虛實(shí)結(jié)合的電類(lèi)專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)模式研究
——以安陽(yáng)師范學(xué)院為例

苗風(fēng)東，陳永超，丁電寬，鄒玉煒

(安陽(yáng)師范學(xué)院 物電學(xué)院，河南 安陽(yáng) 455000)

1 電類(lèi)專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)模式研究背景及研究意義

實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)是高等學(xué)校人才培養(yǎng)方案的重要組成部分，是應(yīng)用型工科專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)體系的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，是全面提高新時(shí)代高等學(xué)校本科人才培養(yǎng)質(zhì)量的重要途徑。

傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)模式是指導(dǎo)老師根據(jù)具體的實(shí)驗(yàn)大綱編寫(xiě)實(shí)驗(yàn)方案，使學(xué)生在固定場(chǎng)所、固定儀器實(shí)驗(yàn)設(shè)備上進(jìn)行實(shí)際操作，學(xué)生通過(guò)實(shí)際操作儀器設(shè)備、連接電路、測(cè)量數(shù)據(jù)以及查找電路故障等環(huán)節(jié)，掌握實(shí)驗(yàn)原理，達(dá)到理論聯(lián)系實(shí)際的目的。但是，在實(shí)驗(yàn)中由于實(shí)際設(shè)備參數(shù)變化、測(cè)量方法不同、電路連線(xiàn)錯(cuò)誤以及讀取數(shù)據(jù)偏差等因素，造成實(shí)驗(yàn)失敗，給學(xué)生帶來(lái)一定的困擾。與此同時(shí)，隨著實(shí)驗(yàn)設(shè)備使用年限的增加，維護(hù)費(fèi)用投入也會(huì)逐漸增大，也存在著安全隱患，需要專(zhuān)門(mén)的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)老師在具體時(shí)間內(nèi)看守，極大地影響著實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)質(zhì)量和效率的提高。

為深入學(xué)習(xí)貫徹黨的十九大精神，適應(yīng)信息化條件下知識(shí)獲取方式和傳授方式、教與學(xué)關(guān)系等發(fā)生革命性變化的要求，教育部下發(fā)《教育部關(guān)于開(kāi)展國(guó)家虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目建設(shè)工作的通知》(教高函〔2018〕5號(hào))文件，并在全國(guó)認(rèn)定首批國(guó)家虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目，同時(shí)各個(gè)省啟動(dòng)省級(jí)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目和高校校級(jí)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)客服了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)中的不足，不受實(shí)驗(yàn)空間、時(shí)間的限制，逼真、立體的表現(xiàn)形式提升教學(xué)效果；靈活多變的操作(如元件參數(shù)改變)節(jié)省了成本投入。

本文根據(jù)安陽(yáng)師范學(xué)院電氣工程及其自動(dòng)化、電子信息工程專(zhuān)業(yè)(簡(jiǎn)稱(chēng)電類(lèi)專(zhuān)業(yè))實(shí)際情況，結(jié)合國(guó)家本科教育改革文件精神，在基礎(chǔ)課程、專(zhuān)業(yè)課程實(shí)驗(yàn)以及學(xué)生專(zhuān)業(yè)實(shí)訓(xùn)、學(xué)科競(jìng)賽、創(chuàng)新基金等方面積極探索虛實(shí)結(jié)合的電類(lèi)專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)模式，成功申報(bào)并立項(xiàng)河南省“基于PLC控制的郵件分揀系統(tǒng)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)”項(xiàng)目，為電類(lèi)專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

2 電類(lèi)專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)體系

安陽(yáng)師范學(xué)院電類(lèi)專(zhuān)業(yè)包括電氣工程及其自動(dòng)化和電子信息工程兩個(gè)專(zhuān)業(yè)，使用的人才培養(yǎng)方案為2015版培養(yǎng)方案，實(shí)踐教育平臺(tái)包括具體課程的實(shí)驗(yàn)?zāi)K(我們稱(chēng)之為第一課堂實(shí)驗(yàn)實(shí)踐模塊)和諸如畢業(yè)設(shè)計(jì)、專(zhuān)業(yè)實(shí)習(xí)、專(zhuān)業(yè)實(shí)訓(xùn)、課程設(shè)計(jì)、各種學(xué)科競(jìng)賽等形式的集中實(shí)踐模塊(我們稱(chēng)之為第二課堂實(shí)驗(yàn)實(shí)踐模塊)。該培養(yǎng)方案以學(xué)生為中心，根據(jù)學(xué)生個(gè)人興趣和志向，采取學(xué)術(shù)后備和行業(yè)企業(yè)分類(lèi)人才培養(yǎng)，相應(yīng)的環(huán)節(jié)學(xué)分、學(xué)時(shí)和要求有所不同。但是，該方案也存在如前所述的傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)模式的缺點(diǎn)，不能及時(shí)適應(yīng)現(xiàn)代教育需求。

為解決這一突出問(wèn)題，僅僅圍繞地方應(yīng)用型高等學(xué)校人才培養(yǎng)目標(biāo)和國(guó)家教育政策，依托安陽(yáng)師范學(xué)院省級(jí)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心、河南省光伏發(fā)電工程中心以及河南省“基于PLC控制的郵件分揀系統(tǒng)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)”項(xiàng)目，及時(shí)調(diào)整現(xiàn)有人才培養(yǎng)方案，構(gòu)建虛實(shí)結(jié)合的電類(lèi)專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)體系。第一課堂實(shí)驗(yàn)、實(shí)踐教學(xué)體系(部分課程)，第二課堂實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)體系分別如表1和表2所示。

表1 第一課堂實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)體系

表2 第二課堂實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)體系

3 虛實(shí)結(jié)合的電類(lèi)專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)舉措

3.1 電類(lèi)專(zhuān)業(yè)第一課堂實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)改革

第一課堂實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)主要是指每門(mén)具體理論課程的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，這是對(duì)具體課程理論知識(shí)能力的直接訓(xùn)練，是學(xué)生第二課堂實(shí)踐學(xué)習(xí)的重要基礎(chǔ)。根據(jù)每一門(mén)實(shí)驗(yàn)課程性質(zhì)及現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)設(shè)備等因素，組織任課教師重新編寫(xiě)實(shí)驗(yàn)大綱，實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ桨瑐鹘y(tǒng)的實(shí)際實(shí)驗(yàn)平臺(tái)(實(shí)驗(yàn)設(shè)備)和虛擬仿真實(shí)驗(yàn)兩部分，每一部分占一定比例，二者相結(jié)合進(jìn)行，例如《模擬電子線(xiàn)路》實(shí)驗(yàn)采用60%實(shí)際硬件實(shí)驗(yàn)臺(tái)實(shí)驗(yàn)+40%虛擬仿真實(shí)驗(yàn)；實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目根據(jù)難易程度分為驗(yàn)證型、設(shè)計(jì)型、綜合型和創(chuàng)新型。虛擬仿真環(huán)節(jié)要求學(xué)生掌握EWB、Multisim、Proteus、Matlab等一定的仿真軟件，借助于虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行仿真。

3.2 電類(lèi)專(zhuān)業(yè)第二課堂實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)改革

第二課堂實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)同樣包含傳統(tǒng)的硬件實(shí)驗(yàn)平臺(tái)(實(shí)驗(yàn)設(shè)備)和軟件虛擬仿真實(shí)驗(yàn)兩部分，它是獨(dú)立于課堂之外、以學(xué)生為主體的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，不受實(shí)踐場(chǎng)所空間和時(shí)間的限制，學(xué)生可根據(jù)實(shí)際自由確定。根據(jù)學(xué)生所在年級(jí)、所學(xué)課程以及具備的專(zhuān)業(yè)能力水平采取分階段、分層次的虛實(shí)結(jié)合的實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)模式，分為一、二年級(jí)的基礎(chǔ)實(shí)踐層次、三年級(jí)的專(zhuān)業(yè)進(jìn)階(綜合設(shè)計(jì))層次和三、四年級(jí)的創(chuàng)新提高層次。不同層次對(duì)應(yīng)不同的專(zhuān)業(yè)知識(shí)能力和不同的實(shí)踐項(xiàng)目、實(shí)踐要求。

針對(duì)分層次的實(shí)踐教學(xué)模式，在學(xué)科競(jìng)賽環(huán)節(jié)組織學(xué)生參加“分層次”的“校級(jí)、省部級(jí)、國(guó)家級(jí)”專(zhuān)業(yè)學(xué)科競(jìng)賽以及大學(xué)生校級(jí)和國(guó)家級(jí)創(chuàng)新基金項(xiàng)目等第二課堂實(shí)踐教學(xué)，從而形成“以教興賽、以賽促教”、“賽教有機(jī)結(jié)合”的實(shí)踐教學(xué)模式，進(jìn)一步提高了電氣工程類(lèi)專(zhuān)業(yè)學(xué)生“發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題”的專(zhuān)業(yè)綜合素養(yǎng)。

3.3 鼓勵(lì)教師積極研究虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式改革，建立“虛實(shí)結(jié)合、互為補(bǔ)充”的現(xiàn)代化網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室

鼓勵(lì)任課教師積極研究虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式改革，在第一、第二實(shí)驗(yàn)實(shí)踐課堂教學(xué)中，逐步向虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)轉(zhuǎn)變，積極申請(qǐng)?zhí)摂M實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目，建立“虛實(shí)結(jié)合、互為補(bǔ)充”的現(xiàn)代化網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室。學(xué)生在進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)際設(shè)備操作實(shí)驗(yàn)前，可以在宿舍等不同場(chǎng)所利用自己手中的電腦學(xué)習(xí)EWB、Multisim、Proteus、Matlab等軟件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)仿真，完成電路的搭建、功能設(shè)計(jì)、程序編寫(xiě)與調(diào)試、性能分析、時(shí)序波形測(cè)試等。通過(guò)不同算法和參數(shù)設(shè)計(jì)仿真，進(jìn)一步驗(yàn)證學(xué)生對(duì)理論的正確性，然后學(xué)生再通過(guò)硬件設(shè)備調(diào)試，達(dá)到“虛實(shí)結(jié)合、互為補(bǔ)充”的學(xué)習(xí)效果。

3.4 激勵(lì)教師開(kāi)展實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)研究，積極申報(bào)虛擬試驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目，編寫(xiě)實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教材

《單片機(jī)原理及接口技術(shù)》是河南省精品在線(xiàn)開(kāi)放課程，也是安陽(yáng)師院兩個(gè)電類(lèi)專(zhuān)業(yè)的專(zhuān)業(yè)核心課程。學(xué)院建有《單片機(jī)》實(shí)驗(yàn)室以及單片機(jī)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室，學(xué)生借助硬件實(shí)驗(yàn)和虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，獲得了較好的學(xué)習(xí)效果，學(xué)生參加以單片機(jī)為平臺(tái)的學(xué)科競(jìng)賽業(yè)取得了優(yōu)異成績(jī)。

為進(jìn)一步激勵(lì)教師開(kāi)展實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)研究，積極申報(bào)虛擬試驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目，編寫(xiě)實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教材，優(yōu)秀仿真案例匯編成冊(cè)，學(xué)院制定了相應(yīng)的獎(jiǎng)勵(lì)機(jī)制。

4 我校虛實(shí)結(jié)合的電類(lèi)專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)的成效

我院電類(lèi)專(zhuān)業(yè)經(jīng)過(guò)近幾年的實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)模式改革，取得了顯著成效：第一、學(xué)生通過(guò)第一課堂的實(shí)驗(yàn)實(shí)踐鍛煉，理論知識(shí)更加扎實(shí)，儀器儀表及儀器設(shè)備操作、電路焊接與調(diào)試、軟件仿真等實(shí)踐能力大大增強(qiáng)，能夠完成基本電路模塊的設(shè)計(jì)與調(diào)試；通過(guò)第二課堂實(shí)踐教學(xué)的訓(xùn)練，學(xué)生系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力、程序編寫(xiě)與調(diào)試能力、系統(tǒng)故障檢測(cè)與調(diào)試能力等綜合素質(zhì)得到了提高，多名學(xué)生參加各種學(xué)科競(jìng)賽取得優(yōu)異成績(jī)，參加2015年全國(guó)電子設(shè)計(jì)大賽獲得河南省一等獎(jiǎng)1項(xiàng)、二等獎(jiǎng)3項(xiàng)；2017年“西門(mén)子杯”中國(guó)智能制造挑戰(zhàn)賽獲西部賽區(qū)一等獎(jiǎng)1項(xiàng)；在2018年藍(lán)橋杯全國(guó)軟件和信息技術(shù)專(zhuān)業(yè)人才大賽中獲得省級(jí)一等獎(jiǎng)2項(xiàng)，國(guó)家級(jí)二等獎(jiǎng)1項(xiàng)，三等獎(jiǎng)1項(xiàng)；2018年大學(xué)生創(chuàng)基金項(xiàng)目獲國(guó)家級(jí)立項(xiàng)2項(xiàng)，校級(jí)立項(xiàng)5項(xiàng)；同時(shí)學(xué)生的創(chuàng)新能力業(yè)得到了提高，學(xué)生申請(qǐng)授權(quán)專(zhuān)利7項(xiàng)。與此同時(shí)，任課老師的實(shí)驗(yàn)教學(xué)水平明顯增強(qiáng)，取得了相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)成果，編寫(xiě)出版《電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)》教材一部，申請(qǐng)并立項(xiàng)河南省虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目一項(xiàng)。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文結(jié)合安陽(yáng)師范學(xué)院電類(lèi)專(zhuān)業(yè)實(shí)際，對(duì)實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)采用傳統(tǒng)硬件實(shí)驗(yàn)+現(xiàn)代虛擬仿真實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的“虛實(shí)結(jié)合”實(shí)驗(yàn)實(shí)踐模式，通過(guò)近幾年的改革探索，取得了一定的成效，既節(jié)省了硬件資源昂貴的投入費(fèi)用，又提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和學(xué)習(xí)效率，對(duì)應(yīng)用型地方本科專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)方面積累經(jīng)驗(yàn)，具有一定的實(shí)際參考價(jià)值。