融合信息化、智能化和产业化的电气专业教学探索

冯兴田 马文忠 赵仁德 董 磊

(中国石油大学(华东) 新能源学院， 青岛 266580)

工科大学教育的主要目的是培养高级工程技术人才，要求学生在具备专业基础知识的同时，必须紧跟社会、科技的发展，具有相当的分析研究和实践创新能力，从而在以后的工作学习中创造性地解决工程技术难题[1]。新工科建设、“卓越工程师”培养计划、工程教育认证、中国制造2025、“互联网+”“一带一路”等国家重要战略对我国高等教育改革发展提出新的要求，工科专业面临新机遇、新挑战，使得专业建设和专业教学改革成为当务之急。电气工程及其自动化(以下简称电气)专业，是一门涉及电力电子技术、计算机技术、电机电器技术、信息与网络控制技术和机电一体化技术等诸多领域的综合性较强的专业[2-3]。作为电气信息类工科专业，在教学中运用信息化、智能化、产业化技术，有助于学生密切关注学科前沿，结合学科发展趋势，顺应时代发展，实现产学研无缝链接。

为了加强电气专业本科生在新工科建设环境下，积极开展融合信息化、智能化、产业化的实践教学活动，很多高校和专家学者都在积极探索实践体系和教学模式：①他们在培养方案、课程设置和成果评价等方面，基于OBE理念提出了具体实施策略，展现了信息化、产业化和安全化在其中发挥的重大作用；②改造传统教学模式，融入智能化元素，实践了泛在、移动、个性化学习方式的应用；③借鉴“互联网+”商业模式，推进实验室管理模式创新，紧密结合信息化、智能化、产业化元素，实现电气专业的特色建设[4-6]。

中国石油大学(华东)电气专业于2014年9月开始实施教育部“卓越工程师”培养试点，2019年申请工程教育专业认证并顺利通过。在国际国内的新工科建设背景下，不断跟随科技发展，对于专业建设和教学改革，有机融入信息化、智能化、产业化的思想，不断加强培养学生的工程思维、工程实践和工程创新能力，当前电气专业还在不断开展有益的探索和实践。

1 教学改革总体实施方案

新工科背景下融合信息化、智能化、产业化的电气工程专业教学探索，依托电气工程卓越计划和新工科建设目标，以突出工程教育理念，提升学生工程思维、工程实践和工程创新能力为中心，以培养学生解决复杂工程问题能力为突破口，紧密跟随新技术的发展，将电气专业的知识内容与前沿科技发展有机结合，通过实施可行的具体措施，探索适合的教学方法和教学模式。具体的教学改革方案如图1所示：信息化、智能化、产业化相互交织融合，工程思维、工程创新和工程实践能力相互渗透提升。

图1 融合信息化、智能化和产业化的教学改革方案

2 教学改革具体措施

2.1 信息化应用培养工程思维能力

近年来专业已建设了一批线上资源，但广大师生仍习惯于传统课堂模式，不过在疫情期间通过调查发现，大多数学生还是青睐于在线直播方式，多数教师也身陷其中；即便课程拥有完整丰富的线上教学资源，仍然首选在线直播授课的方式。鉴于此，信息化建设依然秉承客观规律，循序渐进，从资源规划开发，到资源整合利用，再到教学模式改革，逐步推进。首先充分发挥网络优势，引入国内外优秀课程建设平台(如中国大学MOOC、智慧树等)，积极推动资源与经验共享，加强相互合作，建设一流线上课程；根据专业课程属性、类型、难易度等具体特点，施行分等级、分层次、分阶段建设，有序推进“全部课程上网计划”；探索信息化应用方法，结合传统教学提高在线教学的课程利用率；研究信息化教学考核方法，完善课程考核体系。

以国家一流、省一流课程申报建设为契机，针对线上优质课程、线上线下混合课程，完善课程线上资源。专业课最大的挑战，就是技术的快速迭代，尤其是在电气行业，各种新的控制策略、控制平台和控制对象不断涌现，促使持续改进原有的控制策略，以适应新的控制要求；控制平台的进化，特别是人工智能的兴起，需要不断完成控制平台与控制策略的适配；新的应用场景，新的控制对象，需要不断的探索，教学内容也要随之调整、更新，信息化教学资源也要与时俱进、不断完善。在现有信息化资源的基础上，丰富资源的宽度、广度和深度，提高资源的新颖性、可视化和吸引力。

借助互联网技术突破时间、空间限制的独特优势，搭建课程远程互动学习平台。利用现有网络资源开展更多启发式、探究式、讨论式等教学探索，加强信息化资源的应用，同时促使学生具备越来越强的互联网学习技能和信息技术应用技能。特别是一些对于智能化先进技术的具体应用案例，很能吸引学生的兴趣。从前期引导学生学习，并不断注入工程理念和工程思维，逐步进展到学生主动接受、乐在其中，享受知识带来的幸福感。

寻求科学教学方法和教学模式是教学改革的重要内容。教学方法与课程内容、应用背景和相关技术的最新发展动态密切相关。从提升学生对知识掌握能力和培养学生解决问题能力的角度，寻求更适合的教学方法。探索角色互换、量身定做教学模式，明确学什么、如何学、学得好的问题。首先让学生思考分析需要学什么，自己如何能够通过信息化资源了解相关知识，再由教师协调线下教学和具体指导，学生通过线上线下结合学习相应的内容，既能充分体现学生的主体地位，又能发挥教师的主导作用。

2.2 智能化元素突出工程创新能力

电气专业教学中，加强跨学科交流与实践，结合智能制造、云计算、人工智能、机器人等应用的具体技术，借助虚拟仿真实践平台，潜移默化地与专业课程相融合，引导培养学生向实践能力强、创新能力强、具备国际竞争力的高素质复合型人才发展。

在理论教学和实践环节中，特别是新生研讨课、学科前沿课、认识实习课程，适当引入智能化的先进技术元素，通过三维动画、高科技产品展示、生产流水线参观等一系列直观的视觉听觉冲击，激发学生产生浓厚的学习兴趣。比如图2所示为学生实习参观某新能源研发基地的照片，通过屏幕上直观的画面让学生了解到新能源的发展、分布以及能源互联网的概念、与电气专业的关系等等，在学生脑海里打上深深的烙印，激发他们学习相关智能技术的热情。

图2 学生实习参观新能源研发基地

结合信息化资源的建设，构建基于网络环境的智能化数字平台，建设开放课程和实践教学资源库，提供内涵丰富、涉猎面广的网络教学资源，建设良好的线上线下、课内课外相结合的自主学习和混合式学习环境。加强与新兴产业、智能化制造等高精尖企业的教学与产业的合作，搭建良好的创新实践平台。一方面丰富了动态更新的智能化教学内容体系，一方面提供了身临其境地体验智能化产业实体环境，为激发学生灵感、促进创新能力的培养创造良好的条件。

2.3 产业化落地强化工程实践能力

新工科建设和卓越计划2.0都对实践创新能力提出了很高的要求：研究完善电气专业的教学体系，加强实践项目的管理制度和实施策略，提升师生投入热情；加强虚拟仿真实践平台的开发与建设，在实践中有机融合信息化与智能化元素；拓展新型实践基地建设，产学研结合构建产业化实习链，实现产业化理念和实践的四年不断线、水平逐级升高。

产业化实践教学体系如图3所示，针对电气专业涉及的各类实践环节，按照实践内容的特点和层次分为五种类型，对内容的设置制定相应的要求，有机融合信息化、智能化、产业化思想，采取灵活的具体实施模式，通过丰富的教学手段和方法，配合实验室、科研室和实践基地的建设，全面培养提升学生的工程素质和实践能力。通过该实践体系的实施，能够实现实践课程之间的融合、理论实验之间的融合、师生交互的融合、信息化、智能化与产业化的融合，使学生充分接受现代工程师的基本训练，能够解决电气工程领域复杂工程问题。

图3 产业化实践教学体系

梳理实践课程体系，重构实践教学大纲，优化实践课程、训练项目的内容。结合理论课程的行业发展特色，在实验项目中配套引入相应的特色内容，理论课堂也采取多种手段充分渗透实践理念。结合工业现场实际，加强虚拟仿真平台建设，创造“数字孪生”环境；结合教师的科研项目，在创新训练、毕业设计中融入工程理念，全方位开展工程实践锻炼；规划协调各门实践课程的内容设计，让学生得到全面充分而又个性鲜明的训练，培养出较强的思维思辨能力、工程实践能力、团队协作能力和工程创新能力。

完善校外企业实践基地、专业创新实验室、校机电总厂石油工训中心、东营校区实习实践基地等“四位一体”的工程实践场地体系，搭建多角度、多方位的实践平台。

其中，积极推动校外企业实践基地建设是重点也是难点，完善胜利油田实习实践基地、拓展青岛高科技产业基地、应用古镇口科教园区新能源基地、利用学校和兖矿集团的共建平台都要付出努力。校企深化合作，探索产学研一体化培养新模式，使产业化理念真正落地：聘请企业专家入校授课，在日常的课堂教学中融入产业化思想；学生进入企业实践现场能够身临其境，与产品、生产线近距离接触，与工人、工程师面对面交流；学生亲手实践参与企业的生产过程，包括设备操作、产品制造，甚至于设计研发等多个环节。

3 实施效果分析

在新工科背景下，我校电气工程系构建了融合信息化、智能化、产业化的电气专业教学体系，同步开展了教学改革与实践，在专业建设、信息化资源建设、实践基地建设和学生培养等各方面都取得了显著的成效。

3.1 信息化资源由量变到质变

我校于2014年引进清华在线课程中心之后，已经实现了重点课程、专业核心课上网，2018年启动“全部课程上网计划”，本科生所有课程将分批次全部实行信息化。迄今为止，电气专业全部专业课程完成了在线资源建设，同时本专业的重点课程和专业核心课程，都已在智慧树、学银在线等全国网络教学平台上线运行，部分课程也已按照国家一流、省一流的标准建设完成。其中，我专业教师负责的“科技创新实践”课程于2020年获批国家级一流社会实践课程。课程内容涉及从专业基础知识到学科前沿技术，从生产生活实践到高科技智能化产品，从跨学科知识交叉到跨地域文化交叉，应有尽有，满足了学生多方面的学习需求，学生的工程理念在课程教学互动中逐渐显露。

3.2 学生工程实践能力和创新意识稳步提升

学生在课上实践环节锻炼的基础上，还积极参加课外各类大创项目、竞赛活动和科研项目，并取得了丰硕的成果。近三年电气专业学生在挑战杯、全国大学生电子设计竞赛、全国大学生“西门子杯”工业自动化挑战赛赛区赛及全国总决赛、全国大学生“恩智浦杯”智能汽车竞赛、山东省大学生机器人大赛、山东省大学生电子设计竞赛等多项赛事中，共获国家级及省级奖项100余项，获批国家级、校级大学生创新创业训练项目近百项，组建、参加社会实践队伍40余支，工程实践能力和创新意识得以充分展示和提升。

3.3 实践平台和实践基地的数量和功能不断拓展

除校内的国家级工程训练中心外，电气专业建设了5个常年稳定、条件完备的校企实习基地：中石化齐鲁石化公司实习基地、东营胜华炼厂实习基地、胜利油田胜利发电厂、华能黄岛发电厂、大唐东营风电厂实习基地。根据专业的培养目标，学生深入企业的各个运行部门，了解工业流程、生产工艺以及与本专业相关的电气控制系统、电力设备的使用情况，树立工程理念；跟随现场值班执勤，融入企业文化；参与图纸设计、产品设计以及辅助焊接、调试等实际操作，积累工程经验。近年来，拓展了特锐德实践基地、中德生态园实践基地等高新科技实践基地，我校与兖矿集团合作的古镇口科教园区新能源基地也投入运行，有效推动了实践基地和实践平台的建设。实践基地的规模和质量受到专业认证专家的一致好评。

4 结语

结合电气工程专业的教学现状，设计了融合信息化、智能化和产业化的教学改革方案，并分别详细阐述了教学改革的具体措施。通过融合信息化、智能化、产业化的电气工程教学体系的实施，取得了较好的教学效果，建设成效显著。