電氣工程“卓越計劃班”電機(jī)學(xué)實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)改革與實(shí)踐

張蕊萍

蘭州交通大學(xué)自動化與電氣工程學(xué)院 甘肅蘭州 730070

作為國家級特色專業(yè)，我校電氣工程及其自動化專業(yè)是教育部“卓越工程師培養(yǎng)教育計劃”(以下簡稱“卓越計劃”)(第二批)的試點(diǎn)專業(yè)。卓越計劃人才培養(yǎng)更加注重大學(xué)生工程實(shí)踐及創(chuàng)新能力的培養(yǎng)和鍛煉[1]。作為專業(yè)的主干核心課程，電機(jī)學(xué)課程教學(xué)占據(jù)著非常重要的地位，課程教學(xué)實(shí)施過程中也更加側(cè)重實(shí)驗(yàn)、實(shí)訓(xùn)等實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，人才培養(yǎng)計劃中除安排理論和實(shí)驗(yàn)教學(xué)外，后續(xù)還安排了電機(jī)學(xué)企業(yè)認(rèn)識實(shí)習(xí)與課程實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)。如何能夠更好地與企業(yè)需求相結(jié)合，設(shè)置電機(jī)學(xué)實(shí)訓(xùn)的項(xiàng)目，落實(shí)實(shí)施實(shí)訓(xùn)的方案，保障實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)的教學(xué)質(zhì)量，更好地培育學(xué)生的動手能力和創(chuàng)新能力，是一個值得深入探討的問題。

1 目前實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)存在的主要問題

目前我院電氣工程 “卓越計劃”班電機(jī)學(xué)企業(yè)實(shí)習(xí)與實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目存在的主要問題有以下幾點(diǎn)。

(1)企業(yè)實(shí)習(xí)安排的不確定性。每年實(shí)習(xí)單位的安排需要考慮的因素太多，實(shí)習(xí)場地難以固定，也沒有完整的實(shí)習(xí)指導(dǎo)安排，缺乏針對性和目的性，學(xué)生普遍沒有提前做好預(yù)習(xí)功課，走馬觀花，實(shí)習(xí)報告變成了記流水賬。

(2)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目設(shè)置單一。由于企業(yè)條件限制，真正展開實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目的可行性不大。目前實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目主要為電機(jī)和變壓器的設(shè)計計算項(xiàng)目，將實(shí)訓(xùn)等同于課程設(shè)計，不利于學(xué)生動手能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

(3)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目與工程的銜接性不夠。學(xué)校實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)設(shè)備簡單，只能提供100 W小容量電機(jī)，主要完成一些電機(jī)學(xué)課內(nèi)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，項(xiàng)目的工程特性體現(xiàn)不明顯。

(4)實(shí)訓(xùn)課程缺乏過程性考核機(jī)制，不能有效調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，保障實(shí)訓(xùn)質(zhì)量。

針對以上問題，結(jié)合學(xué)校新建電機(jī)與控制實(shí)驗(yàn)室，從電機(jī)學(xué)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目設(shè)計、突出學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力的培養(yǎng)模式、加強(qiáng)過程性考核等方面積極探索，不斷提升課程實(shí)訓(xùn)效果。

2 電機(jī)學(xué)實(shí)習(xí)與實(shí)訓(xùn)內(nèi)容的改革

針對實(shí)訓(xùn)課程中存在的主要問題，結(jié)合目前實(shí)驗(yàn)室建設(shè)現(xiàn)狀和“卓越計劃”的具體要求，對實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目進(jìn)行調(diào)整。

2.1 針對企業(yè)和行業(yè)特色 設(shè)置有針對性的實(shí)習(xí)調(diào)研項(xiàng)目

目前，學(xué)院電氣工程“卓越計劃班”的電機(jī)學(xué)實(shí)習(xí)企業(yè)主要是變壓器廠和鐵路機(jī)車廠。為保障實(shí)習(xí)效果，要在實(shí)習(xí)之前結(jié)合實(shí)習(xí)企業(yè)特點(diǎn)，要求學(xué)生完成相應(yīng)的實(shí)習(xí)調(diào)研報告，做好實(shí)習(xí)準(zhǔn)備。針對變壓器制造企業(yè)特點(diǎn)，設(shè)置和變壓器相關(guān)的鐵芯、繞組結(jié)構(gòu)、容量、絕緣等調(diào)研課題，了解變壓器的設(shè)計、制造原理、工藝和測試方法；針對鐵路機(jī)車廠，設(shè)置和機(jī)車相關(guān)的變壓器結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)、電傳動方式、電機(jī)類型、參數(shù)及調(diào)速方式等項(xiàng)目，以便開展有針對性的實(shí)訓(xùn)。

2.2 配合實(shí)驗(yàn)室建設(shè)與設(shè)備更新 合理設(shè)置實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目

針對電機(jī)學(xué)理論和實(shí)驗(yàn)教學(xué)，實(shí)驗(yàn)室前期購置10臺100 W小電機(jī)實(shí)驗(yàn)平臺，能夠滿足電機(jī)參數(shù)測定、特性驗(yàn)證等教學(xué)要求。為進(jìn)一步強(qiáng)化培養(yǎng)學(xué)生的工程能力和創(chuàng)新能力，實(shí)驗(yàn)室購置了6臺2.2 kW專用大電機(jī)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)提供三相變壓器和直流電動機(jī)+交流同步機(jī)和交流電動機(jī)+直流發(fā)電機(jī)兩對機(jī)組，以滿足新形勢下的人才培養(yǎng)需求。結(jié)合“卓越計劃”創(chuàng)新性人才培養(yǎng)要求和理論教學(xué)內(nèi)容，對新建實(shí)驗(yàn)室的電機(jī)與控制實(shí)驗(yàn)室實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目設(shè)置進(jìn)行深入研究和討論，不僅設(shè)置與電機(jī)特性相關(guān)的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，更應(yīng)注重增設(shè)以學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)為目標(biāo)的研究型和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)，拓展學(xué)生工程實(shí)踐能力。開設(shè)的特色實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目如表1所示。

表1 電機(jī)學(xué)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目

2.3 豐富實(shí)訓(xùn)形式 重視仿真軟件 拓展實(shí)訓(xùn)效果

MatLab軟件提供大量功能強(qiáng)大的函數(shù)，不但可以用于各種數(shù)值計算問題，而且提供多種繪圖函數(shù)，方便數(shù)據(jù)處理[2]。MatLab/Simulink軟件提供各種變壓器及電機(jī)動態(tài)仿真模型，可以完成多種實(shí)驗(yàn)室設(shè)備無法完成的實(shí)驗(yàn)和實(shí)訓(xùn)，在學(xué)生具備基本的電機(jī)學(xué)實(shí)驗(yàn)和實(shí)訓(xùn)能力后，引入MatLab/Simulink仿真是一種有效的教學(xué)輔助手段，可以進(jìn)一步拓展學(xué)生的實(shí)踐能力，對后續(xù)電力電子技術(shù)、傳動控制、畢業(yè)設(shè)計等課程起到一定的鋪墊作用。因此在實(shí)驗(yàn)室實(shí)訓(xùn)課程的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步設(shè)置仿真實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目(見表2)。

表2 仿真實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目

3 突出學(xué)生主體地位的實(shí)訓(xùn)模式

在實(shí)訓(xùn)過程中始終突出學(xué)生主體，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、主動設(shè)計的能力，教師在各個環(huán)節(jié)中僅僅起到引導(dǎo)、輔助、監(jiān)督、考核的作用。實(shí)訓(xùn)以基本項(xiàng)目為單元，先調(diào)研、再設(shè)計，然后進(jìn)行實(shí)訓(xùn)實(shí)驗(yàn)或仿真，最后對實(shí)訓(xùn)結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)處理及總結(jié)。學(xué)生自主或討論完成，能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生主動探究問題的能力。主要采取以下措施。

3.1 分組實(shí)訓(xùn)

為達(dá)到實(shí)訓(xùn)效果，結(jié)合電機(jī)學(xué)實(shí)驗(yàn)和實(shí)訓(xùn)的實(shí)際情況，將學(xué)生進(jìn)行分組，每2～3人為一組，在實(shí)訓(xùn)過程中要分工明確，相互協(xié)作。

3.2 帶著問題到企業(yè)實(shí)習(xí)

在企業(yè)實(shí)習(xí)之前，布置和企業(yè)相關(guān)的調(diào)研項(xiàng)目，學(xué)生先通過查閱資料，回答調(diào)研項(xiàng)目中的問題，然后在實(shí)習(xí)過程中驗(yàn)證回答問題的正確性；調(diào)研中未能解決的工程實(shí)際問題，能夠進(jìn)一步和企業(yè)導(dǎo)師進(jìn)行討論，得到解決，達(dá)到學(xué)校課堂教學(xué)和企業(yè)導(dǎo)師工程實(shí)踐教育的深入結(jié)合。

3.3 樹立安全意識 走進(jìn)實(shí)驗(yàn)室

實(shí)訓(xùn)課程在以傳統(tǒng)2.2 kW電機(jī)組為基礎(chǔ)的專用電機(jī)組實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)上進(jìn)行，整個實(shí)驗(yàn)過程中功率大、電流大。為培養(yǎng)學(xué)生規(guī)范的操作意識，專門進(jìn)行安全培訓(xùn)。學(xué)生實(shí)訓(xùn)期間，教師必須在場。

3.4 開放實(shí)驗(yàn)室 提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新能力

(1)由于在電機(jī)學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中已經(jīng)開設(shè)電機(jī)、變壓器參數(shù)測定及電機(jī)特性實(shí)驗(yàn)，學(xué)生基本掌握電機(jī)學(xué)實(shí)驗(yàn)的基本方法，因此在實(shí)訓(xùn)課程中，不再為學(xué)生提供具體的實(shí)訓(xùn)指導(dǎo)書，只提供實(shí)驗(yàn)臺變壓器、機(jī)組、相關(guān)元器件參數(shù)。實(shí)訓(xùn)期間，實(shí)驗(yàn)室全天開放，學(xué)生可以隨時熟悉實(shí)驗(yàn)臺的基本情況,有利于進(jìn)行綜合型和探究型實(shí)驗(yàn)、實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目[3]，同時可以提高學(xué)生開展創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的積極性，提高學(xué)生的創(chuàng)新思維能力和設(shè)計能力，有利于綜合素質(zhì)的培養(yǎng)[4]。

(2)學(xué)生針對每個實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，查閱資料，逐步完成實(shí)訓(xùn)準(zhǔn)備工作，主要包括：實(shí)訓(xùn)目的、使用設(shè)備、設(shè)計接線圖、實(shí)驗(yàn)步驟、記錄數(shù)據(jù)表格并撰寫實(shí)訓(xùn)預(yù)習(xí)報告。經(jīng)指導(dǎo)教師檢查無誤后，方可進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)訓(xùn)。

(3)實(shí)訓(xùn)結(jié)束后，結(jié)合MatLab軟件對實(shí)訓(xùn)中得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并對實(shí)訓(xùn)中遇到的問題進(jìn)行總結(jié)。

3.5 在仿真實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目中拓展實(shí)訓(xùn)內(nèi)容 為后續(xù)課程打好基礎(chǔ)

將MatLab/Simulink軟件引入實(shí)訓(xùn)教學(xué)中，培養(yǎng)學(xué)生自學(xué)能力，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，不僅使學(xué)生了解電機(jī)啟動、調(diào)速及變壓器負(fù)載、短路運(yùn)行的暫態(tài)過程，加深理解理論課程的內(nèi)容，更為后續(xù)課程中電機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)的學(xué)習(xí)與設(shè)計打下良好的基礎(chǔ)。

4 加強(qiáng)過程性考核機(jī)制

考核是電機(jī)學(xué)實(shí)驗(yàn)、實(shí)訓(xùn)教學(xué)的一個指揮棒[5]，是保障實(shí)訓(xùn)質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)。因此在實(shí)訓(xùn)的考核中不僅進(jìn)行實(shí)訓(xùn)預(yù)習(xí)、過程和報告的考核，還特別引入以下機(jī)制。

(1)學(xué)生設(shè)計實(shí)訓(xùn)內(nèi)容不限于上述實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，可自行設(shè)計，經(jīng)教師檢查后進(jìn)行實(shí)訓(xùn)，可根據(jù)實(shí)訓(xùn)情況酌情加分。

(2)實(shí)訓(xùn)過程中，教師可針對學(xué)生的操作過程進(jìn)行提問，根據(jù)學(xué)生回答情況進(jìn)行記分。

(3)在每個實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目結(jié)束后，教師設(shè)計一部分問題，學(xué)生根據(jù)實(shí)訓(xùn)過程中的現(xiàn)象回答相應(yīng)問題，根據(jù)學(xué)生回答情況進(jìn)行記分。

(4)為考查學(xué)生實(shí)際動手能力，在全部實(shí)訓(xùn)結(jié)束后，隨機(jī)抽取實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，并現(xiàn)場操作，根據(jù)學(xué)生操作和回答問題情況進(jìn)行記分。

5 結(jié)論

針對電氣工程“卓越計劃班”電機(jī)學(xué)實(shí)訓(xùn)課程存在的問題，結(jié)合學(xué)院新建電機(jī)與控制實(shí)驗(yàn)室，深入挖掘電機(jī)學(xué)作為專業(yè)基礎(chǔ)課程的特點(diǎn)及其與后續(xù)課程之間關(guān)系，合理優(yōu)化實(shí)訓(xùn)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目和仿真項(xiàng)目設(shè)置，為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)與應(yīng)用做好前期準(zhǔn)備，激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、獨(dú)立設(shè)計實(shí)訓(xùn)方案、完成實(shí)訓(xùn)內(nèi)容的熱情。在電氣工程卓越班實(shí)訓(xùn)課程實(shí)訓(xùn)模式、考核機(jī)制等方面進(jìn)行的改革與實(shí)踐，取得了很好的實(shí)施效果，學(xué)生實(shí)訓(xùn)態(tài)度積極，準(zhǔn)備充分，達(dá)到了實(shí)訓(xùn)要求。