面向未來(lái)的新工科視域下電氣工程及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)實(shí)踐教學(xué)改革研究與實(shí)踐

劉 洋，張運(yùn)波，鐘 菲，賀 琳

(長(zhǎng)春工程學(xué)院電氣與信息工程學(xué)院，吉林 長(zhǎng)春 130012)

0 引言

與傳統(tǒng)工科人才不同，新工科人才是指具有較強(qiáng)的工程實(shí)踐能力、創(chuàng)新創(chuàng)造能力和具備國(guó)際視野的復(fù)合型人才。新經(jīng)濟(jì)的發(fā)展為新工科的發(fā)展提供了機(jī)遇。新工科是在工程教育改革背景下產(chǎn)生的新產(chǎn)物，工程綜合實(shí)踐能力的培養(yǎng)是工程教育的最終目的，因此培養(yǎng)新工科人才的實(shí)踐教學(xué)體系的改革對(duì)促進(jìn)新工科的改革至關(guān)重要。在這樣的時(shí)代背景下，研究電氣工程及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)這樣的傳統(tǒng)工科專(zhuān)業(yè)的實(shí)踐教學(xué)模式應(yīng)如何培養(yǎng)適應(yīng)未來(lái)新產(chǎn)業(yè)、新經(jīng)濟(jì)發(fā)展的工程科技人才，具有重要的研究?jī)r(jià)值。

1 新工科視域下電氣工程及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)實(shí)踐教學(xué)改革的目標(biāo)

通過(guò)電氣工程及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)的實(shí)踐教學(xué)改革，應(yīng)當(dāng)使電氣工程人才獲得如下的“新工科”的內(nèi)涵：①實(shí)現(xiàn)新科學(xué)、新技術(shù)與工業(yè)產(chǎn)業(yè)、行業(yè)實(shí)現(xiàn)有機(jī)融合，使新科學(xué)、新技術(shù)伴隨產(chǎn)業(yè)、行業(yè)共同發(fā)展。②加強(qiáng)科學(xué)知識(shí)的成果轉(zhuǎn)化能力、工程應(yīng)用能力和工程實(shí)踐能力，注重使用新興科學(xué)技術(shù)提高傳統(tǒng)工科的工程應(yīng)用能力。③通過(guò)“互聯(lián)網(wǎng)+”“大數(shù)據(jù)”“物聯(lián)網(wǎng)”等新興技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)信息化、工業(yè)化的深度融合與發(fā)展。

2 新工科視域下電氣工程及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)實(shí)踐教學(xué)改革研究與實(shí)踐

通過(guò)實(shí)地調(diào)研并同國(guó)網(wǎng)吉林省電力有限公司、國(guó)網(wǎng)長(zhǎng)春供電公司、吉林風(fēng)力發(fā)電股份有限公司等多家電力企業(yè)的負(fù)責(zé)人和行業(yè)專(zhuān)家進(jìn)校交流，聽(tīng)取企業(yè)專(zhuān)家的合理化建議，從而能夠正確把握電氣工程及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)人才應(yīng)具備的工程實(shí)踐能力和“新工科”人才應(yīng)當(dāng)具備的內(nèi)涵，并對(duì)電氣工程人才的實(shí)踐教學(xué)體系進(jìn)行合理化修改以適應(yīng)新工科發(fā)展的需要，我們對(duì)電氣工程及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)實(shí)踐教學(xué)模式開(kāi)展了以下四方面的改革實(shí)踐。

1)以面向未來(lái)發(fā)展的新工科人才所需核心能力為切入點(diǎn)，全方位、系統(tǒng)化構(gòu)建電氣工程及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)實(shí)踐教學(xué)體系，提高學(xué)生的綜合實(shí)踐能力。從電氣工程及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)各個(gè)學(xué)年學(xué)生的工程實(shí)踐能力的實(shí)際情況為出發(fā)點(diǎn)，遵循分層遞進(jìn)的人才培養(yǎng)規(guī)律，構(gòu)建由課內(nèi)實(shí)驗(yàn)和實(shí)習(xí)、實(shí)訓(xùn)等集中實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)組成的電氣工程及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)實(shí)踐教學(xué)體系，通過(guò)實(shí)驗(yàn)、上機(jī)等實(shí)踐環(huán)節(jié)加深理論學(xué)習(xí)，培養(yǎng)現(xiàn)代工程工具應(yīng)用能力和用實(shí)驗(yàn)的方法研究工程問(wèn)題的能力；通過(guò)課程設(shè)計(jì)、實(shí)習(xí)、實(shí)訓(xùn)等環(huán)節(jié)使學(xué)生受到電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)、試驗(yàn)、運(yùn)行、操作、維護(hù)等方面的訓(xùn)練；在實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革上，逐步減少例如電阻元件的伏安特性、戴維寧定理的驗(yàn)證等驗(yàn)證性的實(shí)驗(yàn)，補(bǔ)充了相序指示器的制作、熔斷器指示電路的制作等設(shè)計(jì)性、綜合性實(shí)驗(yàn)，從而提高了設(shè)計(jì)性和綜合性實(shí)驗(yàn)的占比，在實(shí)驗(yàn)方法和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容上滿(mǎn)足新工科人才培養(yǎng)的需求。如以低壓配電盤(pán)、FM收音機(jī)、PLC控制自動(dòng)往返工作臺(tái)等電氣電子典型產(chǎn)品為載體，將多門(mén)課程的教學(xué)內(nèi)容與學(xué)生工程實(shí)踐能力的培養(yǎng)有效地結(jié)合起來(lái)，培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用知識(shí)的能力。

2)以面向未來(lái)發(fā)展的新工科人才知識(shí)需求為導(dǎo)向，更新實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容，以適應(yīng)新科技革命和新產(chǎn)業(yè)革命的需要。在廣泛調(diào)研的基礎(chǔ)上，從應(yīng)用型本科電氣工程及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)和培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)入手，重點(diǎn)在現(xiàn)場(chǎng)電氣工程師工程實(shí)踐能力、實(shí)踐教學(xué)體系、實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容、實(shí)踐教學(xué)方法、實(shí)踐教學(xué)手段以及校企聯(lián)合培養(yǎng)人才運(yùn)行機(jī)制等方面開(kāi)展研究與實(shí)踐。讓企業(yè)參與電氣工程及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)計(jì)劃的修訂、參與線(xiàn)上線(xiàn)下課程開(kāi)設(shè)的調(diào)整、參與實(shí)訓(xùn)和實(shí)驗(yàn)教材的編寫(xiě)、參與課程設(shè)計(jì)和畢業(yè)設(shè)計(jì)的指導(dǎo)，將實(shí)新工科教學(xué)理念落實(shí)到實(shí)踐教學(xué)改革中去。與此同時(shí)，促進(jìn)教師將科研成果及時(shí)轉(zhuǎn)化為教學(xué)內(nèi)容，向?qū)W生介紹科研新進(jìn)展、實(shí)踐發(fā)展新經(jīng)驗(yàn)，積極探索綜合性課程、問(wèn)題導(dǎo)向課程、交叉學(xué)科研討課程，提高課程興趣度、學(xué)業(yè)挑戰(zhàn)度，以應(yīng)用為目的開(kāi)展科研，以人才培養(yǎng)為目的反哺教學(xué)，是培養(yǎng)綜合型人才的重要途徑。定期組織配電自動(dòng)化吉林省高校工程研究中心的教師科研團(tuán)隊(duì)以學(xué)術(shù)報(bào)告等形式與電氣工程及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)的學(xué)生分享團(tuán)隊(duì)在新能源發(fā)電等方面的研究進(jìn)展，并圍繞風(fēng)電機(jī)組故障診斷、大規(guī)模風(fēng)電接入電網(wǎng)的穩(wěn)定性分析、能源互聯(lián)網(wǎng)的規(guī)劃與優(yōu)化等方向的科研成果組織科研人員和學(xué)生進(jìn)行深入的討論，極大地吸引了學(xué)生的專(zhuān)業(yè)學(xué)習(xí)興趣，并拓展了專(zhuān)業(yè)視野，為新工科人才的培養(yǎng)打好了基礎(chǔ)。

3)強(qiáng)調(diào)科教融合，建立虛擬仿真實(shí)踐教學(xué)資源，豐富實(shí)踐教學(xué)資源內(nèi)容。組織專(zhuān)業(yè)教師在課余時(shí)間開(kāi)發(fā)、建設(shè)多種虛擬仿真實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)來(lái)彌補(bǔ)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)的不足。傳統(tǒng)的電氣工程專(zhuān)業(yè)實(shí)踐教學(xué)資源存在如下的缺點(diǎn)：①傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)儀器造假高昂，一般通過(guò)搭建實(shí)物系統(tǒng)進(jìn)行教學(xué)實(shí)驗(yàn)的方式來(lái)加深學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解，但是傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)臺(tái)存在初期投入大、后期維護(hù)保養(yǎng)費(fèi)用高等問(wèn)題，建立一個(gè)功能完善、長(zhǎng)期使用的傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)對(duì)于學(xué)科建設(shè)來(lái)說(shuō)是不小的負(fù)擔(dān)，高昂的費(fèi)用將導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)內(nèi)容不能廣泛的開(kāi)展，影響人才培養(yǎng)質(zhì)量的提高。②傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)主要以小功率的實(shí)物來(lái)搭建實(shí)驗(yàn)對(duì)象，經(jīng)常受到實(shí)驗(yàn)室空間的限制，不能夠配備足夠多的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，學(xué)生的實(shí)踐課程只能通過(guò)分組的方式進(jìn)行，大部分同學(xué)的實(shí)際動(dòng)手能力得不到有效地鍛煉，不僅影響了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，也降低了教學(xué)效果。③傳統(tǒng)的實(shí)踐教學(xué)資源不能夠隨著新興技術(shù)的發(fā)展而快速地更新?lián)Q代，只能通過(guò)新建實(shí)驗(yàn)室或者更換設(shè)備的方式來(lái)升級(jí)，教師的教學(xué)過(guò)程也失去了靈活性。為此，我們組織專(zhuān)業(yè)教師建設(shè)了多種虛擬仿真實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)，設(shè)計(jì)制作的虛擬仿真實(shí)踐教學(xué)資源使用軟件工具做實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)環(huán)境是虛擬的，不存在元器件損耗、故障、儀器燒損等問(wèn)題，減少了實(shí)驗(yàn)室建設(shè)投入，降低了維護(hù)成本，同時(shí)實(shí)踐課程內(nèi)容的更新與升級(jí)主要在軟件上完成，有效地提高了實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源建設(shè)的經(jīng)濟(jì)性。例如建設(shè)的電力電子虛擬仿真實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)包括：升降壓斬波實(shí)驗(yàn)、晶閘管單相橋式全控整流實(shí)驗(yàn)、H橋雙極性PWM控制實(shí)驗(yàn)、三相兩電平全橋逆變器SPWM實(shí)驗(yàn)、并網(wǎng)逆變器控制實(shí)驗(yàn)等。這個(gè)電力電子虛擬仿真實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)可以讓學(xué)生自己動(dòng)手搭建電力電子系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，更加直觀(guān)的學(xué)習(xí)電力電子系統(tǒng)的工作原理和控制理論知識(shí)。學(xué)生對(duì)這個(gè)虛擬仿真實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)的評(píng)價(jià)是：“易于上手，開(kāi)放性好，完善的硬件系統(tǒng)和實(shí)時(shí)仿真對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)幫助很大”。

4)以新工科的視域重新構(gòu)建產(chǎn)學(xué)研合作教育，結(jié)合我校的應(yīng)用型本科辦學(xué)定位，制定適合我校電氣工程及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)發(fā)展的校企協(xié)作模式。我校傳統(tǒng)的電氣工程及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)的校企合作對(duì)象一般以發(fā)電、輸變電企業(yè)為主，傳統(tǒng)的校企合作模式存在合作對(duì)象的類(lèi)型較為單一、實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容跟不上新興技術(shù)發(fā)展等問(wèn)題。以往在選擇校企合作對(duì)象時(shí)，由于受到企業(yè)設(shè)施和場(chǎng)地的實(shí)習(xí)接待能力的約束，通常選擇如大唐長(zhǎng)春第二熱電有限責(zé)任公司這樣的火力發(fā)電企業(yè)作為合作對(duì)象開(kāi)展實(shí)踐教學(xué)，雖然這樣的大型火力發(fā)電企業(yè)能夠滿(mǎn)足電氣工程及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)實(shí)踐教學(xué)的基本需求，但是這類(lèi)火力發(fā)電企業(yè)只是眾多電力企業(yè)類(lèi)型的一部分，作為電力企業(yè)的其他重要組成部分如輸變電企業(yè)卻未能有效參與到校企合作中來(lái)，因此僅僅通過(guò)火力發(fā)電企業(yè)來(lái)對(duì)學(xué)生的實(shí)踐能力進(jìn)行培養(yǎng)，將造成實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容的局限性，電氣工程專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)僅依靠火電廠(chǎng)實(shí)習(xí)，將嚴(yán)重影響電氣工程人才工程綜合實(shí)踐能力的提高。通過(guò)把握“新工科”的內(nèi)涵，對(duì)校企合作對(duì)象進(jìn)行適當(dāng)?shù)母潞屯卣梗瑢?guó)網(wǎng)吉林省電力有限公司、國(guó)網(wǎng)長(zhǎng)春供電公司等輸變電企業(yè)加入到校企合作對(duì)象中來(lái)。同時(shí)根據(jù)我校的應(yīng)用型本科辦學(xué)理念，還將其他電力企業(yè)的運(yùn)行維護(hù)部門(mén)、電力設(shè)計(jì)院以及電力施工建設(shè)企業(yè)引入校企合作發(fā)展對(duì)象中來(lái)，從而將校企合作對(duì)象覆蓋到整個(gè)電力系統(tǒng)的各個(gè)分支環(huán)節(jié)，從而解決校企合作對(duì)象的單一化問(wèn)題。近年來(lái)，隨著新能源發(fā)電技術(shù)的快速發(fā)展，一些新能源發(fā)電企業(yè)迅速崛起，這些企業(yè)正是“新工科”視域下電氣工程人才的服務(wù)對(duì)象，因此將吉林風(fēng)力發(fā)電股份有限公司這樣的新能源發(fā)電企業(yè)納入到校企合作對(duì)象中來(lái)，逐步更新實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容，從而為新經(jīng)濟(jì)的發(fā)展提供新型工程專(zhuān)業(yè)技術(shù)人才。

3 結(jié)語(yǔ)

本文在對(duì)現(xiàn)有電氣工程及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)實(shí)踐教學(xué)模式進(jìn)行深入剖析和開(kāi)展企業(yè)實(shí)地調(diào)研的基礎(chǔ)上，通過(guò)借鑒國(guó)內(nèi)、外高校電氣工程人才培養(yǎng)的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，并把握電氣工程及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)人才應(yīng)具備的工程實(shí)踐能力和“新工科”內(nèi)涵，對(duì)我校的電氣工程及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)實(shí)踐教學(xué)模式進(jìn)行了四方面的改革研究與實(shí)踐，從而探索新工科視域下的電氣工程及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)的實(shí)踐教學(xué)新思路和新方法。