一、“虚实结合”的开放式递进型实验教学模式
针对上述问题，在教学中引入EDA技术是必然趋势。[2]为此，提出建立和应用基于EDA技术的“虚拟实验室”互动平台，把“虚拟实验室”作为传统实验的一个有益的补充和完善。“虚拟实验室”的概念最早是由美国维吉尼亚大学的WilliamWulf教授提出的，即利用互联网技术将所提供的虚拟仪器、实验题目以及内容放入网站上，远程用户只需利用网络浏览器，而不需要其他的特殊软件，就可以登录到远程实验室的网络教学服务器上。[3]相对于传统的实物实验，“虚拟实验室”主要具有以下三大特点：一是开放性。真正实现实验室的全方位开放，即实验内容开放（学生可选择）、时间开放、空间开放。另外，学生也并不需要来实验室做实验，自己可以随时在宿舍电脑上进行，可预约时间向教师咨询。二是资源共享和辐射示范性。“虚拟实验室”对全社会的开放可以加强电气工程基础课程实验中心的辐射示范作用，推动学校远程教育的发展。三是高效性。在实验形式、内容上融入先进的EDA技术，建立一个有生机的、有活力的、可持续发展的、新的实验教学模式。既注重学生的基础训练，又注重电子系统的设计与实践，可以有效提高电气工程专业基础课程的实验教学效果。但是由于“虚拟实验室”本质上不可能替代实物实验，只能作为一种补充和完善。[4]因此，在实验教学中应充分利用“虚拟实验室”和真实实验的优势研究“以虚为辅、以实为主、虚实结合、优势互补”的开放式递进型实验教学模式。
具体包括以下三个方面的内容：1.建立开放式的“虚拟实验室”互动平台，提升教学效率面对目前在校学生人数多、资源少、掌握新技术的成本高、经费少的矛盾，利用基于互联网的强大的通信功能建立一个网上“虚拟实验室”，实现电气工程基础课程实验中心在时间和空间上的拓展，提高实验教学效果。首先，教师在讲授模电、数电等专业基础课时向学生介绍EDA等相关仿真软件，并且通过较多实例的仿真讲解，调动学生的学习兴趣，使学生对该课有更深入地理解和应用。然后，要求学生课后通过该“虚拟实验室”平台下载相关软件及实验教程等内容，这样学生就可以在自己的计算机上完成相关的虚拟实验内容，并可通过实验报告在线提交、师生互动等环节实现与教师的网上交流，解决在虚拟实验中可能碰到的棘手问题。同时，也能间接培养学生利用充裕的课后时间独立思考的习惯。2.探索递进型的实验教学模式，“虚实结合”培养学生的工程实践能力根据电气工程专业的培养目标和要求，通过整合教学内容、优化资源配置、改进教学方法、加强教学管理、提高队伍素质等方法，探索递进型的实验教学模式，即将实验内容分成“验证实验—综合设计实验—创新实验”三个层次。[5]其中，验证实验作为必做的基础性实验，以满足各门课程实验教学的需要。综合设计实验为选做实验，为后续的课程设计和毕业设计提供一个平台。创新实验采用项目形式，由学生独立设计实验目的和方案，实验研究某一专题问题。在教学方法上改变以往“教师猛灌”的思路，采取启发式教学培养学生的动手能力和创新意识。其中，验证实验以教师为技术指导，综合设计以及创新实验采取以学生为主、教师为辅的教学方法，要求学生每周都要与指导教师会谈。在保证安全和正确性的前提下，实验方案、操作、实验结果分析等都由学生全权负责，独立做出决断。另外，为了增强和培养学生的学习兴趣及动力，考核上采用更加灵活的方式，比如独立计算学分等措施。同时，确立虚拟实验在基础教学中的辅助地位，充分发挥其长处，多开综合设计实验，精选实物实验内容，引导学生从虚拟走向现实，理顺虚实关系，提高工程实践能力。3.引入团队理念和科研项目，广泛开展电子设计竞赛，培养学生的创新能力队伍建设是确保基础实验教学的前提和条件，包括指导教师团队和学生团队两大部分。针对前者，主要是创建一支相对稳定、结构合理、具有丰富教学经验和实践经验的教师梯队。目前，安徽大学电气工程基础课程实验中心成员均具有相关课程的丰富教学经验，熟悉课程及实验内容，能够保证实验的顺利进行。同时具有比较前沿的科研经历，可以更好的在试验中指导学生去探讨这门学科的应用前景，引发学生的科研兴趣。由于成员所承担的实验课程涵盖了电气学院各本科专业的全部专业基础课程，一方面方便指导学生根据所学专业知识的课程设置，在实验内容上进行不同课程之间的知识串联，另一方面能够引导学生进行跨学科、跨专业的实验尝试。另外，从2013年起安徽大学所有青年教师必须到工厂企业挂职锻炼学习，这无疑也强化了队伍建设。对于后者，考虑选择一批对相关实验课题感兴趣的学生，充分发挥各自的长处，如动手能力、编程能力、论文撰写等，彼此协作。同时，由浅入深地将教师的科研内容和科研成果、工程实际问题等引入到基础课程的实验教学中，增强学生的实际应用能力，提高教学效果。适时引入创新性实验项目，让学生及时了解实验新技术的发展，注重培养学生掌握新实验技术的能力。充分利用“虚拟实验室”进行仿真设计与方案论证，然后在教师的指导下在传统实验室进行电路实现，真正做到“做中学”、“按需教”、“做工程”、“学得会”。在此基础上，积极组织学生参加全国电子技术大赛、“挑战杯”大赛以及“飞思卡尔”杯智能汽车等比赛，进一步锻炼学生的创新能力。另外，安徽大学每年都会给予一定的资金支持，以“大学生科研训练计划项目”为载体，培养学生的创新能力。
二、实验教学实践
安徽大学电气工程基础课程实验中心按照80台套的实验规模建设，于2011年初建成。中心的实验箱均采用模块化、通用性结构，只需通过模块的插拔即可进行“模拟电子技术”、“数字电子技术”、“单片机”、“微机原理”、“FPGA”等基础课程的实验和课程设计。基于上述设备资源，安徽大学电气工程与自动化学院突破传统实验教学内容的约束，积极推行实验中心的全面开放，融入电工电子最新发展成果，探索“虚实结合”开放式递进型实验教学模式，并在2009级、2010级学生中进行教学实践，取得了较好的效果。笔者指导的安徽大学电气一队在安徽省2012年“炜煌杯”大学生单片机应用技能比赛中获得了二等奖。教研组精心组织了直流稳压电源、函数信号发生器、水温控制系统、微小信号测量系统、抢答器、频率计、电子密码锁、数字钟、交通灯控制器、电梯控制器、步进电机控制器等实验内容。同时对指导教师进行分工，实行题目负责制。要求指导教师根据实验内容进行模块化细分，并要求用分立元件（模电、数电基本内容）、FPGA、单片机、专用芯片等不同方案进行内容组织，实践“基于项目”的递进型实验教学。[6]在整个实验教学过程中，学生可以任意选择一个项目进行实验。例如，学生选择步进电机项目。在模电、数电基础实验阶段用分立元件分别进行正转、反转、调速、速度计数等基础性实验；在课程设计阶段，采用分立元件进行步进电机的闭环控制实验；在单片机实验阶段，可以选用单片机进行以上内容的实验；在FPGA阶段，则选用可编程逻辑器件再次实验。上述内容自由发挥，不拘形式。这样经过以上几个综合性设计实验，学生会对步进电机的性能、控制手段等有相当的理解。到毕业设计阶段，指导教师再给出一个关于步进电机伺服驱动的毕业设计题目，将使学生具备步进电机相关的丰富知识。另外，在基础实验和综合设计实验完成后开展一次中期考核。考核达到一定水准的学生，还可以组队参加科研创新项目及其他形式的电子设计竞赛。这样一个循序渐进、螺旋上升的递进型积累过程，将有利于调动学生的实验积极性，而不是传统的为实验成绩而实验的模式，如图1所示。同时，在实验项目的实践教学中，分层次地让学生掌握不同类型的EDA工具软件，比如Multisim、Proteus、QuartusⅡ等，充分利用网络优势在“虚拟实验室”中设置上述实验内容，让学生逐渐掌握软、硬件相结合的分析问题与解决问题的方法，实现递进型实验教学真正意义上的“虚实结合”模式，如图2所示。
三、结束语
实践证明，在安徽大学现有教育资源状况下，采取基于“虚实结合”的开放式递进型实验教学模式的改革思路，不仅可以弥补实验室硬件更新慢等问题，而且可以实现理论教学和实践教学的有机融合，从而保证安徽大学“卓越工程师教育培养计划”目标得以顺利实现。同时，对于其他专业实验室的建设，也具有一定的财务管理论文借鉴价值和示范作用。
作者：过希文 李国丽 陈权 胡存刚 钱喆 张倩 周睿
相关专题：贺州学院学报 中小企业财务管理论文
