基于解決復(fù)雜工程問題能力培養(yǎng)的電氣工程專業(yè)實(shí)踐教學(xué)模式研究＊

尹進(jìn)田，唐 杰，王曉芳，劉 麗，彭志華

（邵陽學(xué)院電氣工程學(xué)院，湖南 邵陽422000）

1 引言

解決復(fù)雜工程問題能力是工程教育認(rèn)證的核心，也是工科專業(yè)必須面對(duì)的重要課題。工程教育認(rèn)證將解決復(fù)雜工程問題能力作為大背景，突出了工科學(xué)生的培養(yǎng)方向[1]。電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)是傳統(tǒng)工科專業(yè)，具有很強(qiáng)的實(shí)踐性，且與相關(guān)學(xué)科的聯(lián)系也很密切，如何培養(yǎng)具有電氣行業(yè)背景知識(shí)、工程應(yīng)用能力強(qiáng)、能勝任行業(yè)發(fā)展需求的電氣工程專業(yè)人才，已成為電氣工程專業(yè)課程教學(xué)亟需解決的中心問題[2]。

《工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定“復(fù)雜工程問題”具有一定的復(fù)雜性，需要經(jīng)過認(rèn)真分析才能獲得解決方案；具有較高綜合性，含有多個(gè)互相關(guān)聯(lián)的子問題等[3]。復(fù)雜工程問題幾乎貫穿畢業(yè)要求所有指標(biāo)點(diǎn)。

邵陽學(xué)院電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)是湖南省第一批一流專業(yè)建設(shè)點(diǎn)專業(yè)、省級(jí)特色專業(yè)、校級(jí)重點(diǎn)建設(shè)專業(yè)，辦學(xué)以來累計(jì)為電力行業(yè)輸送技術(shù)人才4 000余人。邵陽學(xué)院電氣工程學(xué)院電氣工程專業(yè)針對(duì)目前實(shí)踐教學(xué)存在的一些問題，結(jié)合工程教育專業(yè)認(rèn)證工作的開展，在實(shí)踐教學(xué)模式上進(jìn)行了一系列有益的探索研究。

2 專業(yè)解決復(fù)雜工程問題的特征

本專業(yè)復(fù)雜工程問題主要有以下幾個(gè)特征屬性。

深入運(yùn)用工程原理。本專業(yè)復(fù)雜工程問題面向的是由發(fā)電、變電、輸電、配電和用電等電氣設(shè)備連接在一起而組成的整體——電力系統(tǒng)或者稱為電力工程，需要解決其設(shè)計(jì)、運(yùn)行、控制、無功優(yōu)化和電能質(zhì)量等方面的問題，以滿足安全、穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)性能要求。

協(xié)同攻關(guān)。電力工程問題不僅包含發(fā)電機(jī)機(jī)組運(yùn)行與維護(hù)、電氣設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)、變流技術(shù)、電氣信號(hào)測(cè)試技術(shù)等多方面的工程技術(shù)，而且涉及到環(huán)境、經(jīng)濟(jì)、管理等多方面的非技術(shù)因素。

建立恰當(dāng)?shù)某橄竽Ｐ汀Ｔ诮鉀Q電力工程問題中，對(duì)工程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)或子系統(tǒng)，如控制系統(tǒng)、信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)、故障處理系統(tǒng)，需要運(yùn)用科學(xué)理論，通過等效變換和處理，建立表述系統(tǒng)狀態(tài)和展示系統(tǒng)狀態(tài)變化規(guī)律的抽象數(shù)學(xué)模型。

使用新工具。與電力工程問題相關(guān)的新技術(shù)發(fā)展日新月異，僅靠常用方法難以完全解決，必須要使用新工具廣泛收集信息、查詢資料，甚至需要使用新工具和軟件對(duì)電力工程問題或者其子系統(tǒng)進(jìn)行仿真研究，獲得具有創(chuàng)新特征的可行解決方案。

不確定性。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，分布式電源、新型電氣設(shè)備、變流裝置等關(guān)鍵設(shè)備的應(yīng)用使得電力工程問題更加復(fù)雜化，涉及因素可能沒有完全包含在專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范中。

多方利益沖突。現(xiàn)代電力工程越來越復(fù)雜，如高壓直流輸電系統(tǒng)是一個(gè)包含交流變直流、輸電線路和直流變交流的系統(tǒng)，在規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí)，既要考慮直流系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行，同時(shí)需要兼顧環(huán)境、經(jīng)濟(jì)成本、社會(huì)影響等多種因素；對(duì)電力系統(tǒng)的故障處理和電氣設(shè)備檢修，既要考慮用戶的用電需要，又要保障系統(tǒng)安全，存在較強(qiáng)的多方利益沖突，在制訂解決方案時(shí)，須合理考慮與解決這類多方利益不完全一致問題。

相互依賴性。電力工程問題包含系統(tǒng)構(gòu)成與運(yùn)行、系統(tǒng)狀態(tài)分析與計(jì)算、系統(tǒng)監(jiān)測(cè)與調(diào)控、自動(dòng)裝置與裝備、系統(tǒng)規(guī)劃與設(shè)計(jì)等相互關(guān)聯(lián)的子問題，具有較高的綜合性和相互依賴性。

3 構(gòu)建“三四三五”實(shí)踐教學(xué)體系

基于專業(yè)解決復(fù)雜工程問題的特征屬性，將解決復(fù)雜工程問題能力貫穿于實(shí)踐教學(xué)的各個(gè)環(huán)節(jié)，構(gòu)建以基本能力訓(xùn)練為基礎(chǔ)，以綜合素質(zhì)培養(yǎng)為核心，以創(chuàng)新精神教育為主線的“三四三五”實(shí)踐教學(xué)體系。三類實(shí)踐為課程實(shí)驗(yàn)、綜合實(shí)踐和專業(yè)實(shí)訓(xùn)，四項(xiàng)能力為通識(shí)能力、專業(yè)能力、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力及職業(yè)發(fā)展與社會(huì)能力，三個(gè)平臺(tái)為校內(nèi)實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)、網(wǎng)絡(luò)實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)、校外實(shí)踐育人基地，五大模塊為素質(zhì)拓展模塊、實(shí)驗(yàn)教學(xué)模塊、實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)模塊、論文設(shè)計(jì)模塊、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)模塊。

4 實(shí)踐教學(xué)模式改革主要思路與措施

4.1 整合實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，新增實(shí)踐課程

依據(jù)課程性質(zhì)、學(xué)生能力培養(yǎng)要求，將12個(gè)原依附于理論課程的實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)整合成4門獨(dú)立的實(shí)踐課程，具體為將“自動(dòng)控制原理”實(shí)驗(yàn)、“單片機(jī)原理及應(yīng)用”實(shí)驗(yàn)、“電機(jī)學(xué)Ⅰ”實(shí)驗(yàn)整合為“工程基礎(chǔ)綜合實(shí)驗(yàn)Ⅰ”，將“電力電子技術(shù)”實(shí)驗(yàn)、“傳感技術(shù)”實(shí)驗(yàn)、“PLC原理及應(yīng)用”實(shí)驗(yàn)整合為“工程基礎(chǔ)綜合實(shí)驗(yàn)Ⅱ”，將“電機(jī)學(xué)Ⅱ”實(shí)驗(yàn)、“電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析”實(shí)驗(yàn)整合為“電氣工程專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)Ⅰ”，將“電力系統(tǒng)暫態(tài)分析”實(shí)驗(yàn)、“電力系統(tǒng)自動(dòng)控制”實(shí)驗(yàn)、“發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)”實(shí)驗(yàn)、“繼電保護(hù)原理”實(shí)驗(yàn)整合為“電氣工程專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)Ⅱ”；新增“系統(tǒng)仿真與實(shí)踐”與“工程設(shè)計(jì)與實(shí)踐”2門實(shí)踐課程；將“電力工程概預(yù)算”由選修改為限選課程，以滿足工程教育的需要。

4.2 改進(jìn)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，提高實(shí)驗(yàn)綜合化程度

將原有部分綜合、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目按照解決復(fù)雜工程問題能力培養(yǎng)進(jìn)行改造。如自動(dòng)控制原理課程中的控制系統(tǒng)的穩(wěn)定分析，其主要目的是理解三階系統(tǒng)參數(shù)與穩(wěn)態(tài)性能間關(guān)系，能用三階系統(tǒng)模擬電路實(shí)現(xiàn)動(dòng)、靜態(tài)性能測(cè)試，是一個(gè)綜合性實(shí)驗(yàn)。但考慮復(fù)雜工程問題，其包含的深層次工程問題很多，如三階系統(tǒng)由哪些典型環(huán)節(jié)構(gòu)成，模擬電路是如何設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的，系統(tǒng)參數(shù)與系統(tǒng)性能之間的具體關(guān)系是如何得到的，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性可采取什么措施，等等。這些問題都可以在原有實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目基礎(chǔ)上進(jìn)行擴(kuò)展，使實(shí)驗(yàn)綜合度得到提高，學(xué)生解決復(fù)雜工程問題能力得到提高。

4.3 嚴(yán)格課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)選題

本專業(yè)培養(yǎng)學(xué)生解決電氣工程領(lǐng)域中的電力生產(chǎn)、運(yùn)維與管理、供輸配電工程設(shè)計(jì)與建設(shè)以及技術(shù)服務(wù)等方面問題，涉及電網(wǎng)的規(guī)劃設(shè)計(jì)與建設(shè)、電力系統(tǒng)安全運(yùn)行與維護(hù)、線路潮流阻塞、電力電子變流器應(yīng)用以及新能源發(fā)電等多項(xiàng)工程環(huán)節(jié)，需要學(xué)生能夠有效運(yùn)用發(fā)電、變電、輸電、配電、用電和電力電子技術(shù)的基本原理，解決電力系統(tǒng)的運(yùn)行、控制、設(shè)計(jì)、無功優(yōu)化和電能質(zhì)量等問題，以便有效應(yīng)對(duì)人工智能技術(shù)、新能源、新型電氣設(shè)備裝置等關(guān)鍵設(shè)備應(yīng)用給電力系統(tǒng)安全運(yùn)行、控制、穩(wěn)定性等帶來的復(fù)雜工程問題。這些問題可能超出現(xiàn)有的專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)或者沒有明確行業(yè)規(guī)范，需要平衡環(huán)境、經(jīng)濟(jì)、管理等多方利益沖突。據(jù)此，本專業(yè)復(fù)雜工程問題對(duì)應(yīng)訓(xùn)練項(xiàng)目主要是電力工程設(shè)計(jì)、變流器應(yīng)用等。課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)課題的選取除了體現(xiàn)一定的復(fù)雜性外，還要盡可能圍繞電力工程設(shè)計(jì)、變流器應(yīng)用兩個(gè)方向?qū)嵤?/p>

4.4 加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)室與實(shí)踐基地建設(shè)

教學(xué)用基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)室和專業(yè)實(shí)驗(yàn)室設(shè)備滿足實(shí)驗(yàn)教學(xué)需求，本專業(yè)建設(shè)有電工實(shí)驗(yàn)分室、電子實(shí)驗(yàn)分室、電工電子實(shí)習(xí)室、單片機(jī)實(shí)驗(yàn)分室、自動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)分室、電機(jī)實(shí)驗(yàn)分室、電力電子與電力拖動(dòng)實(shí)驗(yàn)分室、數(shù)字控制與PLC實(shí)驗(yàn)分室、傳感器實(shí)驗(yàn)分室、綜合仿真實(shí)驗(yàn)分室、創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)分室等11個(gè)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)室，擁有電力系統(tǒng)綜合自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)分室、繼電保護(hù)實(shí)驗(yàn)分室、綜合仿真實(shí)驗(yàn)分室3個(gè)專業(yè)實(shí)驗(yàn)室，滿足專業(yè)特質(zhì)對(duì)實(shí)驗(yàn)室的需求，實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量有保證；與企業(yè)共建11個(gè)校外實(shí)習(xí)實(shí)踐基地，其中國電寶慶煤電有限公司實(shí)習(xí)基地是省級(jí)校企合作人才培養(yǎng)示范基地，我們與其建立了良好的管理、維護(hù)和更新機(jī)制，滿足電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)從事電力生產(chǎn)、運(yùn)維與管理的應(yīng)用型工程技術(shù)人才培養(yǎng)要求。

4.5 改變實(shí)踐教學(xué)方法

實(shí)行生產(chǎn)、教學(xué)、科研一體化教學(xué)模式，充分利用企業(yè)、高校和科研機(jī)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)，通過合作使學(xué)生獲得更多實(shí)踐機(jī)會(huì)，提高學(xué)生參與電氣工程實(shí)踐的積極性。對(duì)于學(xué)生，通過項(xiàng)目實(shí)踐與創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)知識(shí)研究與市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)效益間的轉(zhuǎn)化；對(duì)于企業(yè)，通過合作儲(chǔ)備專業(yè)電氣工程人才；對(duì)于高校，為學(xué)生提供實(shí)踐和就業(yè)機(jī)會(huì)。

5 實(shí)施效果

新的實(shí)踐教學(xué)體系與教學(xué)模式廣泛應(yīng)用于邵陽學(xué)院電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)，受到學(xué)生普遍歡迎，學(xué)生參與實(shí)踐學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極性加強(qiáng)，增強(qiáng)了學(xué)生工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和工程應(yīng)用能力，教學(xué)效果和就業(yè)競(jìng)爭力明顯提高。近5年學(xué)生在校期間獲得省級(jí)及以上創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目30項(xiàng)，其中國家級(jí)項(xiàng)目8項(xiàng)；學(xué)生獲得省級(jí)三等獎(jiǎng)或銅獎(jiǎng)以上獎(jiǎng)勵(lì)32項(xiàng)；學(xué)生在校期間公開發(fā)表科研論文135篇，獲得專利10項(xiàng)。近5年共有270名學(xué)生考入國家電網(wǎng)和南方電網(wǎng)，2017國家電網(wǎng)考試錄用畢業(yè)生人數(shù)在全國排名第55名，當(dāng)年在全國學(xué)院級(jí)二本院校中排名第一。學(xué)生就業(yè)率一直保持在95%以上，在湖南省電力行業(yè)產(chǎn)生了良好的社會(huì)反響。近年的大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目分別入選2017年第十屆、2018年第十一屆全國大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)年會(huì)展示項(xiàng)目（湖南省部屬高校及地方高校展示項(xiàng)目僅5項(xiàng)）。