新工科背景下電氣類專業(yè)的智能電網(wǎng)課程群建設改革＊

馬藝瑋，嚴 冬，鄒 密，紀 靜，唐賢倫

（重慶郵電大學自動化學院，重慶 400065）

在新一輪科技革命蓬勃發(fā)展、產(chǎn)業(yè)轉型升級不斷推進的新形勢下，新工科建設不僅是應對以新技術、新產(chǎn)業(yè)與新業(yè)態(tài)為特征的新經(jīng)濟挑戰(zhàn)而提出的一項新型工程教育改革計劃，也是引領中國高等教育創(chuàng)新變革的有力抓手和重要舉措。在此背景下，中國高等院校工學學科新增設一批針對新興產(chǎn)業(yè)、以互聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)智能為核心的新興工科專業(yè)，其中“智能電網(wǎng)信息工程”專業(yè)就是依據(jù)國家能源發(fā)展戰(zhàn)略，緊密結合國家智能電網(wǎng)建設之急需而開設的一門新興電氣類工科專業(yè)[1]。

自2017-02以來，教育部先后發(fā)布多項關于新工科研究與實踐項目的通知，極大促進了重慶郵電大學等中國高等工科院校電氣工程類專業(yè)的新工科專業(yè)課程研究建設與實踐。迄今，重慶郵電大學已開設2個電氣工程類本科專業(yè)：開設于2004年的“電氣工程及其自動化”專業(yè)和開設于2012年的“智能電網(wǎng)信息工程”專業(yè)。經(jīng)過多年的發(fā)展建設，這2個電氣專業(yè)已取得較為豐富的課程教學成果與實踐經(jīng)驗[2-4]。然而，由于智能電網(wǎng)的各種新型特色專業(yè)課程是關于電力行業(yè)領域中的一些新型前沿科學技術理論知識，尤其“新能源發(fā)電與并網(wǎng)技術”“微電網(wǎng)技術”“智能電網(wǎng)技術”“智能配用電技術”“智能變電站”“智能電網(wǎng)信息技術”“智能電網(wǎng)先進傳感技術”和“物聯(lián)網(wǎng)應用技術”等一系列的新興特色專業(yè)課程，不僅適用于智能電網(wǎng)信息工程專業(yè)，也適用于電氣工程及其自動化專業(yè)。這些專業(yè)特色課程不僅具有知識面廣、學科交叉性大、新興前沿技術多、綜合性強等典型特征，同時又具有理論和實踐聯(lián)系密切、工程實用性強的顯著特點，這都導致了智能電網(wǎng)專業(yè)課程教學面臨著理論抽象、概念繁多、內容龐雜、理論實踐結合難、多學科交叉學習難、分析運算復雜繁重等一系列突出難題。這對于“智能電網(wǎng)信息工程”和“電氣工程及其自動化”的專業(yè)培養(yǎng)方案目標和課程教學設置等都帶來了一些突出問題，急需對智能電網(wǎng)課程群建設進行深入、系統(tǒng)性的探討改革。

本文根據(jù)筆者多年在微電網(wǎng)技術和智能電網(wǎng)技術等先進理論技術研究、電氣工程專業(yè)課程教學實踐的基礎上，結合當前國內外智能電網(wǎng)技術的研究發(fā)展現(xiàn)狀，分析了智能電網(wǎng)課程群建設中普遍存在的突出問題，探討提出了基于項目導向的課程群建設思路、基于技術方向的課程群體系重構、基于新發(fā)展理念的課程群教學安排等智能電網(wǎng)課程群建設改革措施。

1 課程群建設問題分析

在當前中國電力產(chǎn)業(yè)轉型升級和智能電網(wǎng)開發(fā)建設的新形勢下，國內高校電氣類工科專業(yè)課程都已普遍增補智能電網(wǎng)方面的課程理論知識。由于智能電網(wǎng)是融合涵蓋電氣工程、能源技術、控制技術、信息通信、計算機科學等多種學科而發(fā)展的一門新興交叉學科專業(yè)技術，而且目前智能電網(wǎng)技術的研究開發(fā)在全世界仍處于初期階段，這都導致國內高校電氣專業(yè)的智能電網(wǎng)課程群在課程設置、教學安排和教材建設3個重要方面仍普遍存在一些突出問題。

1.1 課程設置問題

課程設置是課程群建設的一項核心內容，也是智能電網(wǎng)課程群體系建設的重要基礎。目前，中國高校電氣類專業(yè)的智能電網(wǎng)課程群的課程設置普遍存在的問題有：①課程設置與培養(yǎng)目標的失配性問題。目前，智能電網(wǎng)課程群在課程設置時具有較大的隨意性、片面性和局限性，尤其不合時宜的專業(yè)培養(yǎng)目標嚴重制約了一些必要的智能電網(wǎng)特色專業(yè)課程的增設，進而導致智能電網(wǎng)專業(yè)課程設置無法實現(xiàn)“電氣工程及其自動化專業(yè)”與“智能電網(wǎng)信息工程專業(yè)”等不同電氣類專業(yè)方向的“寬口徑、厚基礎、強能力”人才培養(yǎng)目標。②課程設置的不規(guī)范問題。電氣類專業(yè)課程不僅有眾多的傳統(tǒng)電氣學科課程，還新增了較多的新興電氣學科課程、信息與通信等電氣交叉學科課程等，為此中國高校電氣類專業(yè)的智能電網(wǎng)課程群包含的課程門類廣而多，且各有不同。此外，課程設置內容多為基礎性理論知識，忽視了必要的深度科研理論和前沿技術成果。課程之間也缺乏相應的知識結構層次性和理論邏輯性，容易造成學生理解掌握的困惑等難題。③課程設置類型比例不合理。由于對智能電網(wǎng)技術及其課程群的認知不足，智能電網(wǎng)課程群多被設置為專業(yè)選修課而非必修課，容易導致大學生難以獲取全面系統(tǒng)的專業(yè)核心課程知識與視野，無法達成復合型工程技術人才培養(yǎng)目標。

1.2 教學安排問題

課程安排是課程群建設的一項重要內容，對于提高智能電網(wǎng)課程群的教學質量具有至關重要的保障作用。目前，中國高校電氣類專業(yè)的智能電網(wǎng)課程群在教學安排上仍然存在課程教學安排隨意、課時相對較少、低學分設置等突出問題。究其原因，中國多數(shù)高校電氣類專業(yè)課程體系是按照“通識課程模塊、學科基礎模塊、專業(yè)基礎模塊、專業(yè)課程模塊、實踐教學模塊”5個模塊內容進行設置的，而且其課程教學安排也基本按照這種課程層次模式進行設計開展的。為此，智能電網(wǎng)課程群在電氣類專業(yè)課程體系中屬于專業(yè)課程模塊，其課程修讀類型基本都被設置為“選修”課程類型，從而導致該專業(yè)大學生讀研或工作時普遍缺乏必要的智能電網(wǎng)專業(yè)課程理論知識。此外，按照目前高校教育教學的“學分制”模式，智能電網(wǎng)課程群內的絕大多數(shù)課程都被設置為“2學分”，其對應的課時也相對較少，多為32學時。由此可知，這種教學安排對于智能電網(wǎng)課程群的專業(yè)知識學習和復合型專業(yè)人才培養(yǎng)目標都是有嚴重不良影響的，這是因為有相當數(shù)量的大學生會根據(jù)個人學科興趣、課程難易程度等因素隨意選擇這類課程，甚至還有部分大學生會因為實習實踐或考研復習等特定需求而采取相對消極的專業(yè)課程學習方式，最終導致無法實現(xiàn)預定的專業(yè)課程教學目標和人才培養(yǎng)計劃等不良后果。

1.3 教材建設問題

教材建設是課程群建設的重要組成部分，也是中國高校電氣專業(yè)課程改革建設的實質體現(xiàn)和重要基礎，它也在很大程度上決定了智能電網(wǎng)課程群建設質量的優(yōu)劣。迄今，國內高校電氣類專業(yè)的智能電網(wǎng)課程群在教材建設上普遍存在的問題如下。

教材建設與課程群建設之間出現(xiàn)明顯的脫節(jié)現(xiàn)象，高水平、高質量的智能電網(wǎng)課程群教材仍然稀缺，難以適應不同層次的電氣類不同專業(yè)方向的教學需求。目前，關于智能電網(wǎng)技術的教材書籍雖然種類較多，但是大多數(shù)課程教材都側重于基礎理論知識，例如智能電網(wǎng)內各種技術的概念、特征、體系結構與發(fā)展應用等，缺乏相應的能夠系統(tǒng)性地介紹闡述深層次的理論技術模型、優(yōu)化方法、實驗仿真與技術應用等系統(tǒng)性理論與前沿性研究成果知識。學生對教材問題的普遍反映是專業(yè)理論概念過多和具體工程技術知識過少，難以理解和掌握智能電網(wǎng)專業(yè)課程理論知識，甚至認為此類課程知識內容是虛假的、不適用的，發(fā)出離現(xiàn)實太遙遠等感嘆。

課程群教材的知識構成不恰當，不同課程教材之間存在許多重復性的知識內容，其中“新能源發(fā)電技術”和“信息通信技術”的理論知識普遍被“智能電網(wǎng)技術”和“智能配用電技術”等多門特色專業(yè)課程同樣涵蓋。此外，隨著國內外智能電網(wǎng)理論技術研究的不斷進步發(fā)展，現(xiàn)有的一些專業(yè)課程理論知識內容存在一定程度的斷層和滯后等突出問題。這些突出的課程教材建設問題都給智能電網(wǎng)專業(yè)課程教學帶來了極大不便。課程群的教材知識要素之間關聯(lián)性弱、邏輯銜接性不足，而且教材理論與實踐成果之間結合不緊密，無法達到預期的教學質量和人才專業(yè)水平。

2 課程群建設改革措施

結合重慶郵電大學在“電氣工程及其自動化”和“智能電網(wǎng)信息工程”的專業(yè)課程體系建設經(jīng)驗，根據(jù)新工科背景所需電氣工程專業(yè)人才培養(yǎng)目標需求，智能電網(wǎng)課程群建設改革的主要任務是以課程群內涵理論[3]為指導，重點對智能電網(wǎng)課程群的建設思路、知識體系和教學安排3個重要方面進行創(chuàng)新性的改革與構建。

2.1 基于項目導向的課程群建設思路

中國高校電氣類工程專業(yè)遵循了“寬口徑、厚基礎、重素質、強能力”的人才培養(yǎng)目標原則，但在課程建設上面臨著“學科知識廣泛且交叉融合、課程科目眾多且關聯(lián)、強弱電結合、工程技術性強”的復雜知識架構難題。為此，結合本校電氣類工程專業(yè)的教育教學實踐和人才培養(yǎng)成果，提出了如圖1所示的一種基于項目導向的智能電網(wǎng)課程群建設思路，它為大學生規(guī)劃了上崗就業(yè)、學術研究和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)3大類職業(yè)發(fā)展路徑，并以此為“項目”導向，依托“電氣工程及其自動化”和“智能電網(wǎng)信息工程”2個專業(yè)所構建的電氣工程學科課程科目庫，完成當前新工科背景下電氣類專業(yè)的智能電網(wǎng)課程群建設。

圖1 基于項目導向的智能電網(wǎng)課程群建設思路

智能電網(wǎng)技術的專業(yè)課程不僅是“智能電網(wǎng)信息工程”的特色專業(yè)方向課程，也是“電氣工程及其自動化”的專業(yè)相關前沿技術課程。因此，智能電網(wǎng)課程群建設是以電氣類本科大學生的未來職業(yè)成長路徑為“項目”導向，形成包含“兩個入口”“基于成才路徑的多出口”等模塊化的課程群建設思路，構建了滿足電氣工程專業(yè)本科人才培養(yǎng)目標的專業(yè)特色課程模塊。

2.2 基于技術方向的課程群體系重構

智能電網(wǎng)課程群是由電氣工程、傳感測控技術、通信信息技術和計算機技術等多種學科交叉而形成各種不同類型技術領域的課程組合群體，主要包含有“智能電網(wǎng)概論”“智能電網(wǎng)關建技術”“微電網(wǎng)技術”“新能源發(fā)電并網(wǎng)技術”“智能配用電技術”“智能變電站”“智能電網(wǎng)綜合監(jiān)控技術”“智能電網(wǎng)通信技術”“智能電網(wǎng)信息安全”“智能電網(wǎng)先進傳感技術”“物聯(lián)網(wǎng)技術”“能源互聯(lián)網(wǎng)技術”“直流輸電技術”“大數(shù)據(jù)技術”等近20門專業(yè)課程。結合電氣工程領域的崗位需求和新興前沿科學技術研究成果，根據(jù)新工科建設背景要求電力科技人才須具有的各項專業(yè)領域技術素養(yǎng)與技能水平，提出如圖2所示的一種基于技術方向的智能電網(wǎng)課程群體系，它包含了先進電力技術、新能源及其并網(wǎng)技術、先進傳感測控技術和先進通信信息處理技術共4種不同的專業(yè)領域技術方向課程模塊。

圖2 基于技術方向的智能電網(wǎng)課程群體系

智能電網(wǎng)課程群體系應樹立以“先進電網(wǎng)技術課程模塊”為核心的課程模塊關系準則，并在借鑒課程群內涵等理論的基礎上，根據(jù)各個課程模塊及其內部課程之間知識相關性，確定課程之間縱向銜接性和橫向關聯(lián)性，減少同類課程間的內容冗余或斷層、知識點脫節(jié)或重復等問題，才能切實滿足中國高校電氣類工程專業(yè)的“寬口徑、厚基礎、重素質、強能力”的復合型技術工程人才培養(yǎng)目標。

2.3 基于新課改理念的課程群教學安排

智能電網(wǎng)課程群內各門課程知識都具有理論與實踐結合性強、多學科技術交叉融合等典型特征，因此為了更好地實現(xiàn)各門專業(yè)課程教學的科學性、先進性和復合型電氣人才培養(yǎng)目標，智能電網(wǎng)課程群應采用基于新課改理念的課程群教學安排，包含有鏈條式課程次序安排和復合式課程教學方法兩部分內容。

智能電網(wǎng)課程群的鏈條式教學次序安排，是根據(jù)課程矩陣分析所得出的課程相關性進行開展，找出課程群內的先導課程、總論課程、核心課程、承接課程和前沿綜合課程，再根據(jù)“電氣工程及其自動化專業(yè)”和“智能電網(wǎng)信息工程專業(yè)”的整體課程體系結構進行相應的設置。因此，智能電網(wǎng)課程群的課程可以劃分為：“電氣工程導論”屬于先導課程，“智能電網(wǎng)概論”作為總論課程，“智能電網(wǎng)關建技術”可劃為核心課程，而“微電網(wǎng)技術”“智能電網(wǎng)通信技術”等專業(yè)方向課程應劃分為承接課程，“物聯(lián)網(wǎng)技術”和“能源互聯(lián)網(wǎng)技術”應歸屬于承接性前沿綜合課程。智能電網(wǎng)課程群教學安排，應采用“先導課程、總論課程、核心課程、承接課程、前沿綜合課程”的次序安排原則，并將該課程群教學工作安排在連續(xù)的三四個學期進行，使學生能夠科學系統(tǒng)地理解掌握電氣工程專業(yè)的知識邏輯性、關聯(lián)性和綜合應用能力，具備較強的專業(yè)素質和創(chuàng)新精神。

智能電網(wǎng)課程群的復合式教學方法，應根據(jù)理論與實踐結合性強、電氣與信息等多學科交叉融合的特有課程教學特點，在傳統(tǒng)的講解式教學方法以外，還需根據(jù)課程內容靈活選取“啟發(fā)式”“任務式”“項目式”和“開放式”等不同教學方式，增強學生的課堂學習積極性和主動性，達到以疑導學的目的。針對課程教學涉及的學科理論難、內容復雜、技術步驟多等特點，應采用多媒體教學方式，設計相應的課程動畫進行詳盡講授，使學生正確理解掌握課程知識的內在機理和邏輯性。此外，根據(jù)課程中一些重要課題可以選擇“項目專題”方式，引導學生探究性學習訓練，培養(yǎng)學生的科研創(chuàng)新思維和實踐應用能力。

3 結語

智能電網(wǎng)課程群建設是主動應對新一輪科技革命與電力工業(yè)轉型發(fā)展背景下的電氣工程專業(yè)課程教學體系中的重要內容與關建環(huán)節(jié)，且對于“電氣工程及其自動化專業(yè)”和“智能電網(wǎng)信息工程專業(yè)”的本科大學生專業(yè)教育質量和人才培養(yǎng)目標都有非常重要的影響。因此，本文在結合重慶郵電大學電氣類專業(yè)的智能電網(wǎng)課程群教學實踐，重點分析了當前智能電網(wǎng)課程群普遍存在的不科學課程設置、不合理教學安排和不恰當教材建設等突出問題，并分別提出了基于項目導向的課程群建設思路、基于技術方向的課程群體系重構、基于新發(fā)展理念的課程群教學安排等智能電網(wǎng)課程群建設改革措施，以切實改進該課程群的教學質量和提升人才復合型知識技能水平。