電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的探討與研究

韋鈺 陸善婷

上海工程技術(shù)大學(xué) 上海 201620

電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)是專業(yè)教學(xué)的最重要的環(huán)節(jié)之一，學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力是衡量該專業(yè)的重要指標(biāo)。在本專業(yè)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)上，基本采用一門課程一個(gè)實(shí)驗(yàn)室的模式，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容多為理論教學(xué)服務(wù)的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)。專業(yè)實(shí)驗(yàn)分為3個(gè)層次。1)基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)，即把本專業(yè)基礎(chǔ)課程對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)室整合到一起，滿足各門課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)的需要，如電路實(shí)驗(yàn)、數(shù)字電子實(shí)驗(yàn)、模擬電子實(shí)驗(yàn)等。2)綜合性實(shí)驗(yàn)，即針對(duì)專業(yè)課程開展的實(shí)驗(yàn)，也可以是不局限于某門單一的課程，通過(guò)實(shí)驗(yàn)室結(jié)構(gòu)的整合和調(diào)整，將相關(guān)課程的實(shí)驗(yàn)綜合起來(lái)[1]，如電機(jī)學(xué)實(shí)驗(yàn)、繼電保護(hù)實(shí)驗(yàn)、變配電實(shí)驗(yàn)等。3)創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)。創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)的方式可以是在教師的指導(dǎo)下，在自己的研究領(lǐng)域或?qū)W科方向，針對(duì)某一課題或某一研究方向，進(jìn)行研究和探索的實(shí)驗(yàn)；也可以是根據(jù)本專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)，建立起產(chǎn)學(xué)研聯(lián)合開放實(shí)驗(yàn)室。這兩種都是學(xué)生參加科學(xué)研究、教學(xué)科研相結(jié)合的重要形式。

3個(gè)層次上下承接，缺一不可，沒有扎實(shí)的實(shí)驗(yàn)技能基礎(chǔ)就不可能綜合運(yùn)用實(shí)驗(yàn)技能分析問(wèn)題和解決問(wèn)題，更談不上研究創(chuàng)新，所以要強(qiáng)調(diào)重基礎(chǔ)、抓綜合、謀創(chuàng)新的思想指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)教學(xué)[2]。

1 實(shí)驗(yàn)課程設(shè)置的特點(diǎn)與現(xiàn)狀分析

1.1 基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)

基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)是電氣工程專業(yè)學(xué)生初次接觸實(shí)驗(yàn)課程，實(shí)驗(yàn)較為簡(jiǎn)單，但學(xué)生需要在基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)中培養(yǎng)起實(shí)驗(yàn)的基本思想和方法，這對(duì)今后的綜合實(shí)驗(yàn)和創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)是良好的墊腳石。例如，通過(guò)電路實(shí)驗(yàn)的教學(xué)使學(xué)生由淺入深地掌握基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)方法、儀器的使用。在教學(xué)過(guò)程中要注意理論與實(shí)踐的結(jié)合，學(xué)生應(yīng)能夠自行驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)果。在直流部分的實(shí)驗(yàn)中，驗(yàn)證戴維南定理的實(shí)驗(yàn)理論性較強(qiáng)，理論對(duì)實(shí)驗(yàn)具有一定的指導(dǎo)意義，若不理解定理的推導(dǎo)將無(wú)法理解和順利完成實(shí)驗(yàn)；在操作上，線路的連接相對(duì)復(fù)雜，實(shí)驗(yàn)步驟相對(duì)較多，因此在第一學(xué)期的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)中是難度較高的一個(gè)，也是理論與實(shí)驗(yàn)緊密結(jié)合的典型例子。除此之外，各實(shí)驗(yàn)均有所側(cè)重，如一階電路暫態(tài)響應(yīng)實(shí)驗(yàn)，不僅讓學(xué)生理解儲(chǔ)能元件的儲(chǔ)能作用與充放電過(guò)程，還對(duì)示波器的使用有一定要求；再如，三相交流實(shí)驗(yàn)?zāi)M實(shí)際負(fù)荷，同時(shí)實(shí)驗(yàn)的安全性也是特別需要注意的一點(diǎn)。綜上，基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)的教學(xué)旨在讓學(xué)生對(duì)今后本專業(yè)實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)打好基礎(chǔ)。

1.2 綜合性實(shí)驗(yàn)

綜合性實(shí)驗(yàn)多配合專業(yè)課程，培養(yǎng)學(xué)生的綜合應(yīng)用能力、理論與實(shí)際相結(jié)合的能力，分別表現(xiàn)在知識(shí)結(jié)構(gòu)方面、分析研究方面、綜合應(yīng)用方面全面的能力，應(yīng)本著互補(bǔ)性原則、滲透性原則、遞進(jìn)性原則、系統(tǒng)性原則設(shè)計(jì)和開展[3]。以電機(jī)學(xué)實(shí)驗(yàn)為例，電機(jī)學(xué)作為本專業(yè)的核心專業(yè)課程，對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)也顯得尤為重要。電機(jī)學(xué)實(shí)驗(yàn)主要包括變壓器運(yùn)行實(shí)驗(yàn)、直流電機(jī)運(yùn)行實(shí)驗(yàn)、異步電機(jī)運(yùn)行實(shí)驗(yàn)、電機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)4個(gè)主要板塊，每個(gè)實(shí)驗(yàn)均需要良好的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)和較高的安全意識(shí)，在此實(shí)驗(yàn)課程的學(xué)習(xí)中不僅測(cè)量變壓器和電機(jī)的運(yùn)行特性，還要與電力網(wǎng)的運(yùn)行結(jié)合起來(lái)。例如電機(jī)是電力系統(tǒng)中的主要部分，為保證電網(wǎng)的安全可靠運(yùn)行，電網(wǎng)調(diào)度人員必須時(shí)刻掌握和控制各發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行工況，了解其運(yùn)行參數(shù)的變化，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中若能將電機(jī)的運(yùn)行特性曲線與電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行結(jié)合起來(lái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)多門專業(yè)課程間的滲透理解，便能綜合提高專業(yè)技能。

1.3 創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)

電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的學(xué)科，學(xué)生除了要受到系統(tǒng)規(guī)范的理論教育，還必須能夠?qū)⒗碚搼?yīng)用到實(shí)踐中去，創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)是實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的最佳平臺(tái)。創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)的內(nèi)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(xué)科與其他學(xué)科的交叉。培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的途徑可以是開始創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)課程和設(shè)立創(chuàng)新項(xiàng)目，讓學(xué)生在教師的啟發(fā)引導(dǎo)下，通過(guò)實(shí)驗(yàn)、觀察、思考、分析、歸納，掌握科學(xué)方法，從而培養(yǎng)其創(chuàng)新能力。其次，與企業(yè)建立產(chǎn)學(xué)研合作也是培養(yǎng)創(chuàng)新精神的重要途徑，企業(yè)發(fā)展史就是不斷創(chuàng)新的歷史，是創(chuàng)新精神和創(chuàng)新方法教育的活教材。若能讓學(xué)生加入到企業(yè)的實(shí)踐中來(lái)，投身到實(shí)際項(xiàng)目中去，不僅能夠提高創(chuàng)新能力，還能很好地將實(shí)際情況結(jié)合起來(lái)，針對(duì)具體問(wèn)題具體分析，大面積多層面觸發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新靈感。

2 提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量的探索與實(shí)踐

2.1 注重計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)在實(shí)驗(yàn)課程中的應(yīng)用

隨著電力系統(tǒng)智能化程度越來(lái)越高，計(jì)算機(jī)在教學(xué)中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，如今電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)已非單純的強(qiáng)電專業(yè)，漸漸融合自動(dòng)控制、計(jì)算機(jī)等多學(xué)科相互交叉滲透。以電力工程課程中的潮流計(jì)算實(shí)驗(yàn)為例，潮流計(jì)算的計(jì)算過(guò)程繁瑣，迭代次數(shù)多、系統(tǒng)復(fù)雜，若不借助計(jì)算機(jī)軟件將很難實(shí)現(xiàn)，因此設(shè)置5節(jié)點(diǎn)、14節(jié)點(diǎn)、30節(jié)點(diǎn)的潮流計(jì)算實(shí)驗(yàn)需要通過(guò)計(jì)算機(jī)仿真軟件來(lái)進(jìn)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(lái)開設(shè)仿真實(shí)驗(yàn)，應(yīng)用到綜合實(shí)驗(yàn)和創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)中來(lái)。

2.2 注重實(shí)踐環(huán)節(jié)

注重實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ呐囵B(yǎng)要特別注重實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的教學(xué)。結(jié)合專業(yè)特點(diǎn)，設(shè)置認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)、課程設(shè)計(jì)、綜合實(shí)驗(yàn)等實(shí)踐環(huán)節(jié)的課程，課程內(nèi)容可設(shè)置為2周左右[4]，在集中的2周時(shí)間內(nèi)完成具體課題或者實(shí)際項(xiàng)目中的子課題，例如：變配電課程設(shè)計(jì)內(nèi)容為設(shè)計(jì)某工廠配電系統(tǒng)的一次系統(tǒng)和二次系統(tǒng)；繼電保護(hù)課程設(shè)計(jì)內(nèi)容為某段線路短路電流的三段式整定計(jì)算；電氣控制課程設(shè)計(jì)內(nèi)容為編寫能夠?qū)崿F(xiàn)具體功能的控制程序，或是在組態(tài)軟件中實(shí)現(xiàn)仿真效果。而課程設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)題目要進(jìn)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(yè)知識(shí)。

2.3 開展創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣

任何實(shí)驗(yàn)教學(xué)的開展旨在培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的能力，而實(shí)驗(yàn)的成功與否與學(xué)習(xí)的興趣密不可分。通過(guò)實(shí)際項(xiàng)目，可以讓學(xué)生熟悉工程項(xiàng)目申報(bào)、研究、檢查、結(jié)題一系列整體過(guò)程，而實(shí)際結(jié)果的完成不僅能讓學(xué)生學(xué)到技能，更能提高學(xué)生的積極性，使其對(duì)完成一項(xiàng)具體工程樹立信心。而創(chuàng)新項(xiàng)目的來(lái)源可以是教師在研課題的子課題或是導(dǎo)師的主要學(xué)術(shù)研究方向，這類創(chuàng)新項(xiàng)目將緊密結(jié)合理論與實(shí)際。

2.4 提高教師的專業(yè)水平，加強(qiáng)師資隊(duì)伍建設(shè)

提高教師的專業(yè)水平，建設(shè)強(qiáng)健的師資隊(duì)伍是實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的重要因素，是確保實(shí)踐教學(xué)的前提和條件。首先，實(shí)驗(yàn)隊(duì)伍先從學(xué)歷上進(jìn)行提高，用充分的理論知識(shí)做基礎(chǔ)，將電氣工程領(lǐng)域的最前沿的研究方向和研究成果帶入實(shí)踐中來(lái)；其次，單有學(xué)歷還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，從學(xué)校到學(xué)校的高學(xué)歷教師往往缺乏實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，因此還應(yīng)通過(guò)派遣教師到工廠企業(yè)進(jìn)行培訓(xùn)和學(xué)習(xí)等形式來(lái)提高實(shí)驗(yàn)技能，強(qiáng)化隊(duì)伍建設(shè)。實(shí)現(xiàn)了學(xué)歷上達(dá)標(biāo)，年齡結(jié)構(gòu)、學(xué)員結(jié)構(gòu)及職稱結(jié)構(gòu)合理，實(shí)驗(yàn)技能提升的實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)，使實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師具備理論和實(shí)驗(yàn)的綜合能力。此外，還需在實(shí)驗(yàn)室工作評(píng)優(yōu)、實(shí)驗(yàn)室建設(shè)工作量計(jì)算、實(shí)驗(yàn)室工作人員職稱晉級(jí)、待遇等方面采取一些穩(wěn)定隊(duì)伍的措施，讓優(yōu)秀實(shí)驗(yàn)教學(xué)人才“引得進(jìn)，留得住，用得好”[5]。

3 結(jié)語(yǔ)

電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)設(shè)置的實(shí)驗(yàn)課程均需具有較強(qiáng)的實(shí)踐能力，需要理論與實(shí)踐的充分結(jié)合，通過(guò)基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)、綜合性實(shí)驗(yàn)、創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)3個(gè)層次，緊緊抓住專業(yè)培養(yǎng)的目標(biāo)，培養(yǎng)學(xué)生扎實(shí)的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)、綜合運(yùn)用技能和創(chuàng)新的思路。同時(shí)還應(yīng)優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，優(yōu)化資源配置，完善管理，建立先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)運(yùn)行模式，搭建良好的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)、專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)和專業(yè)方向?qū)嶒?yàn)平臺(tái)，從而為實(shí)驗(yàn)教學(xué)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(dòng)化專業(yè)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)與改革[J].中國(guó)電力教育,2008(120):140-141.

[2]趙娟,李輝.電氣工程與自動(dòng)化專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革探討[J].中國(guó)科教創(chuàng)新導(dǎo)刊,2008(4):35-37.

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[4]何瑞文,謝云,陳碌華.電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)建設(shè)與實(shí)踐模式探討[J].中國(guó)電力教育,2012(3):71-73.

[5]程柳瑩.電氣工程及其自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)室運(yùn)行體系研究[J].價(jià)值工程,2011,30(9):214.