電工電子實驗中心管理與課程體系建設

榮海林，姚福安，胡 蔓

（山東大學 控制科學與工程學院，山東 濟南250061）

0 引言

實驗室是構成現代大學的核心競爭力的重要因素和學校辦學水平、辦學特色的重要標志。實驗室在教學活動中的地位與作用，受到各級部門的高度重視，《教育部財政部關于“十二五”期間實施“高等學校本科教學質量與教學改革工程”的意見》明確指出“著力創新人才培養模式，著力提高學生實踐創新能力，著力改革體制機制，大力提升人才培養水平”［1］。

山東大學電工電子實驗教學中心目前承擔著山東大學全校工科及部分理科類本科生的“電路”、“電工學”、“電子技術基礎”、“單片機原理及技術”等課程的實驗、課程設計、學科競賽培訓等實踐教學任務。

1 電工電子實驗中心管理機制建設

電工電子實驗教學中心本著“以生為本”的原則，從實驗室硬件建設到實驗室管理制度，到實驗教學管理方法探索了一套行之有效的管理模式?，面向全校開放。

（1）在現有的電工電子創新教育平臺的基礎上，建立一套完整的實驗室“安全”管理機制，利用實驗室智慧信息化管理系統，從點到面，從視頻監控到電源管理，從門禁管理到遠程控制，徹底消除安全隱患。以堅守安全底線為前提，建立一套完善的管理制度和制度執行的監督體系，制定“開放實驗教師守則”、“開放實驗學生守則”、“開放實驗考核辦法”等教學管理制度［2～4］。

（2）“從零到有，從有到優”，建立電科學創客文化體系。為學生參與實踐教學以及培養創新實踐能力的學習營造濃厚的文化氛圍，實現實驗室從“雜亂無序”到“整齊劃一”的完美蛻變。

（3）校企共建，搞建設，求發展。解決“閉門造車”的問題，把在創新教育這一領域走在時代前沿的Texas Instruments（美國德州儀器有限公司，簡稱TI），National Instruments（美國國家儀器有限公司，簡稱NI），Xilinx等支持大學計劃的企業引進來，讓學生在學校就可以接軌前沿技術。實現校企共建，搞建設，求發展，切切實實的讓學生受益。

（4）“放”“管”“服”，提升實驗室開放共享質量。充分發揮學生的主觀能動性，簡政放權，讓學生社團進入實驗室，畢竟單靠老師的精力來管理是遠遠不夠的。放管結合，優化服務，提升實驗室開放共享質量。試行開放式自主實驗教學模式，為學生提供充分的自主學習和實踐的軟硬件條件，在建立適應開放教學模式的教學質量保障體系，確保開放式實驗教學的成效的基礎上，將開放的內涵從“實驗時間”和“實驗空間”拓展到“實驗內容”、“實驗指導”等方面，實現了真正意義上的開放式教學，使學生逐漸擺脫對老師的依賴心理，養成自主發現、解決問題的習慣［5～6］。

（5）開放式、網絡化實驗教學管理。在電工電子實驗中心建立了一個覆蓋綜合信息發布、教學資源管理、教學體系管理、實驗課程管理、學生實驗管理、實驗過程管理、學生考核管理、學生課外實踐項目管理、實驗室與儀器設備管理、系統用戶管理、系統安全管理、教師教學考核等方面，滿足實驗中心日常實驗教學管理的需要的實驗教學綜合管理系統（見圖1）。

圖1 實驗教學綜合管理系統

圍繞著開放式自主實驗教學模式的實施和完善，營造一個安全、全面、開放、綜合的實驗教學環境，傳授實驗基礎知識、基本方法和基本技能；提高學生的知識綜合應用能力、系統設計能力、工程實踐能力和創新能力；培養學生的獨立思考、信息查詢、觀察判斷、歸納分析、組織管理、演講寫作、交際溝通、團隊合作、社會活動等綜合素質；努力使學生在知識、能力和素質三方面協調發展［7］。

2 課程體系存在問題及改革舉措

電路、電工學、電子技術基礎等系列實驗課是工科類專業的科學基礎平臺課，是培養學生的工程意識，建立理論聯系實際的思想，提高學生的科學研究能力的重要教學環節。該系列實驗課程是連接基礎課與專業課程的橋梁。目前國內外高校越來越重視電工電子類課程的實踐教學環節，普遍的做法是減少了理論課程的學時，增加了實驗教學、課程設計等實踐環節的教學學時。山東大學信息類專業在新的教學計劃中將“電路”、“模擬電子技術基礎”、“數字電子技術基礎”課程的實驗教學學時均提高到32學時，同時對這些課程的實驗進行了單獨設課［8～10］。

2.1 實驗教學課程體系存在主要問題

目前國內外高校在電工電子類實驗教學環節中還存在諸多問題，主要表現在如下幾個方面：

（1）電工電子實驗課程建設不完善。目前國內外在“電路”、“電工學”、“模擬電子技術基礎”、“數字電子技術基礎”等理論課程的教材比較豐富，其教學體系也比較系統完整，教學內容比較統一。但電工電子實驗課程的教學體系、教學方法、教學內容、教學手段等方面都存在很大的隨意性，對電工電子實驗課程的建設缺乏頂層設計［11］。

（2）電工電子實驗課程之間的融合度不夠，缺乏緊密的聯系。對于工科電氣信息類專業來說，“電路”、“模擬電子技術基礎”、“數字電子技術基礎”理論課程之間的關系是非常密切的，只有在掌握好《電路》課程理論知識的前提下，才能更好的開展“電子技術基礎”相關課程的學習。但目前電工電子實驗課之間缺乏聯系，實驗安排比較隨意，實驗課程內容缺乏融合，有些實驗內容重復。所以建立一個“強弱電結合、知識貫通”的電工電子實驗課程新體系是非常必要的［12］。

（3）電工電子實驗課程的教學模式單一，缺乏層次性。目前大多數高校在電工電子實驗教學中，其實驗內容仍然以驗證性為主，實驗手段單一，仍然采用老師講實驗操作步驟，學生跟著操作實驗的方法，缺乏對學生進行獨立設計實驗、自主探索性學習能力的培養。建立一套“以經典實驗內容為基礎，合理引入計算機仿真技術，大力開展以學生為主體的開放研究性學習”的實驗教學模式也是值得關注的問題。

（4）電工電子實驗課程教學內容陳舊，知識老化嚴重。隨著現代技術的發展，越來越多的電工新技術、電子新器件得到廣泛應用。然而目前電工電子實驗教學中仍然采用過時的器件和測量技術，和社會嚴重脫節，跟不上時代的發展。沒有合理的將計算機仿真軟件應用到電工電子實驗教學中來，極大降低了實驗效果，限制了學生的視野，阻礙了學生的創新能力的培養。

（5）電工電子實驗課程教學缺乏國際先進的CDIO工程教育理念。所謂CDIO就是構思（Conceive）、設計（Design）、實現（Implement）、運作（Operate），倡導基于項目教育和學習的教育模式，全面培養具有國際化視野的高素質應用工程技術人才。對于電工電子類實驗課程是最適合引入CDIO工程教育理念的課程，而目電工電子實驗課程存在的問題是教學內容連貫性差，實驗內容簡單，實驗項目知識綜合性不強，很難將CDIO教學理念融合到實驗課程中去［13］。

（6）電工電子實驗課程的硬件教學環境開放性差。目前開展電工電子實驗教學的環境就是學校的實驗室，雖然國內外高校廣泛使用了計算機輔助分析軟件，開展了電工電子實驗的虛擬實驗教學，但學生普遍興趣不高，學生非?？释约簱碛幸惶渍鎸嵉碾娮訙y試儀器和實驗平臺，可以不受學校實驗室條件的限制，自由隨意的進行電子技術實驗、設計。隨著計算機技術的迅速發展，“口袋實驗室”應運而生，一臺便攜式多功能電子儀器和筆記本電腦即可構成一個移動的實驗室，極大地擴展了實驗教學的物理空間。

（7）電子技術實踐類課程教學考核方式不合理。目前電工電子實驗課程的考試方法是過重的考慮了實驗結果，而忽略了實驗過程的考察。大都采用從幾個規定的實驗中，隨機抽取，更多的考察了學生的操作能力，忽略了對學生的排查故障能力、設計創新能力的考察；或通過理論加實驗報告的形式來評定學生的成績，這樣更不科學。顯然對實驗教學的考試方法、實驗室管理等方面有必要進行深入的研究［14］。

2.2 完善實驗教學課程體系相關舉措

堅持“以學生為主體，教師為主導”，在系列電工電子實驗教學中，采取以啟發式、討論式、互動式授課方式，實現灌輸向互動傳授的轉變；以學習小組和實驗團隊，實現個體學習向團隊合作學習的轉變；以研究性實驗和課外科技創新活動，實現被動學習向主動學習的轉變；以“問題”為導向的實驗項目，實現繼承式向研究性學習的轉變。以“實驗”促“研究”，激發學生學習的自主性、探究性、構建性特質，全面提高實驗教學質量和效果。具體內容如下。

（1）構建電工電子實驗課程一體化建設的教學體系，對電工電子實驗課程進行頂層設計，互相融合，合理規劃設計各個實驗課程的教學大綱和教學目標。

（2）全面更新優化電工電子實驗教學內容，編寫具有“理論性、系統性、綜合性”且能反映電工電子技術最新發展的實驗教材。

（3）構建基于CDIO工程教育理念的電工電子實驗課程教學模式，以學生為中心，采用“層次化、全開放”實驗教學手段，全面提高學生的綜合素質。

（4）利用先進的計算機技術，將電工電子計算機輔助教學軟件引入到實驗教學中來，采用“虛實結合”的教學方法，全面提高實驗教學效果。

（5）設計開發“口袋式”電工電子實驗教學平臺，該平臺將徹底改變傳統的電工電子實驗模式，采用大規模集成電路為載體，提高學生進行電路系統的設計能力及創新能力。

（6）利用物聯網強大的互聯、互通功能，在電工電子實驗教學中進行MOOC教學理念的探索。

（7）改革電子技術實踐教學考核方法，建立“全過程監控”式的考核模式，重視每一個實驗環節。

綜上所述，進一步加強電工電子實驗課程的一體化建設，構建一個“強弱電結合、知識貫通、層次合理”電工電子實驗教學體系，建立一套以學生為主體、全方位開放式的實驗教學平臺，探索如何在電工電子實驗教學中采用CDIO工程理念，全面提高學生的工程實踐能力及科學研究能力，對電工電子實驗課程實施全方位的改革，將具有深遠的社會影響［15］。

3 實施成效

以現代實踐教學教育理念為指導，以培養創新型人才、提高本科生綜合素質為目標，經過有效的組織實施，取得了豐碩的成果。

全面提高電工電子實驗教學中心的教學質量，培養了大批的高素質優秀人才。每年都有多名學生被保研到清華、中科院、交大、浙大、北航等名牌大學。

完善了電工電子所有實踐課程體系的教學方案，從電工類到電子類，以口袋實驗室為背景，自主研發了一系列實驗教學裝備，并示范到兄弟院校，取得很好的使用效果，在全國高等學校教師自制實驗教學儀器設備創新大賽獲獎。

電工電子創新教育平臺負責組織全國大學生電子設計競賽，覆蓋控制學院，電氣學院，機械學院，能動學院，微電子學院等眾多工科學院，打通了校區之間以及學科之間的隔閡，使得所有電子設計愛好者都能投入其中，從中學到真本領。

表1為2015-2019年度電工電子實驗中心組織學生參加大學生電子設計競賽的獲獎信息，在全國大學生電子設計競賽-2018年模擬電子系統設計邀請賽中獲得全國最高獎TI杯。

表1 2015-2019年全國大學生電子設計競賽參賽及獲獎情況

4 結語

結合我校電工電子實驗教學中心的實際情況，從新工科視角出發，采用新結構、新質量、新理念、新體系、新模式，以培養創新型實踐人才為目標，從管理機制完善到實踐課程體系建設，逐步建成一套行之有效的管理機制以及滿足電工電子實踐教學的課程體系。不僅在校內院系得到推廣，同時，相關舉措也示范到兄弟院校并取得顯著的效果，在培養學生的創新實踐能力方面得到了充分地驗證。