新工科電氣工程實(shí)踐教學(xué)體系重構(gòu)與實(shí)踐

楊 勇 李紅斌 文勁宇 尹 仕 張 蓉

新工科電氣工程實(shí)踐教學(xué)體系重構(gòu)與實(shí)踐

楊 勇 李紅斌 文勁宇 尹 仕 張 蓉

（華中科技大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院 武漢 430074）

工程實(shí)踐能力在新工科人才培養(yǎng)中占據(jù)著重要地位。電氣學(xué)科作為一門傳統(tǒng)工程學(xué)科，在新形勢(shì)下對(duì)一流專業(yè)人才所應(yīng)具備的知識(shí)、能力和素質(zhì)提出的更高要求。華中科技大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院以“科學(xué)主導(dǎo)、實(shí)踐驅(qū)動(dòng)”的工程教育理念為指導(dǎo)，圍繞“電氣化+”，依托學(xué)科和行業(yè)優(yōu)勢(shì)，以業(yè)界和科研中真實(shí)項(xiàng)目、真實(shí)產(chǎn)品研發(fā)為載體，營造新工科背景下工程實(shí)踐的真實(shí)學(xué)習(xí)環(huán)境和平臺(tái)建設(shè)，構(gòu)建“知識(shí)、技能、意識(shí)”協(xié)同整合的一體化工程實(shí)踐教學(xué)體系，實(shí)現(xiàn)學(xué)生實(shí)踐能力培養(yǎng)模式從“碎片化”到“系統(tǒng)化”轉(zhuǎn)化升級(jí)，并通過教學(xué)研究，提出工程實(shí)踐能力發(fā)展評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，深化課程持續(xù)改進(jìn)的閉環(huán)機(jī)制，促進(jìn)學(xué)生工程實(shí)踐與創(chuàng)新能力螺旋漸進(jìn)式提升。該文通過對(duì)該一體化工程實(shí)踐教學(xué)體系的詳細(xì)闡釋，希望為國內(nèi)同類專業(yè)的人才培養(yǎng)提供有益參考。

新工科 實(shí)踐課程體系 工程實(shí)踐能力 實(shí)踐平臺(tái) 教學(xué)評(píng)價(jià)

0 引言

工程實(shí)踐能力是所有工科學(xué)生必須具備的最基本，也是最重要的能力。與傳統(tǒng)的工程問題相比，現(xiàn)代工程問題更具有綜合性、多樣性、跨學(xué)科交融性等特征，往往需要能將數(shù)學(xué)、自然科學(xué)、工程基礎(chǔ)和專業(yè)知識(shí)用于解決工程領(lǐng)域復(fù)雜工程問題，提出合理的解決方案，選擇與使用恰當(dāng)?shù)募夹g(shù)、資源、現(xiàn)代工程工具和信息技術(shù)工具，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、分析與解釋數(shù)據(jù)，并通過信息綜合得到合理有效的結(jié)論，同時(shí)在此過程中充分考慮對(duì)社會(huì)、健康、安全、法律、環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展的影響，以及與團(tuán)隊(duì)、業(yè)界同行和公眾進(jìn)行有效的溝通和交流[1]。

近年來，習(xí)近平總書記提出的“雙碳”戰(zhàn)略決策，為中國實(shí)現(xiàn)綠色低碳高質(zhì)量發(fā)展指明了方向。以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)為我國能源和電力結(jié)構(gòu)系統(tǒng)變革、產(chǎn)業(yè)自主創(chuàng)新、快速轉(zhuǎn)型升級(jí)帶來重大機(jī)遇和挑戰(zhàn)。與此同時(shí)，國際電氣工程學(xué)科從單純研究和服務(wù)于“電力系統(tǒng)和電力裝備”，拓展到“研究電磁新現(xiàn)象、新技術(shù)、新裝置，服務(wù)科學(xué)技術(shù)發(fā)展”的電磁工程與新技術(shù)領(lǐng)域，衍生多學(xué)科交叉新研究方向，包括核聚變、強(qiáng)磁場(chǎng)、等離子體、加速器、脈沖功率、電磁推進(jìn)、超導(dǎo)技術(shù)、生物電磁等[2]。國家重大需求和學(xué)科、產(chǎn)業(yè)變革帶來的變化，對(duì)電氣工程學(xué)科一流人才所應(yīng)具備的能力和綜合素質(zhì)提出了新的要求。在構(gòu)建新型電力系統(tǒng)、實(shí)現(xiàn)清潔低碳轉(zhuǎn)型、助力“雙碳”戰(zhàn)略目標(biāo)的國家重大需求和新工科建設(shè)歷史性交匯的大背景下，有必要結(jié)合工程教育改革最新成果，深化拓展對(duì)于電氣工程學(xué)生工程實(shí)踐能力內(nèi)涵和外延的認(rèn)識(shí)，著力提升學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的能力。

在上述背景下，華中科技大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院充分調(diào)研國內(nèi)外電氣工程學(xué)科發(fā)展趨勢(shì)和人才培養(yǎng)新需求，明確工程實(shí)踐在工程教育體系中的引領(lǐng)作用，對(duì)工程實(shí)踐相關(guān)教學(xué)環(huán)節(jié)的教學(xué)目標(biāo)、學(xué)習(xí)模式和評(píng)價(jià)方式全面梳理和整體設(shè)計(jì)，按學(xué)生知識(shí)建構(gòu)、認(rèn)知能力和意識(shí)養(yǎng)成的逐級(jí)遞進(jìn)分解，實(shí)現(xiàn)從大一到大四系統(tǒng)化實(shí)踐教學(xué)體系的構(gòu)建。本文介紹了近年來我院在實(shí)踐教學(xué)體系方面所做的改革工作，希望對(duì)我國電氣工程學(xué)科人才培養(yǎng)提供有益的參考。

1 電氣工程實(shí)踐教育體系重構(gòu)總體思路

華中科技大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院前身為華中工學(xué)院電力系，始建于1952年，由原武漢大學(xué)電機(jī)系、湖南大學(xué)電機(jī)系、廣西大學(xué)電機(jī)系、南昌大學(xué)電機(jī)系和中山大學(xué)（華南工學(xué)院）電機(jī)系合并而成。70年來培養(yǎng)畢業(yè)生2萬余名，為我國電氣工程學(xué)科的發(fā)展做出了巨大貢獻(xiàn)。

進(jìn)入21世紀(jì)以來，能源轉(zhuǎn)型和結(jié)構(gòu)調(diào)整催生了電力行業(yè)的重大變革，電氣化向更深、更寬發(fā)展[3]。作為在新工科人才培養(yǎng)中占據(jù)重要地位的實(shí)踐教育體系，其優(yōu)劣直接關(guān)系到人才培養(yǎng)的質(zhì)量。學(xué)院在2009年進(jìn)行了一次大規(guī)模培養(yǎng)計(jì)劃修訂，按照行業(yè)變革需要，將原有專業(yè)核心課程重構(gòu)為電力系統(tǒng)和電氣裝備兩個(gè)專業(yè)培養(yǎng)方向的專業(yè)核心課程模塊[4]。但是面對(duì)電氣工程行業(yè)和學(xué)科發(fā)展對(duì)一流人才所應(yīng)具備的知識(shí)、能力和素質(zhì)提出的新要求，原有以單一課程實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計(jì)為主體的狹義實(shí)踐教育體系已無法滿足面向未來的人才培養(yǎng)需求，主要存在的問題表現(xiàn)為：①實(shí)踐僅為理論補(bǔ)充，缺乏整體設(shè)計(jì)，造成知識(shí)、能力和意識(shí)培養(yǎng)碎片化；②教學(xué)偏重理論簡(jiǎn)單驗(yàn)證，缺乏對(duì)實(shí)際問題分析、實(shí)施和反思系統(tǒng)訓(xùn)練；③內(nèi)容僅局限于單一知識(shí)領(lǐng)域，缺乏知識(shí)、能力和思維的綜合性整合。事實(shí)上，上述問題并不是本專業(yè)的個(gè)例。學(xué)生工程實(shí)踐能力普遍不足，工程教育中工程性缺失，實(shí)踐教學(xué)薄弱也是我國高等工程教育中長(zhǎng)期存在的普遍共性問題[5]。

2016年起，學(xué)院以“電氣化+”的學(xué)科交叉融合創(chuàng)新發(fā)展戰(zhàn)略為指導(dǎo)，借鑒世界一流大學(xué)工程教育理念基礎(chǔ)，提出“科學(xué)主導(dǎo)、實(shí)踐驅(qū)動(dòng)”的工程教育理念及實(shí)施路徑，致力培養(yǎng)面向未來學(xué)術(shù)拔尖人才和業(yè)界領(lǐng)軍人才。通過將學(xué)科優(yōu)勢(shì)轉(zhuǎn)化為教學(xué)資源，構(gòu)建“知識(shí)、技能、意識(shí)”協(xié)同整合的一體化工程實(shí)踐教學(xué)體系，營造“自發(fā)、自覺、自主”實(shí)踐創(chuàng)新教育環(huán)境，激勵(lì)和引導(dǎo)學(xué)生追求卓越，超越自我。

科學(xué)主導(dǎo)，是指工程技術(shù)和現(xiàn)代工程系統(tǒng)背后都有其嚴(yán)密的科學(xué)理論主導(dǎo)[6]，既倡導(dǎo)支配工程創(chuàng)新的普遍性原理，如信息論、控制論和系統(tǒng)論，也具有鮮明的專業(yè)教育特征（專業(yè)特有的思維、活動(dòng)和道德模式），培養(yǎng)學(xué)生能像專家一樣思考、活動(dòng)和守德，成為現(xiàn)代工程創(chuàng)新的“道”。

實(shí)踐驅(qū)動(dòng)，是指實(shí)踐不再是理論教學(xué)的附庸，而作為教學(xué)整體改革的驅(qū)動(dòng)力，在“做中學(xué)”中引導(dǎo)學(xué)生自主建構(gòu)認(rèn)知框架，整合知識(shí)、塑造思維和激發(fā)創(chuàng)造力。為此，實(shí)踐教育應(yīng)構(gòu)造真實(shí)性學(xué)習(xí)情境，采用如PBL(problem-based learning)、CDIO(conceive design implement operate)等情景化、沉浸式、社會(huì)性的實(shí)踐教學(xué)設(shè)計(jì)，激發(fā)學(xué)生內(nèi)在學(xué)習(xí)動(dòng)力，促進(jìn)其認(rèn)知發(fā)展，形成知行一體的教育“場(chǎng)”。

2 電氣工程實(shí)踐教育體系建設(shè)具體舉措

在“科學(xué)主導(dǎo)、實(shí)踐驅(qū)動(dòng)”的工程教育理念指導(dǎo)下，學(xué)院自2016年以來對(duì)本科生實(shí)踐教育體系進(jìn)行了全方位改革，主要開展的工作包括：

（1）圍繞“電氣化+”，構(gòu)建“知識(shí)、技能、意識(shí)”協(xié)同整合的一體化工程實(shí)踐教學(xué)體系，實(shí)現(xiàn)實(shí)踐能力培養(yǎng)模式從“碎片化”到“系統(tǒng)化”轉(zhuǎn)化升級(jí)，形成一系列綜合性實(shí)踐課程改革案例。

（2）依托學(xué)科和行業(yè)優(yōu)勢(shì)，以業(yè)界和科研中真實(shí)項(xiàng)目、真實(shí)產(chǎn)品研發(fā)為載體，營造“電氣化+”背景下工程實(shí)踐的真實(shí)學(xué)習(xí)環(huán)境和平臺(tái)建設(shè)，實(shí)現(xiàn)課內(nèi)外教育元素協(xié)同整合，解決以往實(shí)踐教學(xué)“驗(yàn)證性、形式化、與實(shí)際脫節(jié)”等問題。

（3）在工程教育認(rèn)證中工程實(shí)踐能力多維度評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上，進(jìn)一步完善從目標(biāo)、實(shí)施、評(píng)價(jià)到改進(jìn)的閉環(huán)監(jiān)控機(jī)制，解決以往實(shí)踐教學(xué)設(shè)計(jì)中目標(biāo)、行動(dòng)與評(píng)價(jià)脫節(jié)，缺乏一致性問題。

（4）提出依據(jù)輸入-環(huán)境-輸出（Input-Environment-Output, IEO）學(xué)生學(xué)習(xí)發(fā)展模型[7]，分析研究學(xué)生工程實(shí)踐能力發(fā)展和影響機(jī)制，以實(shí)證研究為工程實(shí)踐教學(xué)改革提供科學(xué)依據(jù)和政策指導(dǎo)，解決教學(xué)改革實(shí)踐缺乏教育學(xué)術(shù)研究支撐檢驗(yàn)的問題。

2.1 凝聚學(xué)院發(fā)展共識(shí)，調(diào)動(dòng)一流學(xué)者教育教學(xué)的積極性，開展頂層設(shè)計(jì)

學(xué)院在教育部首批和第二批新工科研究與實(shí)踐項(xiàng)目資助下，召集各專業(yè)方向帶頭人，充分研討調(diào)研國內(nèi)外電氣工程學(xué)科發(fā)展趨勢(shì)和人才培養(yǎng)新需求，并以座談會(huì)、問卷調(diào)查等方式向行業(yè)和企業(yè)專家、用人單位、校友和畢業(yè)生等，多途徑調(diào)研社會(huì)需求和人才培養(yǎng)存在的問題，明確工程實(shí)踐在工程教育體系的引領(lǐng)作用，整合原有的金工實(shí)習(xí)、電工實(shí)習(xí)、課程設(shè)計(jì)等課程，對(duì)工程實(shí)踐所有教學(xué)環(huán)節(jié)的教學(xué)目標(biāo)、學(xué)習(xí)模式和評(píng)價(jià)方式全面梳理和整體設(shè)計(jì)，再按學(xué)生知識(shí)建構(gòu)、認(rèn)知能力和意識(shí)養(yǎng)成的逐級(jí)遞進(jìn)分解，進(jìn)行總體規(guī)劃，確立實(shí)踐教學(xué)體系框架（如圖1所示），實(shí)現(xiàn)從大一到大四系統(tǒng)化實(shí)踐教學(xué)體系結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)，著重培養(yǎng)學(xué)生分析與解決復(fù)雜工程問題的能力。

圖1 “知識(shí)、技能、意識(shí)”協(xié)同整合的一體化工程實(shí)踐教學(xué)體系設(shè)計(jì)思路

同時(shí)，在學(xué)院層面專門設(shè)立教學(xué)研究崗、教學(xué)改革基金、教學(xué)類成果獎(jiǎng)勵(lì)，完善工作量考核、職稱晉升、評(píng)優(yōu)、津貼獎(jiǎng)勵(lì)、經(jīng)費(fèi)資助等全方位激勵(lì)政策，吸引教師投身更具挑戰(zhàn)性教學(xué)學(xué)術(shù)研究與實(shí)踐創(chuàng)新。

學(xué)院還依托下設(shè)的國家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心，設(shè)立為實(shí)踐教學(xué)改革特區(qū)，定期開設(shè)教師教學(xué)研修工作坊、“融創(chuàng)沙龍”研討會(huì)、青年教師教學(xué)競(jìng)賽等交流平臺(tái)，互相促進(jìn)，研討課程改革和人才培養(yǎng)經(jīng)驗(yàn)，共同創(chuàng)造更優(yōu)異育人成就，營造鼓勵(lì)創(chuàng)新、潛心育人的良好氛圍。

2.2 圍繞“電氣化+”，構(gòu)建“知識(shí)、技能、意識(shí)”協(xié)同整合的一體化工程實(shí)踐教學(xué)體系

以上述設(shè)計(jì)思路為指導(dǎo)，學(xué)院對(duì)原有的實(shí)踐教學(xué)體系進(jìn)行了重構(gòu)，形成了“知識(shí)、技能、意識(shí)”協(xié)同整合的一體化工程實(shí)踐教學(xué)新體系，如圖2所示。

圖2 “知識(shí)、技能、意識(shí)”一體化工程實(shí)踐教學(xué)體系

初階探究（大一）：“學(xué)科初認(rèn)知，實(shí)驗(yàn)新技能，興趣創(chuàng)思維”

新開設(shè)《電氣工程實(shí)驗(yàn)規(guī)范》、《電氣工程實(shí)踐基礎(chǔ)》、《創(chuàng)客訓(xùn)練營》等課程，采用邊學(xué)邊做的體驗(yàn)式學(xué)習(xí)，引導(dǎo)學(xué)生從建立安全意識(shí)、責(zé)任感開始，尊重生命、規(guī)范實(shí)驗(yàn)操作行為，訓(xùn)練電氣工程實(shí)踐基本技能；讓學(xué)生體驗(yàn)從創(chuàng)意選題到產(chǎn)品落地全過程，培養(yǎng)學(xué)生面對(duì)機(jī)會(huì)形成想法并使想法變成現(xiàn)實(shí)的意識(shí)與能力，激發(fā)專業(yè)學(xué)習(xí)動(dòng)力，為后續(xù)專業(yè)學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。

進(jìn)階協(xié)同（大二）：“數(shù)理重分析，校企多聯(lián)動(dòng)，工程強(qiáng)實(shí)訓(xùn)”

在大二暑假新開設(shè)《工程綜合訓(xùn)練》課程，引入校企協(xié)同育人，邀請(qǐng)業(yè)內(nèi)知名企業(yè)共同參與教學(xué)設(shè)計(jì)，由一線工程師、專業(yè)教師、實(shí)驗(yàn)室工程師組成多元化教學(xué)團(tuán)隊(duì)，開設(shè)“電氣化+”背景下智能制造、新能源等工程營，營造工程背景下真實(shí)學(xué)習(xí)情境。采用 CDIO 項(xiàng)目訓(xùn)練模式，引導(dǎo)學(xué)生直面工程問題，體驗(yàn)多重社會(huì)/經(jīng)濟(jì)約束下的工程創(chuàng)新（功能衍生、環(huán)境拓展），提升學(xué)生的工程實(shí)踐能力和工程意識(shí)。

以2021年為例，《工程綜合訓(xùn)練》課程組與華為、東風(fēng)汽車、德州儀器等國內(nèi)外一流企業(yè)聯(lián)合，開設(shè)工程訓(xùn)練營14個(gè)，主題涵蓋電動(dòng)汽車、機(jī)器人、新能源、智能制造等熱點(diǎn)領(lǐng)域。學(xué)生自由選擇主題，以企業(yè)真實(shí)產(chǎn)品項(xiàng)目為牽引，親歷實(shí)際工程項(xiàng)目研發(fā)全流程，提升解決復(fù)雜工程問題能力。

高階精深（大三、大四）：“基礎(chǔ)綜合化，學(xué)習(xí)研究化，專業(yè)社會(huì)化”

重構(gòu)《信號(hào)與控制綜合實(shí)驗(yàn)》、《微處理器原理及應(yīng)用》等課程系列，采用任務(wù)驅(qū)動(dòng)式學(xué)習(xí)，對(duì)某特定主題（自平衡小車、電能無線傳輸系統(tǒng)等）進(jìn)行任務(wù)分解，分模塊迭代，引導(dǎo)學(xué)生不斷嘗試改進(jìn)，提升知識(shí)/方法的綜合應(yīng)用能力。

在大三暑假新開設(shè)《科研綜合訓(xùn)練》課程，以前沿科學(xué)問題驅(qū)動(dòng)，以科教融合的方式將前沿科研方向/項(xiàng)目/科研成果/高端科研設(shè)備等資源反哺教學(xué)，凝練電磁能-動(dòng)能轉(zhuǎn)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)、新能源并網(wǎng)變電站設(shè)計(jì)、復(fù)雜電力電子系統(tǒng)、電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)及控制設(shè)計(jì)等多類設(shè)計(jì)型開放研究專題。研究專題均來自于高水平科研團(tuán)隊(duì)（基金委創(chuàng)新群體、科技部重點(diǎn)領(lǐng)域創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)、國防科工局創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)等）和重大科研研發(fā)項(xiàng)目。學(xué)生在教師及行業(yè)專家指導(dǎo)下，可任意選擇感興趣且符合個(gè)人發(fā)展規(guī)劃的專題，完成挑戰(zhàn)性任務(wù)，逐步完善學(xué)科知識(shí)框架，習(xí)得學(xué)術(shù)技能和方法，塑造科學(xué)思維和行為規(guī)范，實(shí)現(xiàn)從“新手”到“熟手”轉(zhuǎn)變，提升未來職業(yè)認(rèn)知力。

以《科研綜合訓(xùn)練》課程“電磁能-動(dòng)能轉(zhuǎn)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)”專題為例，課程組以“先進(jìn)國防裝備+電磁科學(xué)”為主題，依托團(tuán)隊(duì)承擔(dān)的電磁發(fā)射關(guān)鍵技術(shù)科研項(xiàng)目，將科研資源轉(zhuǎn)化為教學(xué)資源，自主研發(fā)專用教學(xué)平臺(tái)，引導(dǎo)學(xué)生踐行仿真建模-樣品研制-實(shí)驗(yàn)分析-反饋提升的科研探索，培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)對(duì)高電壓、大電流場(chǎng)景的工程意識(shí)和科研創(chuàng)新能力，激勵(lì)學(xué)生科技報(bào)國、求真探索。

最終，將畢業(yè)設(shè)計(jì)作為工程教育專業(yè)本科教學(xué)進(jìn)程中最后一個(gè)重要的實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，使學(xué)生畢業(yè)前能夠運(yùn)用所獲得的知識(shí)和能力對(duì)解決復(fù)雜工程問題進(jìn)行全面總結(jié)、綜合訓(xùn)練和集中展示，也是學(xué)生畢業(yè)及獲取畢業(yè)證和學(xué)位證的根本性依據(jù)。

2.3 打造“學(xué)生想創(chuàng)就能創(chuàng)，教師想改就能改”全開放的實(shí)踐硬件基礎(chǔ)

2019年學(xué)院新大樓落成，新增本科實(shí)驗(yàn)教學(xué)面積3 000m2+投入使用，全面進(jìn)行實(shí)踐環(huán)境建設(shè)。學(xué)院通過梳理原有課程實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，科研平臺(tái)和企業(yè)實(shí)習(xí)實(shí)踐教育平臺(tái)的關(guān)系，完善教學(xué)模式及管理模式，逐步構(gòu)建了從“基礎(chǔ)訓(xùn)練+興趣引導(dǎo)”、“工程訓(xùn)練+工程創(chuàng)新”、到“科研訓(xùn)練+學(xué)術(shù)創(chuàng)新”的一體化全開放平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了實(shí)踐環(huán)境平臺(tái)化、人性化、多元化[8]。

實(shí)驗(yàn)室平臺(tái)化：將原有的固定式實(shí)驗(yàn)臺(tái)逐步改造為移動(dòng)式、便攜式實(shí)驗(yàn)設(shè)備和測(cè)試工具，增加3D打印、PCB制作等創(chuàng)客加工間，將面向單一課程的專業(yè)實(shí)驗(yàn)室轉(zhuǎn)變?yōu)橥ㄓ没瘜?shí)驗(yàn)室，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室平臺(tái)化、工具化。

實(shí)驗(yàn)環(huán)境人性化：實(shí)驗(yàn)室面向全體本科生全開放式管理，尊重個(gè)性發(fā)展，增加自由研討和學(xué)習(xí)空間，提高實(shí)驗(yàn)室利用效率，保障學(xué)生自由實(shí)踐的時(shí)間、空間，讓實(shí)驗(yàn)室成為學(xué)生首選學(xué)習(xí)場(chǎng)所，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)環(huán)境人性化。

實(shí)踐平臺(tái)多元化：依托學(xué)科科研平臺(tái)，為本科生提供科研訓(xùn)練項(xiàng)目和實(shí)踐場(chǎng)所，采取開發(fā)科教一體化實(shí)驗(yàn)平臺(tái)、科研引入課程改革、面向優(yōu)秀本科生開放研究課題選題、指導(dǎo)專業(yè)學(xué)術(shù)競(jìng)賽等多樣實(shí)踐形式，營造濃厚的學(xué)術(shù)研究氛圍和研究型實(shí)踐環(huán)境。

2.4 構(gòu)建OBE(outcome based education)成果導(dǎo)向的實(shí)踐教學(xué)體系的評(píng)估機(jī)制

在工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上，對(duì)于每門實(shí)踐課程和實(shí)踐環(huán)節(jié)均采用OBE成果導(dǎo)向進(jìn)行教學(xué)組織、評(píng)價(jià)和質(zhì)量管理規(guī)范，實(shí)現(xiàn)從目標(biāo)設(shè)計(jì)、實(shí)施、評(píng)價(jià)到改進(jìn)的實(shí)踐教學(xué)質(zhì)量監(jiān)控閉環(huán)運(yùn)行。

目標(biāo)：知識(shí)、能力和素養(yǎng)等分解細(xì)化規(guī)范，設(shè)置實(shí)踐教學(xué)體系與畢業(yè)要求支撐關(guān)系，整體規(guī)劃實(shí)踐知識(shí)、能力、意識(shí)達(dá)成目標(biāo)，形成可量化、可觀測(cè)和可操作性多維度評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

實(shí)施：落實(shí)成為每門實(shí)踐課程的教學(xué)目標(biāo)，反向設(shè)計(jì)教學(xué)活動(dòng)以支撐學(xué)生實(shí)踐學(xué)習(xí)成果。

評(píng)價(jià)：引入學(xué)生自評(píng)、組內(nèi)互評(píng)和教師評(píng)價(jià)等多元評(píng)價(jià)主體；根據(jù)學(xué)生學(xué)習(xí)行為表征，如課堂展示、實(shí)驗(yàn)報(bào)告、團(tuán)隊(duì)/個(gè)人表現(xiàn)等，選擇可量化、可測(cè)量、可操作的評(píng)價(jià)維度，設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)量表/問卷調(diào)查進(jìn)行能力增值的過程性綜合評(píng)估。

反思：總結(jié)學(xué)習(xí)優(yōu)勢(shì)和存在問題，進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容和形式適時(shí)調(diào)整，進(jìn)行持續(xù)改進(jìn)。

圖3 基于 OBE 成果導(dǎo)向的實(shí)踐教學(xué)體系評(píng)估框架

2.5 構(gòu)建新工科背景下工程實(shí)踐能力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

為檢驗(yàn)新工科背景下實(shí)踐教育改革的科學(xué)性和有效性，學(xué)院與華中科技大學(xué)教育科學(xué)研究院合作，開展大學(xué)生工程實(shí)踐能力發(fā)展測(cè)評(píng)實(shí)證研究。由電氣工程與教育學(xué)的教師組成聯(lián)合課題組，依據(jù) IEO（輸入-環(huán)境-輸出）學(xué)生學(xué)習(xí)發(fā)展理論模型，提出了學(xué)生工程實(shí)踐能力發(fā)展分析框架，如圖4所示，并結(jié)合全球工程教育改革最新成果，提出了工程設(shè)計(jì)、工程操作、工程溝通、項(xiàng)目管理與合作、系統(tǒng)思維等五個(gè)維度的綜合性工程實(shí)踐能力框架，包含 19個(gè)二級(jí)評(píng)估指標(biāo)量表進(jìn)行測(cè)評(píng)（見表1），對(duì)不同能力因子發(fā)展水平差異、教學(xué)行為和學(xué)習(xí)行為對(duì)不同能力因子的影響進(jìn)行階層回歸法分析[9]。

圖4 學(xué)生工程實(shí)踐能力發(fā)展分析框架[10]

表1 工程實(shí)踐能力評(píng)價(jià)量表

Tab.1 Engineering practice ability evaluation scale

（續(xù)）

以《工程綜合訓(xùn)練》課程為例，為評(píng)價(jià)工程實(shí)踐創(chuàng)新能力培養(yǎng)效果，分析不同教學(xué)行為和學(xué)習(xí)行為對(duì)不同能力養(yǎng)成影響機(jī)制，課程組采取前后側(cè)抽樣測(cè)評(píng)的方法，對(duì)本專業(yè)2016級(jí)學(xué)生進(jìn)行了調(diào)查，共有309名學(xué)生提交有效問卷。經(jīng)過測(cè)評(píng)信效度檢驗(yàn)，印證了課程對(duì)于提高大學(xué)生工程實(shí)踐能力發(fā)展的有效性，學(xué)生工程實(shí)踐能力各方面均得到顯著發(fā)展（如圖5所示）。通過分析教學(xué)行為與學(xué)習(xí)行為對(duì)實(shí)踐能力的影響，課程組得以檢驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)改革的有效性。數(shù)據(jù)分析表明，積極的師生互動(dòng)和學(xué)生自主探究學(xué)習(xí)對(duì)實(shí)踐能力發(fā)展具有顯著的解釋力[10]。

圖5 大學(xué)生綜合性工程實(shí)踐能力五項(xiàng)一級(jí)指標(biāo)前后測(cè)均值比較

3 改革成效

隨著實(shí)踐教學(xué)改革穩(wěn)步推進(jìn)，學(xué)院形成良好創(chuàng)新實(shí)踐氛圍，創(chuàng)新成果初見成效。更多有潛質(zhì)的優(yōu)秀學(xué)生積極參與各項(xiàng)科研項(xiàng)目、工程項(xiàng)目實(shí)踐，師生互動(dòng)活躍，形成科研/工程實(shí)踐共同體，帶動(dòng)起內(nèi)部創(chuàng)新實(shí)踐良性循環(huán)。

近5年來，學(xué)院本科生累計(jì)參與科研訓(xùn)練項(xiàng)目300余項(xiàng)，獲全國挑戰(zhàn)杯特等獎(jiǎng)、互聯(lián)網(wǎng)+大賽金獎(jiǎng)等14項(xiàng)，國際性獎(jiǎng)項(xiàng)61項(xiàng)，其他國家級(jí)省部級(jí)獎(jiǎng)項(xiàng)207項(xiàng)。其中，2019年創(chuàng)新電機(jī)團(tuán)隊(duì)指導(dǎo)的“開關(guān)磁阻電機(jī)電控產(chǎn)業(yè)化”項(xiàng)目獲第五屆中國“互聯(lián)網(wǎng)+”大賽全國高教主賽道金獎(jiǎng)，電氣信息測(cè)量團(tuán)隊(duì)指導(dǎo)的“微注入式配電電纜絕緣劣化‘不停電’監(jiān)測(cè)裝置”項(xiàng)目獲第十六屆“挑戰(zhàn)杯”全國一等獎(jiǎng)。2021年，電氣信息測(cè)量團(tuán)隊(duì)指導(dǎo)的“基于Hz級(jí)電磁波的井下遠(yuǎn)距離無線通信裝置”項(xiàng)目獲第十七屆“挑戰(zhàn)杯”全國特等獎(jiǎng)，實(shí)現(xiàn)學(xué)院歷史上“0”的突破，也是華中科技大學(xué)第二次獲得該賽事全國特等獎(jiǎng)。

教師教學(xué)研究蔚然成風(fēng)。近5年學(xué)院教師先后主持國家及省部級(jí)教研項(xiàng)目27項(xiàng)，在《高等工程教育研究》等教育研究權(quán)威期刊發(fā)表教學(xué)論文23篇。2021年，學(xué)院主持的教育部首批新工科研究與實(shí)踐項(xiàng)目“依托學(xué)科優(yōu)勢(shì)，面向‘電氣化+’，重構(gòu)電氣工程本科實(shí)踐教育體系與實(shí)踐平臺(tái)”以優(yōu)秀結(jié)題，并獲得教育部第二批新工科研究與實(shí)踐項(xiàng)目支持。兩門新工科特色實(shí)踐課程“企業(yè)工程訓(xùn)練營”、“高電壓科學(xué)訓(xùn)練營”分別入選2019年、2020年中國高等教育博覽會(huì)“校企合作雙百計(jì)劃”典型案例，并推廣至南開大學(xué)、海軍工程大學(xué)等國內(nèi)多所高校?！案唠妷嚎茖W(xué)訓(xùn)練營”課程組自主開發(fā)的“電磁能-動(dòng)能轉(zhuǎn)化機(jī)制探究教學(xué)平臺(tái)”獲全國高校教師教學(xué)創(chuàng)新大賽-第六屆全國高等學(xué)校教師自制實(shí)驗(yàn)教學(xué)儀器設(shè)備創(chuàng)新大賽一等獎(jiǎng)。

2019年12月，以美國加州大學(xué)伯克利分校吳復(fù)立教授為主席，來自美國、德國、日本和澳大利亞等國電氣工程及其相關(guān)領(lǐng)域權(quán)威專家組成的專家組對(duì)學(xué)院進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)考察與全面評(píng)估。專家們對(duì)本專業(yè)實(shí)踐教學(xué)體系高度評(píng)價(jià)：“The committee members spoke with undergraduate students and found that the high-level research resources are generally accessible to them, which creates an innovative training ecosystem involving the school's engineering practice education system and its unique evaluation approach. The high quality of education was manifested by their career development after graduation.”（“經(jīng)過與本科生的交流，發(fā)現(xiàn)學(xué)院為本科生提供了高水平的科研資源，并通過這些科研資源創(chuàng)建了一個(gè)創(chuàng)新的實(shí)踐課程生態(tài)體系以及適用于工程實(shí)踐教育的評(píng)估方法。學(xué)生畢業(yè)后的職業(yè)發(fā)展體現(xiàn)了高質(zhì)量的教育水平?！保?/p>

4 結(jié)論

高校立身之本在于立德樹人。華中科技大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院依托新工科建設(shè)，深化本科教學(xué)內(nèi)涵和實(shí)踐育人機(jī)制，構(gòu)建了“知識(shí)、技能、意識(shí)”協(xié)同整合的一體化工程實(shí)踐教學(xué)體系，實(shí)現(xiàn)實(shí)踐能力培養(yǎng)模式從“碎片化”到“系統(tǒng)化”轉(zhuǎn)化升級(jí)，促進(jìn)學(xué)生工程實(shí)踐與創(chuàng)新能力提升。未來，學(xué)院將繼續(xù)努力，打造新時(shí)代一流電氣工程教育，讓每位學(xué)生在華中大電氣獲得最好的學(xué)習(xí)和成長(zhǎng)體驗(yàn)，培養(yǎng)出更多卓越工程科技創(chuàng)新人才，走出一條適合國情與校情，面向世界、面向未來、面向現(xiàn)代化的高素質(zhì)創(chuàng)新人才培養(yǎng)之路。

[1] 中國工程教育專業(yè)認(rèn)證協(xié)會(huì).工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)（2022版）[EB/OL]. (2022-07-15). https://www.ceeaa. org.cn/gcjyzyrzxh/resource/cms/article/598801/630912/2022072021131781680.pdf.

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[2] 國家自然科學(xué)基金委員會(huì)工程與材料科學(xué)部. 電氣科學(xué)與工程學(xué)科發(fā)展戰(zhàn)略研究報(bào)告: 2016～2020[M]. 北京: 科學(xué)出版社, 2017.

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Reconstruction of New Engineering Practice Curriculum System in Electrical Engineering Discipline

Yang Yong Li Hongbin Wen Jinyu Yin Shi Zhang Rong

（School of Electrical and Electronic Engineering Huazhong University of Science and Technology Wuhan 430074 China）

Engineering practice ability occupies an important position in the new engineering talent training system. As a traditional engineering discipline, the electrical engineering discipline has higher requirements for the knowledge, ability and quality of first-class talents in the new era. The School of Electrical and Electronics Engineering, Huazhong University of Science and Technology has adapted the engineering education concept of "science dominated engineering" to revolutionize its practice curriculum system. Relying on the advantages of disciplines and industries, and using real projects and real product research and development in the industry and scientific research as the carrier, real learning environment and platform are constructed under the background of new engineering. An integrated engineering practice system that integrates "knowledge, skills, awareness" is created. In this paper, the integrated engineering practice teaching system is elaborated in detail, in hope of providing a useful reference for the training of electrical engineering students and young engineers in China.

New engineering, practice curriculum system, engineering practice ability, engineering platform, teaching evaluation

10.19595/j.cnki.1000-6753.tces.221494

G622.0

教育部第二批新工科研究與實(shí)踐資助項(xiàng)目（E-NYDQHGC20202219）。

2022-08-01

2022-08-20

楊 勇 男，1981年生，教授，博士生導(dǎo)師，研究方向氣體放電，大氣壓低溫等離子體。E-mail：yangyong@hust.edu.cn

張 蓉 女，1968年生，副教授，研究方向?yàn)殡娏﹄娮蛹捌淇刂啤-mail：rrr_zhang@hust.edu.cn（通信作者）

（編輯 郭麗軍）