基于多維嵌入實(shí)踐教學(xué)模式的電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)實(shí)踐教學(xué)探索

0 引言

《“十四五”現(xiàn)代能源體系規(guī)劃》提出，推動(dòng)電力系統(tǒng)向適應(yīng)大規(guī)模高比例新能源方向演進(jìn)，加快發(fā)展風(fēng)電、太陽(yáng)能發(fā)電，提升終端用能低碳化電氣化水平，到2025年新能源汽車新車銷量占比達(dá)到 20% 左右，試點(diǎn)開展綠色電力交易。在碳中和背景下，分布式智能電網(wǎng)具有很大的投資空間，行業(yè)前景廣闊[1-3]。由此，對(duì)電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)的學(xué)生提出了更高的要求，要求他們不僅要掌握專業(yè)理論知識(shí)，也要提升創(chuàng)新素養(yǎng)，增強(qiáng)應(yīng)用專業(yè)知識(shí)解決工程實(shí)際問(wèn)題的能力。要提升電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)學(xué)生的綜合素質(zhì)，深化實(shí)踐教學(xué)改革尤為重要[4-5]

溫州大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院的教師團(tuán)隊(duì)對(duì)本院電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)2018級(jí)學(xué)生進(jìn)行了基于多維嵌入實(shí)踐教學(xué)模式的實(shí)踐教學(xué)探索[6-7]，培養(yǎng)與智能電網(wǎng)等戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)和電力行業(yè)發(fā)展相適應(yīng)的復(fù)合型、創(chuàng)新型、實(shí)踐型工程技術(shù)人才，取得良好效果。

1多維嵌入實(shí)踐教學(xué)模式

針對(duì)當(dāng)前創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教學(xué)體系存在的問(wèn)題，結(jié)合本專業(yè)的特點(diǎn)和地方產(chǎn)業(yè)特色，教師團(tuán)隊(duì)將創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)理念融入實(shí)踐教學(xué)各環(huán)節(jié)，構(gòu)建基于多維嵌入實(shí)踐教學(xué)模式的電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)實(shí)踐教學(xué)體系。該體系涵蓋課程理論教學(xué)、校內(nèi)專業(yè)特色實(shí)驗(yàn)室（電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)模擬實(shí)驗(yàn)室）實(shí)踐教學(xué)、校內(nèi)實(shí)踐（實(shí)踐基地： 35kV 變電站）、校外企業(yè)實(shí)踐（實(shí)踐基地：國(guó)網(wǎng)溫州供電公司）四個(gè)維度，通過(guò)理論與實(shí)踐的協(xié)同融合，激發(fā)學(xué)生的專業(yè)興趣，培養(yǎng)學(xué)生的基礎(chǔ)實(shí)踐能力、綜合應(yīng)用能力和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力，形成適應(yīng)產(chǎn)業(yè)需求和地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展的新型專業(yè)實(shí)踐教學(xué)體系（圖1）。

2多維嵌入實(shí)踐教學(xué)模式構(gòu)建

2.1課程理論教學(xué)：培養(yǎng)學(xué)生基礎(chǔ)實(shí)踐能力的維度

本維度通過(guò)優(yōu)化課程理論教學(xué)內(nèi)容，嵌入創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)理念，構(gòu)建具有“雙創(chuàng)”特色的課程教學(xué)內(nèi)容體系。教師團(tuán)隊(duì)通過(guò)挖掘繼電保護(hù)原理、電力系統(tǒng)分析等專業(yè)課程中各類知識(shí)點(diǎn)與創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育的關(guān)聯(lián)，培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力[8-9]。例如，作為電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)的核心課程，電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的理論性和實(shí)踐性聯(lián)系緊密，通過(guò)增加設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，讓學(xué)生開拓思路，將所學(xué)知識(shí)融會(huì)貫通;建立競(jìng)賽環(huán)節(jié)，開展電力系統(tǒng)知識(shí)實(shí)踐技能大賽，比如針對(duì)電力系統(tǒng)常規(guī)三段式電流保護(hù)，讓學(xué)生進(jìn)行方案優(yōu)化，使得保護(hù)動(dòng)作時(shí)間更快、保護(hù)范圍更大，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。開展產(chǎn)學(xué)研課設(shè)計(jì)模式，通過(guò)產(chǎn)學(xué)研結(jié)合推動(dòng)學(xué)生參與教師的科研項(xiàng)目，把課程理論知識(shí)應(yīng)用到科研項(xiàng)目中，提高科研能力，強(qiáng)化基礎(chǔ)實(shí)踐能力。

2.2校內(nèi)專業(yè)特色實(shí)驗(yàn)室實(shí)踐教學(xué)：培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用能力的維度

校內(nèi)專業(yè)特色實(shí)驗(yàn)室實(shí)踐教學(xué)（圖2）以培養(yǎng)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)應(yīng)用型人才為基本方向，要求學(xué)生將專業(yè)理論知識(shí)綜合應(yīng)用到實(shí)踐中。學(xué)生在電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)模擬實(shí)驗(yàn)室中學(xué)習(xí)，通過(guò)模擬電力系統(tǒng)案例獲得實(shí)驗(yàn)基本技能，鞏固基礎(chǔ)理論知識(shí)，培養(yǎng)實(shí)踐創(chuàng)新意識(shí)[10-11]。該實(shí)驗(yàn)室建于2019年，可實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)運(yùn)行實(shí)驗(yàn)、電力系統(tǒng)分析實(shí)驗(yàn)、調(diào)度自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)、同步發(fā)電機(jī)微機(jī)勵(lì)磁實(shí)驗(yàn)、準(zhǔn)同期并列實(shí)驗(yàn)、電力系統(tǒng)繼電保護(hù)實(shí)驗(yàn)、電力系統(tǒng)功率特性和功率極限實(shí)驗(yàn)、電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)、獨(dú)立電網(wǎng)實(shí)驗(yàn)、自動(dòng)裝置實(shí)驗(yàn)、同步發(fā)電機(jī)實(shí)驗(yàn)、遠(yuǎn)動(dòng)及調(diào)度自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)和綜合實(shí)驗(yàn)。教師通過(guò)此平臺(tái)以虛補(bǔ)實(shí)，突破時(shí)空、設(shè)備和環(huán)境對(duì)實(shí)驗(yàn)的制約，全面提高學(xué)生的動(dòng)手操作能力。

本維度將虛擬仿真實(shí)驗(yàn)和真實(shí)實(shí)驗(yàn)有機(jī)結(jié)合，體現(xiàn)“虛實(shí)結(jié)合、相互補(bǔ)充、能實(shí)不虛”的原則。經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)，學(xué)生能熟練使用電力系統(tǒng)動(dòng)模實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，將計(jì)算機(jī)軟仿真和動(dòng)態(tài)模擬仿真相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)模擬現(xiàn)代電能生產(chǎn)、傳輸、分配、使用全過(guò)程的仿真電力系統(tǒng)，完成電力系統(tǒng)入網(wǎng)實(shí)驗(yàn)，電力系統(tǒng)繼電保護(hù)裝置和同期、勵(lì)磁、調(diào)速等裝置的相關(guān)模擬實(shí)驗(yàn)等。學(xué)生可自主搭建發(fā)電、輸電、變電、配電、用電、調(diào)度六個(gè)環(huán)節(jié)的智能電網(wǎng)，全方位模擬變電站實(shí)際環(huán)境，提升綜合應(yīng)用能力。

2.3校內(nèi)實(shí)踐：培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新能力的維度

校內(nèi)實(shí)踐（圖3）是通過(guò)校內(nèi)實(shí)踐基地— 35kV 教學(xué)變電站，與校內(nèi)專業(yè)特色實(shí)驗(yàn)室和校外企業(yè)實(shí)踐基地實(shí)現(xiàn)功能互補(bǔ)，以解決課內(nèi)實(shí)驗(yàn)與課外實(shí)踐脫節(jié)的問(wèn)題，將學(xué)校的實(shí)踐教學(xué)和社會(huì)的生產(chǎn)實(shí)踐相結(jié)合，在項(xiàng)目實(shí)踐中培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力[12]。該教學(xué)變電站由國(guó)網(wǎng)溫州供電公司捐贈(zèng)，包括一次設(shè)備和二次設(shè)備。

本維度通過(guò)所建設(shè)的校內(nèi)實(shí)踐基地，最大限度地還原真實(shí)的生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境。實(shí)踐基地內(nèi)一次設(shè)備、二次設(shè)備全部采用與現(xiàn)場(chǎng)同步的真實(shí)設(shè)備，還原度高，有利于對(duì)學(xué)生開展基于工作任務(wù)的實(shí)踐教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新能力。本維度可促使學(xué)生結(jié)合專業(yè)理論知識(shí)和虛擬仿真實(shí)驗(yàn)深入分析實(shí)際場(chǎng)景中的設(shè)備運(yùn)行原理，與社會(huì)需求接軌，畢業(yè)后能夠快速適應(yīng)相關(guān)崗位需求。

2.4校外企業(yè)實(shí)踐：培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力的維度

為充分發(fā)揮校企雙方的優(yōu)勢(shì)，國(guó)網(wǎng)溫州供電公司與溫州大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院秉持“優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)、互惠互利、合作雙贏”的原則，在教學(xué)、科研等方面開展多層次的廣泛合作，共建電氣教學(xué)實(shí)踐基地，聯(lián)合開展科研項(xiàng)目，建立穩(wěn)定、緊密的合作關(guān)系[13-14]

本維度通過(guò)雙方的合作，安排學(xué)生到國(guó)網(wǎng)溫州供電公司進(jìn)行實(shí)踐（圖4），將專業(yè)與產(chǎn)業(yè)對(duì)接、課程設(shè)置與職業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)接、教學(xué)及實(shí)踐過(guò)程與研發(fā)生產(chǎn)過(guò)程對(duì)接，為培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力提供實(shí)踐環(huán)境。國(guó)網(wǎng)溫州供電公司作為校外企業(yè)實(shí)踐基地，安排工程技術(shù)人員作為培訓(xùn)教師對(duì)學(xué)生進(jìn)行實(shí)踐操作教學(xué)，涉及電力安全工作規(guī)程、安全工器具的使用和管理、事故案例分析、一次設(shè)備、二次系統(tǒng)、變電站巡視及紅外測(cè)溫、倒閘操作和開票技能等內(nèi)容。學(xué)生通過(guò)校外實(shí)踐學(xué)習(xí)，對(duì)實(shí)際設(shè)備的了解更加具體、全面，激發(fā)對(duì)電力系統(tǒng)、智能電網(wǎng)的興趣，提升創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力。

3多維嵌入實(shí)踐教學(xué)模式實(shí)施成效

教師團(tuán)隊(duì)通過(guò)建立課程理論教學(xué)、校內(nèi)專業(yè)特色實(shí)驗(yàn)室實(shí)踐教學(xué)、校內(nèi)實(shí)踐、校外企業(yè)實(shí)踐四維校外企業(yè)實(shí)踐：國(guó)網(wǎng)溫州供電公司將專業(yè)與產(chǎn)業(yè)對(duì)接、課程設(shè)置與職業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)接、教學(xué)及實(shí)踐過(guò)程與研發(fā)生產(chǎn)過(guò)程對(duì)接，為培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力提供實(shí)踐環(huán)境嵌入的實(shí)踐教學(xué)模式，循序漸進(jìn)地幫助學(xué)生獲得對(duì)專業(yè)理論知識(shí)、電力系統(tǒng)設(shè)備等的更為深刻的認(rèn)識(shí)。這一教學(xué)模式從構(gòu)建到實(shí)施，得到了學(xué)生的普遍認(rèn)可，推動(dòng)了學(xué)生基礎(chǔ)實(shí)踐能力、綜合應(yīng)用能力和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力的提升，學(xué)生的知識(shí)體系更加完善，對(duì)實(shí)際設(shè)備的認(rèn)識(shí)更為深刻，為適應(yīng)電網(wǎng)工作崗位需求奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

圖3校內(nèi)實(shí)踐

（a）部分實(shí)踐理論課程及安全規(guī)程教學(xué)

（c）220kV永強(qiáng)變電站實(shí)踐

（b）虛擬變電站故障分析

（d）220kV瞬岱變電站實(shí)踐

圖4校外企業(yè)實(shí)踐

在國(guó)網(wǎng)浙江省電力有限公司2022年第一批招聘中，溫州大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)有17名應(yīng)屆畢業(yè)生被錄取，錄取人數(shù)排在浙江高校第二位。

4結(jié)束語(yǔ)

本文構(gòu)建了一個(gè)面向電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)人才培養(yǎng)的多維嵌入實(shí)踐教學(xué)模式。實(shí)踐表明，這一教學(xué)模式能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力，有助于提升電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)人才的素質(zhì)高度、知識(shí)寬度和能力強(qiáng)度，為工科類專業(yè)的實(shí)踐教學(xué)提供借鑒。

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