电工电子类实验教学模式与实践

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摘要：为适应新工科建设要求、培养创新型应用人才，西安交通大学电工电子国家级实验教学示范中心打破原有的实验教学模式，进行了实验教学模式的改革与实践。通过重新整合实验教学资源、应用模块化实验平台、现代信息技术与实验教学相融合等途径，将探究式、互动式、启发式教学贯穿实验教学全过程。积极开发和建设慕课、微课、远程实验教学资源，建立多元化实验教学体系，努力提高学生的自主学习能力和实践能力，实现个性化发展培养目标，以期培养适应新工科发展的创新型人才。

关键词：新工科；实验教学模式；实践创新；人才培养

高等工程教育必须培养面向未来的创新型卓越工程人才，以应对全球环境污染、资源短缺、人口老龄化等带来的严峻挑战[1]。新工科作为高等工程教育改革与创新的发展方向，提倡重实践、跨学科、理论与实践结合，持续改进创新人才的培养目标、培养方案、课程体系和教学方法[2]。西安交通大学电工电子国家级实验教学示范中心(简称中心)多年来坚持以培养人才为核心，以提高学生的实践能力为宗旨，不断对电工电子实验教学进行深化改革[3]，积极开发并建设慕课、微课、远程实验教学等多元化教学体系，旨在提高学生自主学习、动手能力，培养创新型应用人才[4]。

1电工电子类基础课程的实验教学现状

1.1教学内容

实验教学内容陈旧，仅停留在对课堂教学中所涉理论的验证阶段；紧扣理论教材设计的实验内容单一，缺少多学科的交叉融合[5]；在大类招生背景下，师生比例失调、实验学时少、实验室物理空间紧张，综合设计性实验偏少。因此，目前电工电子类基础课程的实验教学偏离新工科背景下创新型应用人才的培养要求，不利于学生实践操作能力及创新思维的培养。

1.2教学方法

电工电子类基础课程的实验教学方法单一，学生普遍“重理论、轻实验”。现阶段的实验教学主要集中于对实验的讲解，对于实验的设计思路表述较为简单，学生只是按部就班地完成实验，难以达到学以致用的目的，不能满足新型人才培养的需求。

1.3管理体制

在大类招生背景下，实验室管理体系、预约制度不完善，导致实验室运转效率低，共享困难；实验室经费仅能保证基本的实验教学，无法顾及实验室长期规划建设和先进教学设备的购置。这导致新的教学手段难以应用于教学；实验仪器陈旧，新型设备较少，实验室环境条件较差；信息技术在教学和实验中应用较少，主要采用常规教学和实验指导方法[6]。

2新工科视野下电工电子类基础课程实验教学改革的实现路径

2.1通过对原有实验课的再造和全新组合式课

程设计实现“综合化”中心在实验教学中打破了以往多个教学组各自为政、条块分割的现象，通过实验教学人员流动、实验资源流动、教学方法交流、实验内容交叉和衔接，使得原有实验课程得以提升与改善[7]。要实现对原有实验课程的再造，关键在人。第一，中心鼓励一线任课教师参与实验指导，有助于一线教师了解学生实验中出现的问题，从而在课堂教学中进行重点讲解，还能帮助实验教师进行实验内容改革；第二，加强多个实验教学组之间的互动交流，有利于弥补原有实验教学的不足；第三，鼓励实验教师将现代电子电气技术融入实验教学中，通过不断的探索，完成了许多常规实验的再创造。在电路实验教学中，中心开展了故障诊断综合实验和电阻网络的故障诊断开放实验等，进而引申出电力系统接地网故障诊断、如何测量接地电阻等深层次实验内容。原有的模电课程实验基本是验证性实验，虽然要求学生自行在面包板上搭建电路，并进行调试和测试，但是电路是设计好的，所以它仍属于验证性实验。通过提出设计要求，由学生自己设计电路，并制作印制电路板，实现从验证走向设计[8]。

2.2通过丰富的实践选修项目菜单和模块化设

计实现“工程化”综合性实验的模块化有助于学生的综合学习和实践操作能力的培养。模拟电子技术基础是一门专业基础课，工程实践性强，信号产生电路、电压放大电路、直流稳压电源等都有广阔的工程应用背景。结合实际应用背景，将这些电路与实际电路结合起来，极大地提高了学生实际应用知识的能力。由于模电实验的内容环环相扣，后续所有实验也都要测量这些参数。通过这样的训练，极大地加强了学生对于模电实验方法的掌握，也使其了解到工程实际中应分析电路的哪些参数。电子系统设计与实践课程是以微处理器为核心，通过模块化设计思想可以将电子系统设计从初级开发转变为高级设计。中心通过建立基于微处理器的硬件模块库和软件模块库，培养学生快速开发以微处理器为核心的电子系统设计能力。电子系统设计与实践课程以设计目标为导向，要求学生遵循自由选择模块构建系统→初步调试→自主设计→系统综合调试的设计流程，最终进行作品验收。通过模块化设计可以培养学生工程设计的素养，适应新工科建设要求。

2.3通过增加学生在学习过程中的自主权实现“个性化”

在电工电子基础课程的理论和实践教学过程中，以学生为中心，满堂灌的教学方式早已被淘汰，教给学生知识不如教给学生如何获得知识。每个学生的情况都是不同的，如何根据学生的情况，给出不同的实验教学内容和教学方法，需要每个实验教师不断努力。模拟电子技术基础课程从2017年开始在中国大学在线教育平台上开展慕课教学，同时积极尝试混合式教学和翻转课堂教学，以期改善课堂教学效果、提升学生的自学能力。中心鼓励学生自主选择实验内容，经与课程负责人商量并同意后，学生就可以选择自己更感兴趣的实验内容，已有数十名学生通过自选内容高质量地完成了模电实验。由于课程调整，微处理器实验没有配套的指导书，在介绍了处理器共性概念的基础上，采用翻转课堂形式，学生自愿报名，查资料，准备PPT，教师进行课前指导和修改PPT，赋予学生更多的自主选择权。另外，对学有余力的学生，中心开设多个开放实验题目供其进行拓展学习。这种实验模式在因材施教基础上进行创新，克服了实验指导书对学生的约束，实现了学生的个性化发展，不仅可以激发学生创新，同时也利于教学相长。

3实验教学改革及效果

3.1实验教学改革

为培养适应新工科建设的创新型应用人才，中心实验教师借助先进教学设备，提高教学效果，电路及模拟电子技术实验室购置多功能交互式电子白板。通过制作PPT和视频，使得实验原理和仪器的介绍不再枯燥乏味。借助交互式电子白板广泛开展小组讨论，让学生积极参与实验，各抒己见，活跃课堂气氛。充分利用仿真软件，引导学生变被动参与为主动学习。在电路实验教学中，教师通过编写仿真与操作任务相结合的实验任务书，先进行仿真操作，再进行实际测量，使得验证型实验具有设计性，加深学生对实验的理解，提高实验教学效果。在新工科背景下，学生在学习过程中拥有更多的自主权。为使教学手段更为灵活，中心已引入多种信息化教学手段，见表1。为增强产教深度融合，培养创新型应用人才，在数字电子技术与微处理器基础课程教学中，每学期都会请TI，ARM，Xilinx等公司的相关工程师，为学生讲授行业的最新发展及技术实现方法。

3.2　实验教学改革效果

“鼎阳杯”全国高校电工电子基础课程实验教学案例设计竞赛是全国唯一的高校电工电子类基础课程实验教学比赛，中心教师踊跃报名，获得了多项奖励，其中“鼎阳杯”1项、一等奖7项、其他奖项3项。图1为实验现场及实物展示。图1实验现场及实物展示为适应新工科建设要求，2019年，中心组织9组共27名本科生参加了全国大学生电子设计竞赛，共获得全国二等奖3项，省一等奖4项，省三等奖1项；发表论文26篇；并取得两项专利：串联谐振型无线功率传输系统的电磁干扰预测方法，一种变压器故障后电网有功潮流快速估算的方法。其中，MariyamArif的论文《基于深度学习的短期负荷预测与线性规划的经济负荷调度》获2019年西安交通大学优秀硕士学位论文。

4结语

就高校而言，新工科建设主要是以实际应用为目的，通过多学科的交叉融合达到对原有工科专业的升级再造。在新工科背景下，中心通过实验教学人员流动、实验资源共享、教学方法改革、实验内容交叉和衔接，完成了对原有实验课程的再造；基于模块化实验平台与“互联网+智能控制平台”实验模式，将电工电子类基础课程进行全新组合，推动移动互联网、慕课等现代信息技术与实验教学的深度融合，从基础实验到综合设计，逐步培养学生的实践能力和创新能力，为培养创新型应用人才做出贡献。

参考文献

[1]钟登华.新工科建设的内涵与行动[J].高等工程教育研究,2017(3):1-6.

[2]白逸仙,柳长安,艾欣,等.工程教育改革背景下传统工科专业的挑战与应对—基于十校“电气工程及其自动化”培养方案的实证调查[J].高等工程教育研究,2018(3):53-62.

[3]刘晔,沈瑶,原晓楠,等.以电工电子基础课程实验案例设计竞赛为抓手促进实验教师队伍建设[J].实验科学与技术,2020,18(3):145-149.

[4]王利爽,阳荣威.“双一流”建设背景下“C9联盟”高校师资队伍及结构调查研究[J].大学教育科学,2017(6):6.

[5]刘宇雷,佘明.“新工科”背景下高校实验教学体系建设探索[J].实验技术与管理,2019,36(11):19-21.

[6]张海峰,毛建瑞,刘一.创新人才培养视阈下的高校教学实验室综合改革[J].实验室研究与探索,2017,36(11):246-251.

[7]刘洪久,范炳良,孙伟国.应用型本科院校经管实验教学中心建设研究[J].常熟理工学院学报,2009,23(12):67-70.

[8]孙敏,金印彬,宁改娣,等.OBE理念下数字电子技术实验教学改革与实践[J].中国教育信息化,2020(2):41-43.

作者：单位：陈琪 刘晔金 印彬 沈瑶 原晓楠 西安交通大学电工电子国家级实验教学示范中心