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面向复合创新人才培养推进电类基础课程实验教学改革——专访浙江...

    本刊:您认为在创新型人才培养过程中,贵校的实验教学示范中心发挥了怎样的作用?在实验教学理念方面实现了哪些转变?    答:浙江大学的办学理念是“以人为本,整合培养,求是创新,追求卓越”。以人的全面发展为核心,强调知识、能力、素质(KAQ)并重,宽、专、交相结合,倡导自主化、高效化、研究化、国际化学习,着力培养通晓国际政治、经济、文化、科学,能把握国际大势的各行各业领导人才。    实验教学是工程型创新人才培养的重要途径,实验教学应注重基础,加强思维和能力的训练。    为实现“以人为本,追求卓越”的理念,学校积极推进“基础宽厚、专业自主、复合交叉、鼓励探究”的培养模式,为学生提供更广阔的个性化成长空间。近年来,浙江大学以建设综合型、研究型、创新型一流大学为目标,以提升教育教学质量为核心,以激发学生自主学习、个性发展为主线,以课程体系和教学内容的改革为切入点,推进以人为本、因材施教的人才培养模式。推动研究型教学模式,将研究实践融入教学过程,激发学生的潜能,培养学生的兴趣,增强学生独立思考和创新的能力。学校结合卓越工程师建设、特色专业建设和专业认证等深化教学改革的进程,对教育教学的全过程进行了改革和探索,例如,提出浙江大学的工程教育应进一步强化工程实践、工程设计和工程创新;加强校企合作和国际交流;构建工程大类课程体系等设想和实施方案。    在课程体系改革、学生创造力的考核、经典课程设置、通识课与专业课中前沿知识的归纳等方面提出了新的要求。致力于加大教学方式的改革步伐,在教学过程中,改变以教为主的教学模式,灵活采用多种教学方法,更多地关注学和用的效果,引导和要求学生进行自主学习,对学习的考核由“关注结果”向“考量过程”转变。    进一步推进多元化学习环境的构建。除了在课堂学习上加强教学内容和教学方法的改革,还着重营造新的学习环境。如,通过向学生提供各种网络教学资源,实现学生自主性、探究式学习。通过小型研讨课、学术研讨会、各类学科竞赛和科研训练计划等,营造研究性学习环境,在研究实践中提高学生的创新能力。

    本刊:实验教学示范中心在建设过程中结合学校实际与院系学科特点形成了鲜明的特色,请问贵中心在建设和评审过程中形成的突出特色有哪些?    答:浙江大学电工电子实验教学中心经过20多年的建设,特别是近年来伴随质量工程建设项目的进程,创建了全国一流的实验教学环境和独具特色的创新型人才培养实验教学模式、深化实验教学中心管理体制改革、组建了教学理念先进、教学水平高的各实验教学课程组,并形成了以下主要特色:    (1)贯穿以能力培养为主线,通过多层次、多模块、开放式教学内容与方法的改革,建立了自主研究型的实验教学体系,取得了因材施教、提高学生实践与创新能力的实效。    (2)丰硕的立体化电工电子实验教材、先进的实验教学设备、众多联合共建实验室,构建了面向理工农等学科、多层次、全方位的实验教学平台。    (3)自主开发的“基于Internet的工科电类综合实验室”“模块化综合创新实验平台”“基于可编程逻辑器件的电子系统实验平台”等5个实验教学和管理系统,打破了传统实验室和实验模式的时、空、资源和内容限制,实现了自主研究、开放型的实验教学新模式,并充分展现了现代实验教学的先进性和导向性。    (4)功能多样的自制设备满足了各类实验项目以及实验教学模式的需求,拓展了相关的实验功能和内容,并产生面向国内有关高校和教学仪器公司的辐射作用。

    本刊:我们了解到,浙江大学电工电子实验教学中心在国家级实验教学中心建设中自制研发了一些教学设备,您能简要介绍它们在创新实验教学、提高教学质量方面发挥的作用吗?    答:浙江大学电工电子实验教学历来有自制、开发符合教学改革发展需求的教学器材和设备的优良传统,并具有扎实的工作基础。早在20世纪80年代初,电路实验室配合教学要求的更新,设计了一批新颖的、特色显著、教学效果好的电路,并向其他高校推广。90年代,曾自制GDS-1型高性能电工系统实验装置,进而增添了多项独具特色的新实验。1997年以来,中心教师在学校立项建设的自制实验设备有12项,另有多项与教改项目有关的新型教学仪器与设备的研制开发,以及大量教学成果转化为教学实验设备的研制,并通过与国内4个电工电子教学仪器公司合作,面向全国众多院校辐射成果。    2007年以来,中心研制了新一代电工综合实验台、通用实验电路模板、基于CPLD(FPGA)的数字系统实验接口电路板、基于对象的可编程逻辑控制器实验平台,以及软硬件集成优化配置的综合创新实验平台,满足了研究拓展性实验、模块化开放式综合实验的发展需求。    1.综合创新实验平台    为培养学生掌握最新电子电路设计的理念,将电路分析、模拟电路、数字电路、信号与系统、测控技术等多门课程的实验教学有机结合,并包含单片机和虚拟仪器的实验教学,中心自主开发了“综合创新实验平台”,可以进行以下3种层次的实践:    ①“根据目标进行系统选型和实验测试”:选择合适的功能电路,组成目标系统进行功能和参数测试。    ②“自主设计并制作系统中的某一功能电路”:从原理设计,选型,线路板绘制、制作、安装到调试,全过程地实现对以往单纯功能电路实验的替代。    ③“团队合作实现系统功能”:多位实验者合作完成一个系统的设计制作和调试。    电工电子创新实验平台由仪器屏和功能板系列两部分组成。仪器屏提供一个模拟的科研平台,电路板是通用的基本功能模块,现有非电量电测系列、信号处理系列、A/D与D/A转换系列、微处理器系列、信号隔离与变换系列、功率放大系列、实际对象系列、测控技术系列、信号与系统系列等功能电路单元。这些功能电路具有参数可调的开放式特点,并具有良好的保护,可以重复多次地用于不同的课程实验和实践项目,减少了复杂系统设计时的资源浪费和重复性劳动,从而使学生将更多的注意力集中到单独进行单元电路的设计以及处理系统与单元电路的关系。图1为综合创新实验平台以及其中的水箱温度液面控制和小车运动实验系列的对象和功能电路板。该平台不仅可以进行基于课程的各种层次实验,也可以服务于综合性课程设计和学生的课外创新实践,通过自主选择功能电路模块,构建个性化研究和探索的实验系统,有效地拓展开放实践内涵,提升自主实践的层次。

图1 综合创新实验平台及部分功能电路板

    2.新一代电工综合实验台以及拓展电路板    在不断优化电工实验台功能(如图2所示的不同版本)的基础上,研发制造了新一代电工综合实验台如图2(d)所示以及通用实验电路板。该实验台原理及电路向师生开放,结构便于维修和维护,并具有良好的保护和警示功能。通用实验电路板则满足了拓展性电路实验教学和个性化学习的需要。为推进自主研究型实验教学,还开发了虚拟实验装置以及有别常规实验方法的综合探究性实验装置。

图2 电工综合实验平台图3 学生实验场景

    3.基于CPLD(FPGA)的数字系统实验接口电路板    该电路板既可基于数字电路实验课程进行数字系统的设计和制作,也可用于模拟数字电路相结合的综合实验以及电子系统设计和创新实践。如,数字电路实验课中,用功能可拓展的多功能数字钟设计,替代了以往的单元电路实验,由此形成新的实验教学方法和考核方法。基于该实验平台,同学们可尝试模数电相结合的电子系统设计的多种选题,进一步拓展其创新和实践动手能力,有助于提高教学质量。

    本刊:设备使用率低是高校实验室管理工作中普遍面临的难题,贵中心在维护和保障现有设备正常中普遍运行,为教学和科研服务方面采取了哪些措施?    答:为提高设备使用率,中心实验室按功能设置而不是按课程设置,并力求按照电路、模拟电路和数字电路的基本要求配置通用的仪器设备。此外,各实验室资源共享,中心统一安排和调度各实验室的实验教学任务和仪器设备。    功能实验室以及相应仪器设备的管理、维护和维修实行岗位责任制,由专职实验技术人员负责,并通过岗位评聘要求实验室管理人员承担实验教学,参加实验课程组教学研究活动,为提高实践教学资源的使用效率提供了物质基础和质量保证。    中心基于网络信息化的实验教学管理、实验设备管理和实验室管理系统,为基本实验教学的规范化管理和以人为本的开放式教学管理提供了技术保障。同时,借助交互式资料管理FTP和课程网站展开虚拟实验教学。另外,基于Internet的工科电类综合实验提供了真实物理系统的远程实验,这些实验模式或手段进一步突破了传统实验室的时、空以及资源限制。所有实验室采取预约制,向研究生、课外兴趣小组、学生科技社团以及各类创新实践活动开放,也满足了接待成人教育和外校的实验需求。

    本刊:浙江大学电工电子实验教学中心取得了丰硕的建设成果,其中很多成果值得推广与借鉴,您介绍一下贵中心近期取得的较为突出的建设成果吗?    答:浙江大学电工电子实验教学中心自2007年被批准为国家级实验教学示范中心建设单位以来,持续不断地进行实验平台、实验教学体系、实验课程体系、实验教学内容和方法的改革探索,作为参与单位于2009年获得国家级教学成果一等奖1项;2008年获得省级教学成果一等奖1项。国家级质量工程项目4项(国家级人才培养模式创新实验区1项,国家级精品课程2门,国家级网络精品课程1门);省级精品课程2门。2010年,中心所在电类基础课程教学团队入选国家高等学校优秀教学团队。实验中心2人获得浙江省高等学校教学名师奖,1人获得教育部宝钢教育基金优秀教师奖,2人获得省级个人奖励。出版国家级十一五规划教材12本,其他教材6本。省级教学改革立项3项。发表教学研究论文30余篇。省级以上大学生科研创新实践项目6项。学生获得省级以上创新实践奖励近20项。举办了全国理论电工年会、电气电子基础教学课程论坛,电气工程教育论坛、浙闽赣地区高校电子技术课程教学研讨会等。    具有特色的建设成果为:    (1)构建了自主创新人才培养的教学体系,体现了“基于系统、问题导引、多重交互”的特点。通过新实验项目的补充、实验教学方法与手段的更新,促进了课程间的整合与优化,突破电类基础课程之间的界限,以工程和系统的观念,用科学的方法构建完整且精炼的知识体系。按照“做中学、学中思、思必行”的原则组织理论和实验教学活动,使基础课程教学不脱离工程应用背景,达到了提高动手能力的目的。    (2)开发了满足研究性、开放式综合实验教学需求的研究拓展型实验项目;基于课程的模块化实验项目;基于复杂应用系统的模块化开放式综合实验项目,研制了配套的教学器材和设备。对于激发学生学习兴趣、增进自主学习、培养自由探索能力收到了良好的成效。    (3)开发了多种功能的综合实验平台,从而形成具有复杂应用背景、可视化实验效果、基于电子系统设计的基础实验教学新模式。    中心结合课程教学在低年级展开的创新实践特色鲜明,并通过2010年举办的浙江省第一届大学生电工电子创新实验暑期培训班在省内十多所高等院校产生良好的示范作用。