【导读】示范中心是一个复杂系统，示范中心建设是一项系统工程。要规划好、用好各种要素并处理好相互关系，使中心整体发挥出最大的效益。要准确定位，中心是培养学生创新实践能力的主战场，是学校整个教学、科研体系的一个子系统。中心是一个开放的、动态发展的系统，不是孤立的、不变的，要勇于创新、进取，不能故步自封、停滞不前。中心建设是一个长期的过程，既不能无所事事、碌碌无为，也不能奢求一步到位。要采取“科学定位、系统规划、逐次推进、不断完善”的思路，不断推进实验室建设，不断更新实验内容、改革实验教学方法与手段，不断提高实验教学质量。
山东科技大学电工电子实验教学中心(以下简称中心)于2002年正式组建，前身为成立于1958年的山东矿业学院矿电实验室。先后被评为省级双基一类实验室、省级高等学校基础课实验教学示范中心、中央与地方共建高校实验室、省级普通高等学校实验教学示范中心。2007年被批准为国家级实验教学示范中心建设单位，2012年通过验收。中心下设18个实验室和2个实验基地，设备资产总额1 900余万元，面积3 660余平方米，仪器设备4 300余台套。现有教师69人，其中专职教师45人(博士22人，高级职称32人)。面向全校9个学院、42个专业开设20门理论课程、19门实验课程，实验项目255项。每年接纳5 300多名学生完成计划内实验人时数28万，指导学生科技创新活动和其他实践教学任务21万人机时。
创新实验教学理念，确立中心建设思路
山东科技大学是一所工学、理学、管理学、文学、法学、经济学、教育学等多学科相互渗透、协调发展的省属重点大学，工科优势突出，具有鲜明的煤矿行业特色，是山东省重点建设的5所应用基础型人才培养特色名校之一。学校历来重视实践教学，长期以来“吃苦耐劳、动手能力强”是用人单位对该校毕业生的一致评价。
中心2007年被批准为国家级实验教学示范中心建设单位。在建设过程中，中心系统地梳理了建设的方方面面，形成了“以培养学生工程实践能力和创新精神为目标，以高水平学科平台为依托，夯实基础，强化综合，倡导创新”的实验教学理念，注重“知识、实践、创新”的有机统一，实行理论教学与实验教学一体化，从根本上改变轻实验、重理论的传统教学观念。采取“科学定位、系统规划、逐次推进、不断完善”的建设思路，通过学校投资、教改项目立项、社会捐赠、自制仪器设备等方式不断推进实验室建设，把创新实践能力培养贯穿于实验教学各个环节，不断更新实验内容、改革实验教学方法与手段，提高实验教学质量。
积极研发实验教学仪器，解决教学难题
中心非常重视现有设备的维护和保养，提高设备使用率，使之最大限度地服务于教学及科研：(1)常态化、制度化管理。每学期末各实验室统一上报需要维修的设备清单，由中心统一联系厂家维修。对于小的故障，由实验室管理员或任课教师实时维护，所需耗材从中心运行经费中随时解决。(2)鼓励任课教师自制教学仪器。自制教学仪器的一大优势是便于维护，保证设备有较高的完好率和利用率。(3)建立实验教学信息管理系统，通过自动化、信息化管理提高设备管理水平。
为解决购置设备不能满足教学需求的难题，中心鼓励教师、学生积极参加教学仪器的改进和研制工作。近年来投入30万元用于教学仪器研制，开发了虚拟信号分析仪、DSP实验系统、模拟电子实验系统、数字电子实验系统、EDA实验系统、单片机实验系统等500多套实验仪器，其中虚拟信号分析仪获2010年全国高等学校电子技术研究会实验教学成果二等奖。本文推荐2种自制实验教学仪器。
(1)高性价比的便携虚拟信号分析仪
仪器设备是示范中心建设中的关键问题之一。目前我国高等学校电工电子类基础实验室中，所配置基础仪器通常是函数信号发生器、双路示波器、双路直流电源等。层次高一点的实验室虽然配备了少数频谱分析仪、数字存储示波器、任意波形信号发生器，但是由于台套数太少，大部分学生没有机会熟悉使用这些高端仪器。
针对这种情况，中心开发了一种具有很高性价比的便携虚拟信号分析仪。该仪器集信号源、示波器、记录仪、频谱分析仪、时频分析等多种功能于一体，成本低廉，体积小，重量轻。具有独立知识产权，硬件部分自行设计、制作，核心软件采用C#语言自行开发，拥有源代码，便于不断开发完善。
该仪器已在学校电子技术、DSP技术等课程实验以及学生科技创新活动中获得推广应用，对于提高实验教学水平起到了重要作用。图1a为虚拟信号分析仪电路板。图1b为PLAB仪器工具箱(PLAB意为个人实验室，即Personal Laboratory)，包括虚拟信号分析仪、万用表、常用工具等。由于大部分学生拥有笔记本电脑，再加上一套这样的仪器工具箱就相当于拥有一个便于携带的小型个人电子实验室，在校园任何一个角落都可以开展实验活动。
a 虚拟信号分析仪电路板 b PLAB个人仪器工具箱
图1 虚拟信号分析仪
(2)C55x DSP实验教学系统
数字信号处理器(DSP)具有强大的数据处理能力、丰富的片上资源和灵活的对外接口，在电子信息、通信、计算机、仪器设备、自动控制、医学、消费类电子、军事等领域获得越来越广泛的应用。因此，DSP技术已成为高校电气信息类学生必须掌握的一门重要技术，国内越来越多的高校陆续开设了DSP类课程。
中心教师选用TI公司的C5000系列C55x芯片为核心开发了一套功能强大的DSP实验教学系统(如图2所示)。考虑到DSP区别于其他各种嵌入式处理器的突出特点是具有高速实时信号处理能力，因此在主系统板设计中设置了4路高分辨率的模数转换器(ADC)和数模转换器(DAC)，并配置了相应的4路模拟信号输入输出通道，以强化系统的信号采集和处理能力。同时为该系统配备了自制虚拟信号分析仪，为系统提供丰富的各种测试信号，对系统输出信号进行波形记录、频谱分析和时频分析。
图2 C55x DSP实验系统
另外，系统所配置的关键设备XDS100仿真器也由中心教师自行开发。中心是国内最早推出XDS100仿真器的单位之一，最早将该型仿真器进行开源，为国内DSP技术爱好者自制该型仿真器提供技术支持。
理论教学与实验教学一体化，培养高素质教师队伍
无论是实验室建设还是实验教学，教师队伍培养是关键，中心将其列为工作重点之一：
(1)实行理论教学与实验教学一体化。中心不但承担实验教学和实验室建设任务，同时还承担相应理论课程的教学和课程建设任务。要求教师必须参与实验教学和实验室建设工作，符合教师条件的实验人员可兼理论课，工作量计算与理论课教师相同;对教师进行实验教学研究给予经费支持，并实行奖励措施。
(2)中心建设与学科建设紧密融合。中心教师不但从事实验教学、理论教学工作，同时也参加科研和学科建设工作。吸引并稳定一大批优秀人才从事实验教学工作，不断把先进的科研成果转化为实验教学成果，使实验教学始终保持高、新水平。
(3)重视青年教师培养。对新进青年教师进行岗前规范化培训;安排教学经验丰富的老教师对青年教师进行传帮带;引导青年教师积极参加教学研究和教学改革实践;鼓励并指导青年教师参加学校讲课比赛;鼓励资助青年教师参与指导学生学科竞赛活动;资助教师参加国内外学术会议和发表高水平学术论文。
(4)重视学术交流和对外交往。除了积极主办、承办高层次学术会议之外，还派遣骨干教师赴美国、英国、德国的知名大学访问，邀请国内外知名专家来访。
突出创新特色，收获建设成果
中心在建设过程中呈现出三大特色：(1)形成了集“研究性、自主性、开放性”于一体的层次化创新性实验教学模式，使创新活动及早开展并连贯化，由原来面向少数学生的精英教育变为面向大部分学生的大众教育。(2)自制教学仪器层次高、批量大、应用效果好。(3)中心建设与学科建设紧密融合，吸引和稳定优秀人才从事实验教学工作。
在创新性实验方面中心做了以下工作。
(1)中心提出集“研究性、自主性、开放性”于一体的电工电子创新性实验教学理念。创新性实验必须具备3个基本属性，①研究性：具体实现方法多样性，得到的实验结果具有多样性，学生只要独立完成，出现雷同结果的概率极小;②自主性：学生根据总体题目要求，自拟具体的实验题目，自主提出实验方案、完成实验和实验报告，指导教师的任务主要是管理和提供基础支持;③开放性：通过实验室开放活动完成，指导教师要确保阶段性检查督促和对最终结果把关。
(2)开发了模拟电子、数字电子、EDA、DSP、单片机、虚拟信号分析仪等10种、500多台套新技术含量高、模块化的实验教学设备，学生可以方便地进行模块组合完成多样化的创新实验。
(3)分基础→新技术→综合三个层次开展创新性实验项目建设。其中，结合电路、模电、数电、单片机、EDA、电机与电力拖动、电力电子技术、高频电子线路、信号与系统、数字信号处理等电工电子类专业基础课程建设了32个基础类创新性实验项目;结合DSP、PLC、PSOC、高端微控制器技术(ARM和MSP430等)、新型电子器件、传感器、图像处理、语音处理等新技术课程建设了30个新技术类创新性实验项目;结合学校科研特色，建设了12个综合类创新性实验项目。
(4)开设创新学分和创新性实验课程。创新性实验为选修课，在4至6学期每学期安排1次课。学生完成一个创新性实验可获得1创新学分。将创新性实验教学分为3个层次进行。第一为基础层，主要覆盖电路、模拟电子、数字电子、单片机、EDA、电机与电力拖动、电力电子技术、高频电子线路、数字信号处理等专业基础类课程。第二为新技术应用层，主要覆盖DSP、PLC、PSOC、高端微控制器技术、新型电子器件、传感器、图像处理、语音处理等新技术课程。第三为综合创新层。综合运用所学知识、技术，结合学校科研优势，面向实际问题提出新课题。通过3个层次的创新性实验教学活动，使学生在专业基础课学习阶段就参与创新活动。创新活动由浅入深，最终达到较高的水平。
获批国家级双语教学示范课程、国家级精品课程、国家级教学团队、国家级人才培养模式创新实验区各1个，获国家教学成果二等奖1项，省级教学成果一等奖1项，全国行业协会教学成果二等奖以上6项。出版教材21部，其中实验教材6部。发表教学论文50余篇。学生在科技创新竞赛活动中获得全国三等奖以上17项，省级二等奖以上67项。学生获得专利47项，其中发明专利3项。
承办国际学术会议7次、省机器人大赛2次、省级学术会议5次;面向煤炭行业培训2 800人次;接受兄弟院校、当地中小学师生参观1 700余人次;对兄弟实验中心做工作指导8次;赴国外知名高校进行实验室考察4人次，到兄弟实验中心进行交流160余人次，参加国内教学会议120余人次。
赵洪亮，博士，教授。现任山东科技大学电工电子实验教学中心主任，全国高等学校电子技术研究会常务理事。主要研究领域为信号与信息处理、检测监控技术及系统。先后承担7项省部级以上项目，其中国家自然科学基金1项，总装预研项目3项，山东省科委项目2项，煤炭科学基金1项。另外承担了煤矿生产安全综合监控系统、煤矿井下风水管路监控系统、太阳能路灯控制器、杏大棚环境参数综合检测仪等多项横向科研项目，开发了指向性声源、有源抗噪声耳罩、电子显示屏、虚拟信号分析仪等多项产品。发表论文30余篇，主编教材2部、参编教材2部。获得国家级教学成果二等奖1项，山东省高等学校教育教学成果一等奖1项，山东省科学技术进步二等奖、三等奖各1项，全国煤炭高等教育优秀教材二等奖、全国高等学校电子技术研究会实验教学成果展示会二等奖各1项，泰安市第四届青年科技奖1项。被评为青岛经济技术开发区先进工作者。获得山东科技大学教学成果特等奖、一等奖各1项，二等奖2项。其他校级奖励多项：师德标兵、青年教师教学优秀奖、教学改革优秀奖、教学改革管理奖、优秀班主任、“三育人”先进个人、大学生科技活动“优秀指导教师”等，被学生评为“我心目中的好老师”“难忘恩师”等。 （《中国现代教育装备》记者 安健）
