新工科背景下電氣類專業(yè)實(shí)踐教學(xué)的探索與實(shí)踐

高俊嶺　梁喆　李梅　于水娟

【摘 要】本文在新工科背景下對電氣專業(yè)實(shí)踐教學(xué)進(jìn)行探討，分析了專業(yè)實(shí)踐教學(xué)的現(xiàn)狀及存在問題，提出加強(qiáng)專業(yè)實(shí)訓(xùn)教學(xué)環(huán)節(jié)，對實(shí)訓(xùn)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)、實(shí)訓(xùn)內(nèi)容、實(shí)訓(xùn)模式、實(shí)訓(xùn)師資建設(shè)等方面進(jìn)行了探索和實(shí)踐，將學(xué)生的工程訓(xùn)練和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，具體規(guī)范地納入實(shí)訓(xùn)教學(xué)計(jì)劃之中，讓學(xué)生在新工科教育變革中受益，為社會培養(yǎng)高素質(zhì)創(chuàng)新型工科人才。

【關(guān)鍵詞】新工科；創(chuàng)新型人才；專業(yè)綜合實(shí)訓(xùn)

中圖分類號： TB321-4；G642 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）30-0007-003

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.30.003

Exploration and Practice of Electrical Specialty Practice Teaching under the Background of New Engineering

GAO Jun-ling LIANG Zhe LI Mei YU Shui-juan

（College of electrical and Information Engineering，Anhui University Of Science And Technology，

Huainan Anhui 232001，China）

【Abstract】This paper discusses the practice teaching of Electrical Engineering Specialty under the background of new subject，analyzes the present situation and existing problems of the practice teaching of electrical engineering specialty，puts forward strengthening the link of comprehensive practice teaching，explores and practices the construction of training laboratory，the content of practice，the mode of practice training，the construction of training teachers and so on， and puts the students into practice.The training of engineering training and innovative ability should be brought into the practical teaching plan in a standardized way so that students can benefit from the reform of new subject education and cultivate high-quality innovative engineering talents for the society.

【Key words】New engineering；Innovative talents；Professional comprehensive training

在以新技術(shù)、新業(yè)態(tài)、新產(chǎn)業(yè)為特點(diǎn)的新經(jīng)濟(jì)在我國蓬勃發(fā)展形勢下，深化教育改革，全面推進(jìn)素質(zhì)教育，突出學(xué)生創(chuàng)新素質(zhì)的培養(yǎng)，積極探索培養(yǎng)高素質(zhì)創(chuàng)新型人才的途徑和方法，是新工科背景下高等教育改革與發(fā)展的主題。新工科的內(nèi)涵為以應(yīng)對變化、引領(lǐng)未來為建設(shè)理念，以繼承與創(chuàng)新、交叉與融合、協(xié)調(diào)與共享為主要途徑，培養(yǎng)多樣化、創(chuàng)新型卓越工程技術(shù)人才，為未來提供智力和人才支撐。電氣類專業(yè)是培養(yǎng)適應(yīng)科技發(fā)展需要，綜合素質(zhì)高，創(chuàng)新能力強(qiáng)，能夠從事與電氣工程有關(guān)的系統(tǒng)運(yùn)行、自動控制、信息處理、研制開發(fā)、企業(yè)管理以及電子與計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用等領(lǐng)域工作的高級工程技術(shù)和管理人才的工程學(xué)科。為了適應(yīng)新工科的人才培養(yǎng)，優(yōu)化和改革實(shí)踐教學(xué)體系、實(shí)踐內(nèi)容、實(shí)踐方法和實(shí)踐模式，是培養(yǎng)電氣類專業(yè)創(chuàng)新型人才的有效途徑之一。本文以安徽理工大學(xué)電氣工程及其自動化專業(yè)的實(shí)踐教學(xué)體系為例，進(jìn)行研究與探索。

1 電氣工程及其自動化專業(yè)實(shí)踐教學(xué)的現(xiàn)狀

1.1 實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容

實(shí)踐教學(xué)是高校教學(xué)環(huán)節(jié)的重要組成部分，它的獨(dú)特功能和作用，是其它教育環(huán)節(jié)無法替代的，高等學(xué)校實(shí)踐教學(xué)是在教師指導(dǎo)下，學(xué)生在特定的環(huán)境中， 通過自身努力完成教育目標(biāo)的教學(xué)過程。通過實(shí)踐環(huán)節(jié)教學(xué)，可以加深對課程理論教學(xué)內(nèi)容的理解；給學(xué)生提供實(shí)踐與理論相結(jié)合的空間，提高學(xué)生對知識學(xué)習(xí)興趣，增強(qiáng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性；提高學(xué)生的實(shí)踐動手能力；啟發(fā)學(xué)生高昂的創(chuàng)新意識。安徽理工大學(xué)電氣工程及其自動化專業(yè)實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容主要包含有課程實(shí)驗(yàn)、認(rèn)識實(shí)習(xí)、生產(chǎn)實(shí)習(xí)、課程設(shè)計(jì)、實(shí)訓(xùn)、畢業(yè)設(shè)計(jì)與畢業(yè)實(shí)習(xí)、創(chuàng)新能力拓展項(xiàng)目等。

1.2 存在主要問題

與理論教學(xué)相比，實(shí)踐教學(xué)更具直觀性、實(shí)踐性、綜合性與創(chuàng)新性等特點(diǎn)?，F(xiàn)行的實(shí)踐教學(xué)體系已經(jīng)不能滿足社會發(fā)展的需求，主要存在著以下問題。

1）課程實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)教學(xué)和理論教學(xué)應(yīng)該是相輔相成的。但實(shí)際上，由于教師更注重理論知識的教授，使得實(shí)驗(yàn)教學(xué)成為理論教學(xué)的輔助手段， 導(dǎo)致了實(shí)驗(yàn)教學(xué)相對薄弱。

傳統(tǒng)教育的教學(xué)方法，教師是教學(xué)的主體，學(xué)生只是被動的吸收知識。長期以來，實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，學(xué)生所做課程實(shí)驗(yàn)主要是一些常規(guī)的驗(yàn)證性、仿真性的實(shí)驗(yàn)，每次上實(shí)驗(yàn)課前都由教師提前將實(shí)驗(yàn)設(shè)備檢查、維修及調(diào)試準(zhǔn)備好，并且實(shí)驗(yàn)時由教師講解一遍實(shí)驗(yàn)步驟并演示一遍實(shí)驗(yàn)過程，然后學(xué)生再做。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中只是機(jī)械地重復(fù)老師的操作或完全按指導(dǎo)書的實(shí)驗(yàn)步驟來做，因此，學(xué)生沒有積極性，就不可能有創(chuàng)新意識，更不要說培養(yǎng)創(chuàng)新能力了。創(chuàng)新環(huán)境有限、創(chuàng)新氣氛缺乏，學(xué)生的創(chuàng)新潛力得不到充分發(fā)揮，創(chuàng)新能力難以得到提升。

課程實(shí)驗(yàn)一般開學(xué)初制定好實(shí)驗(yàn)計(jì)劃表，實(shí)驗(yàn)室是按計(jì)劃進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)的，平時不開放，按教學(xué)進(jìn)度集中在某段時間實(shí)驗(yàn)，排得比較滿，一個班接一個班。為了保證學(xué)生在有限的時間內(nèi)順利按時完成實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，實(shí)驗(yàn)過程中出現(xiàn)問題，由老師直接檢查解決，實(shí)驗(yàn)老師人數(shù)多、老師能力強(qiáng)，實(shí)驗(yàn)做得就有保障。對于問題產(chǎn)生的原因和解決的方法，有學(xué)生問，老師才盡力講解或先解決事后再解釋，否則有可能影響后面的學(xué)生做實(shí)驗(yàn)，這樣使得實(shí)驗(yàn)雖然做了，但達(dá)不到實(shí)驗(yàn)教學(xué)應(yīng)有的效果。

2）實(shí)習(xí)環(huán)節(jié)

開設(shè)各類實(shí)習(xí)環(huán)節(jié)，這主要是對專業(yè)課程理論教學(xué)的補(bǔ)充，擴(kuò)大學(xué)生的知識面，通過到工業(yè)現(xiàn)場參觀、聽課，了解工業(yè)現(xiàn)場，了解現(xiàn)場使用到的專業(yè)課知識，掌握各種設(shè)備的使用情況，提高學(xué)生的動手能力和分析能力。但實(shí)際實(shí)施過程不盡如人意。

認(rèn)識實(shí)習(xí)安排第5學(xué)期剛開學(xué)兩周。學(xué)生還沒有學(xué)習(xí)到相關(guān)專業(yè)知識，對現(xiàn)場一無所知，認(rèn)識實(shí)習(xí)目的是使學(xué)生對所學(xué)專業(yè)有個感性認(rèn)識，便于后續(xù)的理論課學(xué)習(xí)。生產(chǎn)實(shí)習(xí)安排在第7學(xué)期上完所有專業(yè)課程后，時間三周，目的是到現(xiàn)場可以理論聯(lián)系實(shí)際，對所學(xué)專業(yè)知識能夠綜合應(yīng)用、系統(tǒng)了解。

以前實(shí)習(xí)由于人數(shù)少，學(xué)生可以住在實(shí)習(xí)單位跟班實(shí)習(xí)?，F(xiàn)在學(xué)生人數(shù)太多，而且電氣工程類專業(yè)的特性決定了其實(shí)習(xí)單位如電網(wǎng)、發(fā)電廠、變電所、煤礦等都是安全規(guī)范要求非常嚴(yán)格的單位，接待實(shí)習(xí)學(xué)生太多，實(shí)習(xí)單位考慮到安全隱患較大，不太愿意，導(dǎo)致實(shí)習(xí)單位聯(lián)系困難。即使同意接待實(shí)習(xí)，由于學(xué)生人數(shù)多，實(shí)習(xí)單位為了保障生產(chǎn)安全，每個地方一次接待實(shí)習(xí)人數(shù)有限制，同一個地方只能分組輪流去。雖然實(shí)習(xí)總的時間較長，但是落實(shí)到每個學(xué)生來說時間較短。學(xué)生去了只能是看看而已，并不能具體操作，所以有一定的局限性。結(jié)果到了實(shí)習(xí)現(xiàn)場也只能走馬觀花，匆匆忙忙，流于形式。

2 加強(qiáng)專業(yè)綜合實(shí)訓(xùn)教學(xué)環(huán)節(jié)，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力

為了解決以上問題，結(jié)合學(xué)生的實(shí)際及教學(xué)條件，學(xué)院不斷調(diào)整實(shí)踐教學(xué)培養(yǎng)方案和教學(xué)內(nèi)容，改進(jìn)教學(xué)方法。加強(qiáng)專業(yè)綜合實(shí)訓(xùn)教學(xué)環(huán)節(jié)，在實(shí)踐教學(xué)過程中把專業(yè)新技術(shù)引入到相關(guān)的實(shí)訓(xùn)教學(xué)活動中。深入實(shí)踐教學(xué)研究，不斷完善實(shí)訓(xùn)課程體系設(shè)置，既要注重專業(yè)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)室和專業(yè)核心課程實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)，又要注重專業(yè)綜合實(shí)訓(xùn)實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)，進(jìn)一步加強(qiáng)實(shí)訓(xùn)課程的綜合性和實(shí)踐性，最大可能地實(shí)現(xiàn)學(xué)生與社會“無縫銜接”，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力。

2.1 實(shí)訓(xùn)實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)

通過購置、自制、聯(lián)合開發(fā)，學(xué)院先后建立了一系列專業(yè)綜合實(shí)訓(xùn)實(shí)驗(yàn)室：嵌入式系統(tǒng)實(shí)訓(xùn)實(shí)驗(yàn)室、DSP實(shí)訓(xùn)實(shí)驗(yàn)室、電力拖動自動控制系統(tǒng)實(shí)訓(xùn)實(shí)驗(yàn)室、電機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)訓(xùn)實(shí)驗(yàn)室、電動自行車實(shí)訓(xùn)實(shí)驗(yàn)室、電力系統(tǒng)綜合自動化實(shí)訓(xùn)實(shí)驗(yàn)室、電力系統(tǒng)繼電保護(hù)實(shí)訓(xùn)室、110kV變電站監(jiān)控實(shí)訓(xùn)室。

電機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)訓(xùn)實(shí)驗(yàn)室、DSP實(shí)訓(xùn)實(shí)驗(yàn)室是由相關(guān)老師帶領(lǐng)學(xué)生自行研發(fā)自制實(shí)訓(xùn)裝置的?！半姍C(jī)控制系統(tǒng)實(shí)訓(xùn)裝置”、“DSP實(shí)驗(yàn)箱”，參加安徽省首屆高等學(xué)校自制實(shí)驗(yàn)教學(xué)儀器設(shè)備展，獲得三等獎?！半姍C(jī)控制系統(tǒng)實(shí)訓(xùn)裝置”融合了機(jī)械、電力電子、電力傳動、自動控制、計(jì)算機(jī)、通信等先進(jìn)技術(shù)，通過設(shè)計(jì)、調(diào)試、編程、控制、檢測等環(huán)節(jié)的訓(xùn)練，激發(fā)學(xué)生的想象力，培養(yǎng)學(xué)生的設(shè)計(jì)能力、創(chuàng)新能力、動手能力和跨專業(yè)的綜合應(yīng)用能力。

電力系統(tǒng)繼電保護(hù)實(shí)訓(xùn)室、110kV變電站監(jiān)控實(shí)訓(xùn)室是由相關(guān)老師和企業(yè)聯(lián)合開發(fā)的方式建立的。電力系統(tǒng)繼電保護(hù)實(shí)訓(xùn)室即可成組配合完成常規(guī)繼電保護(hù)實(shí)驗(yàn)，又可聯(lián)網(wǎng)組態(tài)現(xiàn)場真實(shí)的變電站、配電網(wǎng)絡(luò)。110kV變電站監(jiān)控實(shí)訓(xùn)室可以仿真一個小型電網(wǎng)的調(diào)度，其虛擬電網(wǎng)包括3個110kV變電站，10個35kV變電站及若干外網(wǎng)電源點(diǎn)及一些小火電，小水電。仿真系統(tǒng)采用動態(tài)拓?fù)浞治?，?shí)時動態(tài)故障潮流計(jì)算，實(shí)時采樣電流、電壓。計(jì)算故障量并與保護(hù)定值比較啟動，其保護(hù)原理和功能與現(xiàn)場裝置一致。

2.2 實(shí)訓(xùn)教學(xué)模式的改革

1）模塊化教學(xué)，逐級遞進(jìn)

學(xué)生剛剛學(xué)完專業(yè)理論知識，“只見樹木，不見森林”，沒有系統(tǒng)的概念，如果一下就直接接觸綜合性的復(fù)雜系統(tǒng)，極易不知所措，無從下手。因此，提出采用模塊化的教學(xué)思路，將整個實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)進(jìn)行模塊化處理，各模塊任務(wù)采用先易后難的順序逐級遞進(jìn)。如電機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目分別設(shè)計(jì)了以下幾個模塊：①接觸器-繼電器控制行車運(yùn)行；②PLC控制行車運(yùn)行；③觸摸屏+PLC控制行車運(yùn)行；④PLC+變頻器控制提升機(jī)運(yùn)行；⑤觸摸屏+PLC+變頻器控制提升機(jī)運(yùn)行；⑥系統(tǒng)組網(wǎng)。

2）學(xué)生為主，教師為輔

實(shí)訓(xùn)以小組為單位，每組4～5人，每個模塊要求以任務(wù)書的形式下發(fā)到小組，小組成員分工合作，協(xié)調(diào)完成系統(tǒng)設(shè)計(jì)、接線、編程、調(diào)試、運(yùn)行。在實(shí)訓(xùn)實(shí)踐教學(xué)中，學(xué)生是主體，教師是指導(dǎo)者。教師需因材施教，因人而異。有的小組實(shí)力強(qiáng)，完成的速度快，可在完成基本實(shí)訓(xùn)模塊內(nèi)容的基礎(chǔ)上，另行增加其他實(shí)訓(xùn)模塊，如提高控制難度、改變控制要求等。從而調(diào)動學(xué)生們學(xué)習(xí)積極性，促使學(xué)生自主學(xué)習(xí)、主動學(xué)習(xí)，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣、拓寬專業(yè)知識面、鍛煉自主工作能力和創(chuàng)新能力。

3）加強(qiáng)師資培訓(xùn)，提高教師實(shí)訓(xùn)能力

電氣專業(yè)實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容需要與時俱進(jìn)，及時調(diào)整以緊跟技術(shù)發(fā)展的步伐，所以對專業(yè)綜合實(shí)訓(xùn)指導(dǎo)老師的能力有較高的要求，要改變教學(xué)內(nèi)容不能“與時俱進(jìn)”，教學(xué)方法“照書宣科”的局面，提高教師的教學(xué)水平，同時也提高教師的科研水平。實(shí)訓(xùn)老師要進(jìn)行專門培訓(xùn)，應(yīng)優(yōu)先安排科研能力強(qiáng)的教師負(fù)責(zé)實(shí)訓(xùn)具體工作，提供機(jī)會給教師到企業(yè)和兄弟院校進(jìn)行訪問和學(xué)習(xí)，教師之間還要互幫互學(xué)、取長補(bǔ)短，充分利用和發(fā)揮各自的優(yōu)勢，提高指導(dǎo)教師的整體業(yè)務(wù)水平。

另一方面，可以聘請研究生助教輔助實(shí)訓(xùn)，即能有效解決師資相對不足的矛盾，又能提高研究生的實(shí)踐能力。

4）開放實(shí)訓(xùn)室，提供創(chuàng)新平臺

對現(xiàn)有實(shí)訓(xùn)實(shí)驗(yàn)室實(shí)行有條件的開放，利用實(shí)訓(xùn)裝置，以各類大學(xué)生競賽、大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目為目標(biāo)，由專職指導(dǎo)教師利用周末和寒暑假進(jìn)行專業(yè)實(shí)踐培訓(xùn)和創(chuàng)新指導(dǎo)，夯實(shí)學(xué)生的專業(yè)基礎(chǔ)，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐動手能力和創(chuàng)新能力，指導(dǎo)學(xué)生申請并完成大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目，力爭在各類科技創(chuàng)新競賽中獲獎。在課余時間，指導(dǎo)老師積極引導(dǎo)學(xué)生參與科研項(xiàng)目的開發(fā)，成立了以學(xué)生為主體的科研小組，進(jìn)行有特色的、正規(guī)的小組實(shí)訓(xùn)活動，不受固定的實(shí)驗(yàn)時間限制，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)理論基礎(chǔ)之后再提高一個層次，逐步提高學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力，為學(xué)生營造良好的科研環(huán)境，為培養(yǎng)創(chuàng)新型人才提供了較高的平臺。

3 結(jié)語

專業(yè)綜合實(shí)訓(xùn)實(shí)驗(yàn)室是高校實(shí)驗(yàn)室的一個重要組成部分，通過專業(yè)綜合實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)，將學(xué)生的創(chuàng)新能力的培養(yǎng)具體規(guī)范地納入實(shí)訓(xùn)教學(xué)計(jì)劃之中。建立各種系統(tǒng)的、操作性強(qiáng)、特色鮮明的大學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的實(shí)訓(xùn)體系，可以把創(chuàng)新能力培養(yǎng)貫穿于實(shí)訓(xùn)教學(xué)全過程。在實(shí)訓(xùn)過程中，培養(yǎng)學(xué)生的設(shè)計(jì)能力、創(chuàng)新能力、動手能力和跨專業(yè)的綜合應(yīng)用能力。系統(tǒng)從設(shè)計(jì)到實(shí)現(xiàn)需要多學(xué)科的結(jié)合及團(tuán)隊(duì)各成員的分工協(xié)作、共同努力，培養(yǎng)了學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神。另外構(gòu)筑開放式實(shí)訓(xùn)教學(xué)新體系，還可以為大學(xué)生各類科技競賽及創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練，營造良好的科研環(huán)境、創(chuàng)新環(huán)境和創(chuàng)新氛圍。

新工科人才培養(yǎng)是需要從學(xué)生、教師、高校、企業(yè)、國家等多方共同努力去實(shí)現(xiàn)的偉大戰(zhàn)略目標(biāo)。著力打造和傾力培養(yǎng)大學(xué)生具有工程訓(xùn)練綜合創(chuàng)新能力，已成為高等教育必須達(dá)成的目標(biāo)和拼搏的方向。

【參考文獻(xiàn)】

[1]陳悅.挑戰(zhàn)與應(yīng)對：新工科背景下工程實(shí)踐教育的思考[J].南京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào)，2017（12）：89-91.

[2]鐘登華.新工科建設(shè)的內(nèi)涵與行動[J].高等工程教育研究，2017（3）：1-6.

[3]李梅，梁喆，楊岸.電氣工程類專業(yè)實(shí)驗(yàn)室的開發(fā)研究[J].黑龍江科技信息，2015（34）：155.

[4]史靜，任東峰，李學(xué)平，等.“新工科”背景下工程能力創(chuàng)新型人才培養(yǎng)模式探究[J].科技視界，2018（3）：41-42.