新工科背景下应用型高校电气类课程实践教学质量提升路径研究

摘 "要 "应用型本科院校的实践能力培养教学体系及模式建设相对薄弱，传统的教学方法和手段在目前的应用型本科高校中仍然占据主导地位。构建实践课程体系，需要坚持贯彻“强基础、拓思维、育专长、促能力”的实践教学理念。以实践教学思路改革、实践教学内容改革、实验及实践环节改革为重点，着力提升学校实践教学质量和学生实践能力水平。

关键词 "新工科；应用型高校；实践教学；电气类课程；教学质量

中图分类号：G642.0 " 文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2022）14-0158-03

Research on Improvement Path of Practical Teaching Qua-

lity of Electrical Courses in Applied Universities Under Background of New Engineering//ZHANG Xulong， QIAO Shuyun， CAO Yanjing， WANG Feng， FANG En

Abstract "The teaching system and mode construction of practical ability training of application-oriented universities are relatively weak， traditional teaching methods and means still occupy a dominant position in application-oriented uni-versities. In order to construct practice curriculum system， we

adhere to the practical teaching concept of “strengthening the

foundation， expanding thinking， cultivating expertise and promoting ability”. We focus on the reform of practical teach-

ing ideas， practical teaching content， experiment and practice links， and strive to improve the quality of practical teaching in

schools and students’ practical ability.

Key words "new engineering; application-oriented universi-ties; practical teaching; electrical courses; teaching quality

0 "引言

随着“十四五”规划和二〇三五年远景目标的制定、“中国制造2025”等重大战略的实施，新理论、新方法、新技术、新工具和新产业不断涌现，使知识传授型教学模式开始向教师引导学生自主学习型模式过渡。电气类人才不仅需要具备融合实践动手能力、开拓创新能力以及国际竞争力的复合型能力素质，还需要具有多学科交叉融合的思维能力与特征。目前，新工科人才培养越来越强调对学生实践能力的培养，然而传统的电气类课程实验室很难满足学生需求，存在实验教学资源分配不足、实验方式过于刻板、实验器材维护费时费力、实验内容固定难以拓展、电压电流功率等级较高的实验安全性无法充分保障、实验平台无法二次开发等问题，学生学习积极性、主动性、创造性不高，总体教学效果不佳[1-2]。为培养具有创新意识和实践能力的人才，强调探究和发现的教学思想逐渐成为教学思想发展的主流。国外知名高校和国内研究型高校的创新实践教育开展较早，无论在学术思想、教育理念还是在教学模式体制和案例方面都比较成熟，其实践创新型人才培养模式更趋合理化，逐渐形成以开发独立思考能力为手段、以发展实践创新能力为核心、以提高综合素质为目标的人才培养模式[3-4]。

应用型本科院校的学生实践能力培养的教学体系及模式建设相对薄弱，与学校应用型人才培养目标定位要求还存在较大差距，传统教学方法和手段仍占据主导地位。对于理论课程体系，以适应新工科建设需求为主导，坚持以高素质应用能力培养为总目标；对于实践课程体系，坚持贯彻“强基础、拓思维、育专长、促能力”的实验教学理念[5-7]。总体而言，无论是电机与拖动课程、电力电子技术课程等专业核心课程，电力系统基础、系统建模与仿真等专业必修课程，还是运动控制系统、电力系统继电保护、新能源发电与控制技术等专业方向课程，都不同程度地存在实践教学环节与工程应用实践脱节、创新实践环节训练不够、复杂工程问题体现度不足、学生创新实践能力未能与行业企业需求同步等问题，电气类相关的新知识、新技术、新平台在实践教学中更新较慢，实践教学质量亟待提升。

1 "应用型高校电气类课程实践教学思路

改革

本着以学生为中心的指导思想，从教学手段、教学观念、信息化融合等方面着手，摒弃灌输的方式，教学过程以学生为主体、教师为主导。教师将知识加以归纳筛选，重点讲主要内容，让学生积极主动地掌握基本知识和基本理论，获得自学能力，用实践手段强化和加深理解书本知识。鼓励并带领学生参加学科竞赛，为学生打造良好的实践能力平台。由于学生没有工程实践经验，消化吸收有一定难度，因此在实践教学授课过程中要求教师采取启发式教学方法，加入实际工程案例，对所讲解的案例进行详细剖析、综合分析，引导学生提出自己的见解，锻炼他们的独立思考和分析能力，从中学会自主解决工程问题的基本步骤和方法。

学院针对现有电气类专业实验和课程偏重基础性、验证性知识的讲授，较少开展具有开拓创新与知识探索特征的多学科交叉融合综合性课程，通过将各个学科有限的教学资源进行优化整合，探索具有跨学科、层次性的综合性实践教学平台和系统性的实践教学体系。最大限度共享和调度学科之间的软硬件资源，引导学生综合应用学科交叉基础知识和实验技能，并将科研实践的开展和管理方式移植到综合性实践教学和项目化课程设计上。通过不断推动多学科交叉融合的深入发展，达到激发学生的创新意识和合作精神，应用新知识、新技术解决未来能源和电力技术产业发展中出现的新问题，促进创新型、宽口径、复合型电气类人才培养的目的。传统的教学模式偏重理论知识的传授，过分强调知识的系统性和完整性，忽略了实践教学，造成理论和实践脱离，学生学习积极性、主动性不高等一系列弊端，即使是实训课也往往是以教师为主，学生处于被动地位。

在对电气类课程实践教学需求日益明确之际，半实物实时仿真实验教学成为教育界关注的重点。半实物实时仿真教学实验既不同于纯实物实验平台，也不同于纯虚拟实验平台，是一种基于软件技术构建的半实物仿真实验教学系统，属于虚拟实验与实物验证相结合的实验教学平台，为开设各种专业实验课程提供了全新的实践教学环境。

半实物仿真系统实验可以实现几乎零花费的条件下完成各种逼近实物效果的实验操作，既能节省实验成本，又能避免相关专业学生进行实验带来的风险。搭建半实物实时仿真实验平台，引入和推进半实物仿真技术融入实践教学项目，促进和拓展实验教学内容广度和深度，充分延伸实验教学时间和空间，提升实践教学质量和水平。

2 "应用型高校电气类课程实践教学内容

改革

由于总课时数有限，必须认真规划改进教学内容、改进教学大纲和课程体系。教学内容的难易程度应适中，力求锻炼学生的学习能力。授课内容应以相关新技术为主，通过微课、线上课程等形式多层次开展实践教学活动，激发学生的学习兴趣和热情，增强学习效果。对照新工科背景下电气类专业人才培养目标，修订电气类课程实践环节教学大纲，增加半实物实时仿真系统在实践环节的应用。基于半实物实时仿真平台，联合企业共同开发适用本科实践教学的实验内容，实现实践教学环节与工程应用的深度融合。制定实践教学实施案例，在教学环节跟进评价教学效果，在实施过程中持续改进和优化。

通过提升现有的实践教学条件，探索适合应用型本科电气类人才培养的半实物实时仿真实验教学方案，解决专业实践教学和实践平台缺乏的不足。构建实践驱动式的教育体系，完成对电气类课程诸如电机与拖动、电力电子技术、电力系统基础、系统建模与仿真、运动控制系统、电力系统继电保护、新能源发电与控制技术等专业课程实践环节的内容重构，为课程体系建设和培养方案修订提供素材和指导建议。将教师团队科研成果及业界新技术引入半实物实时仿真平台，引导学生利用所学知识解决和分析复杂工程问题，学会融会贯通、举一反三，锻炼学生的独立思考能力和实践创新思维。

半实物实时仿真平台不仅针对实验教学提升和拓展，也可应用于毕业设计实验验证，达到提高毕业生毕业设计质量的目的。同时支持设计型、研究型创新实验的开展，能够提供产、学、研一体化的实验平台，为大学生创新创业训练计划项目、挑战杯、“互联网+”、智能车、机器人、西门子杯等学科竞赛提供平台支撑，适应创新型实践人才培养需要，培养适应行业发展的具有实践动手能力和创新精神的应用型工程技术人才。

3 "应用型高校电气类课程实验及实践环节

改革

增加多种方式、提供更多机会让学生动手做实验，如在实验课前准备环节培养学生独立接线能力，熟练掌握实验内容，提高实验质量。同时利用MAT-

LAB、Multisim等仿真软件增加实验内容。在半实物实时仿真实验平台上能够完成实物平台不能完成的实验，基于功率级半实物仿真平台的实践教学可进行二次开发，围绕学生的特定需求对半实物仿真平台进行设计与重建，以满足学生个性化需求。在实验中引入半实物仿真平台，可方便将复杂理论生动展现给学生，学生可在平台上对实物进行操作，在线参数调节与整定环节可以增强学生对专业知识的理解、学习兴趣和动手实践能力，为以后所涉及的复杂工程问题中不同设备的选型及不同电气工程现场设计提供理论和实践能力基础。

进一步加强实践环节的实效性。应用型人才要面对的现场技术和流程工艺更加复杂，对动手实践能力的要求更高，采用半实物实时仿真实验和实物实验相结合的方法，让学生自主设计、大胆尝试，强化对学生的个性化辅导，帮助学生线上自主学习、主动思考，提高学生的学习参与度和学习质量。

以徐州工程学院电气类专业核心课程电机与拖动课程为例，该课程的理论性和实践性都非常强，再加上电机本体电、磁、力、热、控制和性能特征等方面的综合理解难度，使得目前的电机教学更注重讲授知识的基础性和系统性。一方面重点讲授电机的基本原理、运行特性和控制方法，电机控制的实验课时较少，针对工程实践能力领域的知识讲授和训练更是一带而过；另一方面，当涉及实际工程应用时，均以系统框图为背景，总体局限于理论分析和文字描述，如异步/同步/直流电机的调速、同步发电机与电网的并联运行、直流电机的四象限运行状态、电机故障运行状态特性模拟等，理论讲解与工程实际的应用偏差较大，学生普遍感觉比较抽象。

课程配套或独立设置实验课中的“同步/异步/

直流电机控制”以基础性、验证性实验为主，设计性、综合性、创新性实验不足，并且由于现有的实验设备高度集成，学生在做实验时往往看不到内部结构，只要对外部端子进行简单接线，然后手工记录数据即可，整个实验过程无法将理论与实际的元器件联系起来。考虑实验设备的限制，在系统仿真环节多利用MATLAB的Simulink工具箱，大多是以控制系统的传递函数或者仿真系统固定电机模型为基础进行计算机数字仿真，与工程实际存在较大差距。

徐州工程学院将半实物实时仿真平台应用于电机与拖动和电力电子技术专业核心课程的实践环节，后续可扩展至系统建模与仿真、运动控制系统、电力系统继电保护、新能源发电与控制技术等专业必修课程和专业方向课程，并且由于半实物仿真平台具有利用率高、安全性好、易维护等诸多优点，在实践过程中可被灵活地应用于其他类型的电气工程及自动化系统仿真和控制场合，将复杂的模型划分成多个可并行执行的子系统并分配到多个中央处理器或可编程门阵列上，从而构成一个可伸缩的分布式实时仿真系统。该系统可与MATLAB实现无缝连接，有效解决费时费力的代码开发与调试等问题，促进和拓展实验教学内容广度和深度，充分延伸实验教学时间和空间，大幅提升徐州工程学院实验教学、实践教学和实训课程的效率、质量和水平。

4 "结束语

坚持以学生为中心的实践教学理念，以学生为主体，引导学生参与实践教学活动，以高质量实验教学助推本科实践教学质量提升，以半实物实时仿真技术实现对电气工程及自动化专业高水平应用型教学的引领支撑。同时将教师的科研成果引入半实物实时仿真平台，引导学生用所学知识解决和分析复杂工程问题，学会融会贯通、举一反三。始终坚持贯彻“强基础、拓思维、育专长、促能力”的实践教学理念，保证持续改进的实践教学效果。在实践教学质量提升总体路径上以实践教学思路改革、实践教学内容改革、实验及实践环节改革为重点，着力提升学校实践教学质量和学生实践能力水平，锻炼学生的独立思考能力、实践操作能力和创新思维理念。

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