構建創新與工程實踐相結合的專業實踐教學

劉 燕， 秦維勇， 許建洲

(常熟理工學院電氣與自動化學院，江蘇常熟215500)

0 引言

隨著產業的更新換代以及新技術的不斷涌現，電氣工程專業呈現出與其他學科的分支與交叉，表現出該專業學科綜合性強、內涵豐富、外延寬廣的特點，以及專業人才培養方向的多樣性。近年來，長三角地區產業結構中融入的與電氣工程專業有關的技術有:光伏發電、風力發電、電能變換與控制、智能電器、控制裝置、智能電網等。這些技術的快速輻射與應用，對電氣工程專業人才培養提出了新的要求。根據區域經濟的發展，我校調整了該專業方向，確定了“智能電器與供配電技術”和“電力電子與新能源的轉換”兩個新型的專業方向。分別將電氣工程專業培養的側重點放在電器電機及其控制技術、供配電技術及智能配電網方面以及交直流調速系統、新能源的轉換和控制以及高頻開關電源、逆變器、不間斷電源UPS等中小型電力電子裝置的設計、研制、應用與試驗方面。在此基礎上構建了與專業培養目標相適應的實踐教學，并將卓越工程師培養的思想融入實踐教學的過程中，以提高學生的工程實踐能力、工程設計能力和工程創新能力為契機進行實踐教學的設計與實施，達到提升工程技術人才培養質量的目標。

1 電氣工程專業實踐教學體系的構建

電氣工程專業具有強弱電結合、軟硬件結合、元件與系統結合等諸多專業特點。長期以來實踐教學一直是支撐該專業人才培養的重要方面。當今面對卓越工程師培養的目標，以實踐性、綜合性、工程性與特色性相統一的總體思想，建立了分層次、多模塊、相互銜接的實踐教學，體系結構如圖1所示。該實踐教學分為五個層次的訓練體系，即認識性實習、操作技能性實訓、工程能力單項訓練、工程能力綜合訓練、工程應用開發訓練等。按照認識深化和實踐能力逐步提高的要求，將這五個層次的實踐貫穿在學生學習生涯的各個階段，即一年級培養學生的工程認知能力;二年級培養學生的專業基礎能力;三年級培養學生的專業實踐能力;四年級培養學生的工程綜合實踐能力和創新能力。具體到該專業的培養方案中即是從學科基礎課程實驗到專業課程實驗、再到專業方向課程實踐，在每一個層次基本實踐教學完成后均安排一個集設計與實訓于一體的綜合訓練，如在學科基礎課程后安排PLC控制技術實訓;在專業方向選修課程完成后安排供配電技術實訓、電力電子技術實訓;在所有專業課程結束后安排一個與現場工程師工作任務基本對接的工程綜合訓練，即電氣控制工程綜合訓練。專業集中實踐教學環節如圖2所示。

圖1 實踐教學體系

圖2 電氣工程專業實踐教學環節

電氣工程專業實踐教學體系遵循“全過程、遞進式”的培養模式。通過實驗、實習、實訓、設計、創新等多元化的實踐教學方式，培養學生的基本技能和工程綜合能力，保證專業能力培養的多樣化、個性化，訓練內容的平臺化、項目化。實踐教學的工程化設計凸顯了學生培養的工程實踐能力、工程設計能力和工程創新能力，對培養高質量的工程技術人才、縮短學生工作后融入社會的時間，提升學生崗位就業能力有積極的促進作用。

2 實踐教學平臺的建設與實施

在實踐教學的訓練體系中，集中實踐教學環節是學生綜合工程能力培養的重要環節。以往這個訓練環節多以學生學過的知識為主，圍繞理論知識的延伸和鞏固設計訓練內容。其設計和訓練的內容與學生將來從事的專業、實際工程內容聯系不是很緊密，如此多少會影響學生就業后的崗位能力。卓越工程師的培養強調的是學生的實踐能力和創新能力，因此搭建實際工程應用與情景教育平臺互相融合、實踐教學內容與實際工作內容密切結合的實踐教學非常重要。在設計內容、訓練模式上應逐步與崗位能力接軌，使學生未來的工作能力得到提升。下面針對我校電氣工程專業三個集中實踐教學環節的設計與實施做一介紹。

2.1 電氣控制綜合訓練系統

電氣控制工程綜合訓練是在所有專業課程學習結束后進行。該環節訓練是完成與現場工程師任務對接的工程綜合訓練。訓練過程中設計將工程實際的標準、工藝引入教學實踐過程，從圖紙設計的標準、畫法到組裝工藝、到調試規范均按照行業規范要求進行。

(1)配置的設備。電氣控制裸柜，面板開好孔，用以安裝儀表、指示燈、按鈕、控制開關;柜體內部縱向安裝多塊網孔板，其上用以安裝各種電器元件，每塊網孔板上下、兩側置接線槽，柜體兩側配接線端子排。

配置各種不同的控制對象，如交直流電機、伺服電機、步進電機、水箱、傳感器、電梯等;

配備各種低壓電器元件:斷路器、接觸器、繼電器、熔斷器;各種不同傳感器;控制器PLC、變頻器、直流電源等。

(2)設計及訓練內容。各種中小型電氣控制系統的設計、安裝、調試;工程化的識圖、繪圖、配線、調試等。訓練內容每年可不斷更新。一個裝置上可以實現不同的設計內容。

(3)實踐模式。首先由教師給學生分配任務，學生拿到任務后進行電氣設計，完成設計任務后，根據設計的結果領取電器元件，對元件測試，并在電氣控制柜上進行安裝，配線，接好線進行通電試驗，最后使結果達到設計任務的要求。

電氣控制綜合訓練是以控制系統為對象，提煉歸納其各自的特殊要求及共同需要，在裸體控制柜上設計完成符合實訓內容的系統性、綜合性、工程化的控制系統的解決方案，使實訓裝置在不同的設計內容下呈現不同的控制結果。通過此訓練學生的綜合設計能力、工程實踐能力。訓練方式不僅滿足實踐教學的需要，同時也可節約建設費用。

2.2 供配電技術工程能力綜合訓練

供配電技術工程能力綜合訓練是現代電氣技術方向的綜合訓練。供配電技術作為綜合性、工程實踐性很強的技術，其產業的參與、工程項目的支撐、行業標準的引入是推動實踐教學不斷深化的基礎。

(1)訓練平臺建設。構建基于實際供配電裝置的供配電技術實踐平臺，將工程實踐與實訓項目融入專業培養的實踐教學中，讓學生在接近真實的工程環境下進行供配電技術的工程實踐，突出創新能力在學生實踐能力培養中的重要性。基于此，我們與常熟開關廠聯合建設了供配電技術實訓室。由常熟開關廠提供了一整套10 kV實際運行的變電所高低壓成套裝置，如圖3所示。高壓側有KZN1-12高壓開關柜六面，包括進線柜、計量柜、出線柜等，其中主開關采用CV1、CV2戶內高壓真空斷路器，開關柜上配裝有變壓器微機保護單元DigiProⅡ-TC，對變壓器各種故障實現保護;低壓側有CGHL抽出式低壓開關柜8面，低壓柜內主開關元件為CW2(配H26智能型控制器)或CM2低壓智能斷路器;變壓器為2臺SC10-100/10干式變壓器，完成10/0.4 kV電壓變換及電能輸送的作用。這些高低變配電裝置構成了具有兩路電源進線、兩臺變壓器并列或分列運行、多路饋出線路的變電所輸變電系統，為實踐教學的工程化實施奠定了堅實的基礎。

圖3 供配電技術實訓室

(2)設計內容。選擇來源于實際項目的設計題目，遵循行業設計標準、查閱行業的設計手冊和設備手冊，了解行業的規程規范，按照實際工程設計步驟、方法要求。設計結果的成形圖紙即電氣主接線、廠用電接線圖、電氣設備一覽表等嚴格按行業電氣圖標準畫法繪制。

(3)訓練項目與模式。借助于實際供配電裝置的資源優勢，實踐項目以綜合性、實戰性和創新性相結合設置。對高低壓電器元件、單體單元裝置及配電裝置等設立認知、性能測試、整定保護等實踐項目，如變電所倒閘操作、變壓器電纜線路的絕緣電阻測量、接地電阻測量等。這樣設定的實踐項目可以實現教學與實際工作內容的無縫對接，強化學生工程化、實戰性能力的培養，更符合當前供配電技術工作的性質。設置新型元件、新型裝置的性能測試項目，如“CW2智能型萬能式低壓斷路器的特性設定及其使用”、“微機繼電保護裝置的性能測試與保護實現”;并將保護裝置的保護功能、整定動作特點置于變電所事故運行系統中來實現，使學生對繼電保護的實現方式有更直接的認識。

2.3 電力電子技術綜合訓練

電力電子技術綜合訓練將承擔開關電源、逆變器、UPS不間斷電源等電力電子裝置的設計、安裝、調試等教學任務。圍繞電力電子課程設計和畢業設計內容建設一些能自主搭建電力電子元件的實驗箱或實驗臺，學生在這些實驗箱(或臺)能自己搭電路、自己調試來完成電力電子技術及電力傳動方向的課程設計、畢業設計及實訓教學。

(1)設計內容。電力電子技術綜合訓練設計內容見表1所示。

表1 電力電子技術綜合訓練內容

(2)訓練模式。訓練過程中，以任務為載體，以項目單形式分項進行。將任務、“教-學-做”有機結合。采用“教師布置項目講解→任務分解→學生策劃修訂→投入實施訓練→教師和學生互動總結→學生撰寫項目報告→教師批改→問題反饋”的模式，分層次逐步消化知識點。達到鍛煉實際技能的目的，為將來從事崗位工作奠定基礎。

3 結語

實踐教學是工程教育的重要組成部分，是培養學生理論聯系實際、運用所學知識進行工程設計以及創新能力培養的重要環節。我校電氣工程專業實踐教學的設計與實施，探索了卓越工程師實踐教學改革的新路，推進了實踐教學朝多元化、層次化發展。實際結果表明，學生就業后融入工作的時間大大縮短，崗位能力得到提升。該實踐教學對提升工程技術人才的培養質量起到促進作用。

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