新工科背景下電氣工程及其自動化專業學生實踐創新能力培養

馬雙蓉

（三峽大學，湖北 宜昌 443000）

世界第四次工業革命快速發展，我國實施“中國制造2025”“網絡強國”“互聯網＋”戰略，以創新驅動促發展，新技術、新產業、新業態和新模式不斷涌現，新工科建設勢在必行。“復旦共識”明確指出新工科建設必須發揮學科綜合優勢，培養工程能力強、科學基礎厚實、綜合素質高的人才。“天大行動”明確提出新工科人才的核心素養就是培養學生的工程思維、設計思維、數字化思維和批判性思維以及學生的家國情懷、國際視野、法治意識和生態意識。“北京指南”明確指出，必須培養學生的工程倫理意識，著力培養學生的工匠精神。這些共識、行動路線和行動指南為電氣工程及其自動化專業人才培養指明了方向，其中，實踐教學是培養學生實踐創新能力重要的一環，是實現新工科目標必由之路。

1 電氣工程及其自動化專業實踐教學現狀

強電弱電結合是電氣工程及其自動化專業基本特征，要求學生具備工程基礎理論扎實、實踐創新能力強、熟練解決實際生產中出現的工程問題。電氣工程及其自動化專業實踐教學由于重視不夠、組織難度較大、設備設施投資較大及更新遲緩、教師實踐能力不強等諸多客觀原因，造成了本科教學重理論輕實踐，重知識傳授輕動手操作，即使有實驗課，也是以驗證性實驗和演示性實驗為主，造成了學生動手操作能力弱、創新能力不足。另外，與專業發展相聯系的科學技術發展迅猛，但學校教學內容比較陳舊，前沿知識不能及時傳授給學生，不能反映新技術、新產業發展的需求。

2 電氣工程及其自動化專業學生實踐創新能力培養存在的問題

2.1 重視程度不夠

實踐出真知。實踐活動對提升電氣工程及其自動化專業學生的實踐能力非常重要，需要嚴密組織和高度重視。絕大多數高校電氣工程及其自動化專業實踐活動沒有成立專門的組織機構，也沒有專項經費支持。進行實踐活動或競賽，必須有專門的專業教師負責培訓指導，有的高校沒有配備專業教師，有的配備了專業教師但重視程度不夠，積極性不高，雖然校、工程學院領導支持學生實踐活動或競賽，但在組織、培訓、資源配備等方面受到制度、活動經費、師資、設備設施、實踐活動評價標準等方面的限制，各種資源只是滿足少數學生為了實踐活動而活動、為了競賽而競賽，沒有調動絕大多數學生參與各種實踐活動。2018年9月17日，教育部、工業和信息化部、中國工程院發布《關于加快建設發展新工科實施卓越工程師教育培養計劃2.0的意見》明確指出：努力使50%以上工科專業學生在校期間參與一項訓練項目或賽事活動。因此，高校電氣工程及其自動化培養學生實踐能力必須提高認識，加強資源配備，將其納入教學管理的一個重要過程，全面提高所有學生的實踐能力。

2.2 實踐教學比例偏低或實施不到位

教育部明確提出高校本科實訓實習課時須占總課時30%以上。電氣工程及其自動化是一個實踐能力要求強的專業，實踐教學必須占據重要的地位，但目前，絕大多數高校電氣工程及其自動化課程體系設置仍然沿襲傳統的課程體系，重認知重理論教學，輕實踐輕能力培養，實踐課時和教學重視程度明顯偏低。很多課程即使設置了實踐教學環節，但設施設備與教學內容不配套，實踐教學缺乏教學標準，實踐教學設計由教師自己說了算，實踐教學過程隨意性大。實踐教學與理論教學缺乏有效銜接，理實一體教學機制有待完善。實踐教學缺乏嚴格的管理，實踐教學評價、考核和監督缺位。實踐教學課外活動由于受到實驗室開放時間的限制、缺乏師資指導，學生主動實踐熱情未能得到激發。這些原因嚴重影響了電氣工程及其自動化專業學生實踐能力的培養。

2.3 專業教師實踐經驗不足、操作能力欠佳

新工科要求產教融合、校企合作，要求專業教師的實踐經驗突出，但高校電氣工程及其自動化專業教師大多是從學校畢業走上教學工作崗位的，也就是專業教師是從學校到學校一個閉合路徑成長起來的，大多屬于純理論型教師，專業教師以年輕教師居多，實踐經驗不足，加上學校對專業教師走向企業鍛煉提高操作能力缺乏激勵機制和獎勵制度，教師提高工程操作能力缺乏動力和條件。

2.4 實踐教學評價體系不完善，考核方法缺乏標準

電氣工程及其自動化專業實踐教學體系以培養學生專業能力、基礎能力、創新能力和綜合能力為主線的系列教學。各高校電氣工程及其自動化專業教學條件不盡相同，但建立完善的實踐教學評價體系對培養學生實踐能力至關重要，據筆者所在學校實踐教學過程看，學校注重專業能力（課程設計、電氣控制綜合實驗、電氣工程綜合實驗）和綜合能力（畢業實習、畢業設計、專業實習、電氣工程實訓、MATLAB仿真綜合實訓）的實踐教學，對基礎能力（認識實習、基礎課實驗、通識類課程實驗上機）和創新能力（大學生創新創業訓練、學科競賽、科技創新活動）實踐教學不全面，缺乏校外實踐基地實踐教學環節。實踐教學考核由專業教師自己確定，教什么就考什么，缺乏實踐教學考核標準。

2.5 專業實驗室和校內外實習基地建設有待加強

以三峽大學為例，電氣工程及其自動化專業建成了基本電工電子實驗室、電機拖動電力電子實驗室、單片機PLC實驗室、維修電工實訓室等多個基礎課及專業課實驗室，已與省內一些高校企業和葛洲壩集團、中國三峽集團、國網湖北電力等企業建立了實習基地，由于受到建設資金、管理制度和相關方利益博弈等影響，加上重視程度不夠，依然存在如下主要問題：一是實驗室設備設施比較陳舊，設備更新落后于科學技術的發展，比如，對應“智能電網”“智能配電網”“新型儲能技術”“新能源發電技術”的新型的電氣設備還是空白。二是實驗室管理、使用滿足不了教學和學生實驗需要，開放程度不高，同時，是實驗管理員素質有待加強。三是校內外實習基地的建立缺乏建設標準、工作標準、評價標準和監督標準，校企合作處于游離狀態，使用率比較低。

3 新工科背景下電氣工程及其自動化專業學生實踐創新能力培養路徑

3.1 改革和完善人才培養方案

人才培養方案是人才培養目標、課程體系、教學內容、課時安排、實踐教學條件等方面的集成，是落實黨和國家對人才培養總體要求、安排教學任務、組織教學的規范性文件，是實施人才培養和開展教學質量評價的依據，必須經過規劃與設計、調研與分析、起草與審定、發布與更新來制定。第一，調研市場需求，將適應工程生產崗位需求的復合型高級電氣工程技術人才作為培養的主要目標。第二，根據專業定位和人才培養目標實施相應的素質教育和能力培養，培養學生符合“復旦共識”“天大行動”“北京指南”提出的知識、素質、能力和結構。第三，強化工程教育教育，將工程教育貫穿于人才培養的全過程中。以立德樹人為根本、通識教育和專業教育并重全面培養學生。通識平臺主要為培養學生工程倫理意識、家國情懷、國際視野、法治意識和生態意識打好基礎，同時，掌握工程工具的使用，強化工程基礎。工程學科平臺程強化工程實踐訓練，實現學生知識創新、工程創新、設計創新、工藝和技術創新、知識運用創新，提升學生工程素質和能力。第四，增加選修課的種類和數量，開設跨學科輔修專業和跨系選修課等多種形式，拓寬學生的知識面和專業面，使學生獲得可持續性發展的能力。

3.2 面向新工科，重構電氣工程及其自動化專業實踐教學體系

依據專業特點和人才培養規律，采用課內實驗、實訓、實習實施實驗教學，通過上機、實驗等實踐環節加深理論學習，通過課程設計和實訓實習訓練學生的電氣系統設計、試驗、運行和維護。實踐教學改革可以從如下方面進行：減少戴維寧定理和電阻元件伏安特性等驗證性的實驗，補充熔斷器指示電路的制作、相序指示器制作等綜合性、設計性實驗，提高綜合性實驗和設計性實驗的占比。以FM收音機、PLC 控制自動往返工作臺和低壓配電盤等為載體，將電氣電子典型產品的教學內容有效融合，培養學生綜合素養和復合能力。充分利用實踐教學基地的作用，開展課外實踐教學，比如，與葛洲壩集團、中國三峽集團、國網湖北電力等企業學習新能源發電技術，圍繞大規模風電接入電網、風電機組故障診斷、能源互聯網的規劃與優化等方向與企業聯合開展實踐教學，拓展專業視野，提高學生的專業學習興趣。

3.3 充分利用虛擬仿真，豐富實踐教學內容

傳統的電氣工程及其自動化專業實踐教學資源一般通過搭建實物系統進行實驗教學，前期投入大，后期維護保養費用高。隨著與專業相聯系新技術的快速發展，只能通過更換設備和新建實驗室升級，虛擬仿真實踐教學平臺是一個很好的選擇，既減少前期的投入，降低維護成本，又能緊跟前沿技術達到實驗教學的效果。例如，建設全數字仿真發電廠、數字仿真變電所、電網調度DYS仿真系統，呈現電能生產、電能輸送、電能供配整個工程流程和工程環境，學生參與互動，培養學生的崗位能力。建設升降壓斬波實驗、H橋雙極性PWM控制實驗、晶閘管單相橋式全控整流實驗、并網逆變器控制實驗、三相兩電平全橋逆變器SPWM實驗等虛擬仿真實踐教學平臺，可以身臨其境地學習控制理論知識和電力電子系統的工作原理，鍛煉學生搭建電力電子系統拓撲結構的動手能力。虛擬仿真實踐教學平臺教學，實時仿真和完善的硬件系統開放性好，情景逼真，學生容易動手操作，極大地提高了實驗教學的效果，培養了學生職業素養、職業精神和工程能力。

3.4 依托校企合作資源，完善實驗平臺的功能

隨著電氣工程及其自動化專業發展，在傳統實驗室的基礎上，將現有的變電站自動化實驗室、高壓電器實驗室、單片機實驗室、數模電子實驗室進行整合，加入智能設備嵌入式系統開發相關試件和電工電器實驗儀器，形成專業開放式、功能齊全的創新實驗平臺。試件購買、設備更新以校企共同進行。充分利用高校實驗室平臺與企業聯合開展科學技術研究和攻關，學生參與其中，既培養鍛煉學生，也推動產教融合校企合作，促進創新成果的應用和轉化。

3.5 加強師資隊伍建設

師資隊伍是高校發展的核心要素。電氣工程及其自動化專業師資隊伍建設，需要多方協同。高校利用學科優勢、科研能力、國際合作鍛煉教師工程能力、家國情懷、國際視野，利用產學研用基地鍛煉教師實踐教學能力和動手操作能力。構建老、中、青相結合的實驗教學團隊，通過有經驗教師的傳幫帶和師徒結對，提高專業教師整體的素質和能力。建立完善的激勵機制和獎勵制度（包括與職稱評定、職務升遷、薪酬掛鉤的制度），鼓勵教師與企業的聯系，特別是年輕教師，定期或常態化到企業鍛煉，鍛煉教師的工程素養和能力。

4 結語

加強學生實踐創新能力是電氣工程及其自動化專業重要一項任務，也是落實新工科要求的具體做法。高校要提高認識，對照“復旦共識”“天大行動”“北京指南”提出的共識、行動路線和行動指南開展行動，并落實到教學的全過程。電氣工程及其自動化專業應該抓住新技術創新和新產業發展的歷史機遇，勇于改革，以實踐教學為抓手，構建專業新結構，培養學生的實踐創新能力，實現高校電氣工程及其自動化專業的高質量發展。