面向“卓越工程師”培養(yǎng)的電氣信息類課程體系探索

饒凌平　胡釙　李嘉思

[摘 要]在當前電氣工程及其自動化專業(yè)本科教學中，電氣信息類課程模塊教學嚴重偏離“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”的目標和要求。該研究以武漢大學電氣工程本科教學為例，探索通過 “整合重組，立足理論，瞄準工程，通盤優(yōu)化”的改革措施構建專業(yè)化、多維化、一體化的新型電氣信息類課程體系，打造整個“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”人才培養(yǎng)方案中的全新課程體系，以增強學生的理論基礎和工程實踐這兩方面素質，促進學生全面發(fā)展。

[關鍵詞]“卓越工程師”；電氣信息類課程；課程體系構建

[中圖分類號] G64 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2017）07-0069-02

“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”是教育部為落實《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要》于2010年推出的首個重大教育改革計劃。該計劃旨在通過改革工程人才培養(yǎng)傳統(tǒng)模式，創(chuàng)新高校與工業(yè)企業(yè)聯合培養(yǎng)人才的機制，培養(yǎng)一大批創(chuàng)新能力強、適應經濟社會快速發(fā)展需求的高質量工程技術人才。[1][2][3]目前，“智能電網”和“特高壓”是我國電力工業(yè)研究的熱點，為了使武漢大學所培養(yǎng)的電氣“卓越工程師”能夠成為持續(xù)支撐和深度創(chuàng)新我國“智能電網”和“特高壓”背景下的現代電力工業(yè)、具有國際競爭力的綜合創(chuàng)新型工程技術人才，我們創(chuàng)建了電氣工程“卓越工程師”電氣信息類課程群（即“電路原理”“信號與系統(tǒng)”“數字信號處理”和“自動控制原理”）的多維一體化教學體系。

一、電氣信息類課程模塊教學現狀

（一）電氣信息類課程模塊內容

電氣信息類課程包括“電路原理”“信號與系統(tǒng)”“數字信號處理”和“自動控制原理”四門基礎課程?！半娐吩怼弊鳛殡姎夤こ虒I(yè)最為重要的專業(yè)基礎課程之一，集數學、物理、電學和工程于一體，在整個課程體系中起承上啟下的作用。“信號與系統(tǒng)”集成了應用數學、電路理論、信號系統(tǒng)和其他領域的基本理論和方法，并已成為電氣、通信、雷達等眾多學科的重要理論和技術基礎，應用范圍極其廣泛?！靶盘柵c系統(tǒng)”和“數字信號處理”這兩門課程的教學內容有著密切的“母子聯系”。“自動控制原理”課程則是控制理論與控制工程學科的主要基礎內容，研究有關自動控制系統(tǒng)設計和分析的基本理論與方法，用于指導工程實踐，它與“信號與系統(tǒng)”課程都要講授信號與線性系統(tǒng)的基本概念和分析方法。

（二）電氣信息類課程模塊存在的主要問題

首先，因為電氣信息類各門課程之間存在不可分割的聯系，有些內容無法單純地割裂分開到某一課程中，這就造成了四個課程內容交叉、重疊。例如在“電路原理”和“信號與系統(tǒng)”中都有典型電路的時域分析，“信號與系統(tǒng)”和“自動控制原理”中都有系統(tǒng)的零極點分布與頻率特性和系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析等內容。其次，課程彼此之間銜接不合理，系統(tǒng)性、連貫性缺失，重點內容不突出，系統(tǒng)全面性不足。最后，課本知識與工程實際嚴重脫鉤，迫切需要大量的實驗與實踐性教學內容，特別是面向和涉及工程的教學內容。

綜上所述，電氣信息類課程設置并不能適應“卓越工程師”培養(yǎng)的需要，我們需要在這些課程中進行通盤系統(tǒng)考慮，構建面向“卓越工程師”的專業(yè)化、多維化、一體化新型電氣信息類課程體系。

二、新型電氣信息類課程體系構建

新型電氣信息類課程體系旨在促進教學工作，創(chuàng)新教學內容，課程體系設置也是以這兩方面為出發(fā)點的。

（一）促進教學工作

1.整體優(yōu)化配置教學內容

上述四門課程的相關教學內容按“卓越工程師”培養(yǎng)目標與要求進行一體化改造、重組， 實現最優(yōu)的學時分配，使教學過程合理銜接， 既不會發(fā)生教學內容的簡單重復， 又可以實現整個課程體系的科學系統(tǒng)化。

2.全面立足于現代工程教學

我們強化基本概念、理論和方法與電氣工程實際特別是現代電氣工程的前沿技術與方法的有機聯動，促進以現代工程教學為軸心的教與學雙向高效率教學，使“卓越工程師”電氣信息類課程群教學的各個環(huán)節(jié)都真正成為培養(yǎng)出色工程師的“富全營養(yǎng)劑”。

（二）創(chuàng)新教學內容

1.理論與工程雙重融合

我們以工程素質和創(chuàng)新能力培養(yǎng)為目標，使課程群中課程間除了在理論內容上還在它們所對應的工程應用上相互融合，瞄準工程實際與工程前沿。

2.書本與實驗有機一體

我們設計四門課程一體化實驗，即在同一實驗中有機融入四門課程的內容，進行通貫式綜合實驗，研究以學生自主、教師指導為輔的自主設計與創(chuàng)新性工程化實驗的形式和內容。這將大大有利于提高現代工程型教學的質量，使學生接收到的專業(yè)理論知識有“形”勝于有“影”，大大塑造與提升他們提出、分析和解決實際工程問題的能力。

3.培養(yǎng)目標與國際接軌

我們參考國內外著名大學現代電氣工程專業(yè)對于“卓越工程師”在電氣信息領域的培養(yǎng)目標和要求，促進我國按照國際標準培養(yǎng)工程師、提高工程技術，培養(yǎng)出高素質的國際化工程型人才。

三、新型電氣信息類課程體系具體實施辦法

（一）基于課程整體框架，建立工程教學互聯體系

我們利用上述四門課程教學內容之間的密切聯系，以信號處理為基礎，電路分析為橋梁，理清課程群的內在聯系，整合重組，科學地構建電氣工程“卓越工程師”電氣信息類課程多維一體化教學體系。

為了實現教學內容局域化體系與全局化工程教學體系的建立與互聯，我們開展了以下五項基礎工作：一是建立電氣信息類課程中各種教學模塊之間的聯系，從不同側面完整地介紹其工程背景與實際應用，使相關重要概念和方法找到鮮活的載體及其對應的互聯關系。二是改變“信號與系統(tǒng)”課程僅注重理論的現象，與實際控制系統(tǒng)結合，給出典型應用方法與實例。三是將“電路原理”和“信號與系統(tǒng)”的典型電路時域分析結合起來，形成更加系統(tǒng)化的多視角分析方法。四是介紹電阻元件時，引入超導、熱敏電阻、光敏電阻、降低設備溫升措施的內容；學習動態(tài)電路時，引入電力系統(tǒng)過電壓、過電流問題的討論；學習電容元件時，引入雷電沖擊實驗；學習交流電路部分，引入交直流輸電爭論，我國當代的高壓輸電工程等內容。教師將自己的科研成果加以提煉并結合文獻資料形成實際例子，在教學過程中多與實際聯系，結合工程問題探討，有利于學生工程素養(yǎng)的培養(yǎng)和能力的提高。對傳統(tǒng)的經典內容，合理地安排教學內容，按應用層面要求詳略得當。五是打通與模擬電子技術、數字電子技術、電力電子技術等后續(xù)課程的窗端，有利于學習興趣引導與知識貫通。

（二）立足于理工理論滲透，探索工程應用教學方法

為了實現教學方法以理工滲透為本源的工程應用化，開展下述三項基礎工作：一是將課堂教學、實驗教學、課程研討、網絡教學等有機結合起來，充分利用富含現代電氣工程信息的多媒體教學手段提高教學效率，創(chuàng)造視覺新感受，激發(fā)學生的學習興趣和熱情。二是通過設計和提出能體現現代工程背景又涵蓋重要理論內容，與先進科技發(fā)展同步的小項目，引導學生深入工程學習。三是充分利用建立的網上工程教學資源和開放的工程實驗教學資源，引導學生注重并積極參與工程應用的學習和實踐。

（三）著眼于現代電氣工程，創(chuàng)新人才資源聯動模式

開發(fā)國內國際兩種工程教育素材和資源，使培養(yǎng)模式在工程層面上更加多樣化；充分利用公司、科研機構和企業(yè)具備的真實工程環(huán)境和先進的工程實踐條件，以利于培養(yǎng)學生的工程實踐能力、工程設計能力和工程創(chuàng)新創(chuàng)造能力。

（四）實施效果

改革后的電氣信息類課程體系已在我校電氣工程學院“卓越工程師”班實施了一段時間，取得了如下效果：一是在不增加課時的情況下實現了“電路原理”“信號與系統(tǒng)”“數字信號處理”和“自動控制原理”四門課程教學內容的重新配置，使其內容聯系更緊密。二是在課程中加入工程實際應用內容，課程間除了在理論內容上還在它們所對應的工程應用上相互融合，瞄準工程實際與工程前沿，使學生能夠理論實踐“兩手抓”，兩手都要硬。三是在課程群中加入一體化實驗教學，幫助學生鞏固知識的同時，增強學生的科學思維、工程應用和創(chuàng)新發(fā)展三方面素養(yǎng)。四是培養(yǎng)目標和培養(yǎng)內容與國際接軌，有利于快速促進我國按照國際標準培養(yǎng)工程師，提高工程技術人才的培養(yǎng)質量。

相關調研表明，目前國內外尚未開展面向“卓越工程師”的新型電氣信息類課程體系方面的研究，而且高等教育的很多工科類專業(yè)都有電氣信息類課程群課程。因此，本文研究的電氣信息類課程體系也可以推廣到其他學校、其他專業(yè)的“卓越工程師”的培養(yǎng)方案制定中，部分研究成果已經直接應用于我校電氣工程學院其他10個班。

[ 參 考 文 獻 ]

[1] 林健.“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”專業(yè)培養(yǎng)方案研究[J].清華大學教育研究，2011（2）：47-55.

[2] 畢萍，劉毓.面向“卓越工程師”目標進行“信號與系統(tǒng)”課程教學改革[J].實驗室研究與探索，2014（1）：190-193.

[3] 馬鈞，張一斌，曾小勇，何純芳.電氣信息類“卓越工程師”創(chuàng)新實踐能力培養(yǎng)探索[J].中國電力教育，2014（24）：25-26.

[4] 張春燕.電氣信息類“卓越工程師”人才培養(yǎng)模式研究與實踐[J].中國電力教育，2013（5）：12-13.

[責任編輯：龐丹丹]