電氣工程及其自動化專業實驗教學的探討與研究

韋鈺 陸善婷

上海工程技術大學 上海 201620

電氣工程及其自動化專業實驗教學是專業教學的最重要的環節之一，學生的實踐能力和創新能力是衡量該專業的重要指標。在本專業的實驗教學上，基本采用一門課程一個實驗室的模式，實驗內容多為理論教學服務的驗證性實驗。專業實驗分為3個層次。1)基礎性實驗，即把本專業基礎課程對應的實驗室整合到一起，滿足各門課程實驗教學的需要，如電路實驗、數字電子實驗、模擬電子實驗等。2)綜合性實驗，即針對專業課程開展的實驗，也可以是不局限于某門單一的課程，通過實驗室結構的整合和調整，將相關課程的實驗綜合起來[1]，如電機學實驗、繼電保護實驗、變配電實驗等。3)創新性實驗。創新性實驗的方式可以是在教師的指導下，在自己的研究領域或學科方向，針對某一課題或某一研究方向，進行研究和探索的實驗；也可以是根據本專業培養目標，建立起產學研聯合開放實驗室。這兩種都是學生參加科學研究、教學科研相結合的重要形式。

3個層次上下承接，缺一不可，沒有扎實的實驗技能基礎就不可能綜合運用實驗技能分析問題和解決問題，更談不上研究創新，所以要強調重基礎、抓綜合、謀創新的思想指導實驗教學[2]。

1 實驗課程設置的特點與現狀分析

1.1 基礎性實驗

基礎性實驗是電氣工程專業學生初次接觸實驗課程，實驗較為簡單，但學生需要在基礎性實驗中培養起實驗的基本思想和方法，這對今后的綜合實驗和創新實驗是良好的墊腳石。例如，通過電路實驗的教學使學生由淺入深地掌握基礎實驗方法、儀器的使用。在教學過程中要注意理論與實踐的結合，學生應能夠自行驗證實驗結果。在直流部分的實驗中，驗證戴維南定理的實驗理論性較強，理論對實驗具有一定的指導意義，若不理解定理的推導將無法理解和順利完成實驗；在操作上，線路的連接相對復雜，實驗步驟相對較多，因此在第一學期的基礎實驗中是難度較高的一個，也是理論與實驗緊密結合的典型例子。除此之外，各實驗均有所側重，如一階電路暫態響應實驗，不僅讓學生理解儲能元件的儲能作用與充放電過程，還對示波器的使用有一定要求；再如，三相交流實驗模擬實際負荷，同時實驗的安全性也是特別需要注意的一點。綜上，基礎性實驗的教學旨在讓學生對今后本專業實驗的學習打好基礎。

1.2 綜合性實驗

綜合性實驗多配合專業課程，培養學生的綜合應用能力、理論與實際相結合的能力，分別表現在知識結構方面、分析研究方面、綜合應用方面全面的能力，應本著互補性原則、滲透性原則、遞進性原則、系統性原則設計和開展[3]。以電機學實驗為例，電機學作為本專業的核心專業課程，對應的實驗教學也顯得尤為重要。電機學實驗主要包括變壓器運行實驗、直流電機運行實驗、異步電機運行實驗、電機拖動系統實驗4個主要板塊，每個實驗均需要良好的實驗基礎和較高的安全意識，在此實驗課程的學習中不僅測量變壓器和電機的運行特性，還要與電力網的運行結合起來。例如電機是電力系統中的主要部分，為保證電網的安全可靠運行，電網調度人員必須時刻掌握和控制各發電機組的運行工況，了解其運行參數的變化，學生在實驗過程中若能將電機的運行特性曲線與電網的穩定運行結合起來，實現對多門專業課程間的滲透理解，便能綜合提高專業技能。

1.3 創新性實驗

電氣工程及其自動化專業是一門實踐性很強的學科，學生除了要受到系統規范的理論教育，還必須能夠將理論應用到實踐中去，創新性實驗是實現這一目標的最佳平臺。創新性實驗的內容一般都具有交叉性，包括力、熱、電、磁、光等的交叉，也包括電氣工程學科與其他學科的交叉。培養學生創新能力的途徑可以是開始創新實驗課程和設立創新項目，讓學生在教師的啟發引導下，通過實驗、觀察、思考、分析、歸納，掌握科學方法，從而培養其創新能力。其次，與企業建立產學研合作也是培養創新精神的重要途徑，企業發展史就是不斷創新的歷史，是創新精神和創新方法教育的活教材。若能讓學生加入到企業的實踐中來，投身到實際項目中去，不僅能夠提高創新能力，還能很好地將實際情況結合起來，針對具體問題具體分析，大面積多層面觸發學生的創新靈感。

2 提高實驗教學質量的探索與實踐

2.1 注重計算機應用技術在實驗課程中的應用

隨著電力系統智能化程度越來越高，計算機在教學中的應用越來越廣泛，如今電氣工程及其自動化專業已非單純的強電專業，漸漸融合自動控制、計算機等多學科相互交叉滲透。以電力工程課程中的潮流計算實驗為例，潮流計算的計算過程繁瑣，迭代次數多、系統復雜，若不借助計算機軟件將很難實現，因此設置5節點、14節點、30節點的潮流計算實驗需要通過計算機仿真軟件來進行。除此之外，MATLAB、ATP-EMTP、COMSOL等電路、電磁分析仿真軟件都適合用來開設仿真實驗，應用到綜合實驗和創新實驗中來。

2.2 注重實踐環節

注重實驗能力的培養要特別注重實驗環節的教學。結合專業特點，設置認識實習、課程設計、綜合實驗等實踐環節的課程，課程內容可設置為2周左右[4]，在集中的2周時間內完成具體課題或者實際項目中的子課題，例如：變配電課程設計內容為設計某工廠配電系統的一次系統和二次系統；繼電保護課程設計內容為某段線路短路電流的三段式整定計算；電氣控制課程設計內容為編寫能夠實現具體功能的控制程序，或是在組態軟件中實現仿真效果。而課程設計的設計題目要進行精選，使其盡可能全面地覆蓋某一門甚至某幾門課程的專業知識。

2.3 開展創新實驗項目，提高學生的學習興趣

任何實驗教學的開展旨在培養學生解決實際問題的能力，而實驗的成功與否與學習的興趣密不可分。通過實際項目，可以讓學生熟悉工程項目申報、研究、檢查、結題一系列整體過程，而實際結果的完成不僅能讓學生學到技能，更能提高學生的積極性，使其對完成一項具體工程樹立信心。而創新項目的來源可以是教師在研課題的子課題或是導師的主要學術研究方向，這類創新項目將緊密結合理論與實際。

2.4 提高教師的專業水平，加強師資隊伍建設

提高教師的專業水平，建設強健的師資隊伍是實驗室建設的重要因素，是確保實踐教學的前提和條件。首先，實驗隊伍先從學歷上進行提高，用充分的理論知識做基礎，將電氣工程領域的最前沿的研究方向和研究成果帶入實踐中來；其次，單有學歷還遠遠不夠，從學校到學校的高學歷教師往往缺乏實踐經驗，因此還應通過派遣教師到工廠企業進行培訓和學習等形式來提高實驗技能，強化隊伍建設。實現了學歷上達標，年齡結構、學員結構及職稱結構合理，實驗技能提升的實驗團隊，使實驗指導教師具備理論和實驗的綜合能力。此外，還需在實驗室工作評優、實驗室建設工作量計算、實驗室工作人員職稱晉級、待遇等方面采取一些穩定隊伍的措施，讓優秀實驗教學人才“引得進，留得住，用得好”[5]。

3 結語

電氣工程及其自動化專業設置的實驗課程均需具有較強的實踐能力，需要理論與實踐的充分結合，通過基礎性實驗、綜合性實驗、創新性實驗3個層次，緊緊抓住專業培養的目標，培養學生扎實的實驗基礎、綜合運用技能和創新的思路。同時還應優化實驗教學體系，優化資源配置，完善管理，建立先進的實驗運行模式，搭建良好的基礎實驗平臺、專業綜合實驗平臺和專業方向實驗平臺，從而為實驗教學提供良好的條件。

[1]朱群峰,王曉芳,黃肇.試析電氣工程及自動化專業實驗室建設與改革[J].中國電力教育,2008(120):140-141.

[2]趙娟,李輝.電氣工程與自動化專業實驗教學改革探討[J].中國科教創新導刊,2008(4):35-37.

[3]吳新開,朱承志,鐘義長.綜合性實驗的綜合原則[J].實驗室研究與探索,2007,26(6):89-91.

[4]何瑞文,謝云,陳碌華.電氣工程及其自動化專業建設與實踐模式探討[J].中國電力教育,2012(3):71-73.

[5]程柳瑩.電氣工程及其自動化實驗室運行體系研究[J].價值工程,2011,30(9):214.