專(zhuān)業(yè)認(rèn)證背景下電氣類(lèi)專(zhuān)業(yè)學(xué)生復(fù)雜工程問(wèn)題解決能力培養(yǎng)的探索與實(shí)踐

胡 慧，唐勇奇，李光中，吳勇峰

（湖南工程學(xué)院 工程訓(xùn)練中心，湖南 湘潭 411104）

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人類(lèi)社會(huì)要解決的工程問(wèn)題變得越來(lái)越復(fù)雜，不僅包含了越來(lái)越尖端的技術(shù)問(wèn)題，同時(shí)要考慮其涵蓋的經(jīng)濟(jì)、法律、環(huán)境等要素。因此，培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問(wèn)題能力，是當(dāng)前和今后工程專(zhuān)業(yè)的重要工作。學(xué)生的學(xué)習(xí)、實(shí)踐創(chuàng)新能力日益受到重視，國(guó)家中長(zhǎng)期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010—2020年）中也提出明確要求。［1］實(shí)踐教學(xué)在培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和解決復(fù)雜工程問(wèn)題能力中的作用是無(wú)法替代的，不能只專(zhuān)注于類(lèi)別豐富的工藝和技能的碎片化教學(xué)。［2］因此構(gòu)建以復(fù)雜工程問(wèn)題解決能力培養(yǎng)為導(dǎo)向的完整教學(xué)體系和教學(xué)平臺(tái)，充分利用地方資源，協(xié)同育人，增強(qiáng)學(xué)生工程實(shí)踐能力在地方應(yīng)用型高校的人才培養(yǎng)中顯得尤為重要。［3-5］

H 學(xué)校電氣工程及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)是國(guó)家首批卓越計(jì)劃專(zhuān)業(yè)，在2018年通過(guò)了工程教育專(zhuān)業(yè)認(rèn)證（有效期6年），專(zhuān)業(yè)從2016 級(jí)開(kāi)始在所有學(xué)生中實(shí)施“3+1”的教學(xué)模式（即三年校內(nèi)理論知識(shí)的學(xué)習(xí)，一年企業(yè)工程實(shí)踐），實(shí)現(xiàn)校企深度合作。通過(guò)多年的探索和實(shí)踐，以工程教育專(zhuān)業(yè)認(rèn)證為導(dǎo)向，［6-9］圍繞專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)，基于“產(chǎn)出導(dǎo)向”的理念，構(gòu)建了與課程、設(shè)計(jì)（課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)、創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)、綜合訓(xùn)練）相匹配的、不同層次的、模塊化的實(shí)踐創(chuàng)新教學(xué)體系，搭建了校內(nèi)外協(xié)同、貫穿四年的實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)，加大了對(duì)學(xué)生實(shí)踐能力的培養(yǎng)力度，以達(dá)到系統(tǒng)培養(yǎng)和提升學(xué)生復(fù)雜工程問(wèn)題解決能力的目的，［10-12］經(jīng)過(guò)多年的積累和運(yùn)行，探索出了一條適用于H 校電氣類(lèi)專(zhuān)業(yè)學(xué)生培養(yǎng)的路徑。

一 優(yōu)化課程體系，培養(yǎng)解決復(fù)雜工程問(wèn)題能力

H 學(xué)校電氣工程及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)按照“3+1”教學(xué)模式，依據(jù)適時(shí)修訂的培養(yǎng)目標(biāo)和畢業(yè)要求，在2016年修訂了本專(zhuān)業(yè)的培養(yǎng)方案，建立了與畢業(yè)要求相適應(yīng)的課程體系。本專(zhuān)業(yè)課程體系由數(shù)學(xué)與自然科學(xué)類(lèi)、工程基礎(chǔ)類(lèi)、專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)類(lèi)、專(zhuān)業(yè)類(lèi)、工程實(shí)踐與畢業(yè)設(shè)計(jì)、人文社會(huì)科學(xué)通識(shí)教育課程等六大類(lèi)課程組成。

在課程設(shè)置以及教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)，以提升學(xué)生復(fù)雜工程問(wèn)題解決能力為目的，以滿足畢業(yè)要求并支撐培養(yǎng)目標(biāo)的達(dá)成為主線。電氣工程及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)采用層層遞進(jìn)的方式，合理地安排課程群的理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)，將學(xué)生解決復(fù)雜工程問(wèn)題的能力的培養(yǎng)融入課程體系中，課程群的分類(lèi)與復(fù)雜工程問(wèn)題關(guān)系如圖1 所示。

圖1 課程群分類(lèi)與復(fù)雜工程問(wèn)題關(guān)系圖

其一，通過(guò)設(shè)置數(shù)學(xué)與自然科學(xué)、工程基礎(chǔ)以及人文社科類(lèi)課程模塊中各課程群，為解決復(fù)雜工程問(wèn)題提供學(xué)科基礎(chǔ)支撐。其二，通過(guò)專(zhuān)業(yè)類(lèi)課程中的課程群，為復(fù)雜工程問(wèn)題的解決提供專(zhuān)業(yè)方向分析能力支撐，設(shè)有電機(jī)與電器設(shè)計(jì)、控制、制造工藝類(lèi)等特色專(zhuān)業(yè)課程，能較好地滿足行業(yè)企業(yè)的需要。其三，從課程實(shí)驗(yàn)、上機(jī)和人文實(shí)踐提供基礎(chǔ)工程實(shí)踐出發(fā)，構(gòu)建單一課程、關(guān)聯(lián)課程和系列課程的實(shí)踐訓(xùn)練體系，再到創(chuàng)新課程系列訓(xùn)練以及工程基本實(shí)習(xí)，為培養(yǎng)基本工程能力提供支撐。最后，通過(guò)企業(yè)工程實(shí)踐、項(xiàng)目設(shè)計(jì)了解實(shí)際復(fù)雜工程問(wèn)題。在企業(yè)教師和學(xué)校指導(dǎo)老師指導(dǎo)下，完成實(shí)際工程項(xiàng)目的全過(guò)程，培養(yǎng)解決復(fù)雜工程問(wèn)題的能力。以項(xiàng)目設(shè)計(jì)為例來(lái)說(shuō)明如何培養(yǎng)學(xué)生對(duì)復(fù)雜工程問(wèn)題的認(rèn)知及解決的能力（見(jiàn)圖2）。

圖2 項(xiàng)目設(shè)計(jì)教學(xué)實(shí)施流程圖

二 圍繞培養(yǎng)目標(biāo)，創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)體系架構(gòu)

H 學(xué)校電氣工程及自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)堅(jiān)持“實(shí)踐育人”理念，校企協(xié)同培養(yǎng)高素質(zhì)工程應(yīng)用型人才。采用“3+1”人才培養(yǎng)模式，圍繞專(zhuān)業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)，構(gòu)建了由課內(nèi)到課外、由初級(jí)到高級(jí)、由技術(shù)到工程的循序漸進(jìn)的實(shí)踐教學(xué)體系。在一年的企業(yè)學(xué)習(xí)中，學(xué)生需要完成多個(gè)崗位的實(shí)踐訓(xùn)練，使學(xué)生具備綜合運(yùn)用學(xué)校所學(xué)知識(shí)解決企業(yè)實(shí)際工程問(wèn)題的能力；經(jīng)過(guò)幾個(gè)月的輪崗實(shí)習(xí)后，進(jìn)入到企業(yè)實(shí)際項(xiàng)目的項(xiàng)目設(shè)計(jì)中，通過(guò)項(xiàng)目設(shè)計(jì)的訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生具有初步的新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)和技術(shù)改造的能力。在學(xué)生的管理方面，按企業(yè)準(zhǔn)員工對(duì)待，給每個(gè)學(xué)生配備企業(yè)指導(dǎo)老師和校內(nèi)指導(dǎo)老師，共同指導(dǎo)學(xué)生，讓學(xué)生融入企業(yè)的生活中，使學(xué)生具有一定的交流溝通、團(tuán)隊(duì)合作及組織管理方面的能力，最終能夠符合電氣工程師所需的基本的知識(shí)、能力、素質(zhì)要求。除課程實(shí)驗(yàn)、人文類(lèi)實(shí)踐和上機(jī)以外，搭建的實(shí)踐能力培養(yǎng)體系具有分模塊、分階段和系統(tǒng)的特點(diǎn)。該體系以培養(yǎng)基本的工程實(shí)踐能力、綜合工程實(shí)踐能力和復(fù)雜工程實(shí)踐能力為目標(biāo)，以培養(yǎng)學(xué)生復(fù)雜工程、自主創(chuàng)新能力為落腳點(diǎn)，注重工程能力的漸進(jìn)訓(xùn)練及團(tuán)隊(duì)協(xié)作的培養(yǎng)，從而提高學(xué)生的學(xué)習(xí)能力、實(shí)踐技能、工程能力、創(chuàng)新意識(shí)和協(xié)作精神，進(jìn)一步提升解決復(fù)雜工程問(wèn)題的能力。實(shí)踐教學(xué)體系如圖3 所示。

圖3 實(shí)踐教學(xué)體系架構(gòu)

其中實(shí)驗(yàn)、上機(jī)和人文類(lèi)實(shí)踐環(huán)節(jié)作為培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問(wèn)題能力的基礎(chǔ)訓(xùn)練，融入前面各課程所屬的模塊當(dāng)中。課程設(shè)計(jì)、基本實(shí)習(xí)及創(chuàng)新訓(xùn)練培養(yǎng)學(xué)生基本工程實(shí)踐能力，課程設(shè)計(jì)與形式實(shí)驗(yàn)是專(zhuān)業(yè)實(shí)踐教學(xué)體系中的重要組成部分。該專(zhuān)業(yè)每個(gè)學(xué)生必須完成課程設(shè)計(jì)與形式實(shí)驗(yàn)。專(zhuān)業(yè)課程設(shè)計(jì)與形式實(shí)驗(yàn)的突出特色是以課程群內(nèi)容與關(guān)聯(lián)為基礎(chǔ)，以調(diào)研、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)和實(shí)際操作為主要內(nèi)容，從單一課程知識(shí)綜合應(yīng)用的基礎(chǔ)訓(xùn)練，到關(guān)聯(lián)課程綜合應(yīng)用的低復(fù)雜工程問(wèn)題，再到關(guān)聯(lián)課程綜合應(yīng)用的復(fù)雜工程問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)學(xué)生從解決簡(jiǎn)單工程問(wèn)題到解決復(fù)雜工程問(wèn)題能力的漸進(jìn)提升。最終通過(guò)一年的企業(yè)實(shí)習(xí)、企業(yè)項(xiàng)目設(shè)計(jì)和畢業(yè)設(shè)計(jì)達(dá)到解決復(fù)雜工程問(wèn)題的目的。由圖3 可知，為了保障校企聯(lián)合培養(yǎng)的質(zhì)量，專(zhuān)業(yè)提出了“分段遞進(jìn)”式的培養(yǎng)方式，校企深度融合，分階段、分層次地根據(jù)教育規(guī)律，逐步培養(yǎng)和提升學(xué)生的工程能力。

工程實(shí)踐與畢業(yè)設(shè)計(jì)培養(yǎng)學(xué)生基于所獲得的科學(xué)原理知識(shí)，采用科學(xué)方法及現(xiàn)代工程和信息技術(shù)工具，通過(guò)層層遞進(jìn)的培養(yǎng)模式，實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)解決復(fù)雜工程問(wèn)題的能力。畢業(yè)設(shè)計(jì)時(shí)間為16 周，原則上要求在企業(yè)進(jìn)行。根據(jù)H 學(xué)校電氣工程及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)學(xué)生培養(yǎng)的特色，畢業(yè)設(shè)計(jì)主要有電氣產(chǎn)品設(shè)計(jì)系列課題和電氣控制系列課題，具體來(lái)說(shuō)包括電機(jī)和電器產(chǎn)品以及變壓器設(shè)計(jì)、電力電子裝置和智能電器裝置設(shè)計(jì)、電機(jī)控制系統(tǒng)及成套電控系統(tǒng)設(shè)計(jì)和變電站設(shè)計(jì)等。學(xué)生根據(jù)所在企業(yè)的特點(diǎn)，選擇其中的一種開(kāi)展畢業(yè)設(shè)計(jì)。兩個(gè)系列課題的內(nèi)容和目標(biāo)要求如圖4、圖5 所示。

圖4 電氣產(chǎn)品系列課題的內(nèi)容和目標(biāo)要求

圖5 電氣控制系列課題的內(nèi)容和目標(biāo)要求

三 實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)建設(shè)

多年來(lái)，電氣類(lèi)專(zhuān)業(yè)各類(lèi)實(shí)習(xí)一直在國(guó)有、民營(yíng)等大中型企業(yè)進(jìn)行，對(duì)學(xué)生更深入地參與企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)、提高實(shí)習(xí)和后續(xù)畢業(yè)設(shè)計(jì)質(zhì)量起到重要作用。H 學(xué)校電氣工程及自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)與多家知名企業(yè)共建了校內(nèi)工業(yè)級(jí)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，建設(shè)了一批穩(wěn)定的校企聯(lián)合培養(yǎng)基地，實(shí)現(xiàn)了空間上校內(nèi)外協(xié)同、時(shí)間上貫穿四年的實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)（見(jiàn)圖6）。

圖6 實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)

電氣工程及自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)以培養(yǎng)電機(jī)電器及其控制、電力系統(tǒng)及其控制方向?qū)W生為特色，H 學(xué)校與60多家企業(yè)合作組建了7個(gè)校外實(shí)習(xí)基地群，其中包括電力電子裝置與工藝、成套電器設(shè)備與工藝、電機(jī)結(jié)構(gòu)與工藝、高低壓電器結(jié)構(gòu)與工藝、變壓器結(jié)構(gòu)與工藝和電力設(shè)備運(yùn)行與維護(hù)六類(lèi)實(shí)踐教育基地群。

四 結(jié)語(yǔ)

H 學(xué)校電氣工程及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)從2010年加入教育部“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”以來(lái)，根據(jù)專(zhuān)業(yè)的人才培養(yǎng)特點(diǎn)，形成了特色鮮明的人才培養(yǎng)體系。本文詳細(xì)闡述了在專(zhuān)業(yè)認(rèn)證理念引領(lǐng)下，建立以培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問(wèn)題能力為導(dǎo)向的教學(xué)體系架構(gòu)，以及建設(shè)企業(yè)深度參與的實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)和校外實(shí)習(xí)基地群。從能力培養(yǎng)的角度，詳細(xì)介紹了該專(zhuān)業(yè)以培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問(wèn)題能力為主線的教學(xué)體系，從校內(nèi)課程設(shè)計(jì)到校企聯(lián)合開(kāi)展項(xiàng)目設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)的具體內(nèi)容和培養(yǎng)能力要求。多年實(shí)踐表明，以企業(yè)的實(shí)際工程項(xiàng)目為載體，依托校內(nèi)外實(shí)驗(yàn)實(shí)踐實(shí)習(xí)平臺(tái)和基地，在完成工程應(yīng)用背景的項(xiàng)目過(guò)程中，鍛煉和提升了學(xué)生解決復(fù)雜工程問(wèn)題的能力和積極性。