國家級電氣工程專業實驗教學示范中心建設與實踐

王莉麗，艾 欣，宋金鵬

（華北電力大學 國家級電氣工程專業實驗教學示范中心，北京 102206）

華北電力大學是教育部直屬高校，是國家“211工程”、“985工程”、“優勢學科創新平臺”重點建設高校，也是教育部與國家電網公司、南方電網公司等7家特大型電力企業集團組成校理事會共建的全國重點大學。學校全面構建了“以優勢學科為基礎，以新興能源學科為重點，以文理學科為支撐”的“大電力”學科體系，形成了“厚基礎，重實踐，強能力”的人才培養特色［1-3］。

華北電力大學國家級電氣工程專業實驗教學示范中心（以下簡稱“中心”）于2013年被教育部批準為“十二五”國家級實驗教學示范中心，隸屬于我校電氣與電子工程學院。中心以原“北京市電氣工程實驗教學示范中心”為主體，整合了新能源電力系統國家重點實驗室和電氣工程實踐中心的部分資源而構成。整合之后，中心的專業性、創新性、研究性實驗教學體系更加完整、合理，符合國家級實驗教學示范中心所要求的“優質資源融合、教學科研協同、學校企業聯合培養人才的實驗教學新模式”的總體要求［4-5］。

1 實驗教學定位、教學理念和建設目標

1.1 實驗教學定位

實驗教學示范中心建設的最終目的是通過實驗教學理念、實驗教學體系、實驗隊伍建設、實驗資源配置、管理運行機制等方面的創新，取得引領實驗教學改革方向的建設成果，進而帶動整個高校人才培養模式的根本變革，達到提高大學生創新能力和綜合素質的目的［6-7］。

華北電力大學電氣與電子工程學院有國家級、省部級多個實驗室和校外實習基地，這些機構既相對獨立，又密切關聯，形成了統一而完整的基礎與專業、理論與實踐、教學與科研、校內與校外相結合的有機整體。電氣工程專業實驗教學中心的教學定位是成為“四模塊”（基本實驗模塊、校內實踐模塊、仿真實踐模塊、校外實踐模塊）實踐教學體系中校內實踐基地的重要組成部分，成為大學生進行電氣工程專業實踐訓練和創新實踐活動的重要基地，成為集教學和科研于一體的實踐單位。

1.2 實驗教學理念

在中心建設中，積極進行教學改革研究，始終強調理論教學和實驗教學一體化聯動建設，形成了新的實驗教學理念：

（1）堅持理論教學與實驗教學相結合的指導思想，理論與實踐各有側重，互有交叉和融合；

（2）充分利用網絡資源和多媒體手段，提高實驗教學的效率和效果，與實際實驗互為補充；

（3）加強各專業方向、各學科間的交叉與綜合，體現實驗體系和內容的多層次綜合（課程內知識點之間的綜合、課程之間的綜合、學科之間的綜合），突出對學生綜合應用知識能力的培養。

1.3 建設目標

結合我校人才培養的總體目標和電氣工程學科的特點，中心的建設目標可以概括為：以人才培養為主線、以能力培養為核心，建立有利于培養學生實踐能力和創新能力的實驗教學體系，建設技術與儀器設備先進、資源共享、開放服務的實驗教學環境，建設滿足高水平實驗教學需要的高素質師資隊伍和高效運行的管理機制與信息化平臺，全面提高實驗教學質量，及時總結示范經驗并輻射到區域，逐步發展成覆蓋電氣信息大學科的綜合實驗教學示范中心。

2 中心的管理模式、實驗教學體系和內容

中心是隸屬于電氣與電子工程學院的二級機構，受學院和教務處領導。中心下設電力系統仿真實驗室等12個實驗室，實行主任負責制，院、所雙重管理的管理機制。

中心的實驗教學內容涵蓋了電氣相關專業的基礎實驗、專業實驗、綜合實驗、課程設計、創新實驗等多項內容，構建了“基礎—提高—應用—創新—研究”和“仿真—設計—綜合—工程”的多層次、模塊化的實驗教學體系，豐富和充實了華北電力大學“四模塊”實踐教學體系的內涵，具有鮮明的電力行業特色和仿真特色，支撐了學?！按箅娏Α睂W科體系和專業布局。中心具體的實驗教學管理體系和實驗內容如圖1所示［8-10］。

圖1 中心的實驗教學管理體系和實驗內容

3 中心鮮明的特色

多年來，華電人在“辦一所負責任的大學”辦學理念的指引下，共同努力、不斷探索與實踐，將中心建成為我校乃至全國高校同類專業中頗具特色的實驗教學基地。中心的特色包括以下幾個方面。

3.1 自制教學設備，填補空白，創造效益

中心自行研制教學設備歷史悠久，已有14項自制教學設備應用到我校的本科教學中，其中有2項榮獲河北省教學成果一等獎，2項榮獲電力部教學成果一等獎。

在實驗教學裝置的研制方面，中心研制的“WJS-11微機型線路保護教學仿真實驗裝置”使我校成為在國內首個有能力開設微機繼電保護實驗課的高校。該實驗裝置既強化了本科實驗教學環節，又填補了國內“微機繼電保護課程”無教學實驗裝置的空白。

在實驗教學軟件方面，自主研發了“變電站仿真培訓系統”、“發電廠報價系統”、“電機學教學課件”等。“變電站仿真培訓系統”曾是甘肅、內蒙古、黑龍江等?。ㄗ灾螀^）電力公司的科技項目，多年來一直用于本科生的“變電站仿真綜合實驗”和學生校內實習訓練，它解決了學生到發電廠、變電站實習時只能看、不能操作的問題；“發電廠報價系統”是電力市場仿真實驗的教學軟件；“電機學教學課件”不僅在本校使用，而且推廣到清華大學、香港理工大學等40余所大專院校，取得了良好的經濟效益和社會效益。

中心自制的教學設備充實了本科實驗教學的內容和方法，改善了本科辦學條件，對提高電氣相關專業的高等教育實踐教學水平和教學改革起到了很大的推動作用。

3.2 打破分立，開設大量綜合實驗

綜合實踐教學是素質教育的重要環節，不少教育家認為：“沒有綜合化就不會產生偉大的人物”。美國的高等教育研究人員也認為，綜合性的專業和課程有利于培養現代人才的思維能力、組織能力和實際工作能力。目前在高等工程教育中，很多實驗教學仍停留在分散而獨立的驗證某個概念、理論、方法的低水平實驗上。這種實驗教學訓練很難培養出知識經濟時代需要的復合型技術人才［11］。

縱觀世界各國目前教學改革的特點，無一不是“綜合化”。電氣工程專業的實驗教學也應在教學內容、教學方法等方面向綜合化方向發展。中心打破傳統實驗教學模式，開設了多門各具特色的綜合實驗課程，其目的就是培養學生綜合運用專業知識、綜合分析問題和綜合工程實踐的能力，為學生畢業后從事專業領域的工作打下堅實的理論及實踐基礎。這些綜合實驗課程包括“電力系統綜合實驗”、“繼電保護與自動化綜合實驗”、“電氣工程綜合實驗”、“電力電子技術綜合實驗”、“高電壓綜合實驗”等。

3.3 實驗設備符合工業界主流技術標準

中心緊跟時代步伐，將最先進的電力科學技術融入到實驗教學系統之中，在實驗教學中使用的主要設備與當前工業界主流技術保持一致，與電力企業生產實際緊密聯系。例如微機保護實驗室采用的設備“繼電保護測試儀PW30A”（四方公司）、“數字式線路保護裝置及測控裝置CSL161”（四方公司）、“電流保護繼電器組”（北京繼電器有限公司）、“測控裝置CSI—200E”（四方公司）等，均是電力企業現場使用的設備。中心的低壓開關設備是保定華北電力大學開關廠制造的生產設備，型號為GCK抽出式低壓配電柜和GGD低壓配電柜也是電力企業在用設備。實驗中心培養的學生能夠在學校用實際的生產設備學到專業技能，畢業后在該領域工作有可能做到零適應期，這是現代企業對大學畢業生的要求之一。

3.4 仿真教學與理論授課結合

電力系統的科學研究與其他科技領域一樣，可以概括為理論分析和科學實驗兩種途徑?？茖W實驗研究可以在實際電力系統上進行，也可以在模擬電力系統上進行。在實際系統上進行實驗可以得到最真實的結果，但是往往受到很多因素（如時間、經濟、安全等）的制約。對于短路、振蕩、失步等一些危險性實驗項目，由于受到系統運行條件的限制，不一定能在實際系統上進行，更不能進行多次重復性實驗［7］。因此，在模擬電力系統上進行仿真實驗研究十分重要。

仿真教學采用物理模擬或數字仿真技術實現。通過模型、現場錄像、仿真機或數字仿真等手段，為學生提供一種系統化的與現實十分接近的實踐環境。

對于物理模擬仿真教學，電力系統動模實驗室有國內先進的用于研究軸系扭振的專用大機組、容量較大且功能齊全的30kVA機組、無窮大系統、500kV輸電線路、有功無功負荷等模型。

對于數字仿真教學，可進行復雜電力系統的潮流分布、故障分析、穩定性分析、繼電保護整定計算等實驗，已有商品化的電力系統數字仿真軟件包可供使用。中心投入了大量資金，先后引進了加拿大的RTDS、我國的南瑞Open3000、電科院的PSASP和PSD電力系統軟件工具、德國的DIgSILENT、加拿大的PSCAD、美國的EMTP等多種國內外電力系統專業仿真軟件平臺。中心開設的多門設計類實踐課程和上機計算實踐課程都是應用這些軟件平臺完成的。

除此之外，專業仿真軟件平臺還為學生進行開放性實驗和創新性項目提供了有利的條件。

3.5 教學實驗室和科研實驗室有機結合

中心建設并不僅僅限于其自身，還注重與新能源電力系統國家重點實驗室、高電壓與電磁兼容省部級重點實驗室的對接。中心把本科實踐教學平臺與科研平臺有機結合，形成了一個大概念的、對培養目標有持續效果的實驗教學平臺，也是一個涵蓋本科教學、科技創新、科學研究，著眼于未來的電力人才培養平臺。在這個平臺上，學生不但能夠學習理論知識和提高實踐能力，還能夠了解到當前電氣領域的先進技術和主流發展方向，形成大電力系統全局意識。

中心還積極把科研實驗室的成果轉化為教學實驗項目，為本科人才培養服務。例如“超導應用基礎”課程利用中心和電磁兼容重點實驗室2個實驗平臺為學生開設實驗；“電力系統繼電保護原理”課程除了在中心進行實驗教學外，還利用新能源電力系統國家重點實驗室為學生進行微機保護的實驗教學。在電氣工程創新實驗班培養計劃中，有一個實踐環節“電氣工程創新設計”。實驗班的學生在導師的帶領下，進入科研項目領域，利用中心、省部級重點實驗室、國家重點實驗室聯合實驗平臺，進行為期一個學期的科研項目研發。

中心本科實驗教學平臺與科研實驗平臺聯合建設、有機結合，共同培養人才，使學生在本科階段的學習更加結構化，目標更加明確，在聯合實驗平臺上進行的實驗更加系統化。

3.6 校企合作共建校外實踐基地

校企合作是華北電力大學的辦學特色之一，是大學主動參與國家創新體系建設，服務社會、區域及行業發展的主渠道。在建設高水平大學的新時期，學校提出了“走校企合作興校之路”的發展戰略，將校企合作列為高水平大學建設三大新的增長點之一，不斷拓展校企合作的內涵與合作的深度、廣度，構建了以理事會成員單位為核心、以戰略合作伙伴為重點、以廣大能源電力企業為基礎的多層級校企合作模式，支撐學校的人才培養、科學研究以及社會服務。

2003年以來，學校與中國廣東核電集團、中國電力科學研究院、國網智能電網研究院等50余家能源電力企事業單位結成戰略合作伙伴關系，并通過校理事會籌集資金2億元，校企合作經費達到15億元。以理事會為核心的校企合作平臺為學?！?73”等重大科研項目及國家級、省部級科研獎項的獲取提供了支持，也為學校創新人才的培養提供了載體。

大學生校外電網實踐教學中心依托華北電網有限公司，根據校企戰略合作協議聯合進行人才培養，2010年被批準為北京市大學生校外實踐基地，2011年被批準為國家級大學生校外實踐基地。華北電力大學與華北電網有限公司在學生的實踐培養與基地建設方面的合作已有多年歷史，華北電網在下屬的多個電廠、供變電站建立了實踐實習站。學生在所屬企業進行實習，畢業后又回到企業工作，形成了良好的校企合作關系。學生在實習過程中的收獲，一方面促進了在校的理論學習，另一方面在參加工作以后能迅速適應崗位工作，很快完成角色的轉換［12-13］。

4 結束語

華北電力大學國家級電氣工程專業實驗教學示范中心堅持本校的辦學理念和辦學方針，以傳授知識、培養能力、提高素質、注重創新為核心，注重培養學生的工程實踐能力、綜合素質和創新精神。在“十二五”后半段時間的建設中，將致力于建成集知識學習、技能訓練、工程實踐、能力培養于一體的電氣信息類專業實驗教學中心，在全國相關領域內起到良好的示范與輻射作用。

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［1］盧麗君.依托行業開放辦學激發大學生機活力：訪華北電力大學校長劉吉臻教授［J］.中國高等教育，2011，21（2）：21-23.

［2］趙博.人才是電力發展的第一要素：訪全國政協委員、華北電力大學校長劉吉臻［N］.中國電力報，2013-03-16（001）.

［3］劉文碩，姚雷.電力發展新趨勢對人才提出新要求：訪全國政協委員、華北電力大學校長劉吉臻［N］.國家電網報，2013-03-15（004）.

［4］教育部.教育部關于開展高等學校實驗教學示范中心建設和評審工作的 通 知 ［EB／OL］.（2008-04-25）［2014-05-18］.http：／／www.moe.gov.cn／publicfiles／business／htmlfiles／moe／moe ＿1073／201001／79341.html.

［5］教育部高等教育司.關于2005年國家級實驗教學示范中心申報評審工作的通知［EB／OL］.（2005-06-23）［2014-05-18］.http：／／www.moe.edu.cn／publicfiles／business／htmlfiles／moe／s5661／201106／120843.html.

［6］張曉寧.國家級實驗教學示范中心建設現狀［J］.實驗室研究與探索，2009，28（10）：35-36.

［7］姜文風，高欣.“十二五”國家級實驗教學示范中心建設與思考［J］.實驗技術與管理，2013，30（5）：5-7.

［8］杜明輝，葉朝良，劉鵬.國家級實驗教學示范中心建設的研究與實踐［J］.實驗技術與管理，2011，28（7）：130-133.

［9］余建潮.依托實驗教學示范中心加強學生實驗能力的培養［J］.實驗技術與管理，2013，30（3）：117-120.

［10］董嘉佳，于歆杰，康重慶，等.構建有電氣工程學科特色的實踐教學體系［J］.實驗室研究與探索，2012，31（4）：132-135.

［11］楊德先，陸繼明.電力系統綜合實驗原理與指導［M］.北京：機械工業出版社，2010.

［12］婁娟，周軍，蔡國偉，等.電氣工程實驗教學示范中心改革思路及方案［J］.實驗室研究與探索，2013，32（5）：115-118.

［13］李書權，曾令全，嚴干貴，等.電氣工程實習基地建設的探索［J］.電氣電子教學學報，2009，31（1）：75-77.