新工科背景下應(yīng)用型高校電氣類課程實踐教學(xué)質(zhì)量提升路徑研究

摘 "要 "應(yīng)用型本科院校的實踐能力培養(yǎng)教學(xué)體系及模式建設(shè)相對薄弱，傳統(tǒng)的教學(xué)方法和手段在目前的應(yīng)用型本科高校中仍然占據(jù)主導(dǎo)地位。構(gòu)建實踐課程體系，需要堅持貫徹“強基礎(chǔ)、拓思維、育專長、促能力”的實踐教學(xué)理念。以實踐教學(xué)思路改革、實踐教學(xué)內(nèi)容改革、實驗及實踐環(huán)節(jié)改革為重點，著力提升學(xué)校實踐教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生實踐能力水平。

關(guān)鍵詞 "新工科；應(yīng)用型高校；實踐教學(xué)；電氣類課程；教學(xué)質(zhì)量

中圖分類號：G642.0 " 文獻標(biāo)識碼：B

文章編號：1671-489X（2022）14-0158-03

Research on Improvement Path of Practical Teaching Qua-

lity of Electrical Courses in Applied Universities Under Background of New Engineering//ZHANG Xulong， QIAO Shuyun， CAO Yanjing， WANG Feng， FANG En

Abstract "The teaching system and mode construction of practical ability training of application-oriented universities are relatively weak， traditional teaching methods and means still occupy a dominant position in application-oriented uni-versities. In order to construct practice curriculum system， we

adhere to the practical teaching concept of “strengthening the

foundation， expanding thinking， cultivating expertise and promoting ability”. We focus on the reform of practical teach-

ing ideas， practical teaching content， experiment and practice links， and strive to improve the quality of practical teaching in

schools and students’ practical ability.

Key words "new engineering; application-oriented universi-ties; practical teaching; electrical courses; teaching quality

0 "引言

隨著“十四五”規(guī)劃和二〇三五年遠景目標(biāo)的制定、“中國制造2025”等重大戰(zhàn)略的實施，新理論、新方法、新技術(shù)、新工具和新產(chǎn)業(yè)不斷涌現(xiàn)，使知識傳授型教學(xué)模式開始向教師引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)型模式過渡。電氣類人才不僅需要具備融合實踐動手能力、開拓創(chuàng)新能力以及國際競爭力的復(fù)合型能力素質(zhì)，還需要具有多學(xué)科交叉融合的思維能力與特征。目前，新工科人才培養(yǎng)越來越強調(diào)對學(xué)生實踐能力的培養(yǎng)，然而傳統(tǒng)的電氣類課程實驗室很難滿足學(xué)生需求，存在實驗教學(xué)資源分配不足、實驗方式過于刻板、實驗器材維護費時費力、實驗內(nèi)容固定難以拓展、電壓電流功率等級較高的實驗安全性無法充分保障、實驗平臺無法二次開發(fā)等問題，學(xué)生學(xué)習(xí)積極性、主動性、創(chuàng)造性不高，總體教學(xué)效果不佳[1-2]。為培養(yǎng)具有創(chuàng)新意識和實踐能力的人才，強調(diào)探究和發(fā)現(xiàn)的教學(xué)思想逐漸成為教學(xué)思想發(fā)展的主流。國外知名高校和國內(nèi)研究型高校的創(chuàng)新實踐教育開展較早，無論在學(xué)術(shù)思想、教育理念還是在教學(xué)模式體制和案例方面都比較成熟，其實踐創(chuàng)新型人才培養(yǎng)模式更趨合理化，逐漸形成以開發(fā)獨立思考能力為手段、以發(fā)展實踐創(chuàng)新能力為核心、以提高綜合素質(zhì)為目標(biāo)的人才培養(yǎng)模式[3-4]。

應(yīng)用型本科院校的學(xué)生實踐能力培養(yǎng)的教學(xué)體系及模式建設(shè)相對薄弱，與學(xué)校應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標(biāo)定位要求還存在較大差距，傳統(tǒng)教學(xué)方法和手段仍占據(jù)主導(dǎo)地位。對于理論課程體系，以適應(yīng)新工科建設(shè)需求為主導(dǎo)，堅持以高素質(zhì)應(yīng)用能力培養(yǎng)為總目標(biāo)；對于實踐課程體系，堅持貫徹“強基礎(chǔ)、拓思維、育專長、促能力”的實驗教學(xué)理念[5-7]?？傮w而言，無論是電機與拖動課程、電力電子技術(shù)課程等專業(yè)核心課程，電力系統(tǒng)基礎(chǔ)、系統(tǒng)建模與仿真等專業(yè)必修課程，還是運動控制系統(tǒng)、電力系統(tǒng)繼電保護、新能源發(fā)電與控制技術(shù)等專業(yè)方向課程，都不同程度地存在實踐教學(xué)環(huán)節(jié)與工程應(yīng)用實踐脫節(jié)、創(chuàng)新實踐環(huán)節(jié)訓(xùn)練不夠、復(fù)雜工程問題體現(xiàn)度不足、學(xué)生創(chuàng)新實踐能力未能與行業(yè)企業(yè)需求同步等問題，電氣類相關(guān)的新知識、新技術(shù)、新平臺在實踐教學(xué)中更新較慢，實踐教學(xué)質(zhì)量亟待提升。

1 "應(yīng)用型高校電氣類課程實踐教學(xué)思路

改革

本著以學(xué)生為中心的指導(dǎo)思想，從教學(xué)手段、教學(xué)觀念、信息化融合等方面著手，摒棄灌輸?shù)姆绞剑虒W(xué)過程以學(xué)生為主體、教師為主導(dǎo)。教師將知識加以歸納篩選，重點講主要內(nèi)容，讓學(xué)生積極主動地掌握基本知識和基本理論，獲得自學(xué)能力，用實踐手段強化和加深理解書本知識。鼓勵并帶領(lǐng)學(xué)生參加學(xué)科競賽，為學(xué)生打造良好的實踐能力平臺。由于學(xué)生沒有工程實踐經(jīng)驗，消化吸收有一定難度，因此在實踐教學(xué)授課過程中要求教師采取啟發(fā)式教學(xué)方法，加入實際工程案例，對所講解的案例進行詳細剖析、綜合分析，引導(dǎo)學(xué)生提出自己的見解，鍛煉他們的獨立思考和分析能力，從中學(xué)會自主解決工程問題的基本步驟和方法。

學(xué)院針對現(xiàn)有電氣類專業(yè)實驗和課程偏重基礎(chǔ)性、驗證性知識的講授，較少開展具有開拓創(chuàng)新與知識探索特征的多學(xué)科交叉融合綜合性課程，通過將各個學(xué)科有限的教學(xué)資源進行優(yōu)化整合，探索具有跨學(xué)科、層次性的綜合性實踐教學(xué)平臺和系統(tǒng)性的實踐教學(xué)體系。最大限度共享和調(diào)度學(xué)科之間的軟硬件資源，引導(dǎo)學(xué)生綜合應(yīng)用學(xué)科交叉基礎(chǔ)知識和實驗技能，并將科研實踐的開展和管理方式移植到綜合性實踐教學(xué)和項目化課程設(shè)計上。通過不斷推動多學(xué)科交叉融合的深入發(fā)展，達到激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識和合作精神，應(yīng)用新知識、新技術(shù)解決未來能源和電力技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展中出現(xiàn)的新問題，促進創(chuàng)新型、寬口徑、復(fù)合型電氣類人才培養(yǎng)的目的。傳統(tǒng)的教學(xué)模式偏重理論知識的傳授，過分強調(diào)知識的系統(tǒng)性和完整性，忽略了實踐教學(xué)，造成理論和實踐脫離，學(xué)生學(xué)習(xí)積極性、主動性不高等一系列弊端，即使是實訓(xùn)課也往往是以教師為主，學(xué)生處于被動地位。

在對電氣類課程實踐教學(xué)需求日益明確之際，半實物實時仿真實驗教學(xué)成為教育界關(guān)注的重點。半實物實時仿真教學(xué)實驗既不同于純實物實驗平臺，也不同于純虛擬實驗平臺，是一種基于軟件技術(shù)構(gòu)建的半實物仿真實驗教學(xué)系統(tǒng)，屬于虛擬實驗與實物驗證相結(jié)合的實驗教學(xué)平臺，為開設(shè)各種專業(yè)實驗課程提供了全新的實踐教學(xué)環(huán)境。

半實物仿真系統(tǒng)實驗可以實現(xiàn)幾乎零花費的條件下完成各種逼近實物效果的實驗操作，既能節(jié)省實驗成本，又能避免相關(guān)專業(yè)學(xué)生進行實驗帶來的風(fēng)險。搭建半實物實時仿真實驗平臺，引入和推進半實物仿真技術(shù)融入實踐教學(xué)項目，促進和拓展實驗教學(xué)內(nèi)容廣度和深度，充分延伸實驗教學(xué)時間和空間，提升實踐教學(xué)質(zhì)量和水平。

2 "應(yīng)用型高校電氣類課程實踐教學(xué)內(nèi)容

改革

由于總課時數(shù)有限，必須認真規(guī)劃改進教學(xué)內(nèi)容、改進教學(xué)大綱和課程體系。教學(xué)內(nèi)容的難易程度應(yīng)適中，力求鍛煉學(xué)生的學(xué)習(xí)能力。授課內(nèi)容應(yīng)以相關(guān)新技術(shù)為主，通過微課、線上課程等形式多層次開展實踐教學(xué)活動，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和熱情，增強學(xué)習(xí)效果。對照新工科背景下電氣類專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)，修訂電氣類課程實踐環(huán)節(jié)教學(xué)大綱，增加半實物實時仿真系統(tǒng)在實踐環(huán)節(jié)的應(yīng)用?；诎雽嵨飳崟r仿真平臺，聯(lián)合企業(yè)共同開發(fā)適用本科實踐教學(xué)的實驗內(nèi)容，實現(xiàn)實踐教學(xué)環(huán)節(jié)與工程應(yīng)用的深度融合。制定實踐教學(xué)實施案例，在教學(xué)環(huán)節(jié)跟進評價教學(xué)效果，在實施過程中持續(xù)改進和優(yōu)化。

通過提升現(xiàn)有的實踐教學(xué)條件，探索適合應(yīng)用型本科電氣類人才培養(yǎng)的半實物實時仿真實驗教學(xué)方案，解決專業(yè)實踐教學(xué)和實踐平臺缺乏的不足。構(gòu)建實踐驅(qū)動式的教育體系，完成對電氣類課程諸如電機與拖動、電力電子技術(shù)、電力系統(tǒng)基礎(chǔ)、系統(tǒng)建模與仿真、運動控制系統(tǒng)、電力系統(tǒng)繼電保護、新能源發(fā)電與控制技術(shù)等專業(yè)課程實踐環(huán)節(jié)的內(nèi)容重構(gòu)，為課程體系建設(shè)和培養(yǎng)方案修訂提供素材和指導(dǎo)建議。將教師團隊科研成果及業(yè)界新技術(shù)引入半實物實時仿真平臺，引導(dǎo)學(xué)生利用所學(xué)知識解決和分析復(fù)雜工程問題，學(xué)會融會貫通、舉一反三，鍛煉學(xué)生的獨立思考能力和實踐創(chuàng)新思維。

半實物實時仿真平臺不僅針對實驗教學(xué)提升和拓展，也可應(yīng)用于畢業(yè)設(shè)計實驗驗證，達到提高畢業(yè)生畢業(yè)設(shè)計質(zhì)量的目的。同時支持設(shè)計型、研究型創(chuàng)新實驗的開展，能夠提供產(chǎn)、學(xué)、研一體化的實驗平臺，為大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項目、挑戰(zhàn)杯、“互聯(lián)網(wǎng)+”、智能車、機器人、西門子杯等學(xué)科競賽提供平臺支撐，適應(yīng)創(chuàng)新型實踐人才培養(yǎng)需要，培養(yǎng)適應(yīng)行業(yè)發(fā)展的具有實踐動手能力和創(chuàng)新精神的應(yīng)用型工程技術(shù)人才。

3 "應(yīng)用型高校電氣類課程實驗及實踐環(huán)節(jié)

改革

增加多種方式、提供更多機會讓學(xué)生動手做實驗，如在實驗課前準備環(huán)節(jié)培養(yǎng)學(xué)生獨立接線能力，熟練掌握實驗內(nèi)容，提高實驗質(zhì)量。同時利用MAT-

LAB、Multisim等仿真軟件增加實驗內(nèi)容。在半實物實時仿真實驗平臺上能夠完成實物平臺不能完成的實驗，基于功率級半實物仿真平臺的實踐教學(xué)可進行二次開發(fā)，圍繞學(xué)生的特定需求對半實物仿真平臺進行設(shè)計與重建，以滿足學(xué)生個性化需求。在實驗中引入半實物仿真平臺，可方便將復(fù)雜理論生動展現(xiàn)給學(xué)生，學(xué)生可在平臺上對實物進行操作，在線參數(shù)調(diào)節(jié)與整定環(huán)節(jié)可以增強學(xué)生對專業(yè)知識的理解、學(xué)習(xí)興趣和動手實踐能力，為以后所涉及的復(fù)雜工程問題中不同設(shè)備的選型及不同電氣工程現(xiàn)場設(shè)計提供理論和實踐能力基礎(chǔ)。

進一步加強實踐環(huán)節(jié)的實效性。應(yīng)用型人才要面對的現(xiàn)場技術(shù)和流程工藝更加復(fù)雜，對動手實踐能力的要求更高，采用半實物實時仿真實驗和實物實驗相結(jié)合的方法，讓學(xué)生自主設(shè)計、大膽嘗試，強化對學(xué)生的個性化輔導(dǎo)，幫助學(xué)生線上自主學(xué)習(xí)、主動思考，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)參與度和學(xué)習(xí)質(zhì)量。

以徐州工程學(xué)院電氣類專業(yè)核心課程電機與拖動課程為例，該課程的理論性和實踐性都非常強，再加上電機本體電、磁、力、熱、控制和性能特征等方面的綜合理解難度，使得目前的電機教學(xué)更注重講授知識的基礎(chǔ)性和系統(tǒng)性。一方面重點講授電機的基本原理、運行特性和控制方法，電機控制的實驗課時較少，針對工程實踐能力領(lǐng)域的知識講授和訓(xùn)練更是一帶而過；另一方面，當(dāng)涉及實際工程應(yīng)用時，均以系統(tǒng)框圖為背景，總體局限于理論分析和文字描述，如異步/同步/直流電機的調(diào)速、同步發(fā)電機與電網(wǎng)的并聯(lián)運行、直流電機的四象限運行狀態(tài)、電機故障運行狀態(tài)特性模擬等，理論講解與工程實際的應(yīng)用偏差較大，學(xué)生普遍感覺比較抽象。

課程配套或獨立設(shè)置實驗課中的“同步/異步/

直流電機控制”以基礎(chǔ)性、驗證性實驗為主，設(shè)計性、綜合性、創(chuàng)新性實驗不足，并且由于現(xiàn)有的實驗設(shè)備高度集成，學(xué)生在做實驗時往往看不到內(nèi)部結(jié)構(gòu)，只要對外部端子進行簡單接線，然后手工記錄數(shù)據(jù)即可，整個實驗過程無法將理論與實際的元器件聯(lián)系起來。考慮實驗設(shè)備的限制，在系統(tǒng)仿真環(huán)節(jié)多利用MATLAB的Simulink工具箱，大多是以控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)或者仿真系統(tǒng)固定電機模型為基礎(chǔ)進行計算機數(shù)字仿真，與工程實際存在較大差距。

徐州工程學(xué)院將半實物實時仿真平臺應(yīng)用于電機與拖動和電力電子技術(shù)專業(yè)核心課程的實踐環(huán)節(jié)，后續(xù)可擴展至系統(tǒng)建模與仿真、運動控制系統(tǒng)、電力系統(tǒng)繼電保護、新能源發(fā)電與控制技術(shù)等專業(yè)必修課程和專業(yè)方向課程，并且由于半實物仿真平臺具有利用率高、安全性好、易維護等諸多優(yōu)點，在實踐過程中可被靈活地應(yīng)用于其他類型的電氣工程及自動化系統(tǒng)仿真和控制場合，將復(fù)雜的模型劃分成多個可并行執(zhí)行的子系統(tǒng)并分配到多個中央處理器或可編程門陣列上，從而構(gòu)成一個可伸縮的分布式實時仿真系統(tǒng)。該系統(tǒng)可與MATLAB實現(xiàn)無縫連接，有效解決費時費力的代碼開發(fā)與調(diào)試等問題，促進和拓展實驗教學(xué)內(nèi)容廣度和深度，充分延伸實驗教學(xué)時間和空間，大幅提升徐州工程學(xué)院實驗教學(xué)、實踐教學(xué)和實訓(xùn)課程的效率、質(zhì)量和水平。

4 "結(jié)束語

堅持以學(xué)生為中心的實踐教學(xué)理念，以學(xué)生為主體，引導(dǎo)學(xué)生參與實踐教學(xué)活動，以高質(zhì)量實驗教學(xué)助推本科實踐教學(xué)質(zhì)量提升，以半實物實時仿真技術(shù)實現(xiàn)對電氣工程及自動化專業(yè)高水平應(yīng)用型教學(xué)的引領(lǐng)支撐。同時將教師的科研成果引入半實物實時仿真平臺，引導(dǎo)學(xué)生用所學(xué)知識解決和分析復(fù)雜工程問題，學(xué)會融會貫通、舉一反三。始終堅持貫徹“強基礎(chǔ)、拓思維、育專長、促能力”的實踐教學(xué)理念，保證持續(xù)改進的實踐教學(xué)效果。在實踐教學(xué)質(zhì)量提升總體路徑上以實踐教學(xué)思路改革、實踐教學(xué)內(nèi)容改革、實驗及實踐環(huán)節(jié)改革為重點，著力提升學(xué)校實踐教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生實踐能力水平，鍛煉學(xué)生的獨立思考能力、實踐操作能力和創(chuàng)新思維理念。

參考文獻

[1] 孟凡姿.產(chǎn)學(xué)研合作模式下的“理實一體化”電氣控

制系列課程改革與實踐[J].工業(yè)控制計算機，2021，

34（12）：159-160.

[2] 陸華才.產(chǎn)學(xué)研深度融合在高等教育中的創(chuàng)新與實踐

[J].教育教學(xué)論壇，2017（33）：124-125.

[3] 李昂，馬永翔.新工科背景下地方高校電氣工程專業(yè)

改造升級的探索與實踐[J].中國現(xiàn)代教育裝備，

2021（21）：75-77.

[4] 夏帥，陳瑞成，翟曉東.應(yīng)用型本科電氣專業(yè)“賽教

融合”實踐教學(xué)體系探索與實踐[J].創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)理論

研究與實踐，2021，4（20）：56-58.

[5] 秦富貞，牛海春.電氣專業(yè)的層級式實踐的教學(xué)體系

分析[J].電子技術(shù)，2021，50（10）：166-167.

[6] 楊京渝，彭麗，蔡振華.新工科下虛擬仿真技術(shù)平臺

在電氣類專業(yè)中的應(yīng)用探討[J].科技風(fēng)，2021（29）：

111-113.

[7] 趙夢.推進實驗教學(xué)數(shù)字化改造落實教育新基建要求

[J].中國教育技術(shù)裝備，2021（19）：1-3.