面向未來的新工科視域下電氣工程及其自動化專業(yè)實踐教學(xué)改革研究與實踐

劉 洋，張運波，鐘 菲，賀 琳

(長春工程學(xué)院電氣與信息工程學(xué)院，吉林 長春 130012)

0 引言

與傳統(tǒng)工科人才不同，新工科人才是指具有較強的工程實踐能力、創(chuàng)新創(chuàng)造能力和具備國際視野的復(fù)合型人才。新經(jīng)濟的發(fā)展為新工科的發(fā)展提供了機遇。新工科是在工程教育改革背景下產(chǎn)生的新產(chǎn)物，工程綜合實踐能力的培養(yǎng)是工程教育的最終目的，因此培養(yǎng)新工科人才的實踐教學(xué)體系的改革對促進新工科的改革至關(guān)重要。在這樣的時代背景下，研究電氣工程及其自動化專業(yè)這樣的傳統(tǒng)工科專業(yè)的實踐教學(xué)模式應(yīng)如何培養(yǎng)適應(yīng)未來新產(chǎn)業(yè)、新經(jīng)濟發(fā)展的工程科技人才，具有重要的研究價值。

1 新工科視域下電氣工程及其自動化專業(yè)實踐教學(xué)改革的目標(biāo)

通過電氣工程及其自動化專業(yè)的實踐教學(xué)改革，應(yīng)當(dāng)使電氣工程人才獲得如下的“新工科”的內(nèi)涵：①實現(xiàn)新科學(xué)、新技術(shù)與工業(yè)產(chǎn)業(yè)、行業(yè)實現(xiàn)有機融合，使新科學(xué)、新技術(shù)伴隨產(chǎn)業(yè)、行業(yè)共同發(fā)展。②加強科學(xué)知識的成果轉(zhuǎn)化能力、工程應(yīng)用能力和工程實踐能力，注重使用新興科學(xué)技術(shù)提高傳統(tǒng)工科的工程應(yīng)用能力。③通過“互聯(lián)網(wǎng)+”“大數(shù)據(jù)”“物聯(lián)網(wǎng)”等新興技術(shù)來實現(xiàn)信息化、工業(yè)化的深度融合與發(fā)展。

2 新工科視域下電氣工程及其自動化專業(yè)實踐教學(xué)改革研究與實踐

通過實地調(diào)研并同國網(wǎng)吉林省電力有限公司、國網(wǎng)長春供電公司、吉林風(fēng)力發(fā)電股份有限公司等多家電力企業(yè)的負責(zé)人和行業(yè)專家進校交流，聽取企業(yè)專家的合理化建議，從而能夠正確把握電氣工程及其自動化專業(yè)人才應(yīng)具備的工程實踐能力和“新工科”人才應(yīng)當(dāng)具備的內(nèi)涵，并對電氣工程人才的實踐教學(xué)體系進行合理化修改以適應(yīng)新工科發(fā)展的需要，我們對電氣工程及其自動化專業(yè)實踐教學(xué)模式開展了以下四方面的改革實踐。

1)以面向未來發(fā)展的新工科人才所需核心能力為切入點，全方位、系統(tǒng)化構(gòu)建電氣工程及其自動化專業(yè)實踐教學(xué)體系，提高學(xué)生的綜合實踐能力。從電氣工程及其自動化專業(yè)各個學(xué)年學(xué)生的工程實踐能力的實際情況為出發(fā)點，遵循分層遞進的人才培養(yǎng)規(guī)律，構(gòu)建由課內(nèi)實驗和實習(xí)、實訓(xùn)等集中實踐教學(xué)環(huán)節(jié)組成的電氣工程及其自動化專業(yè)實踐教學(xué)體系，通過實驗、上機等實踐環(huán)節(jié)加深理論學(xué)習(xí)，培養(yǎng)現(xiàn)代工程工具應(yīng)用能力和用實驗的方法研究工程問題的能力；通過課程設(shè)計、實習(xí)、實訓(xùn)等環(huán)節(jié)使學(xué)生受到電氣系統(tǒng)設(shè)計、試驗、運行、操作、維護等方面的訓(xùn)練；在實驗教學(xué)改革上，逐步減少例如電阻元件的伏安特性、戴維寧定理的驗證等驗證性的實驗，補充了相序指示器的制作、熔斷器指示電路的制作等設(shè)計性、綜合性實驗，從而提高了設(shè)計性和綜合性實驗的占比，在實驗方法和實驗內(nèi)容上滿足新工科人才培養(yǎng)的需求。如以低壓配電盤、FM收音機、PLC控制自動往返工作臺等電氣電子典型產(chǎn)品為載體，將多門課程的教學(xué)內(nèi)容與學(xué)生工程實踐能力的培養(yǎng)有效地結(jié)合起來，培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用知識的能力。

2)以面向未來發(fā)展的新工科人才知識需求為導(dǎo)向，更新實踐教學(xué)內(nèi)容，以適應(yīng)新科技革命和新產(chǎn)業(yè)革命的需要。在廣泛調(diào)研的基礎(chǔ)上，從應(yīng)用型本科電氣工程及其自動化專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)和培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)入手，重點在現(xiàn)場電氣工程師工程實踐能力、實踐教學(xué)體系、實踐教學(xué)內(nèi)容、實踐教學(xué)方法、實踐教學(xué)手段以及校企聯(lián)合培養(yǎng)人才運行機制等方面開展研究與實踐。讓企業(yè)參與電氣工程及其自動化專業(yè)人才培養(yǎng)計劃的修訂、參與線上線下課程開設(shè)的調(diào)整、參與實訓(xùn)和實驗教材的編寫、參與課程設(shè)計和畢業(yè)設(shè)計的指導(dǎo)，將實新工科教學(xué)理念落實到實踐教學(xué)改革中去。與此同時，促進教師將科研成果及時轉(zhuǎn)化為教學(xué)內(nèi)容，向?qū)W生介紹科研新進展、實踐發(fā)展新經(jīng)驗，積極探索綜合性課程、問題導(dǎo)向課程、交叉學(xué)科研討課程，提高課程興趣度、學(xué)業(yè)挑戰(zhàn)度，以應(yīng)用為目的開展科研，以人才培養(yǎng)為目的反哺教學(xué)，是培養(yǎng)綜合型人才的重要途徑。定期組織配電自動化吉林省高校工程研究中心的教師科研團隊以學(xué)術(shù)報告等形式與電氣工程及其自動化專業(yè)的學(xué)生分享團隊在新能源發(fā)電等方面的研究進展，并圍繞風(fēng)電機組故障診斷、大規(guī)模風(fēng)電接入電網(wǎng)的穩(wěn)定性分析、能源互聯(lián)網(wǎng)的規(guī)劃與優(yōu)化等方向的科研成果組織科研人員和學(xué)生進行深入的討論，極大地吸引了學(xué)生的專業(yè)學(xué)習(xí)興趣，并拓展了專業(yè)視野，為新工科人才的培養(yǎng)打好了基礎(chǔ)。

3)強調(diào)科教融合，建立虛擬仿真實踐教學(xué)資源，豐富實踐教學(xué)資源內(nèi)容。組織專業(yè)教師在課余時間開發(fā)、建設(shè)多種虛擬仿真實踐教學(xué)平臺來彌補傳統(tǒng)實驗臺的不足。傳統(tǒng)的電氣工程專業(yè)實踐教學(xué)資源存在如下的缺點：①傳統(tǒng)的實驗教學(xué)儀器造假高昂，一般通過搭建實物系統(tǒng)進行教學(xué)實驗的方式來加深學(xué)生對理論知識的理解，但是傳統(tǒng)的實驗臺存在初期投入大、后期維護保養(yǎng)費用高等問題，建立一個功能完善、長期使用的傳統(tǒng)實驗平臺對于學(xué)科建設(shè)來說是不小的負擔(dān)，高昂的費用將導(dǎo)致實驗內(nèi)容不能廣泛的開展，影響人才培養(yǎng)質(zhì)量的提高。②傳統(tǒng)的實驗平臺主要以小功率的實物來搭建實驗對象，經(jīng)常受到實驗室空間的限制，不能夠配備足夠多的實驗設(shè)備，學(xué)生的實踐課程只能通過分組的方式進行，大部分同學(xué)的實際動手能力得不到有效地鍛煉，不僅影響了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，也降低了教學(xué)效果。③傳統(tǒng)的實踐教學(xué)資源不能夠隨著新興技術(shù)的發(fā)展而快速地更新?lián)Q代，只能通過新建實驗室或者更換設(shè)備的方式來升級，教師的教學(xué)過程也失去了靈活性。為此，我們組織專業(yè)教師建設(shè)了多種虛擬仿真實踐教學(xué)平臺，設(shè)計制作的虛擬仿真實踐教學(xué)資源使用軟件工具做實驗，實驗環(huán)境是虛擬的，不存在元器件損耗、故障、儀器燒損等問題，減少了實驗室建設(shè)投入，降低了維護成本，同時實踐課程內(nèi)容的更新與升級主要在軟件上完成，有效地提高了實驗教學(xué)資源建設(shè)的經(jīng)濟性。例如建設(shè)的電力電子虛擬仿真實踐教學(xué)平臺包括：升降壓斬波實驗、晶閘管單相橋式全控整流實驗、H橋雙極性PWM控制實驗、三相兩電平全橋逆變器SPWM實驗、并網(wǎng)逆變器控制實驗等。這個電力電子虛擬仿真實踐教學(xué)平臺可以讓學(xué)生自己動手搭建電力電子系統(tǒng)拓撲結(jié)構(gòu)，更加直觀的學(xué)習(xí)電力電子系統(tǒng)的工作原理和控制理論知識。學(xué)生對這個虛擬仿真實踐教學(xué)平臺的評價是：“易于上手，開放性好，完善的硬件系統(tǒng)和實時仿真對學(xué)生的學(xué)習(xí)幫助很大”。

4)以新工科的視域重新構(gòu)建產(chǎn)學(xué)研合作教育，結(jié)合我校的應(yīng)用型本科辦學(xué)定位，制定適合我校電氣工程及其自動化專業(yè)發(fā)展的校企協(xié)作模式。我校傳統(tǒng)的電氣工程及其自動化專業(yè)的校企合作對象一般以發(fā)電、輸變電企業(yè)為主，傳統(tǒng)的校企合作模式存在合作對象的類型較為單一、實踐教學(xué)內(nèi)容跟不上新興技術(shù)發(fā)展等問題。以往在選擇校企合作對象時，由于受到企業(yè)設(shè)施和場地的實習(xí)接待能力的約束，通常選擇如大唐長春第二熱電有限責(zé)任公司這樣的火力發(fā)電企業(yè)作為合作對象開展實踐教學(xué)，雖然這樣的大型火力發(fā)電企業(yè)能夠滿足電氣工程及其自動化專業(yè)實踐教學(xué)的基本需求，但是這類火力發(fā)電企業(yè)只是眾多電力企業(yè)類型的一部分，作為電力企業(yè)的其他重要組成部分如輸變電企業(yè)卻未能有效參與到校企合作中來，因此僅僅通過火力發(fā)電企業(yè)來對學(xué)生的實踐能力進行培養(yǎng)，將造成實踐教學(xué)內(nèi)容的局限性，電氣工程專業(yè)人才培養(yǎng)僅依靠火電廠實習(xí)，將嚴重影響電氣工程人才工程綜合實踐能力的提高。通過把握“新工科”的內(nèi)涵，對校企合作對象進行適當(dāng)?shù)母潞屯卣?，將國網(wǎng)吉林省電力有限公司、國網(wǎng)長春供電公司等輸變電企業(yè)加入到校企合作對象中來。同時根據(jù)我校的應(yīng)用型本科辦學(xué)理念，還將其他電力企業(yè)的運行維護部門、電力設(shè)計院以及電力施工建設(shè)企業(yè)引入校企合作發(fā)展對象中來，從而將校企合作對象覆蓋到整個電力系統(tǒng)的各個分支環(huán)節(jié)，從而解決校企合作對象的單一化問題。近年來，隨著新能源發(fā)電技術(shù)的快速發(fā)展，一些新能源發(fā)電企業(yè)迅速崛起，這些企業(yè)正是“新工科”視域下電氣工程人才的服務(wù)對象，因此將吉林風(fēng)力發(fā)電股份有限公司這樣的新能源發(fā)電企業(yè)納入到校企合作對象中來，逐步更新實踐教學(xué)內(nèi)容，從而為新經(jīng)濟的發(fā)展提供新型工程專業(yè)技術(shù)人才。

3 結(jié)語

本文在對現(xiàn)有電氣工程及其自動化專業(yè)實踐教學(xué)模式進行深入剖析和開展企業(yè)實地調(diào)研的基礎(chǔ)上，通過借鑒國內(nèi)、外高校電氣工程人才培養(yǎng)的先進經(jīng)驗，并把握電氣工程及其自動化專業(yè)人才應(yīng)具備的工程實踐能力和“新工科”內(nèi)涵，對我校的電氣工程及其自動化專業(yè)實踐教學(xué)模式進行了四方面的改革研究與實踐，從而探索新工科視域下的電氣工程及其自動化專業(yè)的實踐教學(xué)新思路和新方法。