固化，要改造十分困难。根据教学改革趋势和卓越人才培养的方式，实验室建设时应尽量能开设出具有多种性质的实验［9］。实验性质多样性体现在验证性、设计性、探究性和操作性实验都能在一个实验室内进行。依此而建的实验室能大大提高实验综合的功能，同时为发挥学生的潜能提供很好的平台。

1.4 教学和科研的双重功能

普通本科院校同样承担科学研究、服务社会的责任，实验室的功能定位应考虑这些需求，尤其是当前的实验室建设。事实上，确实有一些实验室建设时没有这样做，导致的结果往往是实验室占据较大空间，但实验装置和仪器无法为科研服务。而且由于单纯为教学服务，因此开放时间较短。这导致实验室的空间和时间的利用率都比较低，而无法发挥为社会服务的功效。

为了能充分发挥实验室的作用，要使购置或开发的实验装置不仅具有教学功能，同时还具有进行科研的功能，以支撑科研及为社会服务。不仅如此，实验室还可吸收教师与优秀学生共同开展科研活动，为培养优秀创新人才起到奠基作用［10-11］。

2 实验室功能的实现

基于上述实验室功能定位的思考，我们在制定新能源及应用技术实验室的建设方案时贯彻了强化实验室功能的思想，制定了对应的实施计划。在方案实施过程中与实验装置供货方共同商定装置的技术和功能要求。

2.1 融合电能变换相关技术知识构建实验装置

在建设实验室时，构建实验装置辐射面宽的实验室，打破实验室仅能服务一门课程的常规做法，结合新能源的电能变换装置技术领域，将现代电力技术、电磁兼容技术及电气测量技术等课程的内容整合在一套实验装置之中。具体做法是开发一套综合实验装置，包含有光伏充电模块、高频变压器隔离式DC-DC变换模块及逆变模块等，同时在这些模块中结合了辐射检测、传导干扰检测以及电压电流测量电路模块。这样做的突出优点就在于学生仅通过一套装置的实验操作，就能清楚地了解到电能变换装置在开发及应用过程中所要触及的大部分知识，并将相关课程知识有机地串接起来。

2.2 实验室装置与产业技术紧密结合

装置的结构、布局、功能尽量贴近生产实际，具体来讲，从电能变换装置的具体电路到装置构成的光伏发电系统，再到装置的EMC测试设备，构成了比较完整的应用体系，体现了新能源应用技术之间的相互联系。在这方面，开发了电能变换电路模块综合装置，学生可以直接熟悉电路结构、测试电路参数、观察电路工作波形。同时购置专门定制的光伏风能实验实训台，学生通过实训台掌握充电控制器、逆变器、光伏风能互补控制器、监控仪表的使用方法和系统连接、调试方法。通过这些装置开设的实验，学生不仅知道电能变换技术的电路知识，也能掌握应用系统组成的相关知识，这对学生今后在电源产业、新能源利用及发电行业发挥作用极其有利。

2.3 实验电路模块设计成组合式、积木式结构形式

首先每个模块的功能是独立的，由这些模块构成的综合装置可以实现从充电、升压、逆变及监测的完整储能、发电体系。装置具有一套演示模块，但是这些模块进出端都设计成插件式并可由其他模块替换演示模块。这意味着学生可以自行设计功能模块，只要留出相应端口就可取代演示模块而接入系统。同时，演示模块的设计也非常灵活，模块采用真正意义上的嵌入式结构，即微控制器单元也都设计成插板形式。而插板上的微处理器芯片可以是DSP、ARM或高性能单片机。这样，换上不同的插板，就可熟悉和运用不同芯片构成的控制器技术，而不需要改动电路硬件。显然这种模式为学生进行设计性、研究性实验提供了良好的条件。

2.4 配置能用于科研项目开发的设备和仪器

为了能最大限度发挥实验室装置和设备的功效，同时又能让学生熟悉和了解在生产及开发产品过程中需要什么样的仪器，在实验室的建设经费中合理地进行分配，从中划出一部分购置可用于科研的设备仪器。举例来说，围绕电能变换装置的研究开发，配置了电子负载、磁性材料特性测试仪、电能质量分析仪、稳定交流电源等常用设备和仪器。这些装备（包括部分EMC测试设备）为教师开展科研工作和为企业服务创造了有利的条件，并使实验室的时空利用率大为提高。

3 结束语

对实验室的功能定位是实验室筹建前必须认真考虑的工作，这项工作对制定实验室建设计划具有重要意义。如果功能定位不合适或者太过单一，实验室建设项目完成后往往会成为遗憾工程项目。常见的情况是实验室建设时容易陷入仅为课程服务的思维定式，而较少考虑如何和产业技术紧密结合及训练学生实际应用能力。虽然有的实验室建设时考虑到了科研需求，但缺乏其他功能的考虑。而本实验室的功能定位是把上述4种功能综合在一个实验室中。与之对应的是，实验室装备平台分成4个功能区块：光伏实验实训台、电能变换模块综合实验装置、电能变换装置产品研发设备平台及EMC测试设备平台。这4个功能平台满足了上述实验室功能定位的要求，能有效发挥实验室综合作用，提高实验室的利用率［12］。2013年10月实验室投入运行后，电气专业选择“电能变换技术”方向的91名学生按计划在实验室完成了规定的实验任务，其中包含1项设计性实验项目和1项探究性实验项目。此外，有多名学生课外参与了在实验室开发的“300VA光伏并网逆变器”等企业项目。

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［1］宋海虹.创新实验室建设及其创新机制的探索［J］.实验技术与管理，2009，26（4）：243-245.

［2］袁玉莲，王仁军，张巍峨，等.实验教学创新及实验室管理机制的探索与实践［J］.实验技术与管理，2009，26（4）：246-248.

［3］尹仕.大学生科技创新基地育人模式的探索［J］.实验技术与管理，2008，25（4）：28-31.

［4］耿新.开放性实验室建设的实践与探索［J］.实验室研究与探索，2011，30（12）：150-153.

［5］李宏才，闫清东，王伟达.高校实验室建设与卓越工程人才培养［J］.技术与创新管理，2012，33（2）：210-212.

［6］彭磊，谢卫才，黄绍平.基于“卓越计划”的电气工程实验室建设探讨［J］.湖南工程学院学报，2012，22（2）：115-117.

［7］孔祥金，李贞玉.高校重点实验室的功能定位与内涵建设体系［J］.中国高校科技与产业化，2006（增刊1）：107-108.

［8］殷曦敏，赵立勤.专业实验室建设的思考与实践［J］.实验室研究与探索，2006，25（9）：56-58.

［9］张英波，丁颂.高师本科院校工程实验室建设构想［J］.长春师范学院学报：自然科学版，2012，31（6）：148-150.

［10］苏拾，王春燕，徐煦平.以创新实验室建设为依托促进“卓越工程师培养计划”实施［J］.吉林省教育学院学报，2012，28（11）：30-32.

［11］陈国松.我国重点大学本科工程教育实践教学改革研究［D］.武汉：武汉华中科技大学，2012.

［12］陈步云，李红，李爱群，等.构建实验教学大平台，培养具有创新意识的人才［J］.实验室研究与探索，2010，29（8）：91-93.