面向未来的新工科视域下电气工程及其自动化专业实践教学改革研究与实践

刘 洋，张运波，钟 菲，贺 琳

(长春工程学院电气与信息工程学院，吉林 长春 130012)

0 引言

与传统工科人才不同，新工科人才是指具有较强的工程实践能力、创新创造能力和具备国际视野的复合型人才。新经济的发展为新工科的发展提供了机遇。新工科是在工程教育改革背景下产生的新产物，工程综合实践能力的培养是工程教育的最终目的，因此培养新工科人才的实践教学体系的改革对促进新工科的改革至关重要。在这样的时代背景下，研究电气工程及其自动化专业这样的传统工科专业的实践教学模式应如何培养适应未来新产业、新经济发展的工程科技人才，具有重要的研究价值。

1 新工科视域下电气工程及其自动化专业实践教学改革的目标

通过电气工程及其自动化专业的实践教学改革，应当使电气工程人才获得如下的“新工科”的内涵：①实现新科学、新技术与工业产业、行业实现有机融合，使新科学、新技术伴随产业、行业共同发展。②加强科学知识的成果转化能力、工程应用能力和工程实践能力，注重使用新兴科学技术提高传统工科的工程应用能力。③通过“互联网+”“大数据”“物联网”等新兴技术来实现信息化、工业化的深度融合与发展。

2 新工科视域下电气工程及其自动化专业实践教学改革研究与实践

通过实地调研并同国网吉林省电力有限公司、国网长春供电公司、吉林风力发电股份有限公司等多家电力企业的负责人和行业专家进校交流，听取企业专家的合理化建议，从而能够正确把握电气工程及其自动化专业人才应具备的工程实践能力和“新工科”人才应当具备的内涵，并对电气工程人才的实践教学体系进行合理化修改以适应新工科发展的需要，我们对电气工程及其自动化专业实践教学模式开展了以下四方面的改革实践。

1)以面向未来发展的新工科人才所需核心能力为切入点，全方位、系统化构建电气工程及其自动化专业实践教学体系，提高学生的综合实践能力。从电气工程及其自动化专业各个学年学生的工程实践能力的实际情况为出发点，遵循分层递进的人才培养规律，构建由课内实验和实习、实训等集中实践教学环节组成的电气工程及其自动化专业实践教学体系，通过实验、上机等实践环节加深理论学习，培养现代工程工具应用能力和用实验的方法研究工程问题的能力；通过课程设计、实习、实训等环节使学生受到电气系统设计、试验、运行、操作、维护等方面的训练；在实验教学改革上，逐步减少例如电阻元件的伏安特性、戴维宁定理的验证等验证性的实验，补充了相序指示器的制作、熔断器指示电路的制作等设计性、综合性实验，从而提高了设计性和综合性实验的占比，在实验方法和实验内容上满足新工科人才培养的需求。如以低压配电盘、FM收音机、PLC控制自动往返工作台等电气电子典型产品为载体，将多门课程的教学内容与学生工程实践能力的培养有效地结合起来，培养学生综合应用知识的能力。

2)以面向未来发展的新工科人才知识需求为导向，更新实践教学内容，以适应新科技革命和新产业革命的需要。在广泛调研的基础上，从应用型本科电气工程及其自动化专业的培养目标和培养标准入手，重点在现场电气工程师工程实践能力、实践教学体系、实践教学内容、实践教学方法、实践教学手段以及校企联合培养人才运行机制等方面开展研究与实践。让企业参与电气工程及其自动化专业人才培养计划的修订、参与线上线下课程开设的调整、参与实训和实验教材的编写、参与课程设计和毕业设计的指导，将实新工科教学理念落实到实践教学改革中去。与此同时，促进教师将科研成果及时转化为教学内容，向学生介绍科研新进展、实践发展新经验，积极探索综合性课程、问题导向课程、交叉学科研讨课程，提高课程兴趣度、学业挑战度，以应用为目的开展科研，以人才培养为目的反哺教学，是培养综合型人才的重要途径。定期组织配电自动化吉林省高校工程研究中心的教师科研团队以学术报告等形式与电气工程及其自动化专业的学生分享团队在新能源发电等方面的研究进展，并围绕风电机组故障诊断、大规模风电接入电网的稳定性分析、能源互联网的规划与优化等方向的科研成果组织科研人员和学生进行深入的讨论，极大地吸引了学生的专业学习兴趣，并拓展了专业视野，为新工科人才的培养打好了基础。

3)强调科教融合，建立虚拟仿真实践教学资源，丰富实践教学资源内容。组织专业教师在课余时间开发、建设多种虚拟仿真实践教学平台来弥补传统实验台的不足。传统的电气工程专业实践教学资源存在如下的缺点：①传统的实验教学仪器造假高昂，一般通过搭建实物系统进行教学实验的方式来加深学生对理论知识的理解，但是传统的实验台存在初期投入大、后期维护保养费用高等问题，建立一个功能完善、长期使用的传统实验平台对于学科建设来说是不小的负担，高昂的费用将导致实验内容不能广泛的开展，影响人才培养质量的提高。②传统的实验平台主要以小功率的实物来搭建实验对象，经常受到实验室空间的限制，不能够配备足够多的实验设备，学生的实践课程只能通过分组的方式进行，大部分同学的实际动手能力得不到有效地锻炼，不仅影响了学生的学习积极性，也降低了教学效果。③传统的实践教学资源不能够随着新兴技术的发展而快速地更新换代，只能通过新建实验室或者更换设备的方式来升级，教师的教学过程也失去了灵活性。为此，我们组织专业教师建设了多种虚拟仿真实践教学平台，设计制作的虚拟仿真实践教学资源使用软件工具做实验，实验环境是虚拟的，不存在元器件损耗、故障、仪器烧损等问题，减少了实验室建设投入，降低了维护成本，同时实践课程内容的更新与升级主要在软件上完成，有效地提高了实验教学资源建设的经济性。例如建设的电力电子虚拟仿真实践教学平台包括：升降压斩波实验、晶闸管单相桥式全控整流实验、H桥双极性PWM控制实验、三相两电平全桥逆变器SPWM实验、并网逆变器控制实验等。这个电力电子虚拟仿真实践教学平台可以让学生自己动手搭建电力电子系统拓扑结构，更加直观的学习电力电子系统的工作原理和控制理论知识。学生对这个虚拟仿真实践教学平台的评价是：“易于上手，开放性好，完善的硬件系统和实时仿真对学生的学习帮助很大”。

4)以新工科的视域重新构建产学研合作教育，结合我校的应用型本科办学定位，制定适合我校电气工程及其自动化专业发展的校企协作模式。我校传统的电气工程及其自动化专业的校企合作对象一般以发电、输变电企业为主，传统的校企合作模式存在合作对象的类型较为单一、实践教学内容跟不上新兴技术发展等问题。以往在选择校企合作对象时，由于受到企业设施和场地的实习接待能力的约束，通常选择如大唐长春第二热电有限责任公司这样的火力发电企业作为合作对象开展实践教学，虽然这样的大型火力发电企业能够满足电气工程及其自动化专业实践教学的基本需求，但是这类火力发电企业只是众多电力企业类型的一部分，作为电力企业的其他重要组成部分如输变电企业却未能有效参与到校企合作中来，因此仅仅通过火力发电企业来对学生的实践能力进行培养，将造成实践教学内容的局限性，电气工程专业人才培养仅依靠火电厂实习，将严重影响电气工程人才工程综合实践能力的提高。通过把握“新工科”的内涵，对校企合作对象进行适当的更新和拓展，将国网吉林省电力有限公司、国网长春供电公司等输变电企业加入到校企合作对象中来。同时根据我校的应用型本科办学理念，还将其他电力企业的运行维护部门、电力设计院以及电力施工建设企业引入校企合作发展对象中来，从而将校企合作对象覆盖到整个电力系统的各个分支环节，从而解决校企合作对象的单一化问题。近年来，随着新能源发电技术的快速发展，一些新能源发电企业迅速崛起，这些企业正是“新工科”视域下电气工程人才的服务对象，因此将吉林风力发电股份有限公司这样的新能源发电企业纳入到校企合作对象中来，逐步更新实践教学内容，从而为新经济的发展提供新型工程专业技术人才。

3 结语

本文在对现有电气工程及其自动化专业实践教学模式进行深入剖析和开展企业实地调研的基础上，通过借鉴国内、外高校电气工程人才培养的先进经验，并把握电气工程及其自动化专业人才应具备的工程实践能力和“新工科”内涵，对我校的电气工程及其自动化专业实践教学模式进行了四方面的改革研究与实践，从而探索新工科视域下的电气工程及其自动化专业的实践教学新思路和新方法。