全面优化本科教学平台,培养电气工程创新人才——浙江大学电气工程及其自动化特色专业建设

潘再平,黄 进,赵荣祥,章 玮,徐习东,卢慧芬,甘德强,杨 莉

(浙江大学电机工程学系,浙江杭州310027)

0 引言

浙江大学电气学科创建于1920年,历史悠久,在学科发展过程中,非常注重人才培养,适时根据社会需求进行教学改革,取得许多创新成果。如原电器方向根据电力电子技术的发展创建了国内第一个电力电子学科;电机方向则按社会需求和学科的发展在国内率先改造为电机及其控制专业,该成果“传统电机专业全方位改造的实践”于1997年获国家级教学成果二等奖。进入21世纪,对电气工程人才的要求日益提高,而专业目录的调整(电机及其控制、电力系统自动化等多个专业合为电气工程及其自动化专业)更对电气工程人才培养提出了新的课题,如何以“宽、专、交”的模式培养高素质的电气工程创新人才?为此,我们提出“1个平台、2个强化、2个关系、1个目标”的思路,即优化电气工程本科教学大平台、强化学科基础和实践环节、解决好“点与面”和“宽与专”的关系、实现培养电气工程创新人才的目标。在电力系统自动化和电机与电器这2个国家重点学科的支撑下,经过多年努力,教学改革成效显著,提高了电气工程创新人才的培养质量。

1 优化课程教学体系

浙江大学电气工程及其自动化专业有电机系统及其控制与电力系统自动化2个专业方向。如何在同一本科教学大平台下培养专业方向不同的电气工程创新人才,解决好“宽与专”的关系,我们进行了以下教学改革。

1.1 完善课程体系,设立模块课程

除了利用学校课程平台设立的通识课程、电工类大类课程外,确定电机学、电力电子技术、控制理论、微机原理与应用、电器原理与应用、工程电磁场与波、信号分析与处理、计算方法等专业核心课程,在实现宽口径培养的基础上,保证专业知识的完整性及实用性。鼓励使用英语或双语教学,重视教学方法与手段的改革,设立研究型课程和讨论性课程。

根据本专业的学科方向,精心选择,设立了电机系统及控制(电气装备CAD技术、电气装备建模与分析、机电运动控制系统、电气装备计算机控制技术、现代驱动技术、自动控制元件)、电力系统自动化(电力系统稳态分析、电力系统暂态分析、发电厂电气系统、高电压技术、继电保护与自动装置、电力技术经济基础、电力信息技术)2组专业模块课程,学生必须完整修完其中1组模块课程,另1组模块课程可作为个性课程选修。另外还开设了追踪科技、产业发展趋势和企业需求的多门选修课程,并将4门研究生课程作为选修课,满足不同层次学生的需求,实现差异化因材施教。为高年级学生开设新技术讲座课程,每位教授一个讲座,介绍学科研究热点、发展趋势,使学生了解学科发展的最新动态。这样的课程设置既强化了学科基础,又较好地解决了专门化和宽口径的矛盾。

1.2 加强课程建设

课程建设中,考虑到电气工程及其自动化专业的特点,对相关课程作了改革,如微机原理与应用课程直接将目前应用广泛的TI DSP 2812作为该课程的主要研究对象,使课程更具有先进性和实用性。加强课程网络化、精品化建设,专业的所有必修课程、模块课及大多数选修课程都已在学校的本科课程中心上建立了网络课件,教学效果良好;精品化建设也取得成效,电力电子技术评为国家级精品课程(2007年),该课程在网络教育中也取得丰硕成果,被评为网络教育国家级精品课程(2008年),电机学系列课程等也在精品化建设中取得成果。

1.3 形式多样的教改措施

在课程教学中进行了形式多样、易于操作、效果显著的教学改革。通过讨论式教学(自学讨论课、报告讨论课、习题讨论课等多种形式)、撰写小论文、设置创新设计型实验、单独实验考试、改革考试方式等措施,为学生的积极参与创造条件,提高学生的学习主动性,鼓励创新。

2 教材建设成果丰硕

对教材建设进行业绩、资金、时间等多方位的支持。追踪学科的发展,组织力量编写系列教材。10年来共出版教材40余本,满足了课程建设的需要,同时也被数十所兄弟院校选用。如电气装备的计算机控制技术课程的研究对象是电气装备这样的快过程系统,而国内外相关教材主要研究对象为化工、燃烧等慢过程系统,该教材编写时既考虑了电气装备的特殊性,又反映了计算机控制技术的最新成果,使用效果良好。在“十一五”国家规划教材评审中,本专业共有9本教材入选(7本主编,2本参编),入选教材数量在国内相关专业中名列前茅,这充分肯定了本学科在教材建设上的成绩。

3 强化实践教学

在实践教学改革中,按认识事物的规律,由浅入深、由简到繁、由个别单元到综合应用,有层次地设置实践环节,其模式为:验证型※综合型※设计型※自主型※现场实习※科研训练。使学生从验证型、综合型实验中获取间接知识,从设计型、自主型实验获取直接知识,通过科研训练培养学生探索研究未知新知识的方法和能力。这种模式“由面及点”,较好地解决了“点和面”的关系。

3.1 实验教学改革措施

(1)自主开放型实验

微机原理与应用等课程设立了自主开放型实验,由学生自主设计实验项目,使学生对已有的知识和技能进行举一反三,并自主地去分析解决复杂多变的实际问题。提高了学生的学习积极性和创新能力,收到了良好的效果。

(2)研究设计型实验

我系设置了电气装备综合设计、电力网综合设计等综合设计型实验课,目标是培养学生的基本工程素养,激发他们的创造能力。如电气装备综合设计课程设立了“无刷直流电机驱动器设计、调试”等研究设计型专项实验。其教学过程为:教师介绍原理、设计要求※学生运用所学知识,按要求进行设计※教师进行审查※学生制作、调试※现场演示、测试技术指标※教师讲评、确定成绩。研究设计型实验受到了同学们的普遍欢迎,大家的积极性很高,许多同学要求增加实验时间,要求晚上开放实验室;不少同学为得到较佳的性能指标,多次修改设计方案,同学们普遍反映收获很大。

(3)单独实验考试

我们对电力电子技术、微机原理与应用等课程进行了单独实验考试。学生在实验管理系统上选择实验考试时间,随机决定考试题目,每人一组进行单独实验考试。实验考试成绩分实验原理、实验操作、调试、其他等4部分,实验考试成绩占总成绩的20%。单独实验考试的实施极大地提高了学生实验学习的积极性和动手能力。与平行班比较,进行单独实验考试的教学班学生的实验态度、实验技能等明显得到提高,这在2007年我校本科教学评估中得到体现。

3.2 实验设备研制与成果辐射

为满足实验教学改革的需要,本专业早在1984年就研制了在全国有很大影响、得到全面推广的DSZ型电机系统实验装置;以后又研制了DKSZ型电力电子技术与电机控制系统实验装置。以上两种实验装置都获得了浙江省科学技术进步奖,原电机专业教学指导委员会和工业自动化专业教学指导委员会都推荐该装置为优选实验设备。此后,又研制了MEL、MCL、DDSZ、DDSX 等系列电机系统、电力电子技术、运动控制技术等实验装置,满足了创新研究型实验教学的需要。项目组研制的实验装置及相关技术已由求是、天煌、方圆等教仪生产企业生产,在清华大学、上海交大、西安交大等国内外1000余所大专院校推广使用,促进了全国各校有关专业的实验室建设工作,受益学生数十万。

我们在研制实验设备时提出了“组件化、模块化”的设计理念,使得实验设备适用面广,能根据相关技术的发展及时进行扩充,实验时使用方便、灵活。这种实验设备的设计理念得到国内同行的普遍认同,目前国内的电工电子类实验设备基本上采用了此设计理念。

3.3 实验室建设

我们充分利用社会力量办学,并发挥自主开发的实验设备与技术的优势,与国内外企业合作建立了电机系统、电力电子技术、运动控制系统、TI DSP、Freescale电气控制等联合实验室;并投入500余万重点学科经费对电力系统动态模拟试验室和高压实验室进行了更新改造。这些实验室既能进行验证型、综合型实验,又能完成设计型、自主型实验。电机系实验室建设满足了实验教学改革的需要,也作为展示我校自制实验设备的窗口,每年都有大量兄弟院校的教师来实验室参观,得到普遍好评。

3.4 开放式实验管理平台

我们结合大学生SRTP项目,研制了开放式实验室管理系统。该系统充分利用网络优势,具有实验开放、实验预约、实验管理、实验考评、师生互动等功能。该管理系统已成功地应用于我校的实验教学中。2004年至今已有9516名学生使用此系统,课程覆盖门次356门,该系统的使用受到师生的好评。来实验室参观的兄弟院校老师普遍肯定该系统,上海电力学院还引进了该实验室管理系统,使用效果良好。

3.5 校外实践基地

我系充分利用社会力量办学,通过校友、科研协作等关系为学生提供实践场所,本专业拥有6个校外教学实习基地,其中包括电气设备制造厂、发电厂、变电所等多种类型企业。与国家电网公司、浙江省电力公司、上海电机集团公司、哈尔滨电机集团公司等大型国有企业有着良好的教学协作关系。这些校外实践教学基地为学生提供了良好的生产实习场所,并在实习经费、学生住宿等方面提供便利,较好地解决了企业实习的难题。

4 专业导师制促进科研训练活动

为提高培养质量,本专业实施了本科专业导师制,专业导师的职责主要是指导学生选课、指导学生参加科研训练活动及毕业设计等。每个高年级学生都有自己的专业导师,每个导师指导的学生数不超过5人/届,从而保证了指导质量。专业导师制的实行使每个学生都有机会参与SRTP等大学生科研训练项目,提高自己的实验能力和从事科研的能力。对学有余力、能力较强的同学则鼓励他们参加导师承担的科研、申请“国创”等项目,尽早介入科研、早出成果。专业导师制的实行得到了学生欢迎,也取得了较大的成绩,如目前得到广泛应用的实验室管理系统的思路就是在SRTP项目中提出的,其早期版本也是由学生在SRTP项目中完成的。

5 师资队伍建设

浙大电气专业坚持积极引进和自己培养相结合的道路,优化师资队伍结构和人才资源配置,提高办学质量和效益。积极吸引优秀海外归国人员任教(近年已全职引进教授3人),同时聘请国内外知名专家作为本专业兼职教授或者特聘教授。

我系定期选派中青年教师赴国外访问、进修或进行合作研究,每年都有2～3名年青教师去欧美等高水平大学和研究所进修和合作研究。支持教师参加各种国际学术交流,提高研究水平,扩大对外交流以及海外影响力。在职专任教师中,具有博士学位的比例已达到90%。安排课程时,让年青教师与老教师合上一门课,从而促使年青教师在教学上更快成长。鼓励教师以科研协作等形式参加企业的一线工作,了解产业发展的需求,了解社会和业界对人才、技术的需求,并切实落实到日常的教学、人才培养中。教师队伍建设成果为电气工程及其自动化专业本科教学平台的全面优化提供了必要的保障。

6 教改成果的应用及效果

(1)学生的综合素质和创新能力得到了全面的提高,受到用人单位的欢迎,电气工程专业的毕业生就业率一直保持在95%以上,且就业年薪普遍较高。未就业学生大多数是准备出国或再次考研而主动放弃就业。

(2)电气工程及其自动化专业的人才培养得到了学生的充分肯定,在我校2008级工科试验班的主修专业取向调查中,全校1700余名工科学生中有407人的第一志愿为电气工程及其自动化专业。

(3)实现专业导师制、强化实践教学后,学生参加科研训练的人数明显增加,70%以上学生参加了SRTP或教师的科研项目,有5个项目入选国家大学生创新性实验计划。参与教师的科研课题、参加科技训练活动已成为本科生的自觉行动。科研训练提高了大学生的创新能力,也取得了丰硕的成果,近5年本专业本科生已发表学术论文40余篇。

(4)鼓励学生参加学科竞赛,重视竞赛的训练过程,学科竞赛也取得好成绩,近5年电气工程及其自动化专业学生共获国际奖6项,国家奖20项。

(5)组织教师参加全国电气工程专业教学研讨会等全国性教学会议,与国内同行交流教学改革经验;在《高等工程教育研究》、《电气电子教学学报》、《实验技术与管理》等教育学术刊物及全国性教学研讨会上发表教学研究论文30余篇。

(6)科研教学相互促进。将部分科研项目作为学生科研训练的题目;从重点学科建设、企业资助等方面获得大量经费支持,自筹教学经费逐年增长,近5年投入教学实验室建设经费700余万元。努力争取社会力量办学,与企业共同设立了王国松、卧龙、恒力电机、东元电机、宇恒、许继、南瑞继保、华晨等面向电气专业本科教学的奖学金;与国内外企业合作建立了电机系统、电力电子技术、运动控制系统、TI DSP、Freescale电气控制等多个联合实验室。

[1] 潘再平.传统电机专业的全方位改造.高等工程教育研究,1999,(1):82-84

[2] 潘再平,唐益民.加强电力电子技术和电机控制类课程实验教学.实验室研究与探索,2002,(1):29-30

[3] 潘再平.电气工程类精品课程建设.电气电子教学学报.2004,26(电气工程专辑):62-64

[4] 电气工程及其自动化专业教学指导分委会.电气工程及其自动化专业发展战略研究报告,第三届全国高校电气工程及其自动化专业教学改革研讨会论文集.2005年9月,pp:1-19

[5] 潘再平,徐裕项.弱电专业电气控制课程教学研究.第三届全国高校电气工程及其自动化专业教学改革研讨会论文集.2005年9月,pp:355-357