电气教学示范中心“一体化、三层次”递进式实验教学新模式构建及实践

姚志树 蒋冬梅 施敏敏

（盐城工学院电气工程学院，江苏 盐城 224051）

0 引言

电气工程及其自动化专业是一门实践性很强的学科，实践操作能力是电气工程师的生存之本。而目前普通高校的电气专业实践教学现状差强人意，为了适应科学技术的快速发展和社会企业的需求，对实践教学的改革势在必行。

1 目前实践教学的现状

实践教学是电气工程专业大学四年一项非常重要的教学组成部分，通过该教学环节的学习，既可以帮助学生对复杂专业理论知识的理解，又可以提高学生的动手能力，培养学生的创新思维能力，为其他后续工科课程学习以及工程科学研究打好夯实的基础。通过对周边高校的走访调查，发现在实践教学中存在问题如下。

1.1 基础实验课程

目前，对于电气工程专业本科阶段基础实验课程大部分高校存在同样问题，即实验教学方法还是比较单一，教学效果很不理想，学生实验时只是将老师的实验过程重复做了一遍，根本无法理解实验的目的、原理，以及实验步骤的必要性等。这对学生的创新能力的培养和独立思考问题解决问题能力没有起到任何作用，还影响学生的学习主动性和积极性。

1.2 专业综合实验、实习

对于电气工程专业这样的工科专业毕业生而言，出去工作受不受企业欢迎关键在于应用能力的高低，而应用能力的培养通过书本教学是无法实现的，应用能力的培养离不开与实际工程相吻合的硬件配套设备，这才是一个高校工程专业能够突出重围的关键因数。但是当前对于普通高校而言经费有限，校外的实习单位无法接待大面积的学生。这就直接导致高校专业实验及实习的教学效果非常的不理想。这已经严重影响到学院电气工程专业的发展，对于专业的进一步提升也是非常不利的，改革势在必行。

1.3 综合课程设计

目前，大部分课程的课程设计课题以及毕业设计课题相对而言比较简单，只是简单的设计题目，缺乏一定的工程应用背景。每届学生的课程设计题目基本相同。由于学生对实际工程缺少认知，故而在最后完成的课程设计报告中雷同现象、抄袭现象非常严重。大部分指导教师缺乏一定的工程设计经验，这就导致出现的毕业设计课题虽然课题名称不同，但设计内容基本雷同，从最后完成情况来看学生的理论知识和工程实际结合能力欠缺，创新能力不够。

针对这些问题，笔者以电气与新能源省级实验示范中心为平台，以电气工程及其自动化专业为主体，探索“一体化、三层次”的电气实验教学新模式。

2 “一体化、三层次”递进式实验教学新模式的内涵构建

本着培养适合企业需求的实用型人才要求，提高毕业生的实践动手能力、实践思维能力和实践科研创新能力，提出“构建电气教学示范中心“一体化、三层次”递进式实验教学新模式”的实践教学改革探索。一体化是指保证整个专业的知识体系完整性的前提下，尽量提升学生的实践创新能力、实践动手能力。三层次是指把整个大学四年的实践教学内容进行融合，按照教学要求和实验内容的复杂程度重新设置：首先是实验方法和基本实验技能的训练即为基础电工实验；其次是在掌握实验方法和实验技能的前提下进行知识点的融合，需要学生自己综合设计实验步骤，不再是简单的验证为主，即为专业综合实验实训；最后是专业知识的综合运用和实际问题解决能力的训练即为综合课程设计。

2.1 由简到繁重组实验课程内容，构建电气专业“一体化、三层次”递进式教学模式

把电气工程及其自动化专业的所有实验实践课程进行重新划分，分为基础电工电子实验、专业实验及综合实验实训、综合课程设计三层次进行教学。一体化、三层次主体思想如图1所示。

图1 “一体化、三层次”实验体系图

（1）基础电工电子实验，主要是通过实验项目让学生掌握基本实验方法、实验手段和实验技能，重点是电气类基础测试仪器的操作使用方法，养成严谨的科学实验的工作作风和态度。基础实验以验证为主，主要是加强学生对理论知识点的理解，且培养学生的实验操作技能。

为了引起学生对基础实验课程的重视，尝试把电路实验、模拟电子技术实验、数字电子技术实验等基础课程实验从理论课程中剥离出来，单独算学分，单独考核成绩。为了与理论课不脱节，实验中心除了有专门的实验指导教师外，长期轮流聘请多名电工课程组的老师到实验中心参与指导实验。

（2）专业课程的实验，包含一些综合实践实训课程，专业课程的实验内容至少包含两个二级学科知识点的交叉。专业课程实验既巩固实验技能与应用，又加强学科之间的横向联系。为了加强学生对专业实验课程的重视，规定实验课不及格，对应理论课也不及格。另外在大二下学期还开设了一周的电子工艺实习“两级阻容耦合放大电路”，全程由学生根据设计要求设计电路、制作印制电路板并安装与调试。

为了重视实践、强化学生的应用能力提升的培养方案，笔者不断更新实验教学内容和改革教学方法。以电气控制与PLC课程为例，电气控制与PLC课程实验原有实验设备8套，实验设备都以信号灯模拟代替控制对象，对学生而言无法跟实际应用直接联系，导致对实验的理解也只能停留在表面。学院在2019年与西门子工厂自动化工程有限公司合作共建智能控制实践平台，学校前后共投资280多万元，新建了三个实验室一下子满足了学生在专业实验以及后期的专业方向综合实训和课程设计的教学要求。新建的实验平台低压电器和控制对象都是实际实物，对学生而言非常直观。

（3）在第五学期开始增加专业综合课程设计，如单片机课程设计、PLC课程设计等。这些实践课程一般是指导教师给出课题和具体设计要求，要求学生自己独立完成，为保证学习效果，力求一位同学一个课题，以培养学生独立分析实际问题、解决实际问题的能力为目标，从而培养学生的实践动手能力，理论联系实践的科研能力。

为适应应用型本科人才“保证基础、注重实践、强化应用”的培养需要，对课程设计这个模块的教学内容每学期都进行改进，从而保证学生的实际应用能力、实践动手能力与科研创新能力得到有限提升。以单片机课程设计为例。从简单有趣的单片机应用实例入手，引导学生在理解工作原理的基础上逐步扩大接口电路设计规模与程序编写规模，提高应用系统的复杂程度，使学生理解软件硬件协同工作的原理，建立微机应用系统的整体观念，具备微机应用系统设计的知识与技能。经过单片机课程设计的学习对参加全国大学生智能车竞赛、蓝桥杯全国软件和信息技术专业人才大赛等比赛而言，学生信心大增，所以参加这类比赛的同学逐年增多。

2.2 利用网络资源，打破传统实践教学方式

传统的实验教学模式已经不适应现阶段的学生学习，网上教学资源比较丰富。为了调动学生实验的积极性，基础实验我们做到尽量开放实验室，即提前布置实验项目，每个项目规定完成期限，由学生自己选定实验时间在规定实验室完成实验。针对专业实验室台套数少的问题，我们试行在正式上课前先选部分学有余力的同学提前进入实验室进行熟悉设备、熟悉实验内容，由这部分同学分配到每个小组带动学生进行实验预习和设计，这样保证实验室开放的同时，实验项目也开放。

2.3 健全成绩评定方法

为了尽可能调动学生实验的积极性，保证课程成绩的公平、公正，笔者积极探索实践成绩评定办法。基础实验和专业实验教学过程中，还要检查预习情况，基础实验室是一位同学一个实验操作台。专业实验室台套数较少，把班级同学分批进行的，正常是2位同学一组，现场打分，做到公平公正，同学有疑问可以及时提出，老师当场给出答复。课程设计要求尽量做到一位同学一个课题，如果相同课题需采用不同设计方案完成，最后完成情况要进行调试答辩。

2.4 打造专业专职的实践教学团队

全力打造一支实践动手能力强的专责实验指导教师队伍。学生实践动手能力好有很大部分原因来自老师的培养与引导，所以全面提高实践教师的素质非常迫切。现在学院有两个省级实验示范中心，电工电子基础实验中心的教学工作主要由专责实验教师完成，每学期都会抽取有经验的理论课教师加入指导工作，这样保证实验教学与理论教学不脱节；电气与新能源省级示范中心的专业实验中如果是公共专业基础课，则由专门实验指导老师指导，比如电机实验、PLC实验、单片机实验等；特定专业的实验课则由理论课老师和实验中心专责教师一起指导，这样可以很好的保证实验的效果。另外通过教师个人申请每年可以外派一名教师全脱产到企业进行一年研习，为提高教师的工程实践能力做好保障。

3 结语

总之，电气工程及其自动化专业在实施“一体化、三层次”电气实验教学模式中，要尽力克服实验教学中影响实验教学质量的因素，提高学生的动手能力和创新能力。近年来，学生组队参加全国大学生电子设计竞赛荣获一等奖，参加“亚龙杯”全国大学生智能建筑工程实践技能竞赛两次荣获特等奖，参加第十一届“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛荣获三等奖、第十三届“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛江苏省二等奖、江苏省大学生机器人竞赛一等奖、第七届全国信息技术应用水平大赛（江苏赛区）二等奖。由于毕业生基本功扎实、动手操作能力较强，近几年的就业率一直位居学校前列。当然这一模式仍在探索过程中，还有待于进一步改进和完善。