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通过对毕业生的信息反馈及用人单位的访谈情况来看,当前高职高专电气自动化技术专业毕业的学生普遍存在很多不足,如专业基础知识掌握不够扎实、实践操作技能不强、对本专业新技术和新技能掌握不够、职业能力欠缺、毕业的学生需较长时间上岗培训才能适应工作岗位等,出现这类问题的根源在于现有的电气自动化技术专业核心课程教学与社会需求相脱节,“电力电子设备的安装与维护”作为该专业的一门核心课程,原课程教学存在的主要问题有以下三点。
1.课程内容选取不当
该课程教学内容选取时没有及时跟踪前沿技术和实际应用情况,如课程的单相和三相整流逆变电路内容主要选用半控器件晶闸管,而当前功率MOSFET和IGBT已经取代了晶闸管成为新一代电力电子技术的核心器件并得到广泛应用。另外,教学内容大都为理论性很强的电力电子技术原理,而涉及的电力电子设备实际应用较少,与电力电子技术行业职业技能人才培养要求相背离,不能满足用人单位的需要。
2.课程实践不贴近职业需要
在课程实践教学方面,实验室设备大部分都是封装,主要为验证性实验和简单的整流电路安装测试。学生虽然能得到一些技能训练,但缺乏对电力电子设备的检修、调试、故障分析能力的学习和培养,因此,课程实践的职业针对性不强,没有与企业实际工作相结合,无法满足学生职业能力培养的需要。
3.课程教学和考核没有重视职业技能
在课程实施方面,主要采用讲授法、多媒体教学法和演示法,这些常规的教学方法相对单一,主要是以教师的“教”为主,让学生自主去实施一个任务,学生的学习兴趣不高,很难掌握教师所教的知识和技能。在课程考核方面,主要是以平时实验和期末考试成绩总评,仅限于教材、笔记或作业,没有突出以能力为主线,不重视技能水平,不能反映出学生的知识、能力、素质的综合水平,不利于学生职业技能和素质的培养。
二、基于工作过程的“电力电子设备的安装与维护”课程设计
针对上面提到的原有的课程教学问题,必须对电气自动化技术专业核心课程进行教学改革,打破传统的学科型课程体系。通过社会调查和专家认证确定专业人才培养目标,对“电力电子设备的安装与维护”课程进行设计,构建“基于工作过程行动导向的教学模式,以职业能力培养为重点,以工作任务为中心,以校企合作为途径,以维修电工职业标准为依据,融‘教、学、做’为一体”的课程体系。[1,3]基于工作过程的课程设计思路如图1所示。
1.课程定位及目标
首先成立课程改革小组,收集往届毕业生的就业去向,对周边地区企业进行电气自动化技术专业人才工作岗位的调研,邀请行业、企业专家到学校访谈,确定电气自动化技术专业适合的岗位群。通过分析每个岗位的职业能力和所对应的工作任务,由职业能力的复杂程度和性质归纳出典型工作任务,依据典型工作任务来确定行动领域,再根据学生认知及职业成长规律将其转换为核心学习领域,从而构建出一个基于工作过程系统化的课程体系,使校内学习与实际工作相一致,重点培养学生的职业能力。课程组对照课程培养目标,设计一个相互独立、相互递进和相互包容的学习情境,组织学生完成每个学习情境相对应的工作过程,最后对课程教学进行总结评价。电气自动化技术专业核心学习领域如图2所示。“电力电子设备的安装与维护”是电气自动化技术专业的一门实践性很强的核心课程,它的前续专业课程有“电工及电气测量技术应用”、“电子技术应用与实践”、“工业信号检测与控制”等,也是进一步学习“PLC控制系统的设计与维护”、“工业控制系统运行与维护”和“毕业顶岗实习”等课程的基础,在专业的课程教学中起到承前启后的作用。针对电气自动化技术专业岗位涉及的典型工作任务进行分析,制定出切合企业需求的课程培养目标,目的是使学生具备电力电子器件的选用,电力电子设备的安装、调试和维护等能力,同时培养学生自主学习和创新意识,树立爱岗敬业、团结协作、吃苦耐劳的职业精神。
2.学习情境设计
依据行业、企业对电气自动化技术专业人才的能力要求和本课程的培养目标,结合课程自身特点及现有的教学资源,课程组教师与行业企业实践专家共同设计以电力电子设备为载体,以专业能力为主线,具有实用性、可操作性的学习情境。[4]电力电子设备主要学习的内容包括器件、主电路和控制电路,根据学生的职业成长规律,对电力电子元器件的识别、电路图的分析到设备的安装与维护等典型工作任务进行重构,设计五个“教、学、做”为一体的学习情境,每个学习情境包含若干个工作任务,以任务导向来引导学生从简单到复杂,从单一到综合来完成学习与工作过程。学习情境设计如图3所示。
3.课程组织实施
基于工作过程的课程教学主要关注学生在行动过程中的学习体验和创造性表现,着重培养学生将知识转化为应用的能力和解决问题的能力,强调对学习过程的思考、反馈和分析。校内专任教师和企业兼职教师主要围绕设计的五个学习情境开展教学活动。在教学过程中,根据学生的总体情况、学习情境内容及教师的教学特点,在校内外实训基地进行组织实施。先由教师对学习情境的工作任务进行分解并作必要的示范性指导,然后让学生分组围绕各自的工作任务进行讨论、协作、实践和总结,最后以共同完成学习情境的情况来评价学生是否达到教学目的。教学方法是从示范教学到项目教学,教学特点是从封闭型到开放型,再到开放创新型,使学生的主体性逐步增强,教师的指导逐步减少。最后完成学生从教师指导下学习变为引导下学习直到自主创新完成项目的过程,逐步提高学生的自学和实践动手能力。在任务实施过程中以学生为主体,教师为主导,围绕如何完成工作任务而展开,将知识点嵌入工作任务中,突出知识的应用性,引导学生自主学习与思考。[5]每个学习情境基本按照“任务布置—任务分析—知识学习—任务实施—任务检查—总结评价”六步教学步骤完成。教师从知识传授者的角色转为工作过程的组织者、咨询者、指导者和评估者,教学过程中引导学生,培养学生操作技能和独立思考的能力,逐步提升其职业技术水平。学习情境的实施过程如图4所示。
三、课程教学实施保障条件
为了更好地培养学生的职业能力和素质,课程教学必须具备一些必要的保障条件,主要由教学团队、实训基地、学习资源和监控体系等构成,使课程教学得以顺利实施。首先,教学团队必须由具备较强的实践操作能力、教学设计能力及教学实施能力的双师型专任教师和经验丰富的技术型兼职教师组成;其次,要有“教、学、做”为一体的校内实训基地以及与课程教学内容相关的校外实践基地;同时,为了保证学生获得更多的学习资源,课程组要与企业合作共同开发基于工作过程的课程教学资料和构建电力电子技术学习网站;最后,为了保证课程实施效果,必须建立一个质量监控体系。
四、课程设计的特点
1.重构知识体系,选择符合职业要求的学习内容,满足就业需要
先将电力电子设备学习知识细分为电力电子器件、主电路和控制电路,并对这些学习知识进行组织和重构,以不同电力电子设备为载体,把知识融入到真实的工作任务中,设计符合学生职业能力发展的学习情境。由真实的工作任务引导学生学习知识和技能,将课程“核心知识和能力”渗透到整个教学过程中,以便尽可能地满足就业需要。
2.校企合作,使课程实践贴近职业需要,提升学生的职业技能
基于工作过程的课程教学必须密切校企之间的合作,由企业提供一些学习情境的平台,让学生参与实际生产的课程实践,通过“教”与“做”的过程,学会电力电子设备的安装与维护,同时,课程实践也是体验和积累工作经验的过程,有利于提升学生的职业技能。
3.教学方法多样化,资源丰富,增强教学效果
作者简介:刘晋(1974-),男,河北涿州人,华北电力大学电气与电子工程学院,讲师;牛印锁(1973-),男,河北定州人,华北电力大学电气与电子工程学院,高级工程师。(北京100026)
基金项目:本文系华北电力大学2010年教改项目的研究成果。
中图分类号:G642.3 文献标识码:A 文章编号:1007-0079(2012)06-0064-02
随着电力电子器件制造技术和微机技术的发展,电力电子技术在电气工程的各个领域得到了广泛的应用,电力电子技术在各个领域的应用带来了相应领域的技术革命。
在电力系统领域,电力电子技术除了广泛地应用于发电、输电、配电和用电等环节,在太阳能光伏发电、风力发电等可再生能源发电领域、电动汽车应用和节能等领域也得到广泛的应用。电力电子技术的广泛应用对电力电子技术教学和研究都提出了新的要求和内容。
“电力电子技术”已经成为电气工程专业重要的专业基础课。由于专业背景和就业方向的不同,国内不同高校以及国外大学在“电力电子技术”的课程设置、教学内容、教学重点、教学手段、实验内容以及后续专业课程设置等方面存在许多异同点。
本文对国内外几所大学“电力电子技术”本科教学方面的情况进行了初步的对比,对其教学安排、教学内容与手段和实验情况进行了对比总结,希望这些对比和总结能够帮助从事电力电子方面教学的教师开拓教学思路、丰富教学手段、提高教学效果,为该课程的教学提供有益的参考和借鉴。
国内大部分理工科院校都开设了“电力电子技术”课程,本文选取了国内的清华大学、西安交通大学、浙江大学、南京航空航天大学和华北电力大学进行了比较分析;国外大学选取了美国麻省理工学院和英国曼彻斯特大学进行了比较分析。
一、课程设置比较
清华大学电机工程与应用电子系、信息科学技术学院自动化系开设了“电力电子技术”课程,机械工程学院汽车工程系开设了“汽车电力电子学”。后续相关课程有“直流输电技术”、“电力传动与控制”、“电力拖动与运动控制”。
西安交通大学电气工程学院、电子与信息工程学院自动化科学与技术系开设了“电力电子技术”课程,共56学时,包括8学时的4个实验项目。
浙江大学电子信息工程、电气工程及其自动化和自动化等专业开设了“电力电子技术”课程,共56学时,包括16学时的实验项目,实验学时数相对较多。
南京航空航天大学电气工程及其自动化和自动化等专业开设了“电力电子技术”课程,共72学时,包括16学时的实验项目,总学时数和实验学时数相对较多。
华北电力大学电气与电子工程学院电气工程及其自动化专业、信息工程专业,控制与计算机工程学院自动化专业开设了“电力电子技术”课程,共48学时,包括8学时的4个实验项目。后续相关课程有“电力电子技术应用”(专业选修)、“HVDC与FACTS技术”、“电力电子课程设计”和“电力电子综合实验”。
国内几所高校课程开设情况见表1。
美国麻省理工学院EECS(电气工程与计算机科学)系开设了“电力电子技术”(Power Electronics)课程。
英国曼彻斯特大学EE&E(电气与电子工程)学院为电气与电子工程专业、机械电子工程专业2年级开设了“电机、拖动与电力电子”(Machines,Drivers & Power electronics)课程,上述两个专业在3年级开设了“调速”(Variable Speed Driver)和“电力电子”(Power Electronics)课程。
英国诺丁汉大学EE&E(电气与电子工程)系为电气与电子工程专业2年级开设Power Supply Electronics;为电气工程与可再生能源系统专业2年级开设Power Supply Electronics,3年级开设Power Electronic Design,Renewable Generation Technologies and Control,FACTS and Distributed Generation,Energy Conversion for Motor and Generator Drives,以及选修课程Advanced AC Drives,Technologies for Wind Generation,Advanced AC Drives with Project,Advanced Electrical Machines等相关课程。
从课程设置上看,国内大多数高校电气工程专业基本都将“电力电子技术”作为专业基础课程。但不同专业特色的学校在其后续课程设置上差别较大,该专业学生未来就业的方向和领域对后续课程的设置影响很大,这也是各个学校在电力电子技术教学上最具专业特色的地方。
二、教学内容比较
国内高校在“电力电子技术”课程教学内容上相差不多,主要内容有:电力电子器件、整流电路、逆变电路、直流斩波电路、交流―交流电力变换、电路脉宽调制(PWM)技术、软开关技术和电力电子应用介绍等内容。南京航空航天大学还增加了功率变换器中的磁性元件设计方面的教学内容。
麻省理工学院EECS系“电力电子技术”课程内容主要有:整流器,功率因数畸变检测与校正,磁场,DC/DC变换器,隔离DC/DC变换器,DC/AC变换器,EMI滤波器,损耗与吸收电路,软开关,热设计,控制,三相系统介绍,多相整流器,开关电源,谐振变换器,实际的电力电子系统设计中的相关问题和课程设计等内容。
英国曼彻斯特大学EE&E学院的“电机、拖动与电力电子”(Machines,Drivers & Power electronic)课程内容主要有:交流感应电机、交流同步电机、变压器、相控整流电路及其应用。“调速”(Variable Speed Driver)的主要内容有:感应电机特性,变频调速原理等。
通过对比可以看出,国内外大学在“电力电子技术”课程内容上差别比较大,侧重点也各不相同。国内使用的“电力电子技术”本科教材大都是在介绍电力电子开关器件的基础上,对各种交、直流电能变换电路的结构和工作原理进行定性和定量的分析,并涉及一些相关的应用技术。国外教材则更注重最基本原理介绍和电力电子实际应用电路系统的设计和计算分析。
三、教学方法与手段比较
在教学手段上,国内外大学大体相近,大都采用多媒体、动画技术与黑板相结合的教学手段。另外,国外大学采用手写、打印胶片投影授课也较为普遍,在课前把授课讲义发放给学生。
国内高校教学主要以课堂讲授为主,由于学生人数比国外学生多,课堂的互动性以及课堂讨论比国外高校要少,且效果不好。另外,国内学生课外查阅文献资料和阅读材料的环节常常被忽略,这点与国外高校差别较大。
在辅助教学方面,国内外大学形式上差别不大,主要通过习题课、答疑、平时测验和复习课等方式帮助学生进行课下的自学和考试前的复习。
四、实验环节比较
在基础实验内容上,国内高校基本上以电力电子器件特性、相控整流电路实验、直流斩波电路实验、交流电力控制电路实验、负载换相式逆变电路实验、交―直―交变频电路实验、SPWM逆变实验等作为基础实验。由于各个学校的实验条件和专业特色不同,开放性和设计性实验的内容和开展情况差别较大。
曼彻斯特大学EE&E学院电力电子课程实验内容较少,实验室条件(如实验室面积,实验台套数等)不如国内许多高校,但其学生对撰写的实验报告非常认真,国外学生正是通过认真撰写实验报告加深了对于实验原理和内容的理解。
在后续课程实验中,各学校侧重点各不相同。如华北电力大学在后续课程中开设开发了闭环直流电机脉宽调速实验、静止无功补偿(SVC)实验、高压直流输电(HVDC)实验等针对电力电子技术在电力系统应用的专业实验内容,具有鲜明的电力系统专业特色。
国内多数高校都存在学生人数多而实验室设备套数少,实验重复次数多和实验室教师工作量大的情况,这种情况在短期内很难解决。电力电子网络实验平台和虚拟实验室的研究和建设可以为该问题的解决提供一定的思路。
五、启发与体会
通过对国内外几所大学在电力电子技术本科教学方面的对比,有很多值得我们学习和借鉴的思路和方法,在“电力电子技术”教学改革中,笔者认为应注意以下几点:
(1)建立系统教学的观念。在课程体系的设置、教材编写、课程内容组织和实验项目安排的过程中,从电力电子系统的角度出发,结合本学校开课专业未来的应用领域,将相关的知识与未来实际应用有机融合起来,使学生深入了解电力电子技术在未来工作中的应用,从而提高学生的学习兴趣,使学生学习做到有的放矢。
(2)注重电力电子基础实验和设计性实验相结合,培养学生的电路系统设计思想和能力,根据本校专业发展和应用的实际需要开发相应的专业应用实验项目。
(3)注重课堂教学、仿真验证、实验验证和电路设计有机的结合。丰富教学手段,通过仿真与实验的对比分析,使理论和实践相结合,提高教学效果。
(4)建立电力电子教学资源平台,为国内各个高校相关专业的教师和学生提供一个互相学习、交流和资源共享的网络平台,从而不断提高“电力电子技术”及其相关课程的教学水平,为广大的师生营造良好的学习和学术研讨氛围。
六、总结
本文对国内外几所大学“电力电子技术”本科课程设置、教学内容、教学方法与手段、实验环节等进行了比较和分析,对“电力电子技术”教学提出了一些建议,希望为该课程的教学和教学改革提供一定启发和有益的参考。
参考文献:
1 引言
《电力电子技术》课程是高等工科院校自动化类专业的一门重要的专业基础课,又是本专业核心课程,其主要任务是使学生全面了解和掌握各种变流装置的组成及其电磁过程、工作原理、控制方式、设计计算和技术指标等内容,为学生学习后续课程及今后从事自动控制方面的工作打下基础。
应用型本科作为高等教育的一个层次,必然有其自身的培养目标和教学特点。人才培养的目标定位不同,教学思路、教学方法以及对专业的知识的要求就会有差异。专业教学的目的就是要求学生通过在校学习相关的专业知识和应用技术,成为应用型专业人才。为了实现这一培养目标,积极开展教学改革,探索一种既符合《电力电子技术》课程特点,又适合应用型人才培养要求的教学规律和教学方法,对提高教学质量、全面推进综合素质教学,培养合格的应用型人才都有积极意义。
2 课程特点
电力电子技术是电力、电子及控制技术领域间的交叉学科。课程有以下几个特点:一是教材内容丰富,具体表现为概念多、公式多、波形多。随着新型电力电子器件的出现及控制技术的发展,课程内容将不断更新,教学内容将进一步扩展;二是课程综合性强。它是《高等数学》、《电路原理》、《模拟电子技术》、《数字电子技术》、《电机拖动基础》、《计算机控制技术》等课程知识的综合应用,要求学生较好掌握前授课程的知识,在学习本课程基础上,既能作定量的应用计算,又会作定性的波形分析;三是课程实践性强。学生在掌握原理、熟悉计算的基础上,还应具有较强实际动手能力,能完成电力电子装置组装、集成、调试、运行、检测及诊断等实际操作。
近年来,结合课程特点,有步骤地对课程的教学方法作了改革,着重对课堂理论教学、课程设计与实验教学等环节进行了综合分析与研究,努力探索一种较为科学的教学方法,现作简要介绍。
3 课程教学改革与探讨
3.1 理论教学坚持贯彻“知行合一”原则
根据应用型人才培养目标,课堂理论教学采用精讲多练,深入浅出的教学方法。为了使学生刚接触本课程时,就有一个较深的认识,授课时通过图1简述课程所涉及的知识结构,即整流、逆变、斩波、调压、变频等变换方式,结合实例分析电力电子技术在各领域中的应用,让学生对课程涉及知识有了基本认识,同时激发他们学习的兴趣。
图1. 电力电子技术框图
在课程的理论教学改革中,着重抓两个重点:
(1)将知识课堂转变为能力课堂。理论教学的质量主要取决于课堂讲授的效果,而精选教学内容又是提高讲授效果的前提。因此,通过教学实践的总结,确定将“整流”、“逆变”和“器件与触发电路”列为重点内容,其他则有所涉及。在“整流”、“逆变”部分内容学懂理解后,学生再学习其他变换电路也就比较容易了。
为了便于学生系统掌握课程内容,将教材内容分为五个知识板块,即元件与保护、整流电路、逆变电路、触发电路和其他变换电路等,而且对五个知识板块的内容提出不同的要求,便利学生消化课程内容,有系统有重点进行学习,整个教学过程中始终突出知识的应用和能力的培养,坚持贯彻“知行合一”原则。
(2)确定科学的讲授体系,综合应用各种教学方法,全面提升教学效果。根据应用型本科规划教材特点及近年来教学实践体会,将课程确定为:电力电子元器件整流电路触发电路逆变电路其他变频电路,这样一个讲授体系,能将各章内容合理衔接,又使重点难点内容相对分散。授课中,结合概念,对重点内容集中时间进行深入透彻分析,使学生形成深刻印象;结合实例,对难点内容进行分析对比,帮助学生加深理解,实际效果比较理想。
3.2 结合工程实际组织课程设计
应用型本科培养的是应用型人才,为了巩固课程理论知识,同时注重培养学生应用能力,不仅在课堂授课时要结合工程实际内容,而且还要有目的地组织学生进行课程设计,进行工程应用实践。
如何选择设计课题和内容是搞好课程设计的关键,所以在提出设计方案前,指导教师应先行一步,在大量收集文献资料的基础上,做方案比较,进行完整的计算及实验调试,再确定设计内容,设计步骤及实验调试要求,编制完整的设计任务书,然后再去指导学生进行课程设计。
课程设计的目的很明确,有三点:一是结合教材有关“整流电路”、“元件选择与保护”、“触发电路”内容讲授,要求学生利用所学知识,立竿见影地用于工程实际设计中去,让学生对设计产生较大兴趣;二是把设计与工程实际紧密联系起来,要求学生根据设计任务要求,独立完成电路设计、线路形式选择及主要参数计算,保护电路设计及元件参数选择,确定移相范围及触发电路等,以提高学生理论联系实际的能力;三是通过设计加强应用能力训练,要求学生应用所学的计算机CAD绘图技术完成电路图的绘制,应用综合实验教学平台进行实验调试等,有目的地加强学生的实际操作能力的培养。
这样的要求既有一定的难度,也有相当广度,但确实可行。学生通过这个环节的实践,增强了独立思考能力,开阔了视野。不少学生运用所学知识完成单元电路设计;也有学生利用所学知识对触发电路进行了改进设计;还有学生对保护电路提出了不同见解。总之,学生间相互探讨,相互启发,活跃了学习气氛,提高了应用能力,为从事专业工作打下了基础。
3.3 依托实验教学平台加强实验教学注重能力培养
应用型工科培养的人才除了具有一定的理论知识,还应具备专业技术的应用能力。这种能力的形式,不能简单依靠知识注入来获得,必须经过长期的培养、系统的训练,不断的积累,而逐步形成的。在这种能力形成过程中,实验教学具有独特作用。在实验教学环节中具体完成以下几项工作:
(1)科学系统地编制实验指导书,精心选择实验项目,使每个实验都能起到“工程训练”的目的。
(2)强调人人动手、独立完成实验。对实验确实存在困难的学生,指导教师要耐心启发学生,帮助分析实验要领,但决不包办代替。
(3)注重参数的定量分析和波形定性分析。变流装置在运行中有大量的参数和波形,需要检测和分析。例如:检测元件的端电压,就能判别元件的工作状态;检测输出电压,就能推断装置的运行状况。又例如,在三相全控桥式电路中,测试输出波形时,发现波幅不一致,缺波头等现象时,也能分析出装置出现的问题等。因此,要求学生重视参数定量分析和波形定性分析,就是要让学生通过实际操作,来提高分析问题、解决问题的能力。
总之,通过课程实验教学,将封闭的教学转变为开放的教学,确实起到既巩固基础理论知识,又能使学生获得比较系统的实际操作训练,对提高课程教学效果有较大推动作用。
4 结束语
课程教学改革必须从学生的培养目标出发,把课堂上的理论讲授、设计室里的分析计算以及实验室中的实际操作等多个教学环节有机结合起来,实现各教学环节的衔接、交差和融合,充分发挥综合教学优势,达到在有限时间内获取最佳教学效果。通过《电力电子技术》课程教学的改革与探索,深深感到要使课程教学满足培养目标,需要不断地科学探索、不断地认真总结,以适应现代教学的要求。
参考文献
电力电子课程是一门非主流课程,它是在控制科学、电力科学和电子科学这三门课程的基础上建立起来的。电力电子课程也是一门强电和弱点结合起来的课程,它用电力电子设备组成的变流电路来达到变换电能的目的。本文所倡导的一体化教学模式采用的是实践―理论―实践的教学过程,使教师的教和学生的学同时进行。
1 电力电子课程的现状
近年来,电力电子技术迅猛前进,传统的电力电子课程所教授的内容比较落后,与技术的发展不均衡,因此,它的教学模式已经不再适应技术发展的需要。与此同时,传统的电力电子课程以教学为主,以实践为辅,课堂上的教学和实践中的工程已经脱节,并且,它将两者隔离开来,内容容易重复。在教授过程中,学生的理论基础比较薄弱,学习态度不够认真,课时又被缩减,无论是老师还是学生,都面临着极大的困难。因此,如何合理利用有限的课堂时间,尽快提高学生的学习热情将是本门课程进行改革的重中之重。高职院校的教育目标是培养技能型和应用型人才,这与改革的目的遥相呼应。
2 一体化教学的课程内容
2.1 课程内容的设计理念
一体化教学在课程内容的设计过程中,应当遵循学校和企业相结合,以岗位为导向,满足专业的标准,符合职业的资格这样一套设计理念。学校和企业相结合是高职教育的平台,高职院校应当在这一平台上规划课程设计。以岗位为导向要求对企业进行调研和探析,搜集本专业的毕业生的岗位,按照这些岗位的要求来设计课程内容。满足专业的标准是根据人才培养方案的知识体系和能力水平进行课程内容的设计。符合职业的资格是使课程内容的设计与中级和高级维修工的职业技能鉴定标准相匹配。
2.2 课程内容的设计特征
一体化教学要求一套独特的设计思路,即在教学内容上,将理论和实践结合起来,在教学过程中,使教师的教和学生的学同时进行,在教学方法上,以任务为导向,以行动为驱使。课程设计以使学生掌握装配、试验和维修电路的技能为目的,以使学生获取中级和高级维修工的职业资格证书为宗旨,以提高学生的职业素养和创新理念为方向,在校内和校外的教学环境下,聘任全职和兼职老师,充分展现本门课程的包容性、现实性和专业性。
在教学过程中,应当根据学习环境的差异和学习内容的区别,在一体化教室、校内的模拟工厂和校外的实验基地分开进行,校内和校外场所的共享,可以充分提高学生的技能,体现教学的包容性。在课程学习的整个过程中,无论是哪一个环节,都采用一体化教学模式,围绕着岗位和职责进行,体现教学的现实性。本课程的任务是,在教学中引进专业要求,与工厂的真实电路相结合,把专业考核作为课程考核的标准之一,体现教学的专业性。
3 一体化教学的教学模式
一体化教学在教学模式的设计过程中,应当以行动为导向,以学生为中心,使学生校内的学习任务与校外的工作任务相一致,采用有针对性的工学并举的方式,进行教学设施和实践基地一体化的情景模拟,提高学生的团队协作能力和专业技术能力。众所周知,在学习过程中,学生从初学者到有一定技术者,再到技术的熟练运用者,技术越来越高,教师的地位越来越弱,要求强调学生的中心地位。课程的教学内容、学生的知识体系要与岗位的职责相符,所谓的岗位包括产品的生产岗和设备的维护岗。根据工作任务的要求,选择恰当的教学场所,这些场所包括一体化教室、校内的模拟工厂和校外的实验基地。教师的讲授、指引,学生的理解、推论,学生踏踏实实的做事,获得技能和经验,对学生的知识进行测试,这四个教学环节要相互衔接。
4 一体化教学的应用
4.1 项目教学的方法
项目教学的方法由信息的收集,计划的制定,进行决策,进行实施,进行检查,进行评价这六个步骤构成。这些步骤将整个教学过程分解为一个个项目,设计出一个个教学方案。小组成员讨论彼此的项目,协作训练,并以完成任务的情况来对教学效果进行评价。
4.2 角色教学的方法
在一个小组中设置决策层、操作层、评估层,通过角色的扮演,提高学生学习的积极性,增强学生学习的趣味性,使他们能够团结协作,增强社交能力。在角色扮演的过程中,学生对问题的理解也更加全面。
4.3 案例教学的方法
在教学过程中,将现实生活中的事件作为案例,让同学整理、思考、研究,以此来提高学生分析并解决问题的能力。这一教学方法的思路是教师给出案例,学生进行分析,紧接着提供方案,教师和学生再对各个方案进行总结,评选出最优方案。
4.4 引导教学的方法
引导教学的方法是教师给学生一些书面材料、视频资料和使用说明书等等,使之成为学生学习的引导,以此来调动并配合学生的自主学习。
4.5 风暴教学的方法
风暴教学的方法是为学生提供一个宽阔的舞台,让学生拓展思维,集体讨论,相互启示,产生创造性观念的连锁式反应,产生越来越多的想法,并在学生的头脑中相互碰撞,擦出创造的火花。
5 结语
电力电子课程的一体化教学方式改革是一项系统而复杂的工程。这种教学方式可以将学习与实践结合起来,提高学生的学习热情,改善教育的教学效果。在改革中,学校和企业合作的深度与广度还有待加强,教学内容还仅仅是一种宽泛的、基础的东西,缺少针对性和典范性。今后,应当提高学校的重视程度,加强教师的奉献精神,培养出一批即拥有专业知识,又能将知识应用于实践的高技能人才。
【参考文献】
中图分类号:G642 文献标识码:A 文章编号:1007-3973(2012)012-178-02
1引言
电力电子技术是一门新兴技术,它是由电力学、电子学和控制理论三个学科交叉而成的。《电力电子技术》是电力类及自动化类专业的专业基础课,是一门理论和实践结合比较紧密的课程。在过去的教学中,学生普遍反映这门课比较难学,而且学完之后记忆不深刻,不知有什么用。为了改变这种状态,使学生真正学到知识,并学以致用,势必要求我们改变传统的教学模式,对《电力电子技术》课程的教学内容、教学方法和教学环节等方面进行全面的改革。因为教师承担后续课程如《交直流调速系统的运行与维护》的教学,加之学校在教学设备给予充分的支持和投入,建立了专门的电力电子实验室,为我们的教学改革从知识体系上和实践环节上都创造了便利的条件。教师在教学上进行的一些有益的尝试和探索,有助于培养学生的工程实践能力和创新能力。
2教学内容组织与整合
电力电子技术在近二、三十年得到飞速发展,新器件和新的控制方法不断出现,该课程的教学内容也在不断增加和充实。为了适应和促进电力电子技术的发展,在授课时,应根据电力电子技术的发展趋势,在全面分析教材内容的基础上,对教学内容进行认真筛选和组织。加强电力电子器件、基本电力电子电路的分析方法以及实用电路等的学习,同时还应适当补充一些反映本专业最新发展方向的内容,替代教材中陈旧、过时的内容,注重教学内容的推陈出新。例如,以往介绍器件时只介绍晶闸管,而随着电力电子器件的不断发展,应增加全控型器件和新型器件的介绍,从而拓宽学生的视野,便于和不断发展的电力电子技术接轨,以适应今后工作的需要。所以电力电子人才的需求也越来越大,而高校承担着培养人才的重任。电力电子技术是电气工程等专业极其重要的专业基础课。如何对该课程进行合理的改革,以适应社会的需要,是我们教师的一项重要工作。
以就业为导向,以国家高职示范重点专业建设为龙头,以基于岗位工作过程课程改革为主线,经过与企业的反复调研与交流,确定《电力电子技术》采用项目教学法,包括三个教学项目。如项目一主要讲授本课程的基础知识,具有两个教学任务,任务一主要讲器件的结构及原理,而任务二是器件的特性及使用;项目二是本课程的核心部分,以四个任务为主体,囊括了电力电子技术中的四种主要电路,它们分别是:相控整流电路、直流变换电路、无源逆变电路、交流变换电路;项目三是对课程的深化应用,是学以致用教学理念的体现,其中任务一既详细讲解了触发电路的结构和工作原理,又将触发电路应用于前面所讲的电路中去,使整个知识构成一个整体。而任务二则是将所有的理论知识充分融入到实际的电力电子装置中去,将课本知识实用化、具体化。教学的学时分配为理论教学58学时,实践教学14学时,总课时72学时。
通过对电力电子器件结构及工作原理的讲解,使学生能够正确运用电力电子器件,并结合实际电路的应用,在分析电路工作原理及各部分电压及电流波形的同时,更深入的理解器件的特性,最终,对一般的电力电子设备,具备一定的分析、使用和设计能力。
3教学方法及手段的应用
把握高职教育的教学特点与规律,适时的调整教学内容与方法。在教学过程中,时刻以学生为主体,以项目为框架,本着由浅入深、先易后难的原则,使学生逐步掌握和理解所学-
学生是学习的主体,而教师是授课的主体,作为一位优秀的教师,不但要对课程的内容了熟于胸,还要精心的装饰和布置每一节课程,做到思路清晰、层次分明、难易有别、重点突出。因此,为了提高教学效率及效果,教学不能只停留在常规的板书授课上,应根据所授内容的自身特点,适时的将实验演示法、引导教学法、类比教学法、项目教学法等引入到课堂教学中来,可大大提高我们的教学质量和教学水平。
好的方法也要配合好的手段,在教学手段的运用中一定要结合实际的教学环境、教学条件等,以期以最高的效率取得最好的效果。例如可采用PPT课件、多媒体动画、小型试验实训装置等,将生动的课程呈现给学生。
4教学环节的设计与实施
教学环节包括对本课程教材的处理及分析研究出本课程的教学重点和教学难点。《电力电子技术》课程的特点是任务内容相对独立,任务间的相关性较小,但要求我们在教学中要有一条主线贯穿于课程的始终,即器件的运用以及对电路工作原理和波形的剖析。明确教学中的重点和难点:(1)电力电子器件这一项目中的内容较为松散,器件种类多,而结构、符号、工作原理等又各不相同,关联性差,因此器件的符号、结构和工作特性等不易记忆,容易混淆;(2)某些复杂的电路,由于涉及元件多,工作过程复杂,学生不容易掌握,如三相桥式整流电路,每个周期中有六种导通状态,每种状态下又都有各自的导通回路,学生掌握起来比较困难;(3)同一种电路接不同的负载,如电阻性负载与电感性负载,使其工作过程与输出波形截然不同;(4)锯齿波触发电路驱动整流电路时,为使主电路与触发电路同步,如何选择合适的变压器类型;还有直流变换与交流变换等,尤其今后为交流调速做准备的变频调速过程及原理等等,只要清晰的把握教学环节,则可以采用灵活多样的教学方法,既可以增强自身的教学水平,又能够提高课堂的教学效果,还可以培养学生的自学能力,发挥其学习的主动性和积极性。
对教学环节的精准把握及教学手段的有效配合,可以实现学生的知识、能力、素质方面的培养,达到我们的预期目标。
知识培养方面可以使学生能够掌握以下四项内容:掌握晶闸管、电力晶体管、IGBT等常用器件的结构和工作原理、能够对AC-DC、DC-DC、DC-AC、AC-AC四种电路的工作原理进行分析及计算、对触发电路的工作原理有基本的认识,并能正确选择和连接触发电路、能用电力电子器件为核心器件组成一种实用的成品电路装置。能力方面,要逐步培养学生的五种基本能力:对于电力电子器件要具备基本的识别和应用能力;对于电力电子电路要有一定的阅图及分析能力;在器件的使用过程中体现扎实的计算和选型能力;在平时的实验、实训中培养熟练的操作和诊断能力;最终通过课程的学习真正实现拓展和再学习能力。对于职业院校的学生,只有具备以上五种能力,才能成为合格的技能型人才。素质是体现在学习中,教师要让学生养成严谨、认真的工作态度和科学的思维习惯,具备扎实的理论基础;素质体现在实践中,让学生培养良好的职业习惯和安全责任意识,逐步提高自己的操作技能。不断激发学生的学习兴趣、掌握科学的学习方法,还要调动学生的创新积极性、激发他们的创新潜能。尤其在教学过程中,有些内容学生可以先行自学或查阅资料,再组织学生讨论,最后在讨论的基础上得出结论,这样不仅可以加深理解,还可以培养学生的独立思考能力。
5总结
以上内容是在为了培养“实际应用型人才”,加强科学素质教育过程中开展的课堂教学的改革性探索。相信《电力电子技术》课程的教学改革将会日趋完善,会更加适应目前高职教育教学的发展,会更加符合时展的需要,更好地为培养有较高科学知识、较高的能力素养和较高的职业素质、具有开拓创新精神的现代化人才服务。
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凡是需要电源,或者需要运动并对运动进行控制的场合,都离不开电力电子技术。可以说,现在已经很难找到一个完全不使用电力电子技术的工科领域。目前很多高校的工科专业都开设了电力电子技术这门课程。电力电子作为一项新兴的交叉学科要怎样与各相关专业的教学体系融合是一个仍需进一步探索的问题。目前,对于该课程,学生大都是通过课堂上教师的讲述来进行学习,因而教学的效果很大程度上决定了学生对于该门课程的掌握水平。要是教学质量或者教学方式跟不上时代的要求,就会严重影响学生的就业以及就业后的发展。因而,我们有必要在教学过程中主动发现问题并尽力改进。
一、电力电子技术教学中存在的问题
1.课程教学内容针对性不强
当前高校电力电子技术的教学,基本不能满足现代企业对人才教育的要求。这其中既有教材编排的原因,也有教师自身的原因。电力电子技术教材数量众多,堪称经典的也为数不少,但是很少有根据不同专业编排的有针对性的教材,通常的教材都是大而全,这给不同专业教学内容的取舍造成了一定的干扰。另一方面,由于任课教师本身对于电力电子技术在各专业的应用掌握不够全面,很难根据专业要求以及企业需求安排适合的教学内容,大多教师按照教材的编排从头讲到尾,学生不堪重负,苦不堪言,从而大大影响了学习效果。
2.教学课时紧,教学内容多
大部分高校电力电子技术课程安排的学时不高于48个(含实验),且有逐渐压缩之势。以笔者所在学校为例,自动化专业卓越班课时设置为48个(含实验12个),汽车工业专业产业班课时设置36个(含实验6个)。但电力电子技术课程的内容,总共10章,其中电力电子器件、四大类变换电路以及PWM控制技术都是非讲不可的重点内容。在不充裕课时内怎样兼顾教学的进度和教学的质量,这是大多数任课教师都在努力摸索的问题。
3.学生自主学习积极性不高
电力电子技术课程涉及的理论知识枯燥而又繁杂,让很多学生对其心有余悸从而兴趣乏乏,甚至有的学生因此对该课程产生抵触情绪。在高校的教学中,尤其是工科的专业课程学习中,学生大多数是被动接受知识,很少积极自主地进行学习,这也是高校工科专业教学面临的一个通病。
二、电力电子技术教学的几点改进方案
1.注重各课程间的交叉学习
当今各个行业之间都不是孤立存在的,因此学生需要掌握多门学科,才能更好地适应社会。电力电子技术的教学也是一样的,电力电子技术包含的范围较广,它和很多其他的学科是紧密关联的,在电力电子的教学过程中,把其他的课程和电力电子技术这门课程结合起来一起学习,这样更能起到事半功倍的效果。比如:可以将信息电力技术中的器件和电力电子技术中的器件进行对比学习,可以将电力电子中涉及的控制理论和方法和自动控制原理中学习的控制思路和方法进行对比学习,还可以将传统电力设备和电力电子设备进行对比学习,等等。
2.制订符合需求的教学方案
要根据不同的专业要求制订不同的教学方案,还要参考企业对人才的需求合理修正教学方案。不一定书本上所有的内容都要讲,很多内容更不需要深讲,要偏重于学生以后的工程应用。例如:笔者所在高校自动化专业、电气工程及其自动化专业以及汽车工程专业都开设了电力电子技术这门课程。自动化专业更强调弱电对强电的控制,电气工程及其自动化专业更偏向电力电子在电力系统中的应用,而汽车工程专业主要是为新能源动力汽车的研发打下基础。而这些专业中还单独分出更加偏重实践应用的产业班、卓越班,这些班级就会在普通班级的教学方案上适当压缩理论学时,而增加实践学时。只有摸清需求的教学方案,才能培养出学有所长、学有所用的人才。
3.改变传统的教学方式
由于电力电子技术课程涉及的理论知识枯燥而又繁杂,这让很多学生对其心有余悸而兴趣缺乏。事实上,电力电子技术同时也是一门实用性很强的课程,并不完全适合依照先讲解概念,再剖析原理,然后结合实际应用的传统教学模式进行,反而更适合采用先引入实际案例,再对其工作原理进行剖析,最后总结基本概念的逆向教学模式。这样,便能够从一开始就让学生感受到电力电子技术的实用性,从而最大程度地激发他们的学习兴趣。
逆向教学法和传统的教学法不同,它不是由因到果的推导,而是由果到因的回溯。在这样的教学活动中,教师起到的更多的是引导作用,学生能够变被动地接受为主动地学习。逆向教学法在教给学生新知识的同时还培养了学生分析解决问题的能力,理论结合实践的能力,尤其是创新的能力,而这些能力的培养能更好地帮助他们就业后快速适应工作岗位,将知识转化为生产力。
参考文献:
关键词:
课程设计;交流调速系统;矢量控制;变频器
“运动控制系统”教学容易出现重视理论分析和传统教学实验,轻视实际控制系统中先进技术应用的分析;“运动控制课程设计”又经常成为理论上的设计,或控制系统理论模型的仿真验证。受实践教学环境限制,选题一般是双闭环模拟直流调速系统设计及调试,或是数字直流调速系统设计及仿真。交流调速课程设计一般是基于稳态数学模型的SPWM变频技术、V/f协调控制方式、单闭环无静差数字调速系统设计及仿真;变频电源硬件电路包括三相电压源型变频电源主电路、保护电路、单片机的检测、控制电路和驱动电路设计。从开关器件、控制电路的参数计算到软件的设计编程,内容丰富、时间紧凑。虽然对系统的整体设计训练有很大帮助,但与实际工程应用现状差距很大。提高变频电源的效率在硬件电路上要求尽可能提高功率器件的开关频率、采用软开关技术、完善的功率器件驱动电路和缓冲电路的设计;软件上还得考虑改进正弦调制波等[1-2]。而两周的课程设计时间要完成类似这种交流调速系统的软、硬件设计,更进一步从变频电源到采用矢量控制理论的数字调速系统的设计及仿真,会有很大难度。考虑到无论采用什么数学模型处理交流电动机变频调速问题,变频电源硬件电路基本上是一样的或是通用的。因此可以考虑在“电力电子技术”课程中布置大作业或开设“电力电子技术课程设计”,完成数字交、直流调速系统硬件电路的设计。基于动态数学模型的交流电动机矢量控制技术已经相当成熟,在中、高档变频器中得到广泛应用。因此课程设计的选题应该覆盖矢量控制技术,采取有效措施加强理论教学和实际工程先进技术应用的结合。深刻理解矢量控制理论在交流调速系统中的应用;如何利用变频器构成闭环控制系统;如何采用工业现场总线、PLC,将变频器集成在大型复杂控制系统中。为此实验室做了“运动控制课程设计”的教学改革研究,并设计了异步电动机协调控制的综合实验平台。
1矢量控制数学模型
交流调速的教学往往是数学公式推导多、仿真也仅限于课堂教学演示。学生缺少相关的训练,对电机数学模型及各种控制方法难以理解,更不清楚矢量控制理论在实际系统中如何实现[3-4]。所以课程设计开始要引导学生对教材中各种矢量控制系统模型特点进行分析总结,并对西门子MM440变频器的各种控制结构图[5]进行对比分析,找出理论上与实际交流调速系统最接近的控制模型,深刻理解矢量控制技术在实际系统中如何具体实现。相关文献[6-8]有多种矢量控制理论的异步电动机控制模型。按照转子磁场定向的矢量控制系统、根据其对磁链处理方法不同又分为间接矢量控制系统和直接矢量控制系统,后者模型一般包括速度调节器、转矩调节器、磁链调节器,甚至包括三相电流调节器。其中,逆变器采用空间矢量脉宽调制(SVPWM)的异步电动机直接矢量控制变频调速系统与实际变频器中的矢量控制模型比较接近。控制系统结构图都设置了转速和磁链两个闭环子系统,但实际系统没有设置磁链调节器和转矩调节器,而是通过励磁电流调节器和转矩电流调节器实现解耦控制。根据电机转速获取方法不同又分为不带编码器(SLVC)的和带编码器(VC)的矢量控制模型;两个模型根据控制系统给定值不同,又都具有转速控制及转矩控制两种方式。但这里的转矩控制是指变频器的控制方式,区别于理论上同样基于动态数学模型的异步电动机直接转矩控制系统。图2中速度调节器、转矩电流调节器及关于转子磁场定向角辨识的3个模块都含有可设定参数,根据系统运行可以精确调试,或者采用变频器默认参数值。磁链闭环子系统的不同是实际系统与理论模型的主要差别:磁链子系统中磁化曲线模块的输出,作为励磁电流调节器的给定值。因此实际操作中,预先通过变频器参数设定环节测量电动机的磁化曲线显得非常重要。通过模型分析,学生不仅深入了解矢量控制理论在实际系统中的应用技术,而且容易理解变频器有关矢量控制参数的物理意义以及设置。
2工业过程闭环控制
西门子MM440矢量变频器的控制方式按照电动机的数学模型可以分为两大类:基于稳态数学模型的V/f特性控制和基于动态数学模型的矢量控制[9]。前者又细分为V/f线性的、带有电压提升的、滑差补偿的几种方式,但都是电机转速开环控制;而后者是转速闭环控制。为了满足实际控制系统的要求,变频器提供了工艺流程PID控制器。以节能为主要目的的异步电动机调速系统一般只需要平滑调速,对动态性能要求不高,适合采用V/f特性控制方式,如变频供水和通风系统。课程设计题目要求学生设计由PLC、变频器和两台电机组成的“一拖多”变频供水系统。完成从变频器的控制方式、闭环控制系统的给定、反馈通道和反馈信号等变频器有关参数设置,到PLC的简单控制程序。熟悉系统的PID控制器默认参数及调节范围,并在最后实验过程中运行调试。硬件电路包括接触器、PLC的控制电路,还有从实验平台数字电压表箱取出负载发电机输出电压信号,模拟供水压力反馈信号给变频器的模拟输入端子。
3工业现场总线
现代运动控制系统很少是单台变频器(电机)运行,往往是数台变频器协调控制,系统中还有各种数据采集及其他智能终端设备。矢量变频器在复杂系统中仅仅是一个高智能的电机驱动器,依靠其扩展通讯模块集成到工业现场总线控制系统中。课程设计典型题目—多电机协调控制系统,要求学生设计卷绕机械装置驱动控制系统。这里不仅要控制卷材的张力还要协调两台电机的运行速度[10],两台电机分别采用转矩控制和转速控制。变频器适合采用无脉冲编码器的矢量控制(SLVC)方式。SLVC的控制性能取决于变频器相关参数的设置以及电动机数据测量的精度,因此,系统调试前必须用变频器对电动机所有参数进行自动检测。主、从电动机协调控制实验平台采用低成本的集成方式。采用西门子PLC200SMART可编程控制器和两台MM440变频器,通讯采用485总线、USS通讯协议,因此不需要额外的现场总线通讯模块。PLC200作为主站控制变频器,按照系统的设计要求设置变频器的控制参数,控制电动机的启动、停止,控制方式的切换,运行速度的协调等;并采集每台电动机的运行数据传送到工作站。除了交流调速系统外,典型的直流电机双闭环数字调速系统、机器人[11-12]及车辆控制等作为课程设计题目具有丰富的研究内容,所以要不断地为学生创造相应的实践教学环境。
4结语
“运动控制”课程设计的教学过程具有综合性、实践性和创新性的特点,课程设计过程要启发学生以掌握的理论知识去分析先进工程技术实际模型。这里特别要注重矢量控制结构图中理论与实际的差距,掌握变频器参数设置及工艺流程PID控制器的应用,以及现代运动控制系统中工业现场总线技术、人机界面与组态软件技术的综合应用。
作者:徐江宁 单位:大连理工大学电子信息与电气工程学部
参考文献:
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[9]西门子电气传动有限公司.MICROMASTER440操作说明[EB/OL].[2006-12-5].
一、引言
“电力电子技术”被广泛地应用在工业控制、航空、智能家用电器、开关电源、医疗和军事领域。我院目前电子信息工程系,有2个专业开设了《电力电子技术》课程,而且都是专业主干课。其他后续课程如《交直流调速系统》、《电机与拖动》和《灯具产品设计》等,都与该课程有着千丝万缕的联系,可以说学好《电力电子技术》课程是学好其他专业核心课程的前提和保证。
《电力电子技术》课程内容,涉及到了中山的三大支柱产业“小家电”、“灯具”和“音响”,因此,学好这门课程,为学生今后的就业,提供了有利的保障。
目前,由于石油、天然气等化石燃料的日益枯竭,以及酸雨、厄尔尼诺现象的日益严重,国家越来越重视新能源的开发和利用,国家已经加大了资金的投入并制定了相关优惠政策。目前来说,中山的明阳龙源电力电子有限公司、格美电子有限公司以及明阳风电等已经涉足到太阳能发电及光伏发电领域。我系也与明阳风电集团及明阳龙源电力电子公司建立了长期的合作机制,通过合作为电力电子课程的建设打下了坚实的基础,也为该课程的实践教学提供最接近生产和应用现场的环境。
二、教学过程中存在的问题
通过组织本专业老师研讨,大家认为:近年来,电力电子技术发展迅速,但目前《电力电子技术》课程教学存在下列问题需要改进:
1.电力电子新器件、新装置不断涌现,而传统的电力电子技术课程体系和教学内容则以晶闸管器件为主,主要介绍晶闸管整流电路、逆变电路和调压电路。随着新器件和电路的不断出现,有必要进行课程体系和教学内容的改革。
2.教师讲授有困难,学生学习有难度;围绕应用型高职高专学生培养的定位,有必要减少以往理论教学中的数学推导,增加直观的图形、波形分析内容,有必要进行教学内容和教学手段的改革,增加计算机仿真、flas等辅助教学手段。
3.《电力电子技术》课程是一门技术性、实践性很强的课程,需要有较好的实验条件或仿真实验手段作为支持,有必要进行实践教学体系的探索,建立包含理论教学、课程实验、实习、课程设计等多种教学环节的教学体系。
4.《电力电子技术》课程的特点是要求学生着重电路原理的分析、波形的理解,在此基础上掌握计算公式的使用;课程内容比较零碎,学生要学会课程内容的梳理和总结,有必要根据课程的特点,对课程的考核方法进行改革。
三、教学改革的目标及内容
《电力电子技术》课程改革包括以下几个方面:
1.改变原有的学科教学体系,采用项目式教学,以实际项目为目标,整个教学围绕任务的解决展开,突出知识的应用性,引导学生自主思考。整个课程内容以项目模块为引导,每个模块提出一个项目要求,让学生从现象找本质,从感知了解必然。如调光灯模块,先以该项目现象让学生了解其特点,再深入到电力电子器件结构和测试、电力电子电路分析和调试、触发电路的分析和调试、调光灯的设计、开发、组装、调试、故障排除。
2.改变原有的教学模式,采取讲练结合,以学生为主体,教师加以适当的引导,提高学生分析问题、解决问题的能力,提高学生的实践技能,在教学中增加电路仿真等辅助教学手段。例如,在学习电力电子器件时,教师引导学生分析其特征,及时进行现场测试训练。学习电力电子电路时,理论分析了电路波形,马上让学生现场实践,利用示波器测量关键点波形,加强学生对该部分知识和技能的理解与记忆。
3.改变原有的实践体系,多层次实训,有层次、由浅入深地完成各项技能实训,全方位进行实践技能训练,建成完全开放式的、锻炼学生综合素质及能力的实践环境。实践教学从基础实验-综合实验-综合实训-现场教学。 开关电源模块,从开关电源使用的MOSFET器件测试进行基本技能的训练,到开关电源电路的电路分析、波形分析实验进行系统训练,再到以开关电源模拟系统的综合实训进行组装和调试训练,最后到相关企业现场进行现场参观和调试掌握企业实际应用的要求和企业岗位操作规范。
4.改变原有的教学方法,采用案例教学法,将工厂的实际案例引入教材、教学体系中,每个重要知识点均与实际应用结合起来。如以变频器引出案例,让学生了解整流逆变电路结构,再逐步深入到主电路使用的电力电子器件、相关基础电路等知识,加以相关技能训练,引导学生一步一步挖掘知识要点。
5.改变原有的考核机制,传统的考核以考试为主,忽视了学生动手能力及职业素养的考核,为此,新的考核采用多元化考核机制,理论部分主要考核学生的学习态度、专业知识、与人沟通能力和合作能力等;实践部分考核操作态度、专业技能、职业道德和合作能力等。
6.改变原有的实训条件。目前来说,电子系电力电子实验装置购买天煌公司开发的成套设备,成套设备具有安全可靠、接线方便的特点。但是也存在一些缺点,一些基础较差的学生实训课程很大一部分时间花在了接线上面,如果一条线路接错了,比较难于发现故障,从而影响了整个实验的效果和完成时间;成套设备使用一段时间之后,比较容易损坏,由于厂家涉及到保密的因素,没有提供电路的参数及元件型号,坏了之后需要等厂家来维修,虽然在保修期内不需要收取费用,但是往往报修之后需要等上1个月左右的时间,影响了其他班级的使用;由于电路已经封装在模块之内,学生看不到实际的元件和电路,影响了学生对于实际电路的理解。因此,有必要对实验装置做一定的改进,教师开发出拥有自主知识产权的实用的教学电路,应用到实际的教学中去,充分调动学生的学习积极性和创造性。
四、结束语
电力电子技术是建立在电子学、电力学和控制学三个学科基础上的一门边缘学科,它横跨“电子”、“电力”和“控制”三个领域,运用弱电(电子技术)控制强电(电力技术),是强电、弱电相结合的新学科领域。电力电子技术是目前最活跃、发展最快的一门学科,随着科学技术的发展,电力电子技术又与现代控制理论、材料科学、电机工程、微电子技术等许多领域密切相关,已逐步发展成为一门多学科互相渗透的综合性技术科学。《电力电子技术》的课程改革,对培养学生综合应用所学知识能力、动手能力和创新能力,推动高职高专“工学结合” 教学模式改革,加快我院电气自动化专业课程体系建设有非常重要现实意义。
参考文献:
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[2]袁晓丽,张明远,万新.冶金工程专业综合实验教学改革[J].中国冶金教育,2011(6):51-53
一、背景
国内的工科教育先后经历了20世纪50年代的“技术范式”、20世纪80年代的“科学范式”以及20世纪90年代的“工程范式”。2006年我国启动工程教育专业认证,对工程技术人才培养模式提出了更高的要求。中国工程教育认证协会于2012年7月重新修订了《工程教育专业认证标准》,其认证的通用标准以“学生”为中心,强调达成度过程评价和持续改进[1]。2017年2月,教育部高等教育司了《关于开展新工科研究与实践的通知》,明确指出新工科项目的开展与实施应当围绕工程教育改革的新理念、新结构、新模式、新质量和新体系进行[2][3]。同时,电气化是20世纪最伟大的工程成就;进入21世纪后,电气化向更宽更深发展,并且直接面向智能制造。电机调速与控制[4][5]是电气工程及其自动化的专业课,掌握各种类型电机的调速原理,对学生毕业参与机器人、数字机床等智能制造领域工作有极大的帮助。加强实践环节是工程教育认证的迫切要求,没有实践的理论是苍白无力的,同时也难以被学生深刻掌握。电机调速与控制课程对应的课程设计可以帮助学生将所学的理论知识用于实际的工程活动中。华侨大学电气工程及其自动化专业已于2019年通过工程教育认证受理,在此之前便以工程教育认证为指导思想,对电机调速与控制课程设计进行了改革探索,旨在增强所培养学生解决复杂工程问题的能力。
二、现有课程设计存在的问题
电机调速与控制课程设计是电气工程专业的一门重要实践课,可以加深学生对课程基础知识的理解,同时也能提高学生运用知识和实践的能力。而传统的课程设计教学方式如下:在两周内布置课题任务,给定目标电机参数,学生通过MATLAB仿真软件,设计其闭环控制方式与整定环路参数。这种教学方式的弊端在于:(1)教学与学生实施安排过于集中:此前的课程设计一般安排在理论课程知识教授结束后的两周内完成,学生尚未对理论知识充分理解,并且短时间内难以建立与工程的联系,实施的效果不佳。(2)课程设计题目固化:此前课程设计一般由电机调速与控制原理教材上的例题改编,设计题目较为固定,或者只对其中的电机参数、控制结构简单改动,学生的设计一般可以参考往年学生留下的模板,甚至有照搬现象。因此在设计过程中,学生并没有真正理解电机控制原理,从而导致课程设计流于形式,无法达到考查的目的。(3)课程设计使用的设计工具单一:在电机调速与控制的课程设计中,虽然借助了计算机辅助仿真软件MATLAB,但是单一的设计工具限定了学生发挥的空间;并且在将来学生走向科研、工作岗位后,使用的开发工具可能有所不同。(4)课程设计脱离工程实际:此前的课程设计先通过理论计算进行电机控制系统的参数计算,并在MATLAB仿真软件上进行模型验证。学生完成课程设计后仍无法理解实际工程中的电机调速系统是何种形式,其控制系统载体以及软件实现又是什么样的,因此并没有真正打通理论和工程实践这条通路。(5)课程设计缺乏交叉融合:众所周知,电气工程是一门交叉融合的综合性学科,电路、模拟电子、数字电子、电力电子此电类课程是本专业的基础课程,电机调速与控制是在此类课程基础上的专业应用型课程。但是配套的课程设计并没有真正实现电类课程的融合,学生在课程设计实施完后,并不能很好地掌握如电子元器件的使用、电力电子拓扑的选取等内容。针对上述问题,为了适应工程教育认证以及新工科学科建设要求,加强学生理论知识和实践能力的联系,以及提高其解决复杂工程问题的能力,笔者提出了一些措施对电机调速与课程设计的教学进行改革。
三、教学改进措施
(一)教学组织的改革
传统的电机调速与控制课程设计实施安排过于集中,且与日常教学相脱节,学生在学习理论知识后不能马上通过实践巩固,不能较好地达到课程设计应有的效果[6]。针对该问题,将课程设计实践环节按照工程项目管理中的任务目标分解的方式,结合到理论课程的教学工作中。在学期开始时即布置总体设计任务,并且在理论课程各个章节讲授中布置分解任务,如讲授绪论,可让学生开展关于目前工业应用的电机及其驱动器的调研,了解关于驱动器拓扑及功率器件型号、控制板和驱动板的器件选型等方面内容;在较宽裕的学期安排中,可提前布置学生熟悉相关的仿真软件以及电路设计软件;在讲授第三章关于转速电流双反馈电机调速系统时,布置的作业可与学生要开展的设计题目结合,学生在理论课程学习时可完成参数计算,减轻之后的设计工作量。通过这种以学生学习为中心全周期的工程实践培养模式,既加深了学生对理论知识与课程设计实践的关联性,同时也使得整个课程设计开展在相对轻松的氛围下进行。
(二)课程设计题目的改革
在课程设计题目的改革方面,经过高校教师、企业专家共同参与的培养方案修订研讨会,将课程设计名称变更为基于电路设计软件的电机控制系统课程设计,并以学生发展为中心,设计具有挑战性的教学目标和教学内容,使实践教学内容与时俱进。课程设计的目标为中小型直流、交流电机控制系统设计驱动电路,通过设计掌握中小型电机驱动方法及电路设计软件的使用。在课程设计的目标对象电机上,与实际工程应用更加贴合,选取了工业制造应用的实际电机参数。要求学生根据电机的工作原理,分析电机驱动的基本形式,完成驱动电路的方案设计,主要包括:主电路拓扑、直流母线电压等级、整流电路、滤波电路、斩波电路、电流检测电路、转速/位置检测电路等,并利用辅助设计软件绘制驱动电路原理图、布板,撰写设计总结报告。报告内容主要包括:设计目的与要求、系统技术指标或设计要求、系统控制方案、器件选型、硬件工作原理及有关参数计算、主要参考资料及心得体会。差异化的课程设计题目,既可以让学生形成分组讨论,又不容易陷入固有模式。
(三)开发性的设计工具
此前的课程设计使用单一的设计软件,原因是课程设计题目和教学内容的局限性。由于改革了教学目标和内容,学生在课程设计实施过程中可使用多种工具,如参数计算与模型仿真时可使用MATLAB,硬件电路原理设计与布板布线时可使用AltiumDesigner、Protel、KiCad等,在虚拟仿真时可使用Protues,在控制软件设计时可使用Keil、CCS等不同处理器平台的开发环境。这种开发的方式,不强制学生使用何种工具进行开发,可以激发学生探索的热情,开展自主性深度学习,并投身到更具挑战性的工程实践中。
(四)与工程实践接轨
课程设计的改革在专业基础上,结合新工科发展趋势,注重学科交叉和综合性;在理论学习基础上,加强学生动手方面的训练,增强学生工程、成本和项目管理意识,提高学生解决复杂工程问题的能力。例如,通过课程设计期望学生掌握电机调速系统的功能需求、标准、电路设计与器件选型以及控制算法仿真和软件编写;并熟悉项目开发的一般流程、工程文档的编制。课程设计不仅可以增强学生的动手能力,也在一定程度上增加了学生的行业认知,毕业后可更快地投入工作中。
(五)注重专业融合
课程设计的改革,更加注重专业内的融合[7]。如在电机调速系统拓扑的设计上结合了电力电子技术课程中的PWM变换器与逆变器部分;在硬件设计上结合了模拟电子线路与电路;在数字化控制技术方面,对于微处理的应用结合了数字电路与单片机应用技术;在电机控制软件的实现上,结合了自动控制理论内容。通过一个完整的实践训练,学生能更加理解专业内课程的联系以及其应用场合,并且能够以学习效果为中心,进行有效检验与实施,并形成性教学评价。
四、实施效果
本课程设计从教学组织形式、教学目标、教学内容等方面进行了改革,并从2018—2019学年起在电气工程及其自动化专业2016级两个班进行了试点,至今已开展实施2年,学生的评教有显著提高,相应的理论课程的学习效果也有所提高,学生的动手与工程能力也明显提升,学生去往相应的工作单位已初步具备行业认知,可以更快融入工作。图1、图2为学生开展课程设计提交的PCB设计图与硬件设计原理图。
【中图分类号】F407.63【文献标识码】A【文章编号】1672-5158(2013)07-0367-02
【Abstract】 At present, UESTC(University of Electronic Science and Technology of China) is now moving forward to tha goal of making the university , which is well-known at home .This paper describes the development and overview of foreign electrical engineering ,and introduced the professional mission, educational goals and outcomes of some well-known American School of Electrical Engineering. Then using it as the basis for an analysis of the characteristics of the development of professional disciplines.
【Keywords】 Educational Objectives;American University;University of Electronic Science and Technology of China(chengdu);Electrical Engineering
1 国外电气工程类专业发展概述
电气工程(Electrical Engineering简称EE)是现代科技领域中的核心学科之一。就目前国际水平而言,电力的需求将不断增长,社会对电气工程及其自动化科技工作者的需求量呈上升态势。因此, 电气工程的教育和科研在发达国家高校中一直占据着十分重要的地位。
国外该学科(系)在科研、教学及学术组织形式上与国内电气工程学科有较大不同。了解国外学科状态及教学、科研方向,对调整我们的学科方向、提高教学、科研水平具有十分重要的作用。下面分析美国著名大学电气专业教育培养特点,并与电子科技大学(成都)的电气工程专业的培养目标、课程设置等多方面进行对比分析,对我校课程设置提出一些建议。
2 电子信息与电气工程专业的使命、教育目标及结果
2.1 电子科技大学(成都)(University of Electronic Science and Technology of China)
使命
使学生具备本学科和跨学科的基础与综合素质,专业能力强、综合素质高,具有国际视野的宽厚型、复合型优秀人才。
本科生培养目标
1.具备扎实的自然科学基础与较好的人文科学基础。
2.掌握强电与弱电、电力电子、硬件与软件、多学科的基础理论。
3.掌握电力电子设备与系统的基本分析与设计方法;具有设计、开发、调试、应用电气系统的基本能能力。
4. 了解电气系统的基本方针、政策和法规;了解该领域最新进展与发展动态;具有良好的外语基础与国际交流能力,具有一定的科学研究和实际工作能力。
主干课程:
电路分析基础、信号与系统、模拟电路基础、数字逻辑设计及应用、微型计算机系统原理及接口技术、电力拖动自动控制系统、嵌入式控制系统等。
主要实践教学环节
1.实验:电机与电拖自动控制实验、电机的微机控制技术实验。
2.上机:软件技术基础上机、单片机原理及应用上机。
3.课程设计:电路分析基础课程设计、电力拖动自动控制系统课程设计、电力电子技术课程设计、电机拖动与PLC控制系统课程设计、供配电课程设计、二维精密伺服系统设计课程设计。
4.实习实训:基础工程训练、电工电气技术实训、电装实习、生产实习、综合课程设计、毕业设计等。
2.2 麻省理工学院工程学院电气工程与计算机科学系( Department of Electrical Engineering and Computer Science,School of Engineering,MIT)
使命: 电气工程与计算机科学系的首要使命在于培养学生。发展创新技术、思维及实践并培养能够处理世界复杂问题的创新型领导。
本科生教育目标
1.提高学生电气工程与计算机科学必要的数学工具、基础科学和基础知识的应用能力。
2.发展学生对电气工程与计算机科学的专业理解以便为未来就业做好准备。
3.发展学生对社会、工商业、技术以及人类生存环境的重要性的理解,以便产品设计的程序符合实际需要。
本科生学习结果
1.基础:了解科学与工程的基础, 并能够加以应用。
2.广度:熟悉包括电气工程(EE)和计算机科学(CS)基本要素在内的多种重要的技术领域。
3.深度:运用电气工程领域的V1- 1课程计划、计算机科学领域的V1- 3课程计划、以及这两个领域的V1- 2课程计划的一种或多种专业方向全面的知识。
4领导能力:在EE 和CS 设计和发展所面临的更大的挑战背景下的鉴别能力。
电气工程学士学位( BSEE) 课程计划的教育目标
必修课与选修课的结合确保学生在电路、数字系统、电子设备、电磁以及线性系统等专业领域获得一个宽广的知识基础。
BSEE课程计划的目标
BSEE 课程计划使学生在毕业后为取得以下职业和专业成就做好准备:
1.通过设计、产品开发、研究、生产、咨询测试、销售以及管理等技术性作业来练习电气工程。
2.熟练使用现代化的设计工具。
3.参与和提供由多种专业和文化背景的个体组成的团队的领导。
4.掌握有效的书面和口头沟通技能以传递信息、表达观点。
2.3 斯坦福大学工程学院电气工程系( Department of Electrical Engineering,School of Engineering,Stanford University)
使命
本科课程计划的毕业生被要求掌握电气工程的基础知识和至少一门专业领域的知识。毕业生被要求具有基本的实验、设计和沟通能力以便为研究生阶段的继续学习做好准备, 或者为要求掌握电气工程、科学与技术的一门基础知识的初级岗位做好准备。
教育目标
1.技术知识: 提供电电气工程原理的基础知识、必要的计算支撑知识、工程基础、数学和科学。培养计划必须至少包括一个有深度的专门领域, 当前包括计算机硬件、计算机软件、控制、电子、场与波、通信与信号处理。
2.实验室与设计技能: 培养进行和设计实验方案需要的基本技能,培养简述问题与描述方案的能力, 培养采用先进技术知识和技巧, 规划求解方案的过程的能力。
3.交流技能: 培养组织编撰报告的能力, 用英文进行写作和演讲的能力。
4.为深造打基础: 为后续研究生、或终身成功学习准备足够宽深的知识。
5.为就业作储备: 培养适应很多不同职业岗位的技能和品质, 包括经济头脑、道德规范、领导能力、专业组织能力、安全意识、服务态度、协作精神等。
电气工程本科课程改革趋势
本科新课程主要变化: 在2- 3 年级采用一组由6 门课程组成的核心课程, 为学生在7 个EE 分支学科从事高级学习提供一个基础。通过将必要的链条扁平化, 作为高年级学生, 学生能够从一个更广泛的高级课程中进行选择。
3 电子信息与电气学科专业教育基本特点比较及分析
从以上学校介绍及分析可以看出:
总体来说,国外的电气课程具有如下特点:
(1)教学体系呈现百花齐放的态势,教学内容涵盖面广。
(2)在所分析的几所美国大学里, 在同一学院, 不同学科的低年级学生在同一基础平台上接受相同的教育, 淡化专业方向, 这有利于培养学生宽广的知识面并使其就业途径更加多样化。
(3)各校该学科专业的使命和教育计划都强调厚基础, 重视学生解决实际问题的能力、理论与实践相结合的能力、创新能力、终身学习的能力、有效沟通和交际的能力以及人文和社会科学素养的培养和提高, 重视学生个性的和谐发展年, 重视专业教育与道德教育的结合。
在教学内容和教学方式上,国外大学有很多值得我们借鉴的地方。在教学内容上,必须强调抽象方法的应用,这对于学生理解分析方法和建立实际器件和电路的概念都会有帮助。我国的教学内容遵循比较完整的经典理论体系,近年来在更新知识体系与内容方面做了一些工作,但是在反映新技术新方法、紧密联系快速发展的电子技术方面仍显得不足。
国外的教学组织和管理运行机制与国内最根本的区别在于:国外的教学是以学生为主导的,在学习知识的过程中,学生的主动性、自觉性和自律性更强,国外高校的学分制体系和学生的高淘汰率,保证了较高标准的教学水平。
故我校可以参考以下建议进行改进
1.关于课程教学方法
实现从单一传授知识向综合能力培养转变;实现从重教轻学向以教师为主导以学生为主体转变;充分利用计算机技术和网络技术为教学服务;使课程网站和课程教学紧密结合,加强好课件的使用交流。
2.关于课程实验教学内容
目前,各个学校都十分注重对学生动手能力的培养,在课程中加强实践性教学环节。应加强工程实践内容,增加综合设计性和研究性实验。
3.关于教材建设
在广泛吸取国外教材成功经验以及总结我国教材建设经验的基础上,建议各高校根据人才培养目标的定位和实际需要,编写一些更具特色的教材。
由此,只要我们深入学习并结合本校实际情况,认真分析并学习国内外名牌高校的优势所在,加强师资建设、对课程设置进一步优化、提高学生实践学习时间,就一定能够培养出知识面宽、基础扎实、能力强、素质高的大学本科毕业生。
参考文献
[1] 中国电子工业高等教育简史.编委会. 中国电子工业高等教育简史[M].成都: 电子科技大学出版社.1995:3-250
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[7] http://yale.edu/
中图分类号:G642 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2015)31-0160-02
一、引言
平顶山学院的电气工程及其自动化专业为省级特色专业、河南省普通高等学校本科工程教育人才培养模式改革试点专业,所属的电气工程学科为校级重点学科。该专业多年来服务于平顶山地区的经济发展,培养区域经济发展所需要的电气类专业人才。紧紧围绕平顶山市重点发展装备制造业的战略部署,2013年,平顶山学院下发了《关于学科专业群的建设意见》,明确提出重点建设电气信息类专业群。电气信息类专业群的发展目标定位:建设服务于智能电力设备行业产业发展需要,富有地方特色的、优势突出的应用型专业群;服务面向定位:立足平顶山,面向河南,对接智能电力设备行业产业,为区域经济社会发展服务。2014年,学校将电气信息类专业群中的电气工程及其自动化、软件工程、物联网工程3个专业列入首批转型试点,电气工程及其自动化负责培养智能电力装备的本体及硬件设计开发所需要的应用型人才。为此,电气工程及其自动化专业的电气装备方向面临着前所未有的机遇和挑战。
课程体系的开设是培养人才的基础。目前,我校电气工程及其自动化专业的课程设置都是根据学科知识结构的内在逻辑来展开的,强调学科知识的系统性和完整性,强调全面掌握学科领域知识,忽视知识的实用性,整个课程体系学术性很强,技能性缺乏。课程设置几届甚至更长时间都固定不变,没有结合当今科技与社会经济发展的实际,只满足于课堂教学,给学生提供动手的机会很少,缺乏应有的灵活性,不能根据学生的需求采用不同的技能训练模式。虽然有毕业实习、金工实习、电工实训、电子技术课程设计、专业综合课程设计,但持续学习时间短,学生未能真正深入进去,专业见习更是走马观花,学生纯粹是看热闹,没有任何实质性学习。因此,教学效果不够理想,对于学生的实践动手能力的提高帮助有限。在科学技术日新月异、知识不断更新的时代,这种课程体系无法应对新形势的挑战。
为满足专业群建设的需要,培养应用型人才,平顶山学院电气工程及其自动化专业在整合现有资源的基础上,在实践中开展多维调研与深度探究,积极构建电气装备方向的全新的课程体系。
二、构建电气装备方向课程新体系
通过到国内知名高校和平顶山地区的电力装备制造企业进行调研以及对毕业生的跟踪调查,得到企业对电气工程及其自动化专业的毕业生的知识结构、能力素质的要求,从理论教学环节和实践教学环节构建了电气装备方向的新的课程体系。
1.构建理论课程新体系。根据电气工程及其自动化专业培养目标定位和专业应用型人才的知识结构要求,理论教学环节设置了通识必修课、学科基础课、专业必修课和专业选修课。(1)通识必修课。通识必修课按照素质教育的理念,强调德、智、体、美相互渗透,设置的课程有:思想道德修养与法律基础、中国近现代史纲要、基本原理、思想和中国特色社会主义理论体系概论、形势与政策、大学英语、大学体育。学生通过通识必修课的学习,获得必要的价值分析、探究方式与能力的训练,形成合理的思维方式和准确的观察判断能力以及清晰的沟通表达能力。(2)学科基础课。学科基础课课程的设置是针对电气信息类专业群所必需的知识和基础,注意培养学生的基本素质,着眼于学生的可持续发展,着眼于为学生继续学习打基础,使学生获得较宽厚的公共基础学科、专业基础学科的知识。设置的课程有:高等数学、线性代数、概率论与数理统计、大学物理、电路分析、模拟电子技术、数字电子技术。(3)专业必修课。我校电气工程及其自动化专业设立了“电气装备”和“电气控制”两个专业方向,专业必修课是这两个方向必修的课程,主要培养学生的基本专业技术和能力,使学生系统掌握电气工程的基础理论、基本知识。设置的课程有:电机学、电力电子技术、电气控制及PLC技术、自动控制原理、电力工程基础、单片机原理及应用、MATLAB在电气工程中的应用、自动检测技术、专业英语。(4)专业选修课。专业选修课是针对专业方向的需要安排的课程,根据应用型人才培养的要求以及课程的前后逻辑关系,按照“有用、可用、管用”的原则,根据“电气装备”方向的特点,精心设置了“电气装备”方向的课程:电气CAD基础、机械设计基础、高电压技术、电器学、高压电器、电气装备的计算机控制技术、智能电器、电气新技术讲座。学生必须完整修完自己专业方向的课程,其他专业方向的课程可作为个性课程选修。另外,为高年级学生开设电气新技术讲座,聘请企业教授级高工、知名大学教授开讲座,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。
2.构建实践课程新体系。据行业和企业专家的要求,结合专业群内现有人才培养资源,电气工程及其自动化专业电气装备方向实行校企联合培养和“3+1”人才培养模式。前3年在学校培养,注重人文,强化基础,着重培养“自主学习、主动实践、实学创新”的意识和能力;第4年进入合作企业,以企业为主,开展校企联动的工程实践教育,参与项目实训和毕业设计,从而培养学生的工程实践能力、运用专业知识解决实际问题的能力,熟悉工程项目的基本流程、过程管理及业务规范等方面的知识,培养团队合作精神和创新意识。为此,在实践课程新体系中,设置了独立实验课、集中实践课、第二课堂。(1)独立实验课。减少验证性实验,增加研究性、设计性、综合性实验,尽可能模拟电气工作的现实环境,在实验中分配给学生一定的工作任务,学生得以找到宝贵的机会将所学知识提前应用到未来的工作中,达到真正提升学生素质和能力的目的。设置的独立实验课程有:大学物理实验、电路分析实验、电子技术实验、电机学实验、电器学实验。其中,电路分析实验、电机学实验、电器学实验等利用项目来进行教学,寻求的是以学生在课题和项目完成的过程中来自主形成电气专业知识体系,综合培养学生的知识、技能和工作的态度等。(2)集中实践课。包括校内集中实践和企业实践两部分。校内集中实践强化基于项目的科学研究和工程实践训练,设置的环节有:军训、金工实习、电子技术课程设计、电气测量实训、电机控制实训、电子技术课程设计、电力电子课程设计、电力工程课程设计、PLC课程设计。企业实践,包括企业认知实习、企业专业实习和毕业设计等3个环节。①企业认知实习。这主要锻炼学生综合运用所学的科学理论方法和技术手段分析并解决工程实际问题的能力,培养学生的创新意识和进行产品开发与设计、技术改造与创新的初步能力。以《电力工程基础》课程为例,该课程要求学生通过学习掌握供配电系统的结构及运行的基本知识,为达到上述要求,首先带领学生到几家不同企业进行参观,了解供配电系统的线路及设备,让学生总结各企业供配电网络的特点,然后回到学校学习相关理论知识,在学校进行基本知识的学习后,再到企业去参观实习,找出存在的问题并改进。②企业专业实习。目的是使学生了解和掌握本专业基本的生产实际知识及本专业的科技发展水平和方向;验证、巩固和丰富所学过的专业知识,培养学生在生产实际中发现问题、分析问题和解决问题的能力。这主要采用以下方式:参加企业技术培训、担任技术员助理、施工员助理、项目经理助理等。在上述多个岗位中,每个学生侧重1个岗位,实际工作不少于2~3个月,以保证学生对相关岗位有足够的认识和感受,能够了解其中的精髓。③毕业设计。采用校内指导教师作为主导师、企业副高级以上职称人员作副导师共同指导的方式,主要解决企业生产实际中遇到的问题,培养学生的创新意识和独立工作的能力,使学生提前熟悉工程环境,为培养适合企业实际工程应用能力的人才打下基础。(3)第二课堂。学生在大二、大三时通过进一步培训就可以参加AutoCAD绘图竞赛、电机控制竞赛、PLC程序设计竞赛、单片机编程竞赛、MATLAB程序设计竞赛、电子设计大赛、大学生科技创新、创业活动等实践;在暑假、寒假期间,安排一些学生到实践教学基地和相关企业实习;鼓励学生到我校的供配电实训室和高压智能开关工程技术研究中心进行开放实验;请大公司的工程师来做讲座、工程培训,缩短毕业生进入企业的适应期,节省企业培训成本和时间。第二课堂不但能提高学生的实践能力、表达交流能力、自主学习能力、自我管理能力等,还可培养学生的工程意识、团队合作意识。
三、结束语
课程体系的构建只是专业群建设的开端,该课程体系的顺利实施还要依赖实践教学平台的建设和“双师型”师资队伍的建设等一系列具体举措。在校、院两级领导的推动下,实践教学平台和“双师型”师资队伍的建设已初具成效,相信在不久的将来,我院电气装备方向将会对平顶山乃至全国的电力装备行业输送大量优秀人才。
参考文献:
[1]刘伯鸿,李国宁,等.构建铁路特色专业课程新体系 提高人才培养质量[J].自动化与仪器仪表,2013,(4):218-219.