電氣信息類專業(yè)高水平實(shí)踐教學(xué)體系的研究與實(shí)踐

趙麗平,何正友,趙 舵

(西南交通大學(xué)電氣工程學(xué)院,四川成都 610031)

0 引言

實(shí)踐教學(xué)具有直觀性、實(shí)踐性、綜合性和創(chuàng)造性的特點(diǎn),是把傳授知識(shí)和工程訓(xùn)練相結(jié)合的過(guò)程。在實(shí)踐教學(xué)中,學(xué)生可以充分發(fā)揮想象力、創(chuàng)造力,鍛煉勇于創(chuàng)新、敏于思維的能力和實(shí)踐能力[1]。

我院經(jīng)過(guò)多年研究和探索,完成了“全方位構(gòu)建實(shí)踐教學(xué)新體系,提高電氣工程類專業(yè)學(xué)生的工程素質(zhì)與創(chuàng)新能力”項(xiàng)目并取得國(guó)家教學(xué)成果二等獎(jiǎng)[2],國(guó)內(nèi)也有很多高校根據(jù)本學(xué)院情況,建立了相關(guān)的實(shí)踐教學(xué)體系[3-5],這些研究成果在電氣工程的基礎(chǔ)課程和專業(yè)基礎(chǔ)課程的實(shí)踐教學(xué)體系和平臺(tái)建設(shè)方面都取得了較好的成績(jī),在培養(yǎng)學(xué)生能力方面發(fā)揮了積極作用。

經(jīng)過(guò)調(diào)研發(fā)現(xiàn),工科大類培養(yǎng)模式下,電氣信息類專業(yè)在高層次實(shí)踐教學(xué)和管理上存在以下問(wèn)題[6]:①高年級(jí)學(xué)生的專業(yè)課程的實(shí)踐教學(xué)條件缺乏,沒(méi)有結(jié)合行業(yè)背景的實(shí)踐、實(shí)訓(xùn)、科研平臺(tái);②實(shí)踐教學(xué)的體系不完整和明確,學(xué)生的知識(shí)點(diǎn)和能力缺乏完整性;③專業(yè)實(shí)踐平臺(tái)的建設(shè)模式各異,需要研究適合大類培養(yǎng)的實(shí)踐平臺(tái)構(gòu)筑模式;④教師的積極性不高,青年教師也不愿意下實(shí)驗(yàn)室,因此管理模式和激勵(lì)機(jī)制需要研究。

針對(duì)上述問(wèn)題,我們重點(diǎn)研究了電氣信息類專業(yè)高水平實(shí)踐教學(xué)體系,研究體系建設(shè)遵循的原則和理念,構(gòu)筑高水平實(shí)踐教學(xué)平臺(tái),研究各平臺(tái)的建設(shè)內(nèi)容,以期為電氣信息類專業(yè)乃至工科大類培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力的提升和創(chuàng)新能力的提升培養(yǎng)方面提供一定的借鑒作用。

1 實(shí)踐教學(xué)體系的目標(biāo)和原則

1.1 指導(dǎo)思想

將實(shí)踐教學(xué)放在與理論教學(xué)同等重要的地位,高度重視實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)建設(shè)。

結(jié)合學(xué)院學(xué)科和專業(yè)的特點(diǎn),結(jié)合學(xué)院科研平臺(tái)的實(shí)際情況,優(yōu)化實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容,系統(tǒng)建設(shè)實(shí)驗(yàn)室和實(shí)踐教學(xué)基地。

研究解決學(xué)生課內(nèi)實(shí)驗(yàn)、課外實(shí)踐、創(chuàng)新培養(yǎng)相結(jié)合,構(gòu)筑具有電氣特色的從本科生、研究生到青年教師培養(yǎng)的多層次、模塊化、個(gè)性化的開放式的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力培養(yǎng)的高水平實(shí)踐教學(xué)體系,建成以提高學(xué)生工程實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力和綜合素質(zhì)為目標(biāo)的,通過(guò)信息化管理,充分利用社會(huì)資源,分發(fā)揮產(chǎn)、學(xué)、研結(jié)合的優(yōu)勢(shì),將理論、實(shí)驗(yàn)、實(shí)習(xí)、實(shí)訓(xùn)、工程、科研、設(shè)計(jì)和創(chuàng)新有機(jī)結(jié)合的高水平實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)。

1.2 體系建設(shè)原則

特色化原則,實(shí)踐教學(xué)的體系建設(shè)要同時(shí)體現(xiàn)學(xué)院的專業(yè)特色、學(xué)科特色和科研特色;系統(tǒng)化原則,以電氣學(xué)院涵蓋專業(yè)及專業(yè)方向?yàn)榛鶞?zhǔn),結(jié)合科研學(xué)科領(lǐng)域研究對(duì)象,形成多層次的系統(tǒng)化實(shí)踐教學(xué)體系;時(shí)代性原則,在實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)建設(shè)、儀器設(shè)備選用、實(shí)踐項(xiàng)目開發(fā)等方面體現(xiàn)與時(shí)俱進(jìn),具有現(xiàn)代化水平。

1.3 建設(shè)理念

以高水平硬件平臺(tái)、高水平管理、高水平教師隊(duì)伍為要求,達(dá)到硬平臺(tái)實(shí)現(xiàn)“一個(gè)無(wú)縫鏈接”-專業(yè)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)到科研平臺(tái)的無(wú)縫鏈接,軟平臺(tái)實(shí)現(xiàn)本科生、研究生和青年教師的“兩種能力的培養(yǎng)”―實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力培養(yǎng)。

1.4 功能作用

體系的功能體現(xiàn)在五個(gè)層面:高年級(jí)本科生實(shí)驗(yàn)與實(shí)踐教學(xué)、研究生課程實(shí)驗(yàn)-實(shí)踐教學(xué)及科研-創(chuàng)新能力培養(yǎng)、促進(jìn)科研發(fā)展和學(xué)科建設(shè)、行業(yè)培訓(xùn)基地、資源整合和共享。

1)高年級(jí)本科生實(shí)驗(yàn)與實(shí)踐教學(xué)

高年級(jí)本科生掌握了一定的專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí),對(duì)專業(yè)知識(shí)學(xué)習(xí)以及科研創(chuàng)新的需求較高,基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)室不能滿足其要求,因此高水平實(shí)踐體系建設(shè)的第一個(gè)功能是滿足高年級(jí)本科生實(shí)驗(yàn)與實(shí)踐需求,具體包括:

(1)專業(yè)課程實(shí)驗(yàn):配合高年級(jí)專業(yè)課程的設(shè)置,建設(shè)如牽引供電,列車自動(dòng)控制,配電網(wǎng)自動(dòng)化等專業(yè)課程的實(shí)驗(yàn)和仿真平臺(tái),促進(jìn)學(xué)生對(duì)專業(yè)知識(shí)的消化和吸收。

(2)課外實(shí)踐:給一些動(dòng)手能力較強(qiáng),有興趣進(jìn)行實(shí)踐活動(dòng)的學(xué)生提供動(dòng)手實(shí)踐的硬件環(huán)境和專業(yè)指導(dǎo),同時(shí)滿足一些如工程實(shí)踐、個(gè)性化和SRTP實(shí)踐項(xiàng)目的需求。

(3)科研實(shí)踐和學(xué)科動(dòng)態(tài)的了解:給已具有一定科研學(xué)習(xí)和實(shí)踐能力的高年級(jí)學(xué)生,提供一定的途徑進(jìn)行初級(jí)的科研實(shí)踐,并由此更廣泛的了解國(guó)內(nèi)外科研動(dòng)態(tài),及早培養(yǎng)其科研創(chuàng)新的意識(shí)和能力。

2)研究生培養(yǎng)

實(shí)踐體系建設(shè)的第二個(gè)功能是滿足研究生課程實(shí)驗(yàn)、實(shí)踐教學(xué)及科研能力、創(chuàng)新能力培養(yǎng)的需求,增強(qiáng)學(xué)生對(duì)學(xué)科的了解,培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。具體包括:

課程實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐:配合研究生階段的各類專業(yè)課程,提供相應(yīng)的實(shí)踐和仿真平臺(tái)。

科研工作:提供較完備的軌道交通電氣化和自動(dòng)化的實(shí)驗(yàn)仿真條件和動(dòng)手能力平臺(tái),滿足研究生進(jìn)行科研創(chuàng)新的需要。

3)促進(jìn)科研發(fā)展和學(xué)科建設(shè)

通過(guò)國(guó)家軌道交通電氣化與自動(dòng)化工程技術(shù)研究中心、教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室等平臺(tái)的建設(shè),構(gòu)筑系統(tǒng)的科研開發(fā)平臺(tái),建設(shè)有利于出大成果的科研環(huán)境,推動(dòng)學(xué)科的發(fā)展。通過(guò)優(yōu)秀本科生、研究生的科研工作,完成部分科研任務(wù)。

4)完成行業(yè)培訓(xùn)任務(wù)

建設(shè)對(duì)行業(yè)的各種培訓(xùn)的實(shí)踐課程,成為行業(yè)的培訓(xùn)基地。

5)統(tǒng)籌管理,實(shí)現(xiàn)資源整合

對(duì)現(xiàn)有的軟、硬件設(shè)備進(jìn)行整合,進(jìn)行統(tǒng)籌管理,優(yōu)化資源配置,使現(xiàn)有設(shè)備得到更加合理和充分的利用。對(duì)多種資金來(lái)源進(jìn)行統(tǒng)籌,對(duì)資金的使用進(jìn)行統(tǒng)一的考慮和分配,以便于更合理的利用資金進(jìn)行設(shè)備購(gòu)置和學(xué)科建設(shè),避免分散使用造成的重復(fù)和浪費(fèi)。

2 高水平實(shí)踐體系構(gòu)成和內(nèi)容

2.1 體系構(gòu)成

高水平實(shí)踐體系由“1個(gè)中心+教學(xué)科研基礎(chǔ)平臺(tái)+3大科研平臺(tái)+2個(gè)基地+1個(gè)國(guó)際資源”構(gòu)成,即電氣工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)中心、教學(xué)科研基礎(chǔ)平臺(tái)、三大科研平臺(tái)、校內(nèi)校外兩個(gè)企業(yè)實(shí)踐基地和國(guó)際資源。各組成部分功能定位圖譜如圖1所示。

圖1 高水平實(shí)踐教學(xué)體系組成部分功能定位圖譜

2.2 體系內(nèi)容

(1)電氣工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)中心建設(shè)

中心規(guī)劃為“三系統(tǒng)、一平臺(tái)”即電力系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)、電力電子實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)、電子信息實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)和信息管理與發(fā)布平臺(tái)。或是“十二室、一站”即12個(gè)實(shí)驗(yàn)室和一個(gè)網(wǎng)站,分別為高電壓實(shí)驗(yàn)室、接觸網(wǎng)、繼電保護(hù)與綜合自動(dòng)化、電能質(zhì)量、電氣系統(tǒng)仿真、電力電子與電力傳動(dòng)、電機(jī)、懸浮與線性驅(qū)動(dòng)、傳感器與測(cè)量、MCU及接口技術(shù)和數(shù)據(jù)處理與控制實(shí)驗(yàn)室。

中心以培養(yǎng)素質(zhì)高,能力強(qiáng)的高速鐵路、軌道交通電氣化與自動(dòng)化和電力系統(tǒng)自動(dòng)化等方向人才為目標(biāo),重點(diǎn)建設(shè)高年級(jí)本科生和研究生課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)為主,同時(shí)考慮本科生工程實(shí)踐和個(gè)性化實(shí)驗(yàn)室條件的建設(shè),部分延伸到研究生科學(xué)研究的創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)條件建設(shè),中心建設(shè)具備獨(dú)特特色和系統(tǒng)性。中心三大系統(tǒng)及研究對(duì)象關(guān)系如圖2所示。

圖2 電氣工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)中心三大系統(tǒng)及其研究對(duì)象關(guān)系示意圖

(2)教學(xué)科研基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

該平臺(tái)是在電氣工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)中心的基礎(chǔ)上,構(gòu)筑涵蓋學(xué)院本科專業(yè)方向、研究生學(xué)科方向的六大實(shí)踐平臺(tái)、即牽引供電-列車傳動(dòng)1:1實(shí)驗(yàn)平臺(tái)、電力系統(tǒng)-新能源利用實(shí)驗(yàn)平臺(tái)、城市軌道供電-牽引機(jī)車實(shí)驗(yàn)平臺(tái)、智能信息處理與智能控制實(shí)驗(yàn)平臺(tái)、超導(dǎo)電工技術(shù)與新型電工材料實(shí)驗(yàn)平臺(tái)和列車運(yùn)行與牽引傳動(dòng)綜合仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。目的是為實(shí)踐型人才培養(yǎng)向創(chuàng)新型人才培養(yǎng)過(guò)渡提供一個(gè)一流的科研實(shí)訓(xùn)平臺(tái),建設(shè)電氣工程和電子信息工程學(xué)科的本科生、研究生實(shí)踐教學(xué)基地、本科生工程實(shí)踐和個(gè)性化實(shí)驗(yàn)基地,研究生科研實(shí)訓(xùn)基地。

該平臺(tái)以軌道交通電氣化與自動(dòng)化、高速動(dòng)車組和磁浮、高速動(dòng)車組網(wǎng)絡(luò)控制為特色,考慮新能源技術(shù)與應(yīng)用新增專業(yè)。平臺(tái)構(gòu)成如圖3所示。

牽引供電—列車傳動(dòng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái):平臺(tái)根據(jù)高速鐵路牽引供電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和各子系統(tǒng)功能劃分,由牽引供電實(shí)驗(yàn)室、列車牽引與網(wǎng)絡(luò)控制實(shí)驗(yàn)室、軌道交通供電自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)室、牽引供電綜合接地回流系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室等共同構(gòu)成,如圖4所示。

城市軌道交通供電—列車實(shí)驗(yàn)平臺(tái):該平臺(tái)勇于開展城市軌道交通供電系統(tǒng)、列車系統(tǒng)、綜合監(jiān)控系統(tǒng)的成套技術(shù)的教學(xué)和科研工作。平臺(tái)研究對(duì)象和內(nèi)容如圖5所示。

圖3 教學(xué)科研基礎(chǔ)平臺(tái)結(jié)構(gòu)圖

圖4 牽引供電—牽引傳動(dòng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

圖5 城市軌道交通供電—列車實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

這些平臺(tái)的建設(shè),滿足了教學(xué)大綱的要求,更新了實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,增加了實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的個(gè)數(shù)。不僅實(shí)現(xiàn)了資源共享,而且增加了學(xué)生個(gè)性化實(shí)驗(yàn)和創(chuàng)新實(shí)踐的機(jī)會(huì),增強(qiáng)了學(xué)生對(duì)真實(shí)系統(tǒng)的了解,實(shí)現(xiàn)了學(xué)生的實(shí)踐能力到創(chuàng)新意識(shí)的培養(yǎng),使我院的畢業(yè)生數(shù)量和質(zhì)量均能適應(yīng)當(dāng)前高速鐵路和城市軌道交通大發(fā)展對(duì)人才能力的需求。

(3)科學(xué)研究平臺(tái)

通過(guò)科研平臺(tái)對(duì)應(yīng)的孵化產(chǎn)業(yè)將科研成果轉(zhuǎn)化為科技產(chǎn)品,為軌道交通領(lǐng)域提供產(chǎn)品和技術(shù)支持。在該平臺(tái)上,構(gòu)建軌道交通領(lǐng)域國(guó)內(nèi)一流的教師、研究生科研實(shí)訓(xùn)平臺(tái),并為部分優(yōu)秀本科生提供開放性、個(gè)性化實(shí)踐實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目,為國(guó)家軌道交通領(lǐng)域培養(yǎng)創(chuàng)新型專業(yè)人才。

該平臺(tái)包括一個(gè)國(guó)家級(jí)平臺(tái)—國(guó)家軌道交通電氣化與自動(dòng)化工程技術(shù)研究中心,一個(gè)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室—磁浮技術(shù)與磁浮列車,一個(gè)鐵道部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室—鐵道電氣化與自動(dòng)化和一個(gè)四川省高電壓與絕緣技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,具體規(guī)劃為16個(gè)研究部,分別為軌道交通供電綜合監(jiān)控部、綜合自動(dòng)化部、同相供電部、列車網(wǎng)絡(luò)與車輛控制檢測(cè)診斷技術(shù)部、軌道交通仿真培訓(xùn)系統(tǒng)部、磁懸浮理論與技術(shù)部、系統(tǒng)工程部、列車線性驅(qū)動(dòng)部、列車車輛系統(tǒng)部、運(yùn)行控制部、高壓電氣設(shè)備絕緣評(píng)估及狀態(tài)檢修部、高壓絕緣電磁模擬與數(shù)值仿真部等。圖6和圖7分別為科研平臺(tái)和軌道交通電氣化與自動(dòng)化平臺(tái)構(gòu)成圖。

圖6 科學(xué)研究平臺(tái)構(gòu)成圖

圖7 軌道交通電氣化與自動(dòng)化平臺(tái)構(gòu)成圖

(4)校內(nèi)外企業(yè)實(shí)踐基地建設(shè)

為了更好的開展科學(xué)研究、工程技術(shù)研發(fā)、技術(shù)成果的孵化、輻射,學(xué)院積極廣泛的開展了與校內(nèi)外企業(yè)的合作交流。通過(guò)廣泛開展與校內(nèi)外企業(yè)合作交流,構(gòu)建電氣工程學(xué)院教師、研究生、本科生調(diào)研、實(shí)習(xí)、實(shí)踐基地,為國(guó)家培養(yǎng)面向社會(huì)的實(shí)踐型和創(chuàng)新型專業(yè)科技人才;為校內(nèi)外企業(yè)提供技術(shù)支持和開放性服務(wù),為學(xué)院科研技術(shù)輻射奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。基地細(xì)目如表1所示。

表1 校內(nèi)外企業(yè)實(shí)踐基地列表

(5)國(guó)際合作資源建設(shè)

近年來(lái),學(xué)院規(guī)劃了“走出去,引進(jìn)來(lái)”的國(guó)際合作方針,廣泛開展了與國(guó)際知名企業(yè)和高校的合作交流。通過(guò)以上活動(dòng),為學(xué)院教師、研究生、本科生國(guó)際交流、聯(lián)合培養(yǎng)和項(xiàng)目合作創(chuàng)造良好的條件,進(jìn)而提高學(xué)院的國(guó)際影響力和教師、學(xué)生的綜合素質(zhì),為培養(yǎng)實(shí)踐型和創(chuàng)新型國(guó)際人才奠定良好的基礎(chǔ)。國(guó)際合作資源細(xì)目如表2所示。

表2 國(guó)際合作資源規(guī)劃列表

3 措施與經(jīng)驗(yàn)

3.1 利用科研儀器設(shè)備和成果建設(shè)

在學(xué)科建設(shè)、課程與基地建設(shè)、基礎(chǔ)研究與工程應(yīng)用項(xiàng)目的攻關(guān)過(guò)程中,有意識(shí)地進(jìn)行多學(xué)科的協(xié)作和融合,并利用其它協(xié)作單位的綜合優(yōu)勢(shì),采取共建、共享的模式提高實(shí)踐教學(xué)質(zhì)量,加強(qiáng)本學(xué)科的辦學(xué)實(shí)力。

3.2 建立個(gè)性化學(xué)習(xí)的實(shí)踐教學(xué)環(huán)境

本科生具有相當(dāng)?shù)目蒲袧摿?對(duì)此應(yīng)積極保護(hù)與發(fā)掘,學(xué)校設(shè)立了創(chuàng)新學(xué)分,科研創(chuàng)新學(xué)分的內(nèi)容比較豐富,包括小發(fā)明、小創(chuàng)造、工藝設(shè)計(jì)、工程設(shè)計(jì)、發(fā)表學(xué)術(shù)論文等,作為本科生進(jìn)行科技創(chuàng)新的重要場(chǎng)所。

3.3 建立新的激勵(lì)機(jī)制,鼓勵(lì)老師進(jìn)實(shí)驗(yàn)室

中心通過(guò)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的開發(fā),促進(jìn)青年教師進(jìn)實(shí)驗(yàn)室,不僅提高年輕教師的實(shí)踐能力,同時(shí)提升專業(yè)實(shí)驗(yàn)的師資水平。

3.4 發(fā)揮學(xué)生的主動(dòng)性、積極性和創(chuàng)新性

采取以學(xué)生自己動(dòng)手、自我設(shè)計(jì)為主,采取啟發(fā)式的教學(xué)模式,廢除由教學(xué)人員包辦代替和學(xué)生只觀察記錄的教學(xué)方法。采用現(xiàn)代教學(xué)方法和手段進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué),如多媒體教學(xué)、計(jì)算機(jī)交互教學(xué)等。積極依托回國(guó)教師的資源優(yōu)勢(shì),盡可能把國(guó)外實(shí)驗(yàn)教學(xué)的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)應(yīng)用到本學(xué)科的教學(xué)改革中。

3.5 加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)室的規(guī)范化管理

進(jìn)一步加強(qiáng)師資力量,形成一支結(jié)構(gòu)合理、素質(zhì)較高、精于教學(xué)、勇于創(chuàng)新的一流實(shí)踐教學(xué)隊(duì)伍。進(jìn)一步提高中心的開放性,實(shí)現(xiàn)資源共享。實(shí)驗(yàn)室實(shí)行開放式教學(xué),實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容分為不同檔次,以滿足不同層次、不同能力學(xué)生的要求,學(xué)生可根據(jù)自己的實(shí)際情況設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,自己預(yù)定時(shí)間,不受課程時(shí)間限制,有利于培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性,突出個(gè)性,學(xué)有余力的學(xué)生還能得到更多的學(xué)習(xí)機(jī)會(huì),掌握多方面的技能,提高綜合素質(zhì)。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)電氣信息類高水平實(shí)踐教學(xué)體系的建設(shè)與實(shí)踐,構(gòu)建了滿足高水平人才培養(yǎng)的軟硬件平臺(tái),改善了中心的實(shí)驗(yàn)教學(xué)條件和環(huán)境設(shè)施,提高了實(shí)驗(yàn)室的使用效益,促進(jìn)了實(shí)踐教學(xué)改革,提高了教學(xué)質(zhì)量,拓寬了學(xué)生的知識(shí)面,為高水平創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)提供了有利條件。

[1]徐放.高校實(shí)踐教學(xué)的現(xiàn)狀分析與改革對(duì)策[J],鹽城工學(xué)院學(xué)報(bào),2008(1):88-91

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