面向工程创新人才培养的电气工程系列课程建设探讨

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摘要：结合浙江理工大学机控学院电气工程及其自动化专业的培养要求与教学特点，对电气工程系列课程教学改革问题进行探讨。根据多年从事电力系统自动化系列课程的教学工作体会及多年的实践工作经验，结合当前社会就业与人才的需求情况，从系列课程建设的角度出发，阐述电力系统自动化系列课程的教学队伍建设、教学内容与课程体系改革、实验（实践）教学的改革与建设、教学方法与手段的改进、考试改革、教材建设等。经过几年实践，取得了良好的效果，为培养符合社会需求的工程创新人才提供了一条新思路。

关键词：创新人才；电气工程；课程改革；教学改革

作者简介：李俊峰（1978-），男，河南南阳人，浙江理工大学机械与自动控制学院，副教授；潘海鹏（1965-），男，河南濮阳人，浙江理工大学机械与自动控制学院，教授。（浙江 杭州 310018）

基金项目：本文系2009年浙江理工大学电气工程及其自动化新专业建设项目（项目编号：xzy200905）、2012年浙江理工大学电气工程系列课程建设项目（项目编号：XLKC1203）的研究成果。

中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）05-0059-03

随着社会的发展，其对学生的能力、素质要求越来越高，《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2020年）》又一次明确要求学校在人才培养上坚持“德育为先，能力为重，全面发展”。[1]目前，我国高等教育长期形成的以传承知识为中心的观念使教师注重传授知识，忽视工程能力，使学生满足于对知识的学习和记忆，注重模仿和重复以应付考试，缺乏解决实际问题的能力和创新能力。社会更看重的是学生的工程应用能力与创新能力，而对学生能力素质的培养需要相适应的培养方案、课程体系。[2-4]

浙江理工大学（以下简称“本校”）电气工程及其自动化专业2009年经教育部批准开始招生，本校的电气专业主要有两个培养方向：电机与电器和电力系统自动化。由于是新专业，这两个方向并没有严格分开，也就是说，这两个方向的课程学生都要学习。与国内清华大学、上海交通大学、西安交通大学、浙江大学及东南大学等高校的电气专业相比，本校的电气专业刚起步，办学经验不足，专业建设更处于较低水平。为了避免电气专业学生在起步阶段与其他名校学生拉开差距，本校汲取其他高校在电气专业办学上的经验和长处，结合该专业的培养目标及培养特色，开展面向工程创新人才培养的“电气工程”系列课程建设，这对电气新专业的建设将起到举足轻重的作用。

一、建立教授为首的系列课程

本校以实际工程为背景，以工程素质和工程创新能力培养为目的，构建电气工程及其自动化专业的知识体系和课程体系。电气工程系列课程主要包括电力电子与电气传动、电力系统自动化、嵌入式系统及自动控制四个系列课程。电力电子与电气传动系列课程包含的课程有“电机及电力拖动基础”、“电力电子技术”、“电机设计”、“运动控制系统”、“MATLAB与系统仿真”及“电气传动大型综合设计”；电力系统自动化系列课程包含的课程有“电力系统分析”、“继电保护技术”、“电力系统自动化”、“高电压工程”、“供变电技术”及“建筑电气与自动化”；嵌入式系统系列课程包含的课程有“单片机原理与应用”、“电源技术”、“ARM嵌入式系统技术及应用”、“现场总线技术”、“DSP技术及应用”及“单片机原理与应用”课程设计；自动控制系列课程包含的课程有“自动控制原理”、“现代控制理论”、“智能控制导论”、“计算机控制技术”、“纺织电气控制”及“控制系统组态设计”。

以本校电力系统自动化系列课程建设为例，探讨一下电力系统自动化系列课程的改革情况以及建设特色、建设成效。

二、系列课程建设改革

1.加强教学队伍的建设

为了建设电力系统自动化系列课程，保证教学质量，提高教学水平，不断深化教学体系和教学内容的改革，本校建立了一个电力系统自动化课程教学团队。该教学团队共有教师9人，其中教授2人（博士生导师1名），副教授5人，讲师2人；具有博士学位6人，在读博士1人；45周岁以上2人，其余均为35周岁以下的青年教师。成员学历与职称层次高，年龄、知识、学缘结构合理，团队意识强，合作出色，另外，还聘请了5名相关专业指导教师。

电力系统自动化系列课程建设组的职责、功能、任务是：制定课程体系；整合课程内容；修订教学大纲；相互随课堂听课；开展教改和教学法研究；规划和编写教材建设；教学与检查实验；培养青年教师。

2.教学内容与课程体系改革

（1）课程体系科学化。以电力系统分析精品课程的建设为龙头，按照整体优化、突出特色的原则，围绕本校纺织电气特色，形成一整套科学的、具有鲜明特色的专业课程体系和建立一套适应性更强的“421”全方位教学新体系，即通过理论教学、CAI技术、实践教学、参与科研等环节，促进教学质量和教师学术水平的提高，最终促进学科建设的发展。而学科建设的发展是否达到预定目标，还要和预定目标进行比较，根据比较结果改进教学方法与手段保证目标的实现。同时，根据各课程之间的内容衔接完善现有教学计划，从时间上顺序相连，从内容上环环相扣，使课程体系科学化。

（2）教学内容现代化。根据本校电气工程及其自动化专业的培养目标和特色，修订面向21世纪、科学合理、严格规范的电气工程系列课程教学大纲和教学方案，更新教学内容，使教学内容现代化；选用面向21世纪课程教材、“十一五”国家级规划教材或国家级优秀教材等，注重教材的先进性与前瞻性；讲课时引入教师科研中运用的新技术、新方法、新设备等，使学生不仅能够掌握基础理论与实际应用，而且能够关注学科前沿。

3.实验（实践）教学的改革与建设

电气工程及其自动化专业是工科专业，培养的是工程人才，必须以工程实践为基础，以实践作为立足的根本。[5]目前，本校电气工程专业开设的实验都是验证性的实验，学生只要按照实验指导书上的实验步骤按部就班地操作就可完成实验。但是，电力安全生产具有一定的特殊性和重要性，对于电气设备的操作、电气设备事故和异常情况分析处理等电力生产运行的主要内容，需要学生动手操作，要求学生有工程实践体验，不能只纸上谈兵。基于以上的认识，本校在以下几个方面进行了改革和建设：

（1）根据电气工程行业特点结合本校的实际情况，通过软、硬件开发改造实践教学平台，使实验过程接近于实际的工作环境，为课程设计、毕业设计和学生科技创新提供一个良好的实践场所。

（2）开发电力系统分析实验平台，精心设计实验教学内容并修订实验指导书，增加创新性、综合性、设计性实验的内容。综合性实验要体现专业课程间的整体性和连贯性，打破单个课程进行实践教学的界限，实现一体化实践教学体系。例如在“微机保护”实践教学中，可以综合“单片机原理”、“电力系统分析”、“电力系统调度自动化”、“电力系统仿真”等多门课程知识。此外，鼓励学生积极参与实验室的建设和设备开发，综合训练学生的自学能力、独立思考能力、实践动手能力及对所学知识的综合应用能力等，提高学生的科技创新能力。

（3）选择教师科研过程中的生产实践问题作为教学案例，使学生将实践教学与工业现场相结合，从而锻炼学生解决生产实际问题的能力，同时可以为生产企业提供技术支持。

（4）编写电气工程大型课程设计任务书，课程设计来自教师的工程设计课题，与实际应用相结合。例如35kV或110kV变电站的设计等，让学生通过大型课程设计，熟练掌握变电所设计主要内容及设计流程，把电气工程系列课程知识串在一起，形成系统化，使学生得到一次综合性应用锻炼，有利于他们对知识的掌握、巩固、以及对知识的综合应用。同时将课程实验、毕业设计、课程设计、科研实训多个环节相结合，充实教学内容和提高教学效果及本科生毕业设计质量。

（5）对学生开放实验室，开展预约实验、兴趣实验，力争实现网上实验。这个开放包括两个方面：一是实验时间开放，实验室安排一个时段完成某一个或某一类实验，由学生自己来预约实验时间和实验内容；二是实验内容开放，即实验指导书只提出实验的基本要求，由学生自己来设计实验的具体内容、步骤和实验线路。

（6）利用MATLAB电力系统仿真工具箱开发潮流计算软件、负荷计算软件、短路电流计算软件、微机保护算法等，搭建电力系统仿真平台，进行电力系统各种短路、变压器励磁涌流、变压器保护、线路保护等各种仿真研究。并将开发的各种软件移植到电力系统自动化实验装置中，检验这些软件和算法的实用性。

4.教学方法与手段的改进

（1）提问式教学与启发式教学相结合。在课堂教学中，应以教师为主导，学生为主体。学生可以自由发表意见，对有见地的学生发言要充分肯定，鼓励创新思维，鼓励个性发展。对理解有失偏颇甚至理解错误的学生，不要挫伤他们的学习积极性，要给以鼓励，给予正确引导。教师要潜心研究、精心备课，做好课堂教学策划，营造一个和谐宽松的课堂氛围，让学生怀着轻松愉快的心情参与学习，调动学生学习专业知识的兴趣和学习的主动性；教师结合课题进行案例分析，把研究性学习的方法贯穿在专业课程的教学中。

（2）互动式教学与讨论式教学相结合。在课堂教学中，教师充分调动起学生“参与”的兴趣，引导学生积极思考并提出问题和解决问题，与学生形成互动。此外，在教学结束时，教师可以给学生提出一些问题，让学生在课外准备，留作下次课进行讨论。学生为了准备这些问题，事先必须对本章节进行学习，查阅相关资料。这种方法促使学生积极地思考，提高学生的自学能力和创新意识。

（3）多媒体教学与传统教学方法相结合。多媒体教学具有信息量大、速度快、图文并茂、声形相应、生动逼真等特点，可以使教学过程更加生动、直观，使学生全方位地接受信息。例如，继电保护的动作过程、控制回路的动作过程、高压电器的工作原理等内容都可以开发和制作成FLASH动画，教师在讲课过程中反复操作，既可以吸引学生又使该内容容易被学生接受。但是，多媒体教学也有不足之处，例如会使学生来不及记笔记，或为记笔记而不注意听课。课堂上全部采用多媒体教学，效果往往也不理想。因此，可以将多媒体教学与传统的理论教学结合起来，一方面通过多媒体让学生了解更多的知识，扩大信息量；另一方面，学生也可向教师直接提问，形成互动以解决学生在学习过程中遇到的问题。

（4）充分利用网络。目前，本校已经开通了无线上网功能，学生可以非常方便地通过手机等在校园和生活区上网，这为加强教师与学生的互动提供了条件。学生有问题时可以利用网络将问题发往邮箱，教师通过回复邮件来解答学生的问题；此外本校建立了4A网络教学平台，“电力系统分析”、“供变电技术”等已经申请了网络课程，学生可以在课程网站直接下载许多学习资源。教师也可以通过“网上答疑”系统与学生在线交流，解答学生的疑问，探讨共同关心的问题，了解学生的学习和其他方面的动态，及时调整教学方法和进度。

（5）教学与科研互动。本校提倡“双师制”教学模式，将理论讲解和工程实践相结合。以教学带科研，以科研促教学，实现教学科研双赢。

（6）采用案例教学、现场教学。采用现场教学手段不仅使教学内容形象化而且可以加大教学信息量，使学生能以工程为背景，理论联系实际，加探对知识的掌握，做到学以致用。

（7）数字虚拟实验。随着电力系统的发展，现有的纯物理的动模实验室已经难以满足现代电力系统实验教学要求；而且，本校电气工程及其自动化专业是新专业，实验仪器数量不足，实验场地和教学经费有限。数字虚拟实验可以使学生在计算机上仿真电力系统的各种稳态和暂态过程，例如利用LabVIEW中的Prony分析工具对三相短路电流进行分析，得到各个模态的信息。此外，出于安全性的要求，很难将纯物理的实验做到开放性和设计性，数字虚拟实验可以实现实验的开放性和设计性，对于培养学生的实践能力、创新意识和创新能力大有裨益。

5.考试改革

学校应注重对学生平时学习状况与效果的考查，将其按适当比例计入期末总成绩，其中卷面考查占50%，综合性、设计性实验占20%，平时成绩占10%，案例分析占10%，机动奖励分（、参与项目）占10%。逐步实现教、考、评分离，使考试更加科学、规范、公平。考核方式采用多元综合考查法，同时鼓励学生参与教师的项目，发表研究论文。

6.教材建设

教材编写必须整体考虑系统性和学习的渐进性。教材与课程以及与课程体系乃至知识体系密不可分，因此在编写教材时必须要注重教材与课程、课程与课程体系、课程体系与知识体系的衔接。本校相关课程组针对电气工程及其自动化专业培养目标和特色，结合电气工程系列课程建设情况，编写了《电力系统综合实验原理与指导》实验教材一部。内容涵盖“电力系统分析”、“电力系统自动化”、“电力系统继电保护”、“电力系统分析”“供变电技术”、“建筑电气与自动化”等课程的主要实验项目、实验原理和实验方法，增加设计性、综合性及创新性实验内容，并计划出版一本符合本校电气工程及其自动化专业特点与定位的《电力系统综合自动化》教材。

7.教学文件的制订与完善

这一环节由相关部门辅助完成，主要包括：修订教学计划、教学大纲，突出实践性环节；制定实践教学的各项规章制度，对教学过程实施动态监控，建立实践教学的质量评价指标体系，定期由教师和学生填写，对检查的结果进行分析和综合并形成反馈，再根据反馈的信息调整教学计划，以此形成良性循环；将教学大纲、教学计划、教学日历等相关教学文件装订成册，规范管理。

三、结束语

本系列课程的建设通过“优化理论课程、强化实践环节”，形成一系列颇具特色的教学理念、内容、方法和手段。主要课程教学特色如下：进行了理论课程的优化重组，形成了课内研究型授课方法、课外自选研究专题、数字化实验平台、研究型实验等系列研究性教学方法。总结和补充国内外科研重大成果和学科前沿；加强实践教学环节的作用，通过建设可由以前单一的基础性实验模式发展为基础实验、设计型实验及综合开发型实验，并对综合设计型、创新型实验实行开放式教学；综合运用多媒体课件、Flas、数字化实验新技术等多种现代化教学手段。突出网络教学特色，可实现网上课件演示、习题提交解答、制定网上学习活动等，对加强教学效果，激发学生的学习热情，将起到积极的促进作用；建立实验教学网站、构建网络实验教学平台，推进学生自主学习、合作学习、研究性学习的实验教学新模式；将教师的最新的科研成果转化为教学资源，开发先进的电力系统动模数字化实验平台，同时教学研究也可以带动科学研究，促进数字化实验平台的研究。

参考文献：

[1]张立新，纪文刚，戴波，等.面向能力素质培养的自动化专业系列课程建设[J].实验室研究与探索，2011，30（10）：351-353.

[2]赵舵，冯晓云.电气工程及其自动化专业人才培养及课程改革的研究[J].电气电子教学学报，2008，（S1）：88-89.

[3]李娟，王秀云，蔡国伟.电力系统及其自动化专业课程体系改革探讨[J].中国电力教育，2008，116（7）：107-109.

[4]林红举，王庆祝，宋冬冬.电气工程及其自动化专业课程体系改革与实践[J].中国电力教育，2009，129（2）：87-88.

[5]黄满花，黄肇，王晓芳，等.电气工程及其自动化专业实践教学体系的改革与实践[J].中国电力教育，2011，201（12）：142-143.