應用型本科電氣工程及其自動化專業課程新體系構建探討

胡亞娟，肖海霞

（武漢晴川學院 機械與電氣工程學院，湖北武漢 430204）

應用型本科的人才培養目標是具有較強社會適應能力和競爭能力的高素質應用型人才[1]。課程體系是人才培養的關鍵因素，在人才培養的過程中具有重要作用[2]。課程體系的合理性關系到人才培養目標能否有效實現，能否培養出符合社會需求的應用型人才[3]。

目前，在新型電力系統建設背景下，信息技術特別是物聯網、大數據、人工智能、區塊鏈等被廣泛應用于電力能源系統[4]。當前，電氣工程及其自動化專業的課程體系已難以匹配能源互聯網深度信息化對人才知識結構的需求[5]，主要體現在缺少綜合運用信息技術解決能源互聯網實際問題的課程。

同時，民辦高校電氣工程及其自動化專業畢業生存在職業發展方向不明確、分析解決問題能力不足、就業難的問題，而以新能源為主體的新型電力系統的發展對新能源發電技術應用人才的需求旺盛。隨著產業結構的不斷優化升級，資本及技術密集型產業迅速發展，亟需大量的電氣應用型人才。

目前，電氣工程及其自動化專業課程體系與行業發展需求的聯系不夠緊密，在結合學校辦學層次以及與地方新能源發電企業校企共建的基礎上，本文從以下3 個方面對武漢晴川學院電氣工程及其自動化專業課程體系進行重構：（1）構建課程單元，增加與新能源發電技術相關的課程內容，整合原有的理論課程，注重學生對信息技術相關領域知識的學習和積累；（2）建設多層次協同的實踐課程體系，培養學生掌握行業發展所需的基礎技術和相應的工程能力；（3）采用課賽融合的形式，理論與實踐結合，促進學生創新能力的培養。電氣工程及其自動化專業課程新體系構建思路如圖1 所示。

圖1 課程建設改革思路

通過構建適應地方經濟社會發展、具有特色的電氣工程及其自動化專業課程體系，解決培養目標與行業需求脫軌和學生綜合能力不強的問題，使學生畢業后能夠快速適應行業發展的需求。下面將從3 個方面論述電氣工程及其自動化專業課程新體系的構建思路。

1 以行業發展為“需求導向”，構建融入新能源技術的理論課程體系

隨著能源互聯網的建設實施，信息技術特別是物聯網、大數據、人工智能等被廣泛應用于電力能源系統，相當于在傳統的大電網中加入了無數個以新能源為主體的微電網并運用信息技術進行控制，電氣工程及其自動化專業的傳統理論要進行內涵提升與外延拓展。

能源互聯網是我國能源產業發展的必然趨勢，因此，培養滿足行業要求的實用型人才已刻不容緩。根據新型電網建設的需求，結合原有的課程體系，新課程體系設置了電力系統、電氣控制及新能源發電3 個課程單元。在重構課程單元的基礎上，對部分課程的教學目標和教學內容進行了整合升級。

1.1 理論課程單元的建設

1.1.1 電力系統課程單元

電力系統課程單元為傳統類電力課程，培養學生在電力設備制造行業從事高電壓設備的設計、開發、生產和管理等工作的能力，使其可在電力系統從事高電壓運行維護方面的工作[6]。電力系統課程單元主要有電路、電機、電力系統分析、電力系統繼電保護、發電廠電氣設備、電力系統自動化、高電壓工程等課程。該課程單元是電氣工程及其自動化專業的基礎。教師在教學中要注重系統認識和理論體系，使學生加強對整體專業概念的理解；要注重物理本質和基礎模型，讓學生深刻理解電氣工程及其自動化專業的物理本質和基本數學模型，不過多強調復雜的數學求解方法。該課程單元以夯實基礎為主要目的。

1.1.2 電氣控制課程單元

電氣控制課程單元是偏向自動化類課程，培養電氣測量與控制技術方面的高級電氣工程技術人才，使其能夠從事電參量和磁參量的信息獲取與處理技術工作，以及電氣技術自動化控制領域裝置與系統的設計開發與應用工作[6]。電氣控制課程單元以電子技術、信號與系統、自動控制原理、現代檢測技術、電力電子技術、單片機和可編程控制器課程為主。該課程單元的核心是控制與自動化，具有應用驅動、多學科交叉、跨行業、寬口徑的鮮明特點。教師在教學中要重點培養學生的應用能力，采用案例教學的方式，讓學生會運用理論，能夠學以致用；注重問題思考和理解應用，鼓勵學生多提出問題，也通過問題引導學生多思考，使其加深對知識的理解。

1.1.3 新能源發電課程單元

新能源發電課程單元是結合新型電網建設新增加的課程單元，旨在培養新能源發電和新能源汽車行業從事新能源發電與智能接入、能源通信等相關研究、設計、開發、運行及管理工作的技術人員。新能源發電課程單元以新能源發電技術、電能質量分析與控制、通信技術、現場總線為主。該課程單元是課程體系改革的重點，增加了新能源發電和信息技術的相關內容，并與電力系統和電氣控制課程單元的內容進行了融合。同時，根據新能源電力系統的特性，注重學生信息技術相關領域知識的學習和能力的培養。

1.2 整合、優化和升級課程

在原有的課程體系中，相近的專業課程之間缺乏內容整合，存在同一個知識點在多門課程中都提有提及但都沒有講解透徹的現象；同時，隨著時代和科技的發展，新的必要的知識點沒有被及時更新補充[7]。因此，需要對課程內容進行整合、優化和升級。

1.2.1 整合課程內容

整合共性知識內容，加強課程之間的聯系。對專業知識點、知識體系進行分層設計，構建完整的知識框架，然后將知識點按框架的邏輯關系分配到各個課程單元中，減少課程內容的重疊[7]。電力系統課程單元課程的基本原理均圍繞直流、交流、穩態、暫態層層遞進，應用是以變壓器、同步機、異步機和直流電機由個體工作原理到系統運行的過程進行教授，課程內容重疊較多。對部分專業課程如電力系統分析、電力系統繼電保護、電力系統自動化、高電壓及發電廠變電所電氣設備，要求學生掌握其基本內容，了解系統運行的機理；對于上述課程中重疊的內容，教師根據課程的側重點進行調整，確定主次關系，減少不必要的重復；同時對教材中超出本科層次的內容進行弱化，抓牢基礎知識。在保證課程體系完整的情況下，在講授過程中對不適合應用型本科教育的理論知識進行刪減。

1.2.2 優化課程內容

優化課程，突出應用特色。電氣控制課程單元的課程偏向自動化內容，其課程應用面廣而不精。因而，在講授中要將課程內容與專業進行聯系，讓控制方法和控制手段的學習有方向性和目的性，所以，優化的重點是電氣控制課程單元。優先講授自動控制原理課程內容，使學生提升控制理論水平，輻射帶動電子技術、單片機和可編程控制器課程內容的優化，讓課程之間呈現層層遞進的縱向聯系，實現理論課程之間的互相貫通和融合。例如，在講授自動控制原理中的閉環控制時，可以將在單片機和可編程控制器中常用的水位水壓的控制作為案例講解控制理論，學生在學習單片機和可編程控制器課程時可以通過回顧自動控制原理的內容進行實驗驗證和實驗拓展，通過課程優化，使課程單元中的課程緊密聯系、前后呼應。

1.2.3 升級課程內容

目前，教材內容大多是十多年前的專業理論，無法體現新技術的應用，與行業需求嚴重脫節。理論課程升級針對的是新能源發電課程單元的課程，主要是將新能源技術和通信技術融入電力系統課程單元和電氣控制課程單元的現有課程中，讓專業與行業的發展銜接緊密。例如，將新能源發電中的微電網和光伏發電內容融入課程電力系統分析、電能質量和電力系統繼電保護，系統地講解新能源技術，而不是簡單地進行理論講解；針對電力系統分析教材沒有體現出新能源、新型電力系統相關內容的情況，在講解透徹教材中基礎知識的前提下，根據課程知識結構在相應章節增加新型電力系統的內容。對傳統電力系統和新型電力系統從電源側、網絡側、負荷端和控制側進行比較，為學生講解新能源發電、微電網、智能電網、負荷預測等方面的知識。從概念層面為學生講解這些知識在電力系統中的哪些環節會用到，以及涉及哪些先進技術。

通過對課程單元的建設及對課程內容的整合、優化和升級，實現理論課程之間的互相貫通和融合，完成對專業理論知識結構的搭建。

2 以工程教育為“問題導向”，構建多層次協同的實踐課程體系

應用型人才的特點是基于理論、突出實踐、強化應用。目前，高校培養的應用型人才與企業需求之間仍有較大差距[8]。實踐課程是培養學生解決工程問題能力的重要載體[9]，實踐教學在培養學生專業素質、實踐能力、創新能力方面具有重要作用，為使實踐教學能夠真正發揮作用[10]，要對實踐課程體系進行重構。對課程單元，通過課程設計、綜合實踐和校企合作的形式進行融合交叉，構建課程單元之間、知識能力體系之間關聯緊密、條理清晰、相互對接的多層次協同的實踐課程體系，如圖2 所示。通過多層次協同的實踐課程體系，對接專業崗位需求，提高學生的專業應用能力。

在完成驗證性教學實驗外，對部分核心專業課開設課程設計：對應用性較強的課程，如自動控制原理、單片機、可編程控制器等，采用以案例為主的課程設計；對理論性較強的課程，如電力系統分析、電力系統繼電保護、電廠設備等，除進行傳統的系統計算外，還通過引入實際工程問題，結合新能源技術，引導學生接觸工程應用，增強學生對抽象專業知識的理解和運用，使實踐課程的設置更具針對性、實用性。

根據課程單元建設，在實踐課程中有針對性地開設綜合性實踐課程，如校內實訓或虛擬仿真等，要求課程內容貫穿課程單元的核心基礎知識，難易適中，既要有一定的基礎理論做鋪墊，又要輔以難度適當的設計或計算，要求學生獨立完成相關課程的專業綜合設計，提升專業素養。通過這些方式讓學生理解和掌握理論知識并學會簡單設計，實現向應用型人才的過渡。

實習環節是應用型本科實踐教學的重要組成部分，是學生理解專業理論，培養創新能力、動手能力和解決工程實際問題能力的重要環節[11]。結合地方經濟發展和產業需求，以及學院辦學特色和現有教育資源，積極與本地電氣行業相關部門、行業協會、企事業單位建立合作關系，并通過校外實習和企業課堂的形式，引入行業項目作為教學內容，讓學生在教學過程中構建自己的專業知識體系；教師或企業技術人員作為引導者，幫助學生了解行業發展；通過實踐項目訓練，提升學生的動手能力。

高校通過構建多層次協同的實踐教學體系，根據應用型人才的培養目標[12]，建立由教室到實訓室、由課內到課外、由基礎到進階、由進階到創新、由學校到企業、由學習到生產的全方位實踐能力培養模式，擴展學生的學習空間，培養學生的專業應用能力[13]。

3 以創新能力為“目標導向”，構建課賽融合的教學模式

目前，電氣工程及其自動化專業學生參加的競賽基本上都是單片機、機器人或者信息類競賽，這與理論課程新體系的構建重點基本一致。“賽教融合”教學模式是將學科競賽中“提出問題、分析問題、解決問題”的主動式學習理念應用到教學中，在豐富教學形式的同時激發學生的學習興趣，提升學生的實踐能力[14]。

項目教學是將教學與競賽融合為切入點，將競賽題目以項目的形式分解到理論教學和實踐教學中，將“教”構建為關于比賽的專業理論學習體系和“參賽式”實踐教學體系。理論教學由淺入深，實踐教學由簡單到復雜，均為遞進式教學。通過促進教學內容與競賽項目的融合，將競賽項目向重點課程推廣，再由專業核心課程向專業基礎課程進行推廣，以點帶面，實現以競賽內容項目化的形式進行理論教學與實踐教學的轉化。把培養學生的實踐能力和創新能力貫穿到整個教學中，從而提升學生的實踐能力，促進教學方法的改革。

4 結語

電氣工程及其自動化專業是理論性較強的專業，應用范圍廣，工程背景強。隨著新技術的不斷涌現和交叉，傳統課程體系設置已難以滿足地方應用型本科院校人才培養的需要，電氣工程及其自動化專業本科課程體系怎樣適應行業的發展以及應用型人才的培養目標，成為一個非常復雜而又規模較大的系統工程。本文從理論課程體系、實踐課程體系及構建課賽融合教學模式3 個方面，對電氣工程及其自動化專業課程新體系進行了探究。通過應用課程新體系，提高地方本科院校人才培養質量，更好地服務地方經濟。