电工电子实验中心管理与课程体系建设

荣海林，姚福安，胡 蔓

（山东大学 控制科学与工程学院，山东 济南250061）

0 引言

实验室是构成现代大学的核心竞争力的重要因素和学校办学水平、办学特色的重要标志。实验室在教学活动中的地位与作用，受到各级部门的高度重视，《教育部财政部关于“十二五”期间实施“高等学校本科教学质量与教学改革工程”的意见》明确指出“着力创新人才培养模式，着力提高学生实践创新能力，着力改革体制机制，大力提升人才培养水平”［1］。

山东大学电工电子实验教学中心目前承担着山东大学全校工科及部分理科类本科生的“电路”、“电工学”、“电子技术基础”、“单片机原理及技术”等课程的实验、课程设计、学科竞赛培训等实践教学任务。

1 电工电子实验中心管理机制建设

电工电子实验教学中心本着“以生为本”的原则，从实验室硬件建设到实验室管理制度，到实验教学管理方法探索了一套行之有效的管理模式?，面向全校开放。

（1）在现有的电工电子创新教育平台的基础上，建立一套完整的实验室“安全”管理机制，利用实验室智慧信息化管理系统，从点到面，从视频监控到电源管理，从门禁管理到远程控制，彻底消除安全隐患。以坚守安全底线为前提，建立一套完善的管理制度和制度执行的监督体系，制定“开放实验教师守则”、“开放实验学生守则”、“开放实验考核办法”等教学管理制度［2～4］。

（2）“从零到有，从有到优”，建立电科学创客文化体系。为学生参与实践教学以及培养创新实践能力的学习营造浓厚的文化氛围，实现实验室从“杂乱无序”到“整齐划一”的完美蜕变。

（3）校企共建，搞建设，求发展。解决“闭门造车”的问题，把在创新教育这一领域走在时代前沿的Texas Instruments（美国德州仪器有限公司，简称TI），National Instruments（美国国家仪器有限公司，简称NI），Xilinx等支持大学计划的企业引进来，让学生在学校就可以接轨前沿技术。实现校企共建，搞建设，求发展，切切实实的让学生受益。

（4）“放”“管”“服”，提升实验室开放共享质量。充分发挥学生的主观能动性，简政放权，让学生社团进入实验室，毕竟单靠老师的精力来管理是远远不够的。放管结合，优化服务，提升实验室开放共享质量。试行开放式自主实验教学模式，为学生提供充分的自主学习和实践的软硬件条件，在建立适应开放教学模式的教学质量保障体系，确保开放式实验教学的成效的基础上，将开放的内涵从“实验时间”和“实验空间”拓展到“实验内容”、“实验指导”等方面，实现了真正意义上的开放式教学，使学生逐渐摆脱对老师的依赖心理，养成自主发现、解决问题的习惯［5～6］。

（5）开放式、网络化实验教学管理。在电工电子实验中心建立了一个覆盖综合信息发布、教学资源管理、教学体系管理、实验课程管理、学生实验管理、实验过程管理、学生考核管理、学生课外实践项目管理、实验室与仪器设备管理、系统用户管理、系统安全管理、教师教学考核等方面，满足实验中心日常实验教学管理的需要的实验教学综合管理系统（见图1）。

图1 实验教学综合管理系统

围绕着开放式自主实验教学模式的实施和完善，营造一个安全、全面、开放、综合的实验教学环境，传授实验基础知识、基本方法和基本技能；提高学生的知识综合应用能力、系统设计能力、工程实践能力和创新能力；培养学生的独立思考、信息查询、观察判断、归纳分析、组织管理、演讲写作、交际沟通、团队合作、社会活动等综合素质；努力使学生在知识、能力和素质三方面协调发展［7］。

2 课程体系存在问题及改革举措

电路、电工学、电子技术基础等系列实验课是工科类专业的科学基础平台课，是培养学生的工程意识，建立理论联系实际的思想，提高学生的科学研究能力的重要教学环节。该系列实验课程是连接基础课与专业课程的桥梁。目前国内外高校越来越重视电工电子类课程的实践教学环节，普遍的做法是减少了理论课程的学时，增加了实验教学、课程设计等实践环节的教学学时。山东大学信息类专业在新的教学计划中将“电路”、“模拟电子技术基础”、“数字电子技术基础”课程的实验教学学时均提高到32学时，同时对这些课程的实验进行了单独设课［8～10］。

2.1 实验教学课程体系存在主要问题

目前国内外高校在电工电子类实验教学环节中还存在诸多问题，主要表现在如下几个方面：

（1）电工电子实验课程建设不完善。目前国内外在“电路”、“电工学”、“模拟电子技术基础”、“数字电子技术基础”等理论课程的教材比较丰富，其教学体系也比较系统完整，教学内容比较统一。但电工电子实验课程的教学体系、教学方法、教学内容、教学手段等方面都存在很大的随意性，对电工电子实验课程的建设缺乏顶层设计［11］。

（2）电工电子实验课程之间的融合度不够，缺乏紧密的联系。对于工科电气信息类专业来说，“电路”、“模拟电子技术基础”、“数字电子技术基础”理论课程之间的关系是非常密切的，只有在掌握好《电路》课程理论知识的前提下，才能更好的开展“电子技术基础”相关课程的学习。但目前电工电子实验课之间缺乏联系，实验安排比较随意，实验课程内容缺乏融合，有些实验内容重复。所以建立一个“强弱电结合、知识贯通”的电工电子实验课程新体系是非常必要的［12］。

（3）电工电子实验课程的教学模式单一，缺乏层次性。目前大多数高校在电工电子实验教学中，其实验内容仍然以验证性为主，实验手段单一，仍然采用老师讲实验操作步骤，学生跟着操作实验的方法，缺乏对学生进行独立设计实验、自主探索性学习能力的培养。建立一套“以经典实验内容为基础，合理引入计算机仿真技术，大力开展以学生为主体的开放研究性学习”的实验教学模式也是值得关注的问题。

（4）电工电子实验课程教学内容陈旧，知识老化严重。随着现代技术的发展，越来越多的电工新技术、电子新器件得到广泛应用。然而目前电工电子实验教学中仍然采用过时的器件和测量技术，和社会严重脱节，跟不上时代的发展。没有合理的将计算机仿真软件应用到电工电子实验教学中来，极大降低了实验效果，限制了学生的视野，阻碍了学生的创新能力的培养。

（5）电工电子实验课程教学缺乏国际先进的CDIO工程教育理念。所谓CDIO就是构思（Conceive）、设计（Design）、实现（Implement）、运作（Operate），倡导基于项目教育和学习的教育模式，全面培养具有国际化视野的高素质应用工程技术人才。对于电工电子类实验课程是最适合引入CDIO工程教育理念的课程，而目电工电子实验课程存在的问题是教学内容连贯性差，实验内容简单，实验项目知识综合性不强，很难将CDIO教学理念融合到实验课程中去［13］。

（6）电工电子实验课程的硬件教学环境开放性差。目前开展电工电子实验教学的环境就是学校的实验室，虽然国内外高校广泛使用了计算机辅助分析软件，开展了电工电子实验的虚拟实验教学，但学生普遍兴趣不高，学生非常渴望自己拥有一套真实的电子测试仪器和实验平台，可以不受学校实验室条件的限制，自由随意的进行电子技术实验、设计。随着计算机技术的迅速发展，“口袋实验室”应运而生，一台便携式多功能电子仪器和笔记本电脑即可构成一个移动的实验室，极大地扩展了实验教学的物理空间。

（7）电子技术实践类课程教学考核方式不合理。目前电工电子实验课程的考试方法是过重的考虑了实验结果，而忽略了实验过程的考察。大都采用从几个规定的实验中，随机抽取，更多的考察了学生的操作能力，忽略了对学生的排查故障能力、设计创新能力的考察；或通过理论加实验报告的形式来评定学生的成绩，这样更不科学。显然对实验教学的考试方法、实验室管理等方面有必要进行深入的研究［14］。

2.2 完善实验教学课程体系相关举措

坚持“以学生为主体，教师为主导”，在系列电工电子实验教学中，采取以启发式、讨论式、互动式授课方式，实现灌输向互动传授的转变；以学习小组和实验团队，实现个体学习向团队合作学习的转变；以研究性实验和课外科技创新活动，实现被动学习向主动学习的转变；以“问题”为导向的实验项目，实现继承式向研究性学习的转变。以“实验”促“研究”，激发学生学习的自主性、探究性、构建性特质，全面提高实验教学质量和效果。具体内容如下。

（1）构建电工电子实验课程一体化建设的教学体系，对电工电子实验课程进行顶层设计，互相融合，合理规划设计各个实验课程的教学大纲和教学目标。

（2）全面更新优化电工电子实验教学内容，编写具有“理论性、系统性、综合性”且能反映电工电子技术最新发展的实验教材。

（3）构建基于CDIO工程教育理念的电工电子实验课程教学模式，以学生为中心，采用“层次化、全开放”实验教学手段，全面提高学生的综合素质。

（4）利用先进的计算机技术，将电工电子计算机辅助教学软件引入到实验教学中来，采用“虚实结合”的教学方法，全面提高实验教学效果。

（5）设计开发“口袋式”电工电子实验教学平台，该平台将彻底改变传统的电工电子实验模式，采用大规模集成电路为载体，提高学生进行电路系统的设计能力及创新能力。

（6）利用物联网强大的互联、互通功能，在电工电子实验教学中进行MOOC教学理念的探索。

（7）改革电子技术实践教学考核方法，建立“全过程监控”式的考核模式，重视每一个实验环节。

综上所述，进一步加强电工电子实验课程的一体化建设，构建一个“强弱电结合、知识贯通、层次合理”电工电子实验教学体系，建立一套以学生为主体、全方位开放式的实验教学平台，探索如何在电工电子实验教学中采用CDIO工程理念，全面提高学生的工程实践能力及科学研究能力，对电工电子实验课程实施全方位的改革，将具有深远的社会影响［15］。

3 实施成效

以现代实践教学教育理念为指导，以培养创新型人才、提高本科生综合素质为目标，经过有效的组织实施，取得了丰硕的成果。

全面提高电工电子实验教学中心的教学质量，培养了大批的高素质优秀人才。每年都有多名学生被保研到清华、中科院、交大、浙大、北航等名牌大学。

完善了电工电子所有实践课程体系的教学方案，从电工类到电子类，以口袋实验室为背景，自主研发了一系列实验教学装备，并示范到兄弟院校，取得很好的使用效果，在全国高等学校教师自制实验教学仪器设备创新大赛获奖。

电工电子创新教育平台负责组织全国大学生电子设计竞赛，覆盖控制学院，电气学院，机械学院，能动学院，微电子学院等众多工科学院，打通了校区之间以及学科之间的隔阂，使得所有电子设计爱好者都能投入其中，从中学到真本领。

表1为2015-2019年度电工电子实验中心组织学生参加大学生电子设计竞赛的获奖信息，在全国大学生电子设计竞赛-2018年模拟电子系统设计邀请赛中获得全国最高奖TI杯。

表1 2015-2019年全国大学生电子设计竞赛参赛及获奖情况

4 结语

结合我校电工电子实验教学中心的实际情况，从新工科视角出发，采用新结构、新质量、新理念、新体系、新模式，以培养创新型实践人才为目标，从管理机制完善到实践课程体系建设，逐步建成一套行之有效的管理机制以及满足电工电子实践教学的课程体系。不仅在校内院系得到推广，同时，相关举措也示范到兄弟院校并取得显著的效果，在培养学生的创新实践能力方面得到了充分地验证。