工程教育專業認證下的大型綜合實驗課程教學研究

危雪

摘要：針對當前工程教育專業認證背景下，高校電氣專業本科教學面臨巨大變革的現狀，本文以大型綜合實驗課程——水電站運行仿真實驗為例，闡述了圍繞工程教育專業認證要求所設計的課程教學研究理念和模式設計。

關鍵詞：工程教育專業認證；大型綜合實驗；教學研究

中圖分類號：G642.3 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）48-0182-02

工程教育專業認證是國際通行的工程教育質量保證制度，是針對高等教育本科工程類專業開展的一種合格評價，在我國由中國工程教育認證協會（CEEAA）組織實施[1]。我國于2013年成為國際本科工程教育學會互認協議《華盛頓協議》的成員，標志著在我國凡是取得了工程教育專業認證的學科專業所培養的學生，就具有了國際互認質量標準的“通行證”。因此在工程認證背景下，傳統高等院校本科教學的理念受到了顛覆性的沖擊，須圍繞畢業生的素質要求應符合國際實質等效要求，對傳統模式進行改革[2]。本文以大型綜合實驗課程為例，闡述了在工程認證背景下的課程教學研究理念和模式設計。

大型綜合實驗課程——水電站運行仿真實驗，屬于目前我國能進行認證的專業——電氣工程及其自動化的專業課程。水電站運行仿真實驗依托梯級水電站運行與控制國家級重點實驗室，為學生提供了與實際水電站相似的真實環境，圍繞著水電站仿真系統倒閘操作、功率調節、繼電保護配置及電氣事故處理流程四項綜合實驗進行教學，成為電氣工程人才培養的重要實踐手段。為適應工程認證的要求，對該課程進行深入的教學研究是十分必要的。

一、圍繞工程教育專業認證進行教學理念改革

1.強調以學生為中心。大型綜合實驗課程從實質上來看，是本科教學中最接近于實際生產環境的教學環節，是專業所提供的連接學生和用人單位之間的橋梁。工程教育專業認證以學生和用人單位對學校或專業所提供服務的滿意度作為認證的重要指標，因此在水電站運行仿真實驗教學中，注重以學生為中心主要體現在兩個方面：（1）真實性。實驗所采用的仿真平臺與現場大型水電站真實的中央控制室完全一致，所控制的水電站系統均采用我國真實的水電站系統，初始運行數據完全取自現場水電站某年所有時間段運行的真實參數，教學的內容也圍繞實際水電站運行中操作人員最關心的問題進行設計和指導，與傳統教學中僅利用虛構的案例系統，效果是完全不同的。因此，無論是學生還是用人單位都能從中受益。（2）開放性。以讓學生更早、更好地與工作單位磨合從而相互適應為目標，將學生作為首要服務對象，協助并鼓勵學生獨立思考、查閱資料，或進入實習單位調研，然后在實驗課程中自主完成基礎規定實驗操作項目，嘗試提出創造性的實驗操作項目，讓學生更好地掌握所學專業知識，提前適應未來的工作環境。

2.強調以學生學習產出為導向。大型綜合實驗課程是良好的OB（outcome-based）平臺，即以學生學習產出為導向的平臺。工程認證要求對照學生的核心能力、素質要求，來評價專業教育的有效性。因此學生在完成水電站運行仿真實驗后，必須具備的核心能力應包括水電站基本工程知識的應用、水電站復雜工程問題的分析、設計和開發水電站運行問題的解決方案等，素質要求則應具有電氣專業職業規范、個人和團隊合作、溝通良好等。

3.強調合格評價與質量持續改進。工程認證注重工程教育的基本質量，是一種合格評價，同時還要求專業建立持續有效的質量改進機制。因此，對于水電站運行仿真實驗首先應建立教學過程質量監控機制，其次建立學生課程結業后的跟蹤反饋機制，對培養目標是否達成進行定期評價，最后證明評價的結果被用于專業的持續改進。

二、圍繞工程教育專業認證進行教學模式設計

工程教育專業認證對學生的培養要求應通過課程的教學模式設計來體現，所覆蓋內容需偏重于學生解決工程問題的能力和專業素質的培養。水電站運行仿真作為專業大型綜合實驗，應按照認證要求，完全覆蓋以下內容。

1.工程知識。水電站仿真實驗涉及三個層次的工程知識：最底層是數學和物理，可用于解決基本的工程計算問題；中間層是工程基礎知識，如電機、電力電子、計算機網絡等，可用于解決對工程邏輯理解方面的問題；最上層是工程專業知識，如電力系統分析、繼電保護等，是系統解決復雜工程問題的關鍵知識。因此三個層次的工程知識需全部得以應用。

2.問題分析。水電站運行仿真實驗中涉及的工程問題眾多，如系統潮流計算、電壓穩定性分析、水機事故處理等，將它們經過提煉和設計，可綜合成為一系列復雜工程問題，讓學生應用數學、物理和電氣專業知識中的基本原理，識別、表達并通過文獻資料等來分析復雜工程問題，以獲得有效結論。

3.設計、開發解決方案。傳統水電站運行實驗中的項目，在解決問題時有既定模式的解決方案，但現場中復雜工程問題的解決方案很少只是唯一的，總是在眾多方案中取其最佳來作為最終的解決方案。因此在教學中應當允許和鼓勵學生針對復雜的水電站運行問題，應用其掌握的工程知識，對問題進行獨立分析，并能夠自主設計解決方案。以系統頻率降低為例，可通過分析和計算發電機組的出力和備用容量，來決定是采用增發機組出力、或者減少負荷用電等解決方案來恢復系統的頻率。而所采用解決方案的效果還取決于特定需求的系統運行條件，只要條件變化，方案就可能隨之改變。指導學生在設計、開發解決方案的環節中，也能根據所發現的問題培養學生的創新意識，引導學生綜合考慮各類影響水電站運行的因素，培養其全面分析解決復雜工程問題的能力。

4.研究環節。傳統的水電站運行實驗多為觀察性操作項目，如看到某個繼電保護信號燈點亮，就能得出發生什么類型故障的結論。但在實際水電站運行中，有時同一個繼電保護信號燈報警，卻可能是由完全不同的故障，在不同的運行條件下綜合反映出來的結果，由此會造成誤判斷的情況出現。所以為滿足實際工程需求，在教學中必須設置研究環節，要求學生基于科學原理并采用科學方法，對復雜工程問題進行研究，包括設計實驗環節、分析與解釋水電站運行數據，并通過全系統設備呈現的信息進行推理，與實際現象結果進行比對，從而綜合得到合理有效的結論。

5.使用現代工具。在水電站運行實驗教學中，有些運行條件受到平臺的限制，需要進行二次開發。如潮流計算采用的是正常運行條件下的模型，如要做最優潮流的計算，就必須改變其模型，但在平臺中是無法實現的。現場中是利用調度端的EMS系統中含有的經濟調度功能模塊來實現最優潮流的計算和分配，水電站只接收潮流數據進行調整即可。作為綜合實驗課程，可在教學環節中利用現代工具進行學習的擴展，如利用MATLAB平臺讓學生自主開發最優潮流程序，通過不同的優化目標建立不同的模型，模擬出最優潮流結果，并以此為基礎將數據輸入水電站運行仿真平臺，作為初始運行模式，改變系統的運行方式，讓學生理解調度和運行之間的工作流程。

6.職業規范。運行規程是所有電力系統工作者的操作守則和安全保障。在水電站運行實驗教學中，必須采用與現場完全一致的水電站運行規程，以此嚴格規范各項實驗操作項目的完成，讓學生在項目操作過程中理解并遵守工程道德和規則，履行責任，培養安全意識。

7.個人和團隊。水電站運行實驗是極好的適合角色扮演應用的課程。可在教學設計中，以若干學生為一個模擬運行班組，并由其自主推選出值長，由值長安排其余作為運行人員的學生在項目操作中應承擔的制定、執行、監督等不同的角色，培養學生在未來在多學科背景下的團隊中承擔個體、團隊成員及負責人的角色。

8.溝通環節。復雜工程問題的解決關鍵之一，是要與合作人員進行有效溝通和交流。因此在水電站運行實驗的教學中，溝通能力的培養必不可少，需設計專門的環節進行訓練，如撰寫水電站運行項目分析報告、水電站運行事故解決方案設計文稿、緊急事故下的陳述發言或回應指令等。

三、結語

工程教育專業認證使得大型綜合性專業實驗具有了更加重要的地位。未來的高校本科教學應當遵循認證的要求，定期進行課程教學模式改進和教學質量評價，還可建立用人單位對學生的社會評價機制，對課程培養目標是否達成進行定期評價，將所有評價的結果用于專業的持續改進。

參考文獻：

[1]柳晶晶.基于工程教育認證的《電力系統分析》課程教學探索[J].教育教學論壇，2016，（19）：102-103.

[2]陸勇.淺談工程教育專業認證與地方本科高校工程教育改革[J].高等工程教育研究，2015，（6）：157-161.