东南大学电工电子实验中心
发布时间: 2012-08-30 浏览次数: 3388

国家级实验教学示范中心

电工电子实验中心 

中心概况

    东南大学电工电子实验中心,依托国家工科电工电子基础课程教学基地,依靠校内各相关学科的支持,在世行贷款高等教育发展项目电工电子实验中心建设和国家985”振兴行动计划的有力资助下,以教育思想和教学观念的转变为先导,确立不断深化实验教学改革,培养学生的终生学习观、工程素养和创新实践能力,全面推进素质教育的目标;促进实验中心教师与理论课教师和学科的交流与融合,不断提高师资水平,以加强实验教学与理论教学的互动和互补为宗旨,改革电工电子实验教学体系与教学内容;以构建开放式创新实践环境为核心,加强综合性实验室仪器设备的数字化、信息化建设和网络化教学资源建设,努力改善实验教学条件;以开放式自主实验教学模式的实施为核心,重点建设健全实验教学综合管理体系。提高教学管理水平,充分提高教学资源的使用效率,力图为培养优秀创新实践人才营造良好的综合实践环境。

    实验中心现有建筑面积8000多平方米,建有综合性教学实验室24个;学生课外创新实验室7个;多媒体教室、预备实验室、演示实验室、教师实验室5个,另有仪器设备库房、设备维修室、监控室等教学辅助用房1000多平方米,会议室、教师办公室等办公用房500多平方米。

    实验中心为全校14个学科与专业方向的4100多名学生提供电工电子基础课程、电子信息专业基础课、课程设计等实验教学服务,开设应用型技术类公共选修课,年计划内实验教学工作量约45多万人时。同时为学生课外实践和创新活动提供实践环境、管理和指导,每年举办各种类型的学生课外实践、科研训练和学科竞赛活动,每年参加人次约1500左右。

运行机制

    东南大学电工电子实验中心是整合集成了全校电工电子基础课程和部分专业课程相关实验教学资源而建立的,行政管理上独立于各院系,向全校各院系提供连贯、综合、多样性的电类基础课、专业基础课的实验教学和学生课外科技创新实践服务。实验中心的成立,使原本分散于各院系的设备、人力等教学资源得到有机的整合,建设形成了电工电子优质实验教学资源,学校投资的效益得到充分发挥。

    为了加强实验教学与理论课程教学以及学科的联系纽带,相互推动促进,实验中心建立伊始,即成立了由各电类院系教学主任和学校大电工平台课程负责人组成的学术委员会,指导实验中心的建设规划,指导实验教学体系、实验室和实验项目的建设。实验中心根据各院系教学以及社会对学生工程训练和创新能力培养的要求,建设形成了分层次、模块化的电工电子实验教学体系,依托各相关学科,以教授为核心力量建设了一批不同层面的综合性实验室。

    实验中心的教学形式有以下几种模式:

    1)开设具有独立学分的实验课程,由中心教师承担教学和实验指导;

    2)承担理论课程的实验,由理论课教师讲课,中心教师指导实验;

    3)部分专业课程的实验由院系教师指导实验,实验中心承担管理和设备维护工作;

    4)开设面向全校的现代应用技术类公共选修课。

建设目标

    东南大学电工电子实验中心的建设目标是,以开放式自主实验为主要教学形式,以课内外相结合的、分层次、模块化的电工电子实验教学体系为基础,以高素质实验教学队伍为核心,以优良实验硬件条件和优质网络教学资源为支撑,以高效的网络化教学管理和质量监控体系为保障,提高优质教学资源的效益,构建一个能为全校提供实验教学服务、培养优秀创新人才的综合实践平台。

师资队伍

    实验中心的核心任务是实验教学与改革,经过多年的建设,形成了一支由学术带头人和高水平教授负责、教学思想先进、热爱实验教学、核心骨干稳定、知识结构合理、教学科研能力强、教学水平高、服务意识坚定、实践经验丰富、熟悉实验技术、勇于创新、团结一致、同心协力、专心致志于实验教学与改革的新型教学团队。

实验中心现有专职实验教师32人,承担实验中心的日常实验教学、教学改革和学生课外创新指导工作,其中教授2人,副高级职称6人,中级职称9人,初级职称9人;实验技术人员4人,从事实验室管理、实验仪器设备维护工作;行政人员2人,负责实验中心的行政、人事、财务等工作。

建设内容

    改革电工电子实验教学体系和教学内容,精心设计并建设实验教学体系,以精选的实验项目和课外创新活动为载体,以电子技术、计算机和网络技术、EDA技术为主要工具,提高实验教学水平,传授实验基础知识、基本方法和基本技能,着重培养学生的实践能力和工程素养,为不同专业、不同学科的学生提供多样化的实验教学服务。

    加强实验室的综合化、数字化和网络化建设;向学生提供开放式自主实践教学服务,引导学生自主获取知识,运用所学知识解决实验中的问题;建立高效的运行管理机制,全面提高实验教学水平、教学管理和仪器设备管理水平,提高教学资源的使用效率。          

培养目标

    围绕着开放式自主实验教学模式的实施和完善,营造一个全面、开放、综合的实验教学环境,传授实验基础知识、基本方法和基本技能;提高学生的知识综合应用能力、系统设计能力、工程实践能力和创新能力;培养学生的独立思考、信息查询、观察判断、归纳分析、组织管理、演讲写作、交际沟通、团队合作、社会活动等综合素质;努力使学生在知识、能力和素质三方面协调发展。

教学体系

    针对服务众多学科专业、实验课程种类繁多的现状,从学科专业实践教学和工程训练需求出发,构建了包含实验教学、工程训练、课程设计和课外科研实践活动在内,覆盖各学科电类基础课和专业基础课,形式多样、课内外相结合、多层次、模块化的电工电子实验教学体系,为全校学生提供菜单式的实验教学服务。

    教学体系共分5个层次,每个层次包含多个模块,每个教学模块中都包含基础型(演示、验证型)、综合设计型和研究创新型等一系列不同类型的实验项目。

    第一层次含电工电子实践基本知识、工程技能训练,教学模块中以基础型实验为主要教学内容。采取实验室现场教学和实践的形式,传授实验基础知识,进行基本方法和技能的训练。

    第二层次含电工电子基础课程实验教学内容,其中演示和验证型实验约占20%,设计型实验占50%,综合型实验占30%,主要采取开放式教学模式。

    第三层次是课程设计,由学生在规定范围内自主选题,在实验室自主完成。设计课题中,设计、综合性内容占80%以上,留有20%左右的空间供学生进行研究和自主创新发挥。

    第四层次是专业基础课程类实验,实验室和教学资源向学生全面开放。教学模式由任课教师选择;教学内容中,基础型实验占10%,综合设计型实验占70%,其余为研究创新型实验。每个教学模块都以综合、设计、研究创造相结合的大型实验项目作为总结。

    第五层次是对前面4个层次教学的总结和提高,学生综合运用前面各教学模块所学到的专业知识和工程技能,面对较大规模的电子系统,经过需求分析、资料查询、方案论证、设计搭试、调试测试、分析总结等过程,在开放式的综合实验系统上完成课题。

    实验中心同时也是学生进行课外科技创新、自主研学的基地。中心每年举办针对不同年级学生、形式多样的创新和科学实践活动,开展学生创意竞赛、学生创新成果展示、学生自选实验、实验设计竞赛、学生兴趣实验、学生科研训练项目、设计方案演讲、学生科研实践、电子设计竞赛等活动,因材施教、发现和培养优秀人才。

教学模式

    应用计算机、多媒体课件和网络资源等多种教学辅助手段,以演示、虚拟和搭试等多种实验形式,针对不同层面的学生采用多种形式,构建以开放式自主实验为主的多元化教学模式,培养学生在知识综合应用、系统设计、工程实践和创新实践等多方面能力。

   1)对刚进实验室的学生,采取教师现场授课和指导实验的模式,以便学生理解教学内容和要求、熟悉了解仪器设备,迅速引导学生入门,也便于教师了解学生的学习状况。

   2)学生掌握了实验的基础知识后,进行开放式自主实验,引导、培养学生自己获取知识的能力,让学生充分发挥主观能动性和创造性,同时建立严格的质量监控保证体系和考核制度,确保学生的学习效果。

   3)在课程设计、综合系统设计和课外创新活动中,引导学生发挥个性,自主选题,自行制定实验的功能和性能指标,分析、设计、实现,制定测试和演示方案,教师仅仅进行引导。培养学生的知识应用能力、信息获取及选择能力、动手实践能力、创新能力。通过实验设计竞赛、综合电子系统设计、科研训练项目、电子设计竞赛等学生科学实践和训练活动,着重培养学生团队合作精神和科学研究、写作演讲、交际沟通能力。

 中心特色

1) 建立了独立的实验教学体制

    在国内高校中首创独立于院系的实验教学机构,有利于实验教学资源的整合和共享,在教学资金紧缺的情况下避免重复投资,最大限度地发挥教学资源的效益;有利于实验教学队伍形成、稳定和水平的提高;有利于调动和发挥教师的积极性和主观能动性,投身于实践教学与改革;有利于教学内容、教学方法、管理体制的改革以及教学环境和教材建设工作的组织和实施;同时又建立了与理论教学和学科发展密切联系的机制。

2) 推行和深化开放式自主实践教学模式

    在国内首先试行开放式自主实验教学模式,为学生提供了充分的自主学习和实践的软硬件条件,在建立适应开放教学模式的教学质量保障体系,确保开放式实验教学的成效的基础上,将开放的内涵从实验时间实验空间拓展到实验内容教学管理考核评价实验指导实验室与设备管理等方面,实现了真正意义上的开放式教学,使学生逐渐摆脱对老师的依赖心理,养成自主发现、解决问题的习惯。开放教学受到学生的广泛欢迎,得到同行的高度评价,同时也极大地提高了实验教学资源的使用效益。

3) 建立多层次模块化实验教学体系

    针对服务学科专业和电类课程繁多的现状,依托学科的支持,从学科专业实践教学和工程训练需求出发,建立包含实验教学、工程训练、课程设计和课外科研实践活动在内,覆盖各学科电类基础课和专业基础课的多层次开放式模块化实践教学体系,教学模块可以不断增添,实验项目可以随技术的发展不断更新。面向全校,提供菜单式实践教学服务,各院系可以根据学科专业的需要,在各层次教学模块中选择实验项目,构成适合于不同学科、专业的实验课程和实践教学计划,成为具有学科专业特色的实践教学套餐。

4)构建软硬件相结合的实践环境

   在加强实验室硬件设备建设的同时,更重视软件教学资源的建设和实验室的综合化建设,从培养创新型、复合型、研究型和工程型人才的需要出发,建成了一系列不同层面跨课程、跨二级学科的综合性实验室。在实验中心的网络平台上建立了以实验教材、多媒体网络课件、电子教案、教学案例、仪器使用手册、元器件数据手册、设计应用资料、生产工艺、师生交互平台为主要形式的立体化教学资源,也使得实验室的实验效率得到大幅度的提高。

5) 进行全面的网络化实践教学管理

   建立了基于校园网、涵盖实验中心综合信息发布、教学资源管理、教学体系管理、课程体系管理、学生实验门户、实验过程管理、学生成绩管理、学生实验考核、仪器设备管理、系统安全管理、教师教学考核等方面工作的实验教学综合管理系统,为提高实验教学管理水平,充分发挥实验教学资源效益和保障开放式自主实验教学质量提供了保证,并在国内高校中起到了辐射和示范作用。

中心成果

    东南大学电工电子实验中心近年来在实验教学和改革方面取得主要教学成果如下:

  • 电工电子实验中心在2005年首批入选国家级电子实验教学示范中心
  • 国家工科电工电子基础课程教学基地在2004年以优秀成绩通过教育部验收
  • 营造培养电子信息类优秀创新人才的综合实践环境2005年获国家教学成果二等奖
  • 国家工科电工电子基础课程教学基地的建设2005年获国家教学成果二等奖
  • 电气、电子信息类专业人才培养方案、教学内容和课程体系改革的研究与实践2001获国家级教学成果二等奖
  • “VISJ教育和EDA实践教学的研究2001年获江苏省教学成果一等奖
  • 突出知识融合与创新能力培养,构建机电类实践课程新体系2004年获江苏省教学成果二等奖
  • 电工电子实践课程于2004年入选国家精品课程;
  • 电工电子实践课程群2002年入选江苏省优秀课程群;
  • 在系统编程技术及其应用2001获教育部科学技术奖教材二等奖
  • 电工电子技术实践教材2006年入选普通高等教育十一五国家级规划教材;
  •  黄正瑾2003获江苏省高等学校教学名师奖
  •  胡仁杰2004年入选江苏省高校青蓝工程中青年学术带头人
  •  胡仁杰2006年获宝钢教育基金优秀教师特等奖
  •  黄正瑾2000年获宝钢教育基金优秀教师奖
  •  胡仁杰2005年入选东南大学教学名师培养对象
  •  黄正瑾、胡仁杰分别在20012004年获全国大学生电子设计竞赛优秀组织奖 

    东南大学电工电子实验中心培养的学生近年来取得的主要创新成果如下:

  •  20012005年间在全国大学生电子设计竞赛中获得全国一等奖9项,二等奖4项,夺得索尼杯一次
  •  20012005年间全国大学生挑战杯科技作品竞赛中获得特等奖3项,一等奖、三等奖各一项,夺得挑战杯一次

开放式自主实验教学

    2002年开始,东南大学电工电子实验中心在建立适应开放教学的教学质量保障体系,确保开放式实验教学成效的基础上,对电工电子实践课程中的电路实验数字逻辑设计实践电子电路实践教学模块采取以开放式自主学习和实践为主的多元化教学模式。将开放的内涵从实验时间实验空间拓展到实验内容教学管理考核评价实验指导实验室与设备管理等方面,每年开放式实验教学涉及学生达3000多人、25万人时数。学生可以在9002130的时间内自由地到实验室做相应的实验,在完成必做实验的前提下可以自由地选择实验内容。

    为保障开放实验教学质量,建立了一套完善的管理制度和制度执行的监督体系,制定了开放实验教师守则开放实验学生守则开放实验考核办法等教学管理制度。建立了由入门教育(传授基础知识、基本方法、基本技能)阶段交流(检查学习状况,解决共性问题)预习检查(了解学习态度)实验验收(检查实验能力)期中检查(全面了解学生学习状况)期末考试(全面考核实验能力)等环节构成的一整套开放教学质量监控保证体系。在实验室建造一个严格管理和引导相结合、能够对实验过程进行管理、监控、考核的实验管理系统,提高教学实践质量和教学效率,让学生在严格管理的环境下,逐渐养成学习自觉性,充分发挥学生的主观能动性和创造性。

    在实验教学考核中,通过有计划的抽查,考察学生的预习状况和对实验的了解程度;通过实验值班巡视和实验结果验收,考察学生的实验能力,分析和解决实验过程中所遇到问题的能力;通过批改实验报告,考察学生对实验过程、实验方法、实验分析的掌握程度;在期末实验现场考试中,考察学生在方案设计、设计仿真、电路搭试、调试实现、仪器设备使用、数据测试方法、数据处理、实验结果分析等方面的能力表现;在实验设计竞赛中考察学生在实验设计的完整性、规范性、创造性和创造中的熟练程度等多方面的能力,对学生进行综合的评价和考核。

网络化实验教学管理 

    实验教学建设已经逐步从单纯的实验室硬件环境建设向实验教学体系构建、开放式自主实验综合环境建设和实验教学质量保障体系建立等提高实验教学资源效率和效益的综合目标过渡。东南大学电工电子实验中心近年来不断探索,经过近两年的研究、建设、实施与完善,在电工电子实验中心建立了一个覆盖综合信息发布、教学资源管理、教学体系管理、实验课程管理、学生实验管理、实验过程管理、学生考核管理、学生课外实践项目管理、实验室与仪器设备管理、系统用户管理、系统安全管理、教师教学考核等方面,满足高等学校实验中心日常实验教学管理的需要的实验教学综合管理系统。

    实验教学综合管理系统以实验室硬件条件为基础,以软件设计为核心,围绕着以开放式自主实验为主要教学模式的实验教学全面管理,通过实验教学资源网站、学生实验门户网站、学生课外创新网站和实验教学管理系统这几个窗口,实现了对实验教学的全面管理。

    学生可以事先预约,也可以直接在实验派位终端上用校园卡或输入学号登录,系统根据实验内容分配实验座位,并通过电源控制适配器接通实验座位的电源。每个实验座位上配备了计算机、实验仪器和实验装置。学生在通过预习检查测试后就可以进行实验;实验中可以使用系统提供的教学资源,运用EDA软件进行实验设计、仿真、下载、测试,可以利用数据采集装置将实验数据、信号波形记录到电子化实验报告中。使用实验状态记录器,实验教师可以登录管理系统,查询学生信息、记录学生实验状况。

    实验教学综合管理系统成为实验中心日常工作不可缺少的运行和管理平台。系统中融入了东南大学电工电子实验中心几代人多年来在教学理念、教学模式、教学质量保障、教学管理、实验环境建设管理等多方面的成果、措施和经验,为开放型、综合性、信息化实验教学环境建设提出了较为完善的解决方案,系统具有以下特点:

  •  实现实验教学和学生实验过程的全面信息化管理;
  •  涵盖了传统教学模式和开放式教学模式;
  •  系统可兼容实验教学、理论教学和课外创新实践;
  •  用户可通过更换模板、调整结构、更新内容、设置参数等重构系统;
  •  教师可以承担管理系统重构和个性化建设工作,无需专业人员介入;
  •  运用角色配置方法实现灵活的系统安全管理;
  •  系统工作日志记录系统的所有操作,为管理工作留下详细的资料;
  •  提高了教学管理效率和教学资源的效益。

综合性实验室设备配置

    为了更好地服务实验教学,从培养创新型、复合型、研究型和工程型人才的需要出发,根据电子信息类学科、专业的要求,给学生搭建了一个自主发挥和施展才能的环境,构建一系列不同层面、具有不同针对性,多层次、跨课程、多功能的综合型实验室。每个实验组配备了计算机、网络、数字化实验仪器设备(如程控电源、数字存储示波器、DDS信号源、数字万用表和虚拟仪器)和综合性实验系统,实验资源丰富。每个实验室都可以开展基础型、综合设计型和研究创新型实验。学生能够综合应用所学知识、发挥想象力和创造力在实验室进行跨课程甚至跨二级学科系统设计、开展工程训练,有利于学生发挥主观想像力和创造力。

    随着计算机科学和电路集成技术的迅猛发展,电子系统日趋数字化、复杂化和大规模集成化,要求电子类专业学生实践内容由传统的基础功能模块设计转向对大规模复杂系统的应用和设计,加强对学生系统概念的培养。为了满足开放式自主实验的需求,给学生留出自主发挥、开展综合性实验和系统设计的空间,自1997年以来,实验中心教师一直坚持自行研发实验装置,目前实验中心配备的电子信息系列实验装置,提供了能够兼顾开展演示验证、设计综合和创新研究性实验的新一代教学平台,其中包括电子技术实验装置、计算机组成/ISP实验装置、微机系统与接口实验装置、及单片机/综合设计实验装置、DSP应用实验装置和模块化综合电子系统训练平台。这些实验系统的共同特点是:实验资源丰富且模块化、系统结构开放可重组、元器件工程化,扩展性强、保护充分。装置还具备自诊断、实验信息采集的功能,实验装置与计算机接口,可以检测和指示实验装置的故障点和排除方法,可以采集实验的关键数据信息,实现对实验过程的监控。

    模块化综合电子系统训练平台是根据电子信息领域课程实验教学对培养学生的知识运用、系统设计、工程实践和综合创新能力的需求而设计的。由处理器、人机交互接口、输入输出接口、信号处理、测控对象等5个系列数十种模块构成,每个系列有不同应用特点的多种模块,所有模块设置了统一的总线接口,系统的应用范围极为广泛。训练时根据需要,在系统中选择所需的功能模块插接在总线模板上,构建成为具有不同应用特点的用户系统。由于系统配置的灵活性和多样性,可以适应电子技术、在系统编程、单片机应用、微机接口、虚拟仪器、计算机测控、DSP应用和嵌入式系统等课程的综合设计型实验,可以应用于电子系统综合性课程设计、毕业设计,也可以作为课外创新实践和各种学科竞赛的训练平台,甚至也可以将系统中的部分模块应用于学科竞赛,将服务范围从课程实验、课程设计和毕业设计拓展到学生课外创新实践和学科竞赛,为学生提供一个综合训练的平台。