面向未來的新工科視域下電氣工程及其自動化專業實踐教學改革研究與實踐

劉 洋，張運波，鐘 菲，賀 琳

(長春工程學院電氣與信息工程學院，吉林 長春 130012)

0 引言

與傳統工科人才不同，新工科人才是指具有較強的工程實踐能力、創新創造能力和具備國際視野的復合型人才。新經濟的發展為新工科的發展提供了機遇。新工科是在工程教育改革背景下產生的新產物，工程綜合實踐能力的培養是工程教育的最終目的，因此培養新工科人才的實踐教學體系的改革對促進新工科的改革至關重要。在這樣的時代背景下，研究電氣工程及其自動化專業這樣的傳統工科專業的實踐教學模式應如何培養適應未來新產業、新經濟發展的工程科技人才，具有重要的研究價值。

1 新工科視域下電氣工程及其自動化專業實踐教學改革的目標

通過電氣工程及其自動化專業的實踐教學改革，應當使電氣工程人才獲得如下的“新工科”的內涵：①實現新科學、新技術與工業產業、行業實現有機融合，使新科學、新技術伴隨產業、行業共同發展。②加強科學知識的成果轉化能力、工程應用能力和工程實踐能力，注重使用新興科學技術提高傳統工科的工程應用能力。③通過“互聯網+”“大數據”“物聯網”等新興技術來實現信息化、工業化的深度融合與發展。

2 新工科視域下電氣工程及其自動化專業實踐教學改革研究與實踐

通過實地調研并同國網吉林省電力有限公司、國網長春供電公司、吉林風力發電股份有限公司等多家電力企業的負責人和行業專家進校交流，聽取企業專家的合理化建議，從而能夠正確把握電氣工程及其自動化專業人才應具備的工程實踐能力和“新工科”人才應當具備的內涵，并對電氣工程人才的實踐教學體系進行合理化修改以適應新工科發展的需要，我們對電氣工程及其自動化專業實踐教學模式開展了以下四方面的改革實踐。

1)以面向未來發展的新工科人才所需核心能力為切入點，全方位、系統化構建電氣工程及其自動化專業實踐教學體系，提高學生的綜合實踐能力。從電氣工程及其自動化專業各個學年學生的工程實踐能力的實際情況為出發點，遵循分層遞進的人才培養規律，構建由課內實驗和實習、實訓等集中實踐教學環節組成的電氣工程及其自動化專業實踐教學體系，通過實驗、上機等實踐環節加深理論學習，培養現代工程工具應用能力和用實驗的方法研究工程問題的能力；通過課程設計、實習、實訓等環節使學生受到電氣系統設計、試驗、運行、操作、維護等方面的訓練；在實驗教學改革上，逐步減少例如電阻元件的伏安特性、戴維寧定理的驗證等驗證性的實驗，補充了相序指示器的制作、熔斷器指示電路的制作等設計性、綜合性實驗，從而提高了設計性和綜合性實驗的占比，在實驗方法和實驗內容上滿足新工科人才培養的需求。如以低壓配電盤、FM收音機、PLC控制自動往返工作臺等電氣電子典型產品為載體，將多門課程的教學內容與學生工程實踐能力的培養有效地結合起來，培養學生綜合應用知識的能力。

2)以面向未來發展的新工科人才知識需求為導向，更新實踐教學內容，以適應新科技革命和新產業革命的需要。在廣泛調研的基礎上，從應用型本科電氣工程及其自動化專業的培養目標和培養標準入手，重點在現場電氣工程師工程實踐能力、實踐教學體系、實踐教學內容、實踐教學方法、實踐教學手段以及校企聯合培養人才運行機制等方面開展研究與實踐。讓企業參與電氣工程及其自動化專業人才培養計劃的修訂、參與線上線下課程開設的調整、參與實訓和實驗教材的編寫、參與課程設計和畢業設計的指導，將實新工科教學理念落實到實踐教學改革中去。與此同時，促進教師將科研成果及時轉化為教學內容，向學生介紹科研新進展、實踐發展新經驗，積極探索綜合性課程、問題導向課程、交叉學科研討課程，提高課程興趣度、學業挑戰度，以應用為目的開展科研，以人才培養為目的反哺教學，是培養綜合型人才的重要途徑。定期組織配電自動化吉林省高校工程研究中心的教師科研團隊以學術報告等形式與電氣工程及其自動化專業的學生分享團隊在新能源發電等方面的研究進展，并圍繞風電機組故障診斷、大規模風電接入電網的穩定性分析、能源互聯網的規劃與優化等方向的科研成果組織科研人員和學生進行深入的討論，極大地吸引了學生的專業學習興趣，并拓展了專業視野，為新工科人才的培養打好了基礎。

3)強調科教融合，建立虛擬仿真實踐教學資源，豐富實踐教學資源內容。組織專業教師在課余時間開發、建設多種虛擬仿真實踐教學平臺來彌補傳統實驗臺的不足。傳統的電氣工程專業實踐教學資源存在如下的缺點：①傳統的實驗教學儀器造假高昂，一般通過搭建實物系統進行教學實驗的方式來加深學生對理論知識的理解，但是傳統的實驗臺存在初期投入大、后期維護保養費用高等問題，建立一個功能完善、長期使用的傳統實驗平臺對于學科建設來說是不小的負擔，高昂的費用將導致實驗內容不能廣泛的開展，影響人才培養質量的提高。②傳統的實驗平臺主要以小功率的實物來搭建實驗對象，經常受到實驗室空間的限制，不能夠配備足夠多的實驗設備，學生的實踐課程只能通過分組的方式進行，大部分同學的實際動手能力得不到有效地鍛煉，不僅影響了學生的學習積極性，也降低了教學效果。③傳統的實踐教學資源不能夠隨著新興技術的發展而快速地更新換代，只能通過新建實驗室或者更換設備的方式來升級，教師的教學過程也失去了靈活性。為此，我們組織專業教師建設了多種虛擬仿真實踐教學平臺，設計制作的虛擬仿真實踐教學資源使用軟件工具做實驗，實驗環境是虛擬的，不存在元器件損耗、故障、儀器燒損等問題，減少了實驗室建設投入，降低了維護成本，同時實踐課程內容的更新與升級主要在軟件上完成，有效地提高了實驗教學資源建設的經濟性。例如建設的電力電子虛擬仿真實踐教學平臺包括：升降壓斬波實驗、晶閘管單相橋式全控整流實驗、H橋雙極性PWM控制實驗、三相兩電平全橋逆變器SPWM實驗、并網逆變器控制實驗等。這個電力電子虛擬仿真實踐教學平臺可以讓學生自己動手搭建電力電子系統拓撲結構，更加直觀的學習電力電子系統的工作原理和控制理論知識。學生對這個虛擬仿真實踐教學平臺的評價是：“易于上手，開放性好，完善的硬件系統和實時仿真對學生的學習幫助很大”。

4)以新工科的視域重新構建產學研合作教育，結合我校的應用型本科辦學定位，制定適合我校電氣工程及其自動化專業發展的校企協作模式。我校傳統的電氣工程及其自動化專業的校企合作對象一般以發電、輸變電企業為主，傳統的校企合作模式存在合作對象的類型較為單一、實踐教學內容跟不上新興技術發展等問題。以往在選擇校企合作對象時，由于受到企業設施和場地的實習接待能力的約束，通常選擇如大唐長春第二熱電有限責任公司這樣的火力發電企業作為合作對象開展實踐教學，雖然這樣的大型火力發電企業能夠滿足電氣工程及其自動化專業實踐教學的基本需求，但是這類火力發電企業只是眾多電力企業類型的一部分，作為電力企業的其他重要組成部分如輸變電企業卻未能有效參與到校企合作中來，因此僅僅通過火力發電企業來對學生的實踐能力進行培養，將造成實踐教學內容的局限性，電氣工程專業人才培養僅依靠火電廠實習，將嚴重影響電氣工程人才工程綜合實踐能力的提高。通過把握“新工科”的內涵，對校企合作對象進行適當的更新和拓展，將國網吉林省電力有限公司、國網長春供電公司等輸變電企業加入到校企合作對象中來。同時根據我校的應用型本科辦學理念，還將其他電力企業的運行維護部門、電力設計院以及電力施工建設企業引入校企合作發展對象中來，從而將校企合作對象覆蓋到整個電力系統的各個分支環節，從而解決校企合作對象的單一化問題。近年來，隨著新能源發電技術的快速發展，一些新能源發電企業迅速崛起，這些企業正是“新工科”視域下電氣工程人才的服務對象，因此將吉林風力發電股份有限公司這樣的新能源發電企業納入到校企合作對象中來，逐步更新實踐教學內容，從而為新經濟的發展提供新型工程專業技術人才。

3 結語

本文在對現有電氣工程及其自動化專業實踐教學模式進行深入剖析和開展企業實地調研的基礎上，通過借鑒國內、外高校電氣工程人才培養的先進經驗，并把握電氣工程及其自動化專業人才應具備的工程實踐能力和“新工科”內涵，對我校的電氣工程及其自動化專業實踐教學模式進行了四方面的改革研究與實踐，從而探索新工科視域下的電氣工程及其自動化專業的實踐教學新思路和新方法。