清華模式：推進電氣工程專業學生實踐與創新能力培養

黨的十八提出要實施創新驅動發展戰略，強調科技創新是提高社會生產力和綜合國力的戰略支撐，必須擺在國家發展全局的核心位置。在2014年的兩院院士大會上，習近平總書記指出：實施創新驅動發展戰略，最根本的是要增強自主創新能力。會上李克強總理也強調，創新驅動根本要靠人才，要充分激發人才特別是青年人才的創新活力。隨后召開的十八屆三中全會通過的《中共中央關于全面深化改革若干重大問題的決定》中也明確了要“深化教育領域綜合改革，增強學生社會責任感、創新精神、實踐能力。”這些都充分表明，在新的歷史時期，黨和國家對高校人才培養提出了新的需求，學生的創新精神和實踐能力成為重要的教育培養目標。

近年來，國內外在電氣工程領域產生了一系列新發展：新能源技術、儲能技術、新型輸電技術、智能電網技術等等。這些技術不僅對我們的行業有著很大的影響，且已經上升到國家層面，在2014年的政府工作報告中李克強總理指出：要“積極發展新能源和可再生能源，加強智能電網建設。”可以看出，智能電網、可再生能源等新技術，催生了電力和電工行業的重大變革。行業變革對高校人才培養提出了新需求，要求學生具備扎實的基礎以及跨學科知識、創新能力突出、有國際視野。

面臨的挑戰

新的形勢和需求對高校既有的人才培養體系提出了諸多新的問題和挑戰，主要體現在以下幾個方面：

（1）行業的迅猛發展導致新的技術手段層出不窮，知識更新速度明顯加快，既有的課程體系已不能滿足這些變化。

（2）創新的本質屬性包括多樣化和實踐性，但原有的以理論課堂為主要場所來實施知識傳授的人才培養模式，不能滿足拔尖創新人才培養的需求。

（3）現在通行的以單門課程的實驗和以傳統形式為主體的實踐平臺，不能滿足知識更新和拔尖創新人才培養的雙重需求。

上述挑戰是深層次、系統性的，不僅是我們電氣工程學科面臨的問題，也是高等教育發展所面臨的普遍問題，必須從人才培養的全方位進行深刻變革，才能有效應對，盡快培養出拔尖創新人才。

應對挑戰的思考

應對上述挑戰，必須將人才培養體系轉換為以學生為中心，即應深入思考：要想使得培養出來的畢業生能夠滿足國家和行業在知識、能力、創新和實踐等方面的更高需求，學生要學什么？怎么學？如何學以致用？對于這3個問題，清華大學電機系進行了深入的思考，我們認為需要從課程體系、人才培養模式和實踐環境3個方面來進行探索。

學什么：在課程體系方面進行改革

新技術的推動，需要我們在原有課程體系上進行變革，以先進的課程體系幫助學生站在學科發展的最前沿去了解最新的知識。清華大學在幾年前推動了培養方案的改革，將本科生的學時數壓縮在170個學時內，按照此要求我們對電氣工程學科的核心知識點進行系統梳理，凝練出12門專業核心課程，作為電氣工程專業學生培養的骨干課程，充分體現本學科能量處理與信號處理兼顧的特色。為了學生更好的理解電氣工程學科的知識體系，在大一秋季學生剛進校和大三春季已經具備了一定知識的這兩個時間節點上，開設了“電氣工程導論”和“電氣工程技術發展講座”2門導論課。兩門課程的切入點不同，“電氣工程導論”旨在幫助學生了解學科的主體方向，“電氣工程技術發展講座”旨在讓學生在具備部分專業知識的基礎上明晰電氣工程學科的知識架構。同時，我們與時俱進地陸續開設“可再生能源與未來電力技術” “太陽能光伏發電及其應用”“智能電網概論”“智能電網中的儲能技術”“低碳電力技術基礎”等反映學科發展前沿的新課程，幫助學生提升適應學科和行業迅速發展的能力。

知識系統的梳理是一個龐雜的事情，僅依靠院系層面去完成會力不從心，因此我們建立了課組制度，對電機系的所有課程進行了梳理，建立了8個教學課組（如圖1所示），其中包括5個專業基礎課組和3個專業課組。為強化學生的實踐能力，專門建立了實踐實習組。此外，我們還梳理出一份學生必修課的選課路線圖，將我們認為電氣工程學科學生應該具有的知識、新開出的課程以及課程之間的先修關系都進行了清晰的描述，對新生來說可以通過此路線圖獲得清晰的認識。在此基礎上，我們還按二級學科開出選修課，要求每個課組做出選修課的邏輯關系梳理，畫出路線圖。

（1）師資隊伍建設

課程體系建立離不開師資隊伍建設，為了強化教書育人環節，激勵教師更多地投入教學，清華大學發起了院系級的青年教師教學基本功比賽，電機系在全校范圍內率先舉辦系級教學基本功比賽。比賽以“原生態”為基本理念，即將比賽引入課堂，采取現場或遠程聽課的方式，以實際教學環境來衡量教學水平和教學效果。且比賽的評估不以單次為依據，一學期會進行多次聽課，最后進行綜合評判。即便是被評為優秀的教師，評委們也會對其教學中的不足提出意見與建議。出臺并實施了《電機系青年教師教學比賽實施辦法》。這一舉措在學校引起了很大反響，校內的其他院系也紛紛效仿。

此外，清華大學面向40歲以下青年教師設立了科研和教學兩個方面的獎項，“學術新人獎”是青年教師的科研最高獎；“清華大學青年教師教學優秀獎”，評選教學優秀的教師，每年全校分別評選出10位進行獎勵。電機系的青年教師在最近9年中有8人獲“清華大學青年教師教學優秀獎”。

（2）國際化培養

在課程化體系中我們還希望引入國際化視野。清華大學電機系每年招生120人，如何使這些具有優質潛質的學生具有國際視野，獲得更好的發展空間？我們在教師和學生兩個層面下了工夫。

1）教師層面：清華大學啟動了“青年教師高水平教學研修項目”，作為學校層面的項目，首批共有4個院系參與其中，電機系就是其中之一。按照清華大學校長的提法“派出一名老師，帶回一門課程”，意指帶回一門原汁原味的英文課程。目前學校共派出了10位老師，其中8位已完成學習回國，這些教師將在后期的全英文開課和國外課程的學習和完善等方面做出很多貢獻。此外還有“海外教師短期課程”。

2）學生層面：在原有側重研究生派出的基礎上，加大本科生出國的力度。學校層面有一個學期的赴高水平大學的本科生出國交換；同時依托系友的捐款，通過設立系級獎勵項目，支持本科生短期出國出境訪問。2014年派出了23名學生利用暑期到國外高水平大學去訪問。

（3）MOOC的探索

課程體系方面，清華大學電機系還進行了一個很好的探索——MOOC探索。全校第一批上線的4門MOOC課程中，其中一門就是電機系開設的。以于歆杰老師為核心開設了MOOC課程，過去這門課程給全系的開課人數是120人，而現在通過這個網絡平臺面向全世界開課，選課人數達到了23000人，顛覆了傳統的教學理念，選課的學生83%以上都是國外的學生。

上述這些圍繞課程體系所進行的一系列改革也取得了一些成效。初步建立了符合電氣工程學科特點、適應智能電網與新能源發展、滿足卓越工程人才培養要求的課程體系。

怎么學：創新培養模式

在創新培養模式上，我們進行了一些思考：以新穎的人才培養模式促進學生創新性思維的發展。

首先，在制定拔尖創新人才的培養模式上，從社會需求和行業引領兩個方面去踐行我們的教育理念，提出電氣工程學科的培養目標。從基礎能力、創新能力和人文素養3個方面著手，提出了一系列該學科創新人才培養的知識需求，構建拔尖創新人才的培養模式（如圖2所示）。該培養模式的特點是：以科研項目為載體，以系各類實驗室為平臺，以學研結合為依托，以科技競賽為契機，采取導師制，遴選優秀導師。

其次，在核心課程中引入推廣混合式學習（Blended learning）、翻轉課堂（Flipped classroom）、以問題為導向的教學（problem-based learning， PBL）等先進教學方法，提高課程的挑戰度，讓學生在課堂內能感受到創造知識和用知識進行創造的樂趣。

第三，制定實施了《電機系“拔尖創新人才培養計劃”》，設立專業知識型、優秀SRT型、綜合能力型和奇思妙想型等不同因材施教培養類型，對有一定科研能力和培養潛質的學生進行重點培養。選配相關領域經驗豐富的指導教師，在實驗環境和實驗條件等方面創造條件，對具有不同特色和潛質的學生進行個性化分類培養。對有一定科研能力和培養潛質的學生進行重點培養。

為保證該培養模式的實施，我們制訂了《電機系“拔尖創新人才培養計劃”實施方案》《電機系教育教學研究論文激勵政策與實施辦法（試行）》《電機系碩士研究生招生工作辦法》《電機系博士研究生招生工作辦法》《電機系青年教師教學比賽實施辦法》，修訂了《電機系青年教師參與學生培養公共服務的管理規定》等作為制度保障。

多位本科生進入電機系拔尖創新人才重點對象，培養效果優秀。在第一批培養對象中，由陽岳希、徐乾耀同學組成的團隊，憑借“火力發電廠節能增效評價及管理優化系統”項目獲得了全國大學生節能設計競賽唯一的一等獎。同時，在2009中國國際節能減排和新能源科技博覽會上，展示了他們的獲獎作品。時任國家副主席習近平等領導親臨展臺參觀指導，耐心地詢問了該系統的工作原理，并聽取了我系學生的詳細介紹，還饒有興致地觀看了現場演示。中央電視臺科教頻道《走進科學》節目，也對電機系學生作品做了集中報道。

學校科技活動開展較好。清華大學每年遴選6個項目參加全國大學生“挑戰杯”競賽，該競賽每兩年舉辦一次。在近3次的競賽中，電機系都取得了較好的成績。2013年獲第13屆全國大學生“挑戰杯”競賽一等獎，2011年獲得第12屆全國大學生“挑戰杯”競賽二等獎，2009年獲第11屆全國大學生“挑戰杯”競賽一等獎。此外，還獲得第五屆全國大學生智能汽車競賽特等獎、2013年首都挑戰杯特等獎、2012年ABB大學生創新大賽一等獎、施耐德電氣杯全國大學生“節能增效”大賽一等獎等多項獎勵。

怎么（學以致）用：實踐教學改革

電力行業較強的行業背景，學科和產業優勢給予了很大支撐，使得我們能夠將學科和產業優勢轉化為實踐教學優勢。在實踐教學平臺的建立和發展上，我們確立了四個原則，即兼顧課內課外、校內校外，兼顧驗證綜合、鼓勵奇思妙想，兼顧強電弱電、硬件軟件，強調學習研究、做人做事。

清華大學電機系建立了覆蓋學生全學習時間軸的實踐教學體系（如圖3）。校內實驗平臺、校外實踐平臺和課外科技平臺3個平臺分別完成不同目標任務：校內實驗平臺主要培養卓越工程人才，開展驗證型、綜合型和創新型實驗；校外實踐平臺更多的是結合產業優勢轉換成人才培養優勢，讓學生深入了解行業、熱愛行業，將來獻身于行業；課外科技平臺激發學生自主研究熱情，提供政策、場地、設備和輔導。

（1）先進的校內實驗平臺

校內試驗平臺依托學科優勢，立足基礎，著眼創新。包含兩個實驗平臺：一是以相關知識點貫穿專業基礎課與專業課的“縱向”培養實驗平臺。二是以風電、光伏、儲能等電氣工程學科新方向為代表的新能源與智能電網“前向”培養實驗平臺。每年大約有500名本科生和600多名研究生從中受益，2008年成為國家級實驗教學示范中心。

（2）靈活的課外科技平臺

在課外科技平臺的建立上，有很好的拔尖創新人才的培養機制，通過這個機制調動學生興趣，參加到科技創新活動中去。同時建立了科技活動鼓勵政策和科技指導教師制度。目前有70%左右的學生在大學四年中至少應有一次參加科技賽事或SRT的經歷，這將有助于學生科研能力的培養。

（3）全面的校外實踐平臺

在校外實踐平臺的建立上，我們結合行業特色，瞄準前沿，加強與電力、電工行業的合作。建立了11個生產實習基地、5個認識實習基地和6個研究生就業實踐基地，覆蓋了電力、電工行業的代表性企業。在電力方面與發電企業、電網企業開展合作，還與香港中華電力開展合作；在電工行業與特變電工、西安電氣、上海電氣、東方電氣、施耐德電氣等企業開展合作。

清華大學電氣學科通過多年來的不斷改革與探索，在行業和理事會的支持下，人才培養和教育教學工作取得了較好的成績。“依托行業背景，建設有電氣工程特色的拔尖創新人才培養體系”“構建電氣工程學科‘三足鼎立’的實踐教學體系”獲得清華大學2010年、2012年教學成果一等獎，“瞄準國家新需求，適應行業大變革，構建電氣工程學科拔尖創新人才培養體系”獲得北京市高等教育教學成果獎一等獎和國家級教學成果二等獎。我們也將繼續秉承“為通才開辟通道，為天才開辟空間”的理念，在電氣學科人才培養和教育教學中不斷探索實踐，致力為學科培養更多拔尖創新人才。（作者系清華大學教學研究與培訓中心主任、電機系副主任）