新工科背景下電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新能力培養(yǎng)

馬雙蓉

（三峽大學(xué)，湖北 宜昌 443000）

世界第四次工業(yè)革命快速發(fā)展，我國實(shí)施“中國制造2025”“網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)國”“互聯(lián)網(wǎng)＋”戰(zhàn)略，以創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)促發(fā)展，新技術(shù)、新產(chǎn)業(yè)、新業(yè)態(tài)和新模式不斷涌現(xiàn)，新工科建設(shè)勢在必行?！皬?fù)旦共識(shí)”明確指出新工科建設(shè)必須發(fā)揮學(xué)科綜合優(yōu)勢，培養(yǎng)工程能力強(qiáng)、科學(xué)基礎(chǔ)厚實(shí)、綜合素質(zhì)高的人才?！疤齑笮袆?dòng)”明確提出新工科人才的核心素養(yǎng)就是培養(yǎng)學(xué)生的工程思維、設(shè)計(jì)思維、數(shù)字化思維和批判性思維以及學(xué)生的家國情懷、國際視野、法治意識(shí)和生態(tài)意識(shí)?！氨本┲改稀泵鞔_指出，必須培養(yǎng)學(xué)生的工程倫理意識(shí)，著力培養(yǎng)學(xué)生的工匠精神。這些共識(shí)、行動(dòng)路線和行動(dòng)指南為電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)人才培養(yǎng)指明了方向，其中，實(shí)踐教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新能力重要的一環(huán)，是實(shí)現(xiàn)新工科目標(biāo)必由之路。

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

強(qiáng)電弱電結(jié)合是電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)基本特征，要求學(xué)生具備工程基礎(chǔ)理論扎實(shí)、實(shí)踐創(chuàng)新能力強(qiáng)、熟練解決實(shí)際生產(chǎn)中出現(xiàn)的工程問題。電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)實(shí)踐教學(xué)由于重視不夠、組織難度較大、設(shè)備設(shè)施投資較大及更新遲緩、教師實(shí)踐能力不強(qiáng)等諸多客觀原因，造成了本科教學(xué)重理論輕實(shí)踐，重知識(shí)傳授輕動(dòng)手操作，即使有實(shí)驗(yàn)課，也是以驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)和演示性實(shí)驗(yàn)為主，造成了學(xué)生動(dòng)手操作能力弱、創(chuàng)新能力不足。另外，與專業(yè)發(fā)展相聯(lián)系的科學(xué)技術(shù)發(fā)展迅猛，但學(xué)校教學(xué)內(nèi)容比較陳舊，前沿知識(shí)不能及時(shí)傳授給學(xué)生，不能反映新技術(shù)、新產(chǎn)業(yè)發(fā)展的需求。

2 電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新能力培養(yǎng)存在的問題

2.1 重視程度不夠

實(shí)踐出真知。實(shí)踐活動(dòng)對提升電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)學(xué)生的實(shí)踐能力非常重要，需要嚴(yán)密組織和高度重視。絕大多數(shù)高校電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)實(shí)踐活動(dòng)沒有成立專門的組織機(jī)構(gòu)，也沒有專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)支持。進(jìn)行實(shí)踐活動(dòng)或競賽，必須有專門的專業(yè)教師負(fù)責(zé)培訓(xùn)指導(dǎo)，有的高校沒有配備專業(yè)教師，有的配備了專業(yè)教師但重視程度不夠，積極性不高，雖然校、工程學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)支持學(xué)生實(shí)踐活動(dòng)或競賽，但在組織、培訓(xùn)、資源配備等方面受到制度、活動(dòng)經(jīng)費(fèi)、師資、設(shè)備設(shè)施、實(shí)踐活動(dòng)評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)等方面的限制，各種資源只是滿足少數(shù)學(xué)生為了實(shí)踐活動(dòng)而活動(dòng)、為了競賽而競賽，沒有調(diào)動(dòng)絕大多數(shù)學(xué)生參與各種實(shí)踐活動(dòng)。2018年9月17日，教育部、工業(yè)和信息化部、中國工程院發(fā)布《關(guān)于加快建設(shè)發(fā)展新工科實(shí)施卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃2.0的意見》明確指出：努力使50%以上工科專業(yè)學(xué)生在校期間參與一項(xiàng)訓(xùn)練項(xiàng)目或賽事活動(dòng)。因此，高校電氣工程及其自動(dòng)化培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力必須提高認(rèn)識(shí)，加強(qiáng)資源配備，將其納入教學(xué)管理的一個(gè)重要過程，全面提高所有學(xué)生的實(shí)踐能力。

2.2 實(shí)踐教學(xué)比例偏低或?qū)嵤┎坏轿?/h3>

教育部明確提出高校本科實(shí)訓(xùn)實(shí)習(xí)課時(shí)須占總課時(shí)30%以上。電氣工程及其自動(dòng)化是一個(gè)實(shí)踐能力要求強(qiáng)的專業(yè)，實(shí)踐教學(xué)必須占據(jù)重要的地位，但目前，絕大多數(shù)高校電氣工程及其自動(dòng)化課程體系設(shè)置仍然沿襲傳統(tǒng)的課程體系，重認(rèn)知重理論教學(xué)，輕實(shí)踐輕能力培養(yǎng)，實(shí)踐課時(shí)和教學(xué)重視程度明顯偏低。很多課程即使設(shè)置了實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，但設(shè)施設(shè)備與教學(xué)內(nèi)容不配套，實(shí)踐教學(xué)缺乏教學(xué)標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)踐教學(xué)設(shè)計(jì)由教師自己說了算，實(shí)踐教學(xué)過程隨意性大。實(shí)踐教學(xué)與理論教學(xué)缺乏有效銜接，理實(shí)一體教學(xué)機(jī)制有待完善。實(shí)踐教學(xué)缺乏嚴(yán)格的管理，實(shí)踐教學(xué)評價(jià)、考核和監(jiān)督缺位。實(shí)踐教學(xué)課外活動(dòng)由于受到實(shí)驗(yàn)室開放時(shí)間的限制、缺乏師資指導(dǎo)，學(xué)生主動(dòng)實(shí)踐熱情未能得到激發(fā)。這些原因嚴(yán)重影響了電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)學(xué)生實(shí)踐能力的培養(yǎng)。

2.3 專業(yè)教師實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)不足、操作能力欠佳

新工科要求產(chǎn)教融合、校企合作，要求專業(yè)教師的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)突出，但高校電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)教師大多是從學(xué)校畢業(yè)走上教學(xué)工作崗位的，也就是專業(yè)教師是從學(xué)校到學(xué)校一個(gè)閉合路徑成長起來的，大多屬于純理論型教師，專業(yè)教師以年輕教師居多，實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)不足，加上學(xué)校對專業(yè)教師走向企業(yè)鍛煉提高操作能力缺乏激勵(lì)機(jī)制和獎(jiǎng)勵(lì)制度，教師提高工程操作能力缺乏動(dòng)力和條件。

2.4 實(shí)踐教學(xué)評價(jià)體系不完善，考核方法缺乏標(biāo)準(zhǔn)

電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)實(shí)踐教學(xué)體系以培養(yǎng)學(xué)生專業(yè)能力、基礎(chǔ)能力、創(chuàng)新能力和綜合能力為主線的系列教學(xué)。各高校電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)教學(xué)條件不盡相同，但建立完善的實(shí)踐教學(xué)評價(jià)體系對培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力至關(guān)重要，據(jù)筆者所在學(xué)校實(shí)踐教學(xué)過程看，學(xué)校注重專業(yè)能力（課程設(shè)計(jì)、電氣控制綜合實(shí)驗(yàn)、電氣工程綜合實(shí)驗(yàn)）和綜合能力（畢業(yè)實(shí)習(xí)、畢業(yè)設(shè)計(jì)、專業(yè)實(shí)習(xí)、電氣工程實(shí)訓(xùn)、MATLAB仿真綜合實(shí)訓(xùn)）的實(shí)踐教學(xué)，對基礎(chǔ)能力（認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)、基礎(chǔ)課實(shí)驗(yàn)、通識(shí)類課程實(shí)驗(yàn)上機(jī)）和創(chuàng)新能力（大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練、學(xué)科競賽、科技創(chuàng)新活動(dòng)）實(shí)踐教學(xué)不全面，缺乏校外實(shí)踐基地實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)。實(shí)踐教學(xué)考核由專業(yè)教師自己確定，教什么就考什么，缺乏實(shí)踐教學(xué)考核標(biāo)準(zhǔn)。

2.5 專業(yè)實(shí)驗(yàn)室和校內(nèi)外實(shí)習(xí)基地建設(shè)有待加強(qiáng)

以三峽大學(xué)為例，電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)建成了基本電工電子實(shí)驗(yàn)室、電機(jī)拖動(dòng)電力電子實(shí)驗(yàn)室、單片機(jī)PLC實(shí)驗(yàn)室、維修電工實(shí)訓(xùn)室等多個(gè)基礎(chǔ)課及專業(yè)課實(shí)驗(yàn)室，已與省內(nèi)一些高校企業(yè)和葛洲壩集團(tuán)、中國三峽集團(tuán)、國網(wǎng)湖北電力等企業(yè)建立了實(shí)習(xí)基地，由于受到建設(shè)資金、管理制度和相關(guān)方利益博弈等影響，加上重視程度不夠，依然存在如下主要問題：一是實(shí)驗(yàn)室設(shè)備設(shè)施比較陳舊，設(shè)備更新落后于科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，比如，對應(yīng)“智能電網(wǎng)”“智能配電網(wǎng)”“新型儲(chǔ)能技術(shù)”“新能源發(fā)電技術(shù)”的新型的電氣設(shè)備還是空白。二是實(shí)驗(yàn)室管理、使用滿足不了教學(xué)和學(xué)生實(shí)驗(yàn)需要，開放程度不高，同時(shí)，是實(shí)驗(yàn)管理員素質(zhì)有待加強(qiáng)。三是校內(nèi)外實(shí)習(xí)基地的建立缺乏建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)、工作標(biāo)準(zhǔn)、評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)和監(jiān)督標(biāo)準(zhǔn)，校企合作處于游離狀態(tài)，使用率比較低。

3 新工科背景下電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新能力培養(yǎng)路徑

3.1 改革和完善人才培養(yǎng)方案

人才培養(yǎng)方案是人才培養(yǎng)目標(biāo)、課程體系、教學(xué)內(nèi)容、課時(shí)安排、實(shí)踐教學(xué)條件等方面的集成，是落實(shí)黨和國家對人才培養(yǎng)總體要求、安排教學(xué)任務(wù)、組織教學(xué)的規(guī)范性文件，是實(shí)施人才培養(yǎng)和開展教學(xué)質(zhì)量評價(jià)的依據(jù)，必須經(jīng)過規(guī)劃與設(shè)計(jì)、調(diào)研與分析、起草與審定、發(fā)布與更新來制定。第一，調(diào)研市場需求，將適應(yīng)工程生產(chǎn)崗位需求的復(fù)合型高級電氣工程技術(shù)人才作為培養(yǎng)的主要目標(biāo)。第二，根據(jù)專業(yè)定位和人才培養(yǎng)目標(biāo)實(shí)施相應(yīng)的素質(zhì)教育和能力培養(yǎng)，培養(yǎng)學(xué)生符合“復(fù)旦共識(shí)”“天大行動(dòng)”“北京指南”提出的知識(shí)、素質(zhì)、能力和結(jié)構(gòu)。第三，強(qiáng)化工程教育教育，將工程教育貫穿于人才培養(yǎng)的全過程中。以立德樹人為根本、通識(shí)教育和專業(yè)教育并重全面培養(yǎng)學(xué)生。通識(shí)平臺(tái)主要為培養(yǎng)學(xué)生工程倫理意識(shí)、家國情懷、國際視野、法治意識(shí)和生態(tài)意識(shí)打好基礎(chǔ)，同時(shí)，掌握工程工具的使用，強(qiáng)化工程基礎(chǔ)。工程學(xué)科平臺(tái)程強(qiáng)化工程實(shí)踐訓(xùn)練，實(shí)現(xiàn)學(xué)生知識(shí)創(chuàng)新、工程創(chuàng)新、設(shè)計(jì)創(chuàng)新、工藝和技術(shù)創(chuàng)新、知識(shí)運(yùn)用創(chuàng)新，提升學(xué)生工程素質(zhì)和能力。第四，增加選修課的種類和數(shù)量，開設(shè)跨學(xué)科輔修專業(yè)和跨系選修課等多種形式，拓寬學(xué)生的知識(shí)面和專業(yè)面，使學(xué)生獲得可持續(xù)性發(fā)展的能力。

3.2 面向新工科，重構(gòu)電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)實(shí)踐教學(xué)體系

依據(jù)專業(yè)特點(diǎn)和人才培養(yǎng)規(guī)律，采用課內(nèi)實(shí)驗(yàn)、實(shí)訓(xùn)、實(shí)習(xí)實(shí)施實(shí)驗(yàn)教學(xué)，通過上機(jī)、實(shí)驗(yàn)等實(shí)踐環(huán)節(jié)加深理論學(xué)習(xí)，通過課程設(shè)計(jì)和實(shí)訓(xùn)實(shí)習(xí)訓(xùn)練學(xué)生的電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)、試驗(yàn)、運(yùn)行和維護(hù)。實(shí)踐教學(xué)改革可以從如下方面進(jìn)行：減少戴維寧定理和電阻元件伏安特性等驗(yàn)證性的實(shí)驗(yàn)，補(bǔ)充熔斷器指示電路的制作、相序指示器制作等綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，提高綜合性實(shí)驗(yàn)和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的占比。以FM收音機(jī)、PLC 控制自動(dòng)往返工作臺(tái)和低壓配電盤等為載體，將電氣電子典型產(chǎn)品的教學(xué)內(nèi)容有效融合，培養(yǎng)學(xué)生綜合素養(yǎng)和復(fù)合能力。充分利用實(shí)踐教學(xué)基地的作用，開展課外實(shí)踐教學(xué)，比如，與葛洲壩集團(tuán)、中國三峽集團(tuán)、國網(wǎng)湖北電力等企業(yè)學(xué)習(xí)新能源發(fā)電技術(shù)，圍繞大規(guī)模風(fēng)電接入電網(wǎng)、風(fēng)電機(jī)組故障診斷、能源互聯(lián)網(wǎng)的規(guī)劃與優(yōu)化等方向與企業(yè)聯(lián)合開展實(shí)踐教學(xué)，拓展專業(yè)視野，提高學(xué)生的專業(yè)學(xué)習(xí)興趣。

3.3 充分利用虛擬仿真，豐富實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容

傳統(tǒng)的電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)實(shí)踐教學(xué)資源一般通過搭建實(shí)物系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)，前期投入大，后期維護(hù)保養(yǎng)費(fèi)用高。隨著與專業(yè)相聯(lián)系新技術(shù)的快速發(fā)展，只能通過更換設(shè)備和新建實(shí)驗(yàn)室升級，虛擬仿真實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)是一個(gè)很好的選擇，既減少前期的投入，降低維護(hù)成本，又能緊跟前沿技術(shù)達(dá)到實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效果。例如，建設(shè)全數(shù)字仿真發(fā)電廠、數(shù)字仿真變電所、電網(wǎng)調(diào)度DYS仿真系統(tǒng)，呈現(xiàn)電能生產(chǎn)、電能輸送、電能供配整個(gè)工程流程和工程環(huán)境，學(xué)生參與互動(dòng)，培養(yǎng)學(xué)生的崗位能力。建設(shè)升降壓斬波實(shí)驗(yàn)、H橋雙極性PWM控制實(shí)驗(yàn)、晶閘管單相橋式全控整流實(shí)驗(yàn)、并網(wǎng)逆變器控制實(shí)驗(yàn)、三相兩電平全橋逆變器SPWM實(shí)驗(yàn)等虛擬仿真實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)，可以身臨其境地學(xué)習(xí)控制理論知識(shí)和電力電子系統(tǒng)的工作原理，鍛煉學(xué)生搭建電力電子系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的動(dòng)手能力。虛擬仿真實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)教學(xué)，實(shí)時(shí)仿真和完善的硬件系統(tǒng)開放性好，情景逼真，學(xué)生容易動(dòng)手操作，極大地提高了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效果，培養(yǎng)了學(xué)生職業(yè)素養(yǎng)、職業(yè)精神和工程能力。

3.4 依托校企合作資源，完善實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的功能

隨著電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)發(fā)展，在傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室的基礎(chǔ)上，將現(xiàn)有的變電站自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)室、高壓電器實(shí)驗(yàn)室、單片機(jī)實(shí)驗(yàn)室、數(shù)模電子實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行整合，加入智能設(shè)備嵌入式系統(tǒng)開發(fā)相關(guān)試件和電工電器實(shí)驗(yàn)儀器，形成專業(yè)開放式、功能齊全的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。試件購買、設(shè)備更新以校企共同進(jìn)行。充分利用高校實(shí)驗(yàn)室平臺(tái)與企業(yè)聯(lián)合開展科學(xué)技術(shù)研究和攻關(guān)，學(xué)生參與其中，既培養(yǎng)鍛煉學(xué)生，也推動(dòng)產(chǎn)教融合校企合作，促進(jìn)創(chuàng)新成果的應(yīng)用和轉(zhuǎn)化。

3.5 加強(qiáng)師資隊(duì)伍建設(shè)

師資隊(duì)伍是高校發(fā)展的核心要素。電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)師資隊(duì)伍建設(shè)，需要多方協(xié)同。高校利用學(xué)科優(yōu)勢、科研能力、國際合作鍛煉教師工程能力、家國情懷、國際視野，利用產(chǎn)學(xué)研用基地鍛煉教師實(shí)踐教學(xué)能力和動(dòng)手操作能力。構(gòu)建老、中、青相結(jié)合的實(shí)驗(yàn)教學(xué)團(tuán)隊(duì)，通過有經(jīng)驗(yàn)教師的傳幫帶和師徒結(jié)對，提高專業(yè)教師整體的素質(zhì)和能力。建立完善的激勵(lì)機(jī)制和獎(jiǎng)勵(lì)制度（包括與職稱評定、職務(wù)升遷、薪酬掛鉤的制度），鼓勵(lì)教師與企業(yè)的聯(lián)系，特別是年輕教師，定期或常態(tài)化到企業(yè)鍛煉，鍛煉教師的工程素養(yǎng)和能力。

4 結(jié)語

加強(qiáng)學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新能力是電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)重要一項(xiàng)任務(wù)，也是落實(shí)新工科要求的具體做法。高校要提高認(rèn)識(shí)，對照“復(fù)旦共識(shí)”“天大行動(dòng)”“北京指南”提出的共識(shí)、行動(dòng)路線和行動(dòng)指南開展行動(dòng)，并落實(shí)到教學(xué)的全過程。電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)應(yīng)該抓住新技術(shù)創(chuàng)新和新產(chǎn)業(yè)發(fā)展的歷史機(jī)遇，勇于改革，以實(shí)踐教學(xué)為抓手，構(gòu)建專業(yè)新結(jié)構(gòu)，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新能力，實(shí)現(xiàn)高校電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展。