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作者简介:黎静华(1982-),女,广西博白人,广西大学电气工程学院,副教授。(广西 南宁 530004)
中图分类号:G643 文献标识码:A 文章编号:1007-0079(2013)16-0016-02
电气工程以电磁学理论为理论基础,将电能作为研究对象,是通信和计算机信息的载体,与生命科学、材料科学、电子科学和控制科学交叉,是基础理论性较强的交叉学科。同时也是工程性很强的专业。庞大电力工业的安全运转、人类伟大的电气化时代离不开电气工程学科的发展。电气工程学科是一门既有着强基础理论支撑的、又有着广泛应用背景和应用平台的交叉混合型学科,基础研究与应用研究并重。[1]该学科的学生既需要掌握理论分析的知识,又需要掌握服务于国家能源发展、电力工业的特殊技能。研究生教育肩负着为国家电力工业建设培养高素质、高层次创造性人才的重任,以培养科学和专门技术中德才兼备的高级科学专门人才为目的。[2]因此,应根据电气工程学科的特点探索适合电气工程学科的研究生培养模式和途径,向电力行业和社会输送更多更优秀的高层次研究型人才。
一、电气工程学科研究生培养的目标
1.电气工程学科硕士学位培养的目标
具有严谨求实的科学态度和工作作风、勇于创新的开拓意识和良好的职业素养;掌握电气工程学科的基础理论、系统的专门知识和必要的技能;了解本学科有关研究领域国内外的学术现状和发展方向,具备较好的国际化视野和国际交流能力;具备独立分析和解决本学科的专门技术问题的能力,能胜任电气工程领域相关的科研、教学、工程技术开发及管理工作。
2.电气工程学科博士学位培养的目标
具有严谨求实的科学态度和工作作风、勇于创新的开拓意识和良好的职业素养;在电气工程学科内掌握坚实宽广的基础理论和系统深入的专门知识,了解本学科专业的前沿动态;具有独立从事科学研究工作的能力,并要初步具有主持较大型科研、技术开发项目或解决和探索我国经济、社会发展问题的能力;掌握数学的基本知识、具有应用计算技术解决本学科相关技术问题的能力,具备一定的交叉学科知识,拓宽知识面,可以开展跨学科内容的研究;科学或专门技术上做出创造性的成果,能够胜任本专业或相近专业的科研、教学和管理工作。
为实现上述电气工程学科研究生培养的目标,笔者认为应从多方面加强对研究生的培养。
二、课题的选择
课题的选择是研究生做好科学研究的基础。良好的课题可以激发学生的积极性和创新性,主动地投入研究工作,从而获得创新性强、有实用价值的研究成果。[3]可见,新颖、创新、具有理论意义和实践意义的选题至关重要。导师在结合学科特点、综合考虑学生的能力和兴趣爱好的基础上,可从如下几个方面获得良好的课题:
1.创造机会到电力工业或电力部门去调研
电气工程学科是一个工程性很强的专业,具有良好的应用平台。作为电气工程学科的研究生,首先应了解电力工业的发、输、配和用的各个生产环节,不仅需要到电厂、变电站、电力部门等传统部门去调研交流,更需要到新建设的、符合国家能源发展战略和满足电力工业发展需要的新建设的基地和部门去调研交流,全面了解当前电力工业迫切需要解决的困难和问题,并据此作为研究的切入点或课题,将使得所选择的课题具有重要的研究意义和价值。
2.查阅行业网站和相关的学术网站
电气学科的研究生应多浏览行业信息网站,了解中国电力工业的最新发展和研究动向,并掌握国家对电力工业发展的战略导向。其次,应多浏览相关的学术网站,如国外的风电等新能源网站。这些是丰富自身知识、把握电力工业发展的前沿、明晰未来工业发展方向的良好途径。同时,也对指导科学研究的选题具有重要作用。
3.广泛阅读国内外文献
寻找解决问题的方法也是科学研究或研究生科研的重要组成部分,广泛地阅读文献则是获得解决问题方法的重要途径。通过学习经典的书籍和高水平的论文可以了解所需解决问题里程碑的方法、当前研究的进展、已有方法存在的不足以及需要改进的地方,从而明晰解决问题的方法和思路。此外,可以针对所需解决的问题开展对数学领域以及交叉学科知识的学习,运用数学知识或者借鉴其他学科的知识解决本学科科学技术问题。
4.结合导师科研项目
导师的科研项目已经是经过调研、论证比较可行的课题,研究生可以立足导师所立项目所需解决的问题去探索和研究解决问题的方法、手段,并以此作为自己的课题。一般地,依据导师的科研项目进行选题在研究经费、实验条件等方面都有较好的保障,学习过程中融合导师的科研过程,有更多的机会与导师进行交流学习。
三、创新能力和思考能力的培养
创新能力是指利用已经积累的知识和经验,经过科学的思维加工和再造,产生新知识、新思想、新方法和新成果的能力。[4,5]一个国家和民族创新能力的基础是人才,尤其是具有创新能力的高层次人才。研究生培养就是要为我国培养拔尖创新型人才。笔者认为,可以通过如下途径加强对创新能力和思考能力的培养:
1.参加学术交流会议
学术交流会议是研究生之间相互交流、相互学习、获取科学前沿动态、实现学科交叉的一个重要平台,其对于研究生创新能力的培养至关重要。学生可以从报告人讲述的内容中感悟到不同的创新方法和思维方式,获得广博的知识,作为自身学科创新的物质基础,从而以不同的方法思考本专业的问题,往往会获得一般方法难以得到的科研成果。目前电气工程学科举办的大型学术会议越来越多,比如全国电自专业高校年会、全国电工学科研究生论坛、电机工程协会的年会、博士生论坛等,研究生们都可以积极主动地去参加。
2.多参加交叉学科的学术讲座
电工学科本身就是一门交叉学科。电力系统的问题也不可能仅仅依赖于电力系统本身的知识去解决,学习交叉学科的知识也是培养创新能力的肥沃土壤。在讲座中,可以听到报告人对自己学科工作的综述和研究体会,可以学习到学术大师们治学的理念、态度和方法,从而启迪和激发自己的思想,达到以他山之石攻自己之玉的效果。
3.重视组内学生之间的交流
相对来说,学术会议和学术讲座的频率并不是太高,且由于开会地点、时间和科研经费等的限制,学生并不能经常参加学术会议。因此,组内学生之间的交流就显得愈加重要。课题组内不同研究方向的学生应该每周举行一次交流会,相互汇报各自的研究成果和遇到的问题,自由争辩,取长补短,相互促进,共同提高,使认识得到发展,在相互的交流中碰撞出新思想的火花,从而有可能产生新的科学假说,开辟新的研究途径。
四、表达能力的培养
人最高层次的能力是表达能力,包含写和说的能力。研究工作需要得到认可或需要得到别人建议和帮助都依赖于良好的表达。思维敏捷、条理清楚地阐述自己的学术观点或展示自己的研究工作是使自己的科研工作得到认可或获得有价值建议的重要途径。可以通过如下方法加强和培养表达能力:
1.多练习口头汇报
首先,参加会议时要争取汇报的机会。表达能力是需要不断练习和锻炼的,有时候想得很好的内容未必能有条理地进行讲述。其次,要勇于提问,善于表达自己的想法。同学之间的相互讨论是非常宝贵的学习机会。提问不仅能充分把握新知识,且能锻炼自己的表达能力。研究生们时常胆怯,不敢提问,生怕暴露自己知识的浅薄。钱伟长先生经常说:“报告总是不能全听懂的,要提问题,没有愚蠢的问题,不提问的才是愚蠢的!”青年学生应充分重视提问,在增长知识的同时提高自身的表达能力。
2.多写学结
科学研究中一定要重视书面的表达。多数学生觉得这些问题自己已经掌握了,没必要写出来,殊不知这里面隐含着很大的学问。把内容和观点写出来是对自己工作的梳理,是理清问题的一个重要途径。书面表达后会使得自己对问题的认识更加清晰,条理更清楚,更能加深理解和记忆。学结包括许多方面,不仅仅是写学术论文和毕业论文,其具有多种多样的形式,如写开会的会议纪要、会议报道、记录每天的学习进展、总结每周的学习内容或对某个阶段成果的梳理等。
3.反复体会教师修改后的论文
人总是在学习中成长和进步的。只有充分认识到不足和发现自身与别人的差距才能更好地学习和进步。导师就是研究生阶段最好的学习榜样。不少同学并不重视导师修改过的论文、ppt等材料,这无形中损失了许多宝贵的学习机会。研究生应细细品味导师修改后的表达方式和领悟导师的意境,及时丰富和纠正自身存在的不足,日积月累,水平自然会得到快速提高。
五、综合能力的培养
创新能力和专业知识固然是培养研究生的重要内容,但是研究生的思想修养、严谨求实的科学态度和工作作风、积极向上的处事态度也至关重要。俗话说:要想做好学问,首先要做好人。学习专业知识和进行科学研究并不应该是研究生学习和培养的全部。许多学生认为只要学习好就行,其他事情与他无关,这在很大程度上使学生降低了对自己的要求。在科学研究过程中,要有严谨的治学态度、脚踏实地做事的作风。此外,学生应该做导师的好助手,协助导师做好本科生毕业设计、课程设计的指导。对于课题组的其他公益事务研究生也应该主动承担,认真完成,抱着“既行之,极致之”的态度,增强自己的责任心。
六、结语
培养具有电气工程学科特点的高层次研究人才对推动电力工业的发展具有重要作用和意义。本文结合该学科的特点提出了关于研究生选题、创新能力培养、表达能力培养和综合能力培养的具体途径及方法,希望研究生能通过参加实践调研、广泛阅读文献、积极参加学术交流和交叉学科的学术讲座以及勇于提问、善于表达等途径全面提高自身的素质和水平,达到培养的目标,在科学或专业技术上取得创造性的成果。
参考文献:
[1]董方敏,周学君,黄华.电气工程硕士校企培养质量保障体系的构建[J].中国电力教育,2010,(35):45-46.
[2]《中国学位与研究生教育发展战略报告》编写组.中国学位与研究生教育发展战略报告[J].学位与研究生教育,2002,(6):1-21.
近年来,我国电力和电工两大行业取得了迅猛发展,在2013年我国进入福布斯世界500强的95家企业中,电力电工企业占据8席,我国发电机装机容量和年发电量已居世界第一。总理在2014年的政府工作报告中指出:要“积极发展新能源和可再生能源,加强智能电网建设。”可以看出,智能电网、分布式能源、可再生能源等新技术,催生了电力和电工这两大行业的重大变革。行业变革对高校人才培养提出了新需求,要求学生具备扎实的基础以及跨学科知识、创新能力突出、有国际视野。
以上两方面的变化,对既有的人才培养体系提出了诸多新的问题和挑战,主要体现在以下几个方面:(1)行业的迅猛发展导致新的技术手段层出不穷,知识更新速度明显加快,既有的课程体系已不能满足这些变化。(2)创新的本质属性包括多样化和实践性,但原有的以理论课堂为主要场所来实施知识传授的人才培养模式,不能满足拔尖创新人才培养的需求。(3)现在通行的以单门课程的实验和以传统发电形式为主体的实践平台,不能满足知识更新和拔尖创新人才培养的双重需求。上述挑战是深层次、系统性的,既有电气工程学科特色,也是高等教育发展所面临的普遍问题,必须从人才培养的全方位进行深刻变革,才能有效应对,尽快培养出拔尖创新人才。
成果解决教学问题的方法
要想应对上述挑战,必须将人才培养体系转换为以学生为中心,即应深入思考:要想使得清华大学电机系培养出来的毕业生能够满足国家和行业在知识、能力、创新和实践等方面的更高需求,学生要学什么?怎么学?怎么(学以致)用?这3个问题需要从课程体系、人才培养模式和实践环境3个不同角度来回答。
以先进的课程体系帮助学生站在学科发展的最前沿
(1)对电气工程学科的核心知识点进行系统梳理,凝练出12门专业核心课程,充分体现本学科能量处理与信号处理兼顾的特色。(2)新开设“电气工程导论”和“电气工程技术发展讲座”2门导论课,分别在学生大一秋季和大三春季开授,帮助学生纲举目张,明晰电气工程学科的知识架构。(3)与时俱进地陆续开设出“可再生能源与未来电力技术(英)”“太阳能光伏发电及其应用”“智能电网概论”“智能电网中的储能技术”“低碳电力技术基础”等反映学科发展前沿的新课程,帮助学生提升适应学科和行业迅速发展的能力。
以新颖的人才培养模式促进学生创新性思维的发展
(1)在核心课中推广翻转课堂、主动式学习等先进教学方法,提高课程的挑战度,让学生在课堂内能感受到创造知识和用知识进行创造的乐趣。(2)制定《电机系“拔尖创新人才培养计划”实施方案》,设立专业知识型、优秀SRT型、综合能力型和奇思妙想型等不同因材施教培养类型,选配相关领域经验丰富的指导教师,在实验环境和实验条件等方面创造条件,对具有不同特色和潜质的学生进行个性化分类培养。
以完备的实践环境助力学生实现科研梦想
(1)建成包含风电、光伏发电、储能等电气工程学科新方向的“前向”培养实验平台;以相关知识点贯穿专业基础课与专业课的“纵向”培养实验平台;以学生自主创新为导向的课外科技活动“横向”培养实验平台。(2)建立了11个校外专业实践基地,涵盖火电、风电、水电和核电等发电企业,变压器、发电机、互感器等电工装备制造企业,以及多家电网企业,实现了电力、电工行业的全覆盖。以导论课、核心课、前沿课为代表的先进的课程体系,能够满足学生在知识获取方面的基础需求;高挑战度课程与因材施教的师徒制人才培养模式相结合,有助于学生涌现出“勇于探索的创新精神”;前向、纵向、横向实验平台和覆盖面广的校外专业实践基地,有益于学生获得“善于解决问题的实践能力”。课程体系、人才培养模式和实践平台共同作用,形成了电气工程学科拔尖创新人才培养体系。
成果的创新点
建立了基础与前沿并重,微观和宏观兼顾的电气工程学科新课程体系,解决了新时期电气工程人才“学什么”的问题
凝练出覆盖能量处理和信号处理的12门专业核心课,围绕行业内出现的新能源与智能电网等重大变革,新开设多门学科发展前沿课和逐级递进的导论课。新课程体系既包括若干前沿进展讲座,也提供扎实的学科基础;既深入讨论具体二级学科甚至领域方向的技术细节,又对电气工程学科和相关交叉学科进行完整系统的介绍。实践证明,这样的课程体系有效应对了行业中新技术手段层出不穷对人才培养知识体系方面的挑战。
创新了以高挑战度核心课程和多样化因材施教为代表的电气工程学科拔尖创新人才培养模式,解决了新时期电气工程人才“怎么学”的问题
通过深入实施多种形式的因材施教和研究型学习,将以考试成绩为主导的人才评价和培养模式转化为多样化的人才培养模式,将以知识传授为主的教学方式转化为以学生“做中学”为主的研究型学习方式,建立了适应卓越工程计划和电气工程学科发展需求的人才培养模式,有效应对了创新的多样化和实践性本质对人才培养模式方面的挑战。
建设了以校内实验平台、课外科技平台和校外实践平台为主体的“三足鼎立”的实践教学环境,设立了体系完整的专业实践基地,解决了新时期电气工程人才“怎么(学以致)用”的问题
将“前向”“纵向”和“横向”平台置于同等重要的地位,称之为“三足鼎立”。“三足鼎立”的实践教学环境,成为电气工程学科拔尖创新人才培养过程中不可或缺、相辅相成的实践条件,实现了从大一新生研讨课一直延伸到本科或研究生毕业的全学习时间轴的实践教学不断线。校内外实践教学环境有效应对了行业迅猛发展和创新性人才培养对实践方面的挑战。
成果的推广应用效果
(1)对人才培养体系的认可和支持。2008年电气工程及其自动化专业获批特色专业点,2010年第一批参加卓越工程计划,2012年获批专业综合改革试点。电气工程实验教学中心于2008年被评为国家级实验教学示范中心。宁夏电力公司实习基地于2012年被评为国家级工程实践教育中心。
(2)课程体系方面。12门专业核心课中,5门为国家级精品课,4门为国家级精品资源共享课。“电气工程导论”课程由院士杰青,基金委创新团队负责人等教授亲自任教。虽然该课程为任选课,但自开设以来,每届学生均100%选修。近年来新开设的“智能电网概论”“可再生能源与未来电力技术(英)”“太阳能光伏发电及其应用”等新课程受到学生普遍欢迎,选课人数明显高于传统选修课。
(3)人才培养模式方面。翻转课堂和挑战式学习模式在专业核心课中得到普遍使用,深受学生欢迎。“电力电子技术基础”课程自2009年起实施基于项目的学习。2009-2013年自主实验项目的学生报名数量分别为4名、10名、20名、40名、60名。“电路原理”课程在2013年尝试翻转课堂教学方法,期末同卷成绩比平行班高8分。在《电机系“拔尖创新人才培养计划”实施方案》支持下,学生完成了一大批专业特色鲜明、有创新性的项目。
中图分类号:G642.0 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2014)53-0177-02
电气工程专业的实践性、工程性很强,其目的是培养在与工业与电气工程有关的电气工程、电力电子技术、电力检测与自动化仪表、运动控制、工业过程控制、电子与计算机技术等领域从事工程设计、系统分析、系统运行、管理与决策等工作,或从事各种电气自动化设备的研究开发、生产制造以及使用维护等工作的高级工程技术人才,所培养的学生除了要具有扎实的基础理论,也必须具备较强的实践能力和工程能力。
一、基于核心课程群的工程能力培养立体化建设的必要性
电气工程专业核心课程群包括“电力电子技术”、“电力系统分析”、“自动控制原理”、“电机学”、“运动控制系统”、“电气系统及继电保护原理”、“供配电技术”等课程。目前电气工程及其自动化专业课程体系教学模式遵循的是先基础后专业,即首先学习“电机学”、“电力电子技术”、“自动控制原理”、“电力系统分析”,然后学习“运动控制系统”、“电气系统及继电保护原理”、“供配电技术”等课程。电气工程及其自动化专业核心课程群的实践教学主要为分离的认识验证型和简单设计型实验,在开设时间上受限于理论课,且实验各课程间系统性不强,极易形成理论和实验实训脱节。对电气工程类专业的学生来讲,由于缺乏必要的工程训练体系支撑,平时的课程设计、综合设计、毕业实习和毕业设计等,往往是独立开设且前后联系不紧密,这样,学生通过这些实践环节很难形成逐步深化提高的工程训练实践技能,无法实现电气工程类专业实践实训能力的系统化,更无法保障综合技能和创新意识的培养。
综上所述,对基于电气工程及其自动化专业核心课程群的工程能力培养立体化建设进行探索和实践,对于提高电气工程专业学生的工程实践能力,完善电气工程及其自动化专业的教学模式具有重要的意义。
二、基于核心课程群的工程能力培养立体化建设方法及体系
电气工程专业教学体系改革,必须以社会需求为目标,以实际操作为前提,以工程技术为主,以工程能力为培训的核心,着力培养学生的工程操作、工程技术和工程能力、创新能力与自我学习能力,并建立以学生为中心的培养模式和自主式的实践模式。因此,我们对基于核心课程群的工程能力培养立体化建设方法进行了研究,并建立了立体化建设体系。基于电气工程及其自动化专业核心课程群的工程能力训练包括基础训练、综合训练、提高与创新训练三大层次。
(一)基础训练层次
基础训练层次包括基础的工程实验实训内容,主要涵盖“电力电子技术”、“自动控制原理”、“电机学”、“电力系统分析”等基础课程的知识,有的课程依托信息学科进行实验实训,为学生后续利用信息技术打下基础。主要目的是让学生掌握与电气工程及其自动化基础理论相关的工程基本技能,加深对电气工程及其自动化入门理论知识的理解和应用,为后续课程的学习打下基础。一方面,使学生直接接触实际的测试、控制元件与系统,在传感器、电力电子器件、电机、简单控制系统等方面受到具体的感性认识与初步训练;另一方面,培养学生计算机辅助设计的能力,例如要求学生掌握基于MATLAB、Labview的控制、信号处理、电力系统分析的建模与仿真等,为实际的工程设计与研发打下坚实的基础。
(二)综合训练层次
综合训练层次包括一般综合训练和专业综合训练,涉及应用型和设计型工程训练两大类型,都强调训练的开放性和系统性。一般综合训练要求能将基础课程与“运动控制系统”、“供配电技术”、“电气系统及继电保护原理”、“电气测控与仪表”等专业课程的知识进行融合应用。专业综合训练主要涵盖上述电气工程及其自动化专业核心课程群的知识,要求学生能对多门课程知识进行综合实践,独立完成训练内容,充分发挥学生的创新能力和自主学习能力。让学生通过设计型和应用型的实践操作训练,具有与电气工程理论相对应的基本操作能力和专业性的工程技术能力,加强对电气工程基础操作的理论知识和专业理论知识的理解与应用,为学生提高创新能力的训练提供很大的理论和实践支撑。
(三)创新与提高训练
创新与提高训练包括一般创新训练和研究提高训练,是提高学生综合应用电气工程知识,培养创新意识,提升学生分析和解决电气工程领域问题的实践研究能力的重要途径。根据已学的电气工程理论知识和仪器仪表的使用知识,通过文献查阅、资料收集、调查结果进行分析和优化,让学生能完成研究分析,自己动手设计训练方案、实验电路、编写程序,并在学习实际应用系统、了解工艺结构、运行调试、分析与排除故障的基础上,培养学生的创新意识和研究能力,为学生竞赛提供支撑。
三、基于核心课程群的工程能力培养立体化建设实践
1.建立有层次的基于核心课程群的工程实践训练体系,以更好地优化工程应用研究型人才的培养方式。为让学生系统、全面地掌握电气工程学科的知识,并具备实践应用的能力,分阶段、分层次地重点对电力电子、运动控制系统、电力系统等方面进行系统的实验实训,并将课程设计、综合设计、毕业设计融合进来形成实验实训体系。
2.为使学生形象化、立体化的理解电气工程学科的主要知识点及各课程间的关系,也为了锻炼学生的设计和研究能力,教师设计和开发了电气工程及其自动化核心课程群中紧密结合课程知识点的仿真题目和设计题目,加深了学生对相关知识点和实际应用课题的印象。
3.在毕业设计中培养学生的综合工程能力。对于毕业设计选题,需要合理分配方向,提高工程应用型题目所占的比例。在相关开发项目题或者实际问题的基础上,利用项目驱动的设计方法,使设计内容尽可能地符合工程实际。同时教师也应该利用自己的科研成果来进行毕业设计的选题,使学生能够接触到本领域的前沿技术。另外,努力培养学生的创新意识和工程能力,使学生在完成毕业设计的过程中,逐步具备产业研发能力、实践动手能力和团队协作能力等。
4.构建“分层次,课内外结合,创新实践一体化”的实践教学方式,逐步整合电气工程实践训练课程,探索适应学生个性发展、开放创新的工程训练实践教学新方法和新体系,以及多学科基础知识交叉渗透的工程训练教学大平台。
5.分层次采取实践教学方式。基础训练层次,往往是教师讲授为主,辅以学生的认知训练。综合训练层次,是教师设计初步方案,再由学生选择实验设备和材料,设计实验方案。根据实验内容进行具体分工,在共同实验的过程中培养学生的自主学习及团队协作的能力。创新研究层次,教师引导学生通过自行设计、自编工艺、自己制作、小组组装等程序,完成从理论设计到产品雏形开发的全开放学习过程。
6.从低年级开始,选拔优秀学生参与教师科研项目或与合作企业的实际项目研究。通过参与实际项目,学生可以对电力行业相关项目开发过程和各项开发管理规程有更为深入的了解,培养学生灵活运用电气工程专业知识与实际工程规范,在较高层次上培养学生的创新意识和对产品进行开发设计、技术改造的能力。
7.加强电气工程及其自动化专业核心课程群教师队伍建设。加强相关课程教师间的交流,组织教师对同一课程及前后衔接紧密的课程内容的教学方式进行交流探讨,尽量让每一个教师在几年时间内对整个课程体系中的重要课程都能够讲解一遍,使得每一个教师对整个课程群有透彻的了解。坚持“以科研促教学”,鼓励教师参加电气工程学科的相关科研活动,了解该学科的最新前沿动态,教师对教材相关内容的理解更为深入,并应用于教学过程中,加强理论知识与实践的结合。
四、结语
构建了基于电气工程及其自动化专业核心课程群的工程能力培养立体化建设体系,并对基本涵盖电气工程及其自动化专业核心课程群主要内容的,融基础性、综合性、创新性于一体的工程训练方法及其实践教学方式进行了探索,在培养电气工程及其自动化专业学生的创新意识及工程能力方面取得了较好的效果。
参考文献:
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[5]高燕,郑文,刘文洲.强化能力培养的电气工程及其自动化专业实践教学体系的研究与实践[J].中国电力教育,2009,(10):147-148.
中图分类号:F407文献标识码: A
一、电气工程技术的发展史
电气工程(Electrical Engineering)是现代科技领域核心学科之一,传统的电气工程定义为用于创造产生电气与电子系统的有关学科的总和。21世纪的电气工程概念已经远远超出这一范畴,如今电气工程涵盖了几乎所有与电子、光子有关的工程行为。电气工程的发展程度直接体现了国家的科技进步水平,因此,电气工程的教育和科研在发达国家大学中始终占据重要地位。
1.电磁学理论的建立及通讯技术的发展
大自然中的雷电使人类对电有了最早、最朴素的认识,天然磁石吸铁是人类对磁现象的最早观察,然而,人类对电磁现象的研究始于16世纪的英国,1663年德国科学家盖利克发明了摩擦起电的仪器,1729年英国科学家发现电荷可以通过金属传导等等,这是人类对电的早期实验,之后又出现了一系列具有里程碑意义的发现与发明。
(1)库仑定律。1785年法国物理学家库仑通过扭秤测量静电力和磁力总结出:两个电荷之间的作用力与它们间距离的平方成反比,与它们所带电荷量的乘积成正比,这就是著名的库仑定律。这一发现的历史意义在于它标志着人类对电磁现象的研究从定性阶段进入了定量阶段。
(2)“伏打电池”。1799年意大利物理学家伏特经过反复实验发现把任何潮湿物体放到两个不同金属之间都会产生电流,一年后伏特发明了世界上第一个电池,自此人类对电的研究由静电扩大到了动电,开辟了电学研究的新领域。
(3)奥斯特发现电流的磁效应和安培右手定则。1820年奥斯特偶然发现通电铂丝周围的小磁针发生轻微晃动,之后他经过反复实验证实了这一发现。其后安培进行了更深入的研究,提出了右手定则,发现了电流方向与磁针转动方向之间的关系。安培还通过实验发现了两个通电导体和两个通电线圈之间相互作用的规律,从而奠定了电动力学的基础。
(4)法拉第发现电磁感应。英国科学家法拉第是第一个成功完成磁生电实验的人,并归纳出产生感应电流的五种情况:一是变化着的电流;二是变化着的磁场;三是运动的稳定电流;四是运动的磁场;五是在磁场中运动的电线。法拉第把这一现象叫做“电磁感应”。电磁感应的发现使生产电成为可能,至今,发电机、电动机、变压器都是运用电磁感应原理工作的。
(5)麦克斯韦建立电磁场理论。英国数学家、物理学家麦克斯韦总结了前人的一系列成果,用数学方程式表示电磁场,建立了完整的电磁理论体系,揭示了光、电、磁本质上的统一,并预言了电磁波的存在。1873年他出版的电磁场理论经典著作《电磁学通论》是里程碑式的自然科学理论巨著。
任何科学发明与发现都是许许多多的科学家不懈努力的成果,德国物理学家欧姆、高斯、赫兹,美国物理学家亨利,俄国物理学家楞次等等都为电磁理论的形成作出过贡献,本文不在一一类举。
电磁理论的建立为无线电通信揭示的发展奠定了基础,19世纪通信技术取得了突破性成果,先后发明了有线电报、有线电话和无线通信。
2.电工技术的初期发展
人类社会发展历程中经历了三次工业革命,对人类的进步起到了巨大的作用。第一次工业革命从18世纪中叶到19世纪中叶,以瓦特发明的蒸汽机为标志,以机械化为特征,中心在英国;第二次工业革命从19世纪后半期到20世纪中叶,以工业生产电气化为主要标志,其成果是电力、钢铁、化工“三大技术”与汽车、飞机和无线电通信“三大文明”,其中心在美国和德国;第三次工业革命从20世纪中叶到21世纪初,以社会生产、生活信息化为特点,又叫新技术革命。第二次工业革命就是从电工技术初创和应用开始的。
(1)直流发电机的诞生。1831年英国企业家研制出了史上第一台发电机――蒸汽动力永磁发电机;1832年法国科学家匹克斯发明了世界上第一台直流发动机;1866年西门子发明了自激式励磁直流发电机;1870年格拉姆发明了实用自激直流发电机,结构可靠,电流稳定,输出功率大,被各国广泛采用作为照明灯电源。
(2)远距离输电和电力工业技术体系的初步建立。1875年法国巴黎火车站建成世界上最早的一座火力发电厂。爱迪生不仅发明了灯泡,他还在1882年建立了美国第一家直流发电厂,装有6台直流发电机,通过电缆输送照明用电,不过当时的最大输送距离只有1.6km。之后爱迪生还建立了一座水电站,形成了电力工业体系的雏形。
(3)交流发电机电荷电动机的诞生。1876~1878年俄国人亚布洛切科夫成功试验了单相交流输电技术。1885年,英国工程师菲尔安基设计的第一座交流单相发电站建成。同年,美国人威斯汀豪率领的团队完成了交流发电、供电系统,并创建了交流配电网。1883年,美籍电气工程师特斯拉发明了世界上第一台感应电动机,5年后他又发明了两相异步电动机和交流电传输系统。1888年,俄国工程师德布罗夫斯基和德尔伏发明了三相交流制。1891年,德国安装了世界上第一台三相交流发电机,并建成了第一条三相交流输电线路。自此,三相异步电动机得到了广泛应用,电能逐步取代了蒸汽成为动力源,电力工业得到了迅速发展。
3.电工理论的建立
(1)电路理论的建立。关于电路的早期研究有:1778年伏特提出了电容的概念,给出了导体上储存电荷的计算方法Q=CU;1826年欧姆发表了欧姆定律;1831年法拉第提出了电磁感应定律;1832年亨利提出了磁通量计算公式。
1845年德国物理学家基尔霍夫提出了关于任意电路中电流、电压关系的基本定律:电流定律(任意时刻电路中任何一个节点的各条支路电流的代数和为零);电压定律(任何时刻电路中任意一个闭合回路的各元件电压的代数和为零)。这两个定律发展了欧姆定律,奠定了电路系统分析的基础。
1853年英国物理学家汤姆逊推导出了电路震荡方程,并得出了莱顿瓶发电过程中电流在反复震荡且不断衰减的结论,并计算出震荡频率与R、L、C参数之间的关系,奠定了动态电路分析的基础。1855年,汤姆逊还建立了长距离电缆的等效电路模型。
1893年美籍电气学家施泰因梅茨提出了计算交流电路的方法――“相量法”,其实用、易懂,至今在分析正弦交流电路时依然沿用此法。
其间,赫尔姆霍兹提出的等效发电机原理、基尔霍夫建立的长距离架空线路参数电路模型、亥维赛德找出的求解电路暂态过程运算法、傅立叶用数学方法建立的热传导定律等等都对电工理论的丰富和完善起到了重要作用。
(2)电网络理论的建立。通信技术的兴起推动了电网络理论的发展。1924年,福斯特给出了电感和电容二端网络的电抗定理,建立了由给定频率特性设计电路的电网络理论。
1945年美国科学家伯德总结出了分析线性电路和控制系统的频域分析方法。1953年梅森创建了采用信号流图分析复杂回馈系统的方法,并被广泛应用。20世界50年代美国科学家达默制成了第一批集成电路,从此电路理论中增加了对含源器件的电路分析和综合。20世纪70年代在L.O.Chua等科学家的努力下,器件建模理论逐渐日趋完善。20世纪中期计算机的出现使电网络的计算机辅助分析和设计成为电路理论研究中的基本手段。
4.新技术革命对电气工程技术的推动
20世纪中叶开始的第三次技术革命又称为新技术革命,以核能、宇航和电子计算机这三大技术为主要标志。这个时期的主要理论是信息论、系统论和控制论,这三大理论的创立为通信工程技术和现代科学技术的研究提供了全新的科学方法。
(1)计算机的升级换代对电气工程技术的推动。自19世纪第一台计算机问世以来,经过几十年的发展,计算机给人类社会带来了翻天覆地的变化,人类社会从此走进了信息时代。1952年出世的第一代计算机使用的是真空电子管,不仅体积巨大,而且耗电量惊人。1959年~1963年生产的第二代计算机用晶体管替代了真空电子管,大大提高了运算速度,减少了耗电量,减小了体积,运用在了军事和科研领域。1964年~1970年生产的第三代计算机用集成电路替代了晶体管,不仅极大地提高了运算速度而且降低了成本,计算机开始进入到了普及阶段。1971年至今生产的第四代计算机使用了超大规模集成电路,实现了计算机网络化,计算机普及到了个人。计算机的升级换代推动了控制技术的发展,形成了计算机管理生产系统,提高了生产效率和产品质量。
(2)电子信息技术的发展。电子信息技术是计算机技术和电信技术相结合而形成的技术手段。20世纪通信技术得到了迅猛发展,人类社会生活也由此发生了巨大变革,人类从此进入信息时代。
1920年人们发现电离层对无线电短波有反射作用。1935年人们发现了雷达并广泛应用于军事和民用通信领域。1964年美国发射了第一颗地球同步静止轨道通信卫星,突破了大气层对无线电波的屏蔽,实现了宇宙范围的无线电通信。20世纪70年代计算机网络系统的建立使人们开始通过互联网获取信息。20世纪80年代以后寻呼机和移动电话逐步得到广泛使用,现今信息服务业已成为世界上发展最快的新兴行业之一。
电气工程技术发展史再次印证了这样两个真理:一是任何理论的创立和技术的进步都要靠众多科学家甚至一代代人的不懈努力而实现,特别是在学科相互融合交叉的今天。二是科学技术的每一次重大突破都会导致生产力的跨越式发展和人类社会的巨大进步,科技是第一生产力,创新是社会发展的推动力。
五、电气学科的形成与发展
按我国高等教育学科划分,电气信息学科类属工学门类(门类编号08),其下设五个一级学科:电气工程(一级学科编号0808)、电子科学与技术(0809)、信息与通信工程(0810)、控制科学与工程(0811)和计算机科学与技术(0812)。这五个学科有着相同的学科基础,都是研究电磁现象及其应用的基础学科与技术工程的综合,电能的突出优点在于:它既是易于传输的工业动力,又是非常可靠的信息载体。电子科学与技术、信息与通信工程和计算机科学与技术都是从电类专业派生出来的弱电学科,在19世纪末电工科学技术已形成了电力与电信两大分支。
我国电气工程一级学科下设五个二级学科:电机与电器(二级学科编号080801)、电力系统及其自动化(080802)、高电压与绝缘技术(080803)、电力电子与电力传动(080804)、电工理论与新技术(080805),电气工程包含的专业基础理论有电路原理、模拟电子、数字电子、微机原理与接口技术、单片机原理、自动控制原理、电磁理论、MATLAB仿真等。专业理论有电力系统及其暂态分析、电力电子、电机学、高电压与绝缘、电力拖动、输配电、工厂企业供电、电力市场等。
19世纪末欧美大学先后设立了电气工程(Electrical Engineering)专业,100多年来,其名称虽然没变,但内涵已随着科技的飞速发展有了非常大的变化。过去欧美的电气工程专业是以电力工程为主,现在电子技术和计算机已成为该专业的核心,美国一些著名高校甚至已不开设电力工程研究方向。有些大学把计算机技术从电气工程系分离了出去,单独成立了计算机科学系。
我国的电气工程始于1908年上海南洋公学的电机电工学科,就是上海交大的前身,距今也有100多年的历史了。1917年该校的电机专科设立了电讯门,即我国最早的无线电专业,如今的电子信息及计算机专业群都是由此发展演化而来的。1932年,清华大学设置了电机系。建国后,我国建立了一大批以工科为主的多科性大学,其中大多设立了电机工程系。1977年以后,大部分高校的“电机工程系”陆续更名为“电气工程系”,近几年来,部分高校又把“电气工程系”发展成为“电气工程学院”。我国的电气工程虽然与国外名称相同,但内涵有很大区别,我国大学一般都是强弱电分开,即电气类与电信类分设在不同的学院。
100多年以来,电气工程学科已发展成为覆盖多门类交叉学科、应用领域广阔的完善的学科,形成了强弱电结合、软硬件结合、机电结合的学科特点。
六.国外发达国家电气工程学科的发展呈现以下趋势:
(1)在学科中融入大量信息技术知识。在全球信息化的当今,信息技术以指数速度进步,它曾对电气工程学科的发展起到了巨大的推动作用,还将为电气工程领域的技术创新提供工具与技术支持,对电气学科的发展产生了决定性作用。国外发达国家的著名大学(如耶鲁大学、麻省理工学院等)大都把电气工程、通信工程、计算机工程放在同一学院,以利于在电气工程学科中融入大量的信息技术知识。
(2)与其他学科不断交叉融合,拓展了研究领域,大量的研究都是在跨学科领域开展的。
(3)与企业联系密切,科技成果转换能力强,引领产业技术更新。
七.电气技术的发展趋势
与电气工程学科相关的产业主要有电力工业、电气装备制造业以及几乎所有使用电力的行业,电气技术的发展与应用也主要集中在这些行业。
1.可再生能源技术
1995年全球可再生能源仅占一次能源的18%,预测到2050年可再生能源要占一次能源的22%,21世纪,光伏技术、风电技术、生物质发电技术等得到了快速发展。下面着重介绍人类的未来能源――氢能。科学家们一直致力于研究把氢能作为人类未来的能源,氢能有其他能源无与伦比的优势:
(1)清洁。其反应后的生成物为水和氮化氢,对环境没有污染。
(2)储量丰富。地球上的海水所含的氢用来发电就够人类用数亿年。
(3)热值高。单位重量的发热量叫热值,氢的热值是汽油的3倍,煤炭的4倍。现在世界上很多国家正在斥巨资研究这一能源,但目前还处在实验室阶段,距工业应用还有一段距离。
2.输电信技术
超导技术在电气工程中的广泛应用已成为发展趋势。
(1)超导储能系统。将电能转换为电磁能,利用超导线圈储存起来。超导储能系统是除电池储能系统之外的又一储能系统,其使用将提高电网的安全性。
(2)超导故障限流器。利用超导体超导与正常状态的转变特性,快速限制电力系统故障短路电流,保障电网安全。
中图分类号:TU96+3文献标识码: A 文章编号:
科学技术的发展,促进了信息技术的快速发展,电气工程及其自动化也得到了迅猛发展,并且应用在生活中的各行各业。随着社会的发展,培养一批具有高素质、高技术水平的电气工程人才显得至关重要,并且这个问题应该受到高校教育工作者的重视。为此,高校应该以培养具有理论与实践相结合,既能动手也能动口的专业人才为目标,建设出一支强大的队伍,把高起点、高质量、高标准作为奋斗目标,加强资源上的整合,从而促进本专业建设的发展。
一.本专业的社会需求以及人才的培养
电气工程及其自动化作为一门传统学科,起到促进国民经济发展的作用,本学科得到了有关方面的重视,并且取得了快速发展。随着社会的发展,社会对电气工程类人才的需求会越来越大,因此,必然会对本专业提出新的要求。我国经济的持续发展,说明电气工程学科在对结构进行调整、对资源进行整合以及对条件进行改善的前提下,还有很大的发展空间,电气工程学科正越来越多地被应用到各行各业。电气工程在与计算机信息技术相结合之后,其专业更是焕发出了蓬勃的生机,并且更能适应社会的发展,适应市场经济的发展。因此,在我国社会主义现代化建设的整个历程中,各行各业对于电气工程学科的毕业生的需求会越来越大。
对于电气工程学科的学生而言,他们在毕业之后,将到各种电类企业、单位进行从事相关工作,因此,这就对他们提出了要求,那就是对其本专业熟练掌握程度的要求,要求本专业学生不仅要具备熟练的理论知识,还要具备较强的计算机能力、英语水平,创新能力以及应变能力等,这也是新形势下,社会对该专业学科所提出的要求,因此,我们要培养具有专业技术能力的高技术人才。
二.对本专业的建设
1.制定出完整的课程体系
为了实现本课程的培养目标,则要制定出一套完整的课程体系,而且这套课程体系不仅要具有先进性、科学性,还必须具有特色性及整体性,在对这套课程体系进行建立时,要把课程进行细致划分,分为精品、优秀、重点、特色、合格等几个方面。对于精品课程,要由具有较高学术造诣、并且课堂教学经验丰富的教授来进行传授,通过他们对精品课程的传授,从而形成具有较高教学水平,人员稳定的教师队伍,然后配有一定的实验教师和辅导教师,进一步鼓励硕士、博士多参加精品课程的建设;优秀课程呢,则要求要有一支合格的教师队伍,教师不仅授课水平要高,并且要取得好的效果,可以采取主讲教师负责制的原则,并且主讲的教师要是副教授或者教授,对青年教师队伍进行培养,在教学大纲上,要求不仅具有科学性,还要有实用性,并要具有一定的特色水平;重点建设课程,则要建立一支具有较高水平、并且结构上要合理的教师队伍,对于课程的教学,要有明确的计划,从课程特点出发,首先要制定出具有实用性、科学性的教学大纲,通过对现代教育技术水平的运用,对教学方法和手段进行改革、探讨;特色课程则对有经验的教师进行鼓励,鼓励他们编写有特色内容的讲义、教材,培养出专业人才为地方的经济建设作出贡献。
2.要有一支强有力的教师队伍做后盾
对于人才的培养,则首先要有一批强有力的教师队伍做坚强的后盾。作为电气工程学科的专业教师来说,则要在拥有丰富的理论知识的同时,还必须具备熟练的科学技能,也就是既要会动口,也要能动手的双师型的教师队伍。对于高校教师来说,很大部分都是在大学毕业之后就走上工作岗位,在社会实践方面缺少丰富的经验,因此,培养高素质应用型的人才对他们来说比较困难,学校可以要求这些教师在完成课业活动时,在节假日或者周末到相关单位进行锻炼,在企业中参与技术的开发,对技术进行研讨,并以此作为企业的技术资源进行共享。不仅如此,高校还要对这些教师多加鼓励,让他们积极参与课题的研究,以使他们能够把理论与实际进行完美的结合。久而久之,教师在这样的环境下,自然会成长为一支专业素质高、技术能力强的队伍。
3.使实验实训资源使用效率有所提高
3.1首先,要把校外的实训基地进行巩固并扩充,把校内的实训中心建立起来。可以通过资源整合的形式,根据自身的特点,建立设备先进、功能齐全的实训基地,使实训基地能够提高使用寿命。对于学生来说,可以根据他们自身的兴趣爱好以及自身特长,进行操作或技能学习,让学生在实训基地进行科学实验、进行技术研究等一些活动。校内实训基地有个显著特点,就是在教学上具有方便、随意性,并且能取得显著的特点,因此可以进行充分利用。对于高校来说,在目前的情况下建立校内实习工厂的可能性不大,因此,要重视校内实训基地的建立,为良好的教学创造条件。除此之外,还要进行校外实践教学,学校可以与校外的企业进行合作,寻找、挖掘一些稳定的公司作为实训基地,在对学生进行一些岗位培训之外,还可以使学生学到一些关于产品的设计、技术的革新以及管理方面的知识等相关内容。
3.2要使观念进行转变
首先,要对实践教学的重要性进行强调,使学生与教师都能有深刻的认识,清楚工程专业的根本在于实践,要深刻认识实践教学与理论教学一样,都有重要地位,只有经过努力实践,才能学到内在的知识,这也是成才之本。因此,学校要对课程体系以及教育内容进行改变,使理论教学和实践教学处于同等的地位。
3.3对实践教学进行探索
高校在进行实践教学时,要掌握一定的教学规律,要对技能与能力训练的培养进行重视,按照层次性、系统性的原则,进行循序渐进的教学活动,从而进行基本技能的学习、专项能力的操作以及应用能力水平的培养,把理论与实践进行相互结合。具体要做到以下几点:首先,要根据学校的专业进行定位,并且树立培养目标,在安排教学计划时,要把理论教学的学时进行缩短,进一步增加实践教学学时,把实践教学内容做进一步调整,在允许的条件下,对课程实验进行改造并使其得到充实,对于验证性的实验则要进行减少,可以适当增加一些设计性或者综合性较强的实验。其次,在进行实验授课时,要打破常规的实验方法、步骤,有意识地避免照本宣科地进行教学,而要做到灵活多变,使学生乐于接受。在进行综合性较强的实验教学中,教师可以根据实际需要,提供一些相关的设计课题,这些课题可以由学生独立进行。当学生在解决问题的过程中碰到困难时,教师可以与学生进行共同处理,寻求问题的答案。不仅如此,教师还可以根据学生的特点,从他们的爱好和兴趣出发,在对必须完成的项目完工之后,再根据自己的实际情况选择一些实验项目的课题,如此,才能发挥教师与学生的主观能动作用,激发学生学习知识的强烈欲望,使学生养成研究性学习的好习惯。除此之外,学校还要对第二课堂进行开辟,从而培养大学生的实践能力。可以组织学生参加学校组织的一些科研项目活动,学生在参加此项活动时,亲身经历了整个项目的全过程活动,包括对项目所做的申请、项目的制作过程以及结题的全过程,使学生得到全方位的锻炼,学校还可以开展各项活动,组织学生参加全国性的一些竞赛,从而进一步为开展全方位的实践训练打下基础。
三.结束语:
总而言之,要对电气工程及其自动化专业进行建设,除了对本专业学生进行专业素养的培养外,还要提高他们的实践能力。为此,高校要不断地进行研究、探索,从而为国家培养出更高素质的应用型的人才。
【参考文献】:
[1]李晓,刘天野.电气工程及其自动化专业工程应用型人才培养研究[J],中北大学学报2007,23
毕业设计是高校实现人才培养目标的综合性实践教学环节,是教学过程的最后阶段采用的一种总结性的实践教学环节,也是对学生在学期间综合运用所学的基本知识、基本理论、基本技能和获得的分析问题、解决问题的能力,独立进行理论与实际结合的基本训练。通过毕业设计能使学生综合应用所学的各种理论知识和技能,进行全面、系统、严格的技术及基本能力的训练,因此毕业设计教学环节,尤其是工科,对培养学生的综合素质、工程实践能力和创新意识具有十分重要的意义和作用。
近年来,由于各方面的原因,全国高校普遍存在毕业设计质量下滑的趋势,学生独立思考能力和创造性能力培养不足,实际动手能力较弱,无法适应新形势下综合性人才培养目标等问题。
电气工程是一个理论与实践结合十分紧密的学科,以培养具有创新精神和实践能力的应用型高级专门人才为培养目标,要求学生具备系统的基本理论知识和较高的工程实践技能,而毕业设计工作则是实现这一培养目标的重要手段,毕业设计质量的高低将直接影响专业人才的培养质量。
因此,结合专业特点,电气工程学科在毕业教学环节可着重关注两点:(1)如何有效利用学生在校最后一个教学环节培养学生工程能力和创新意识以强化电气工程学科专业特色、提升学科品牌意识;(2)以就业多样性为导向,在面向电气行业的基础上,满足传统领域转向新领域(如新能源、工业自动化领域)对人才的需求。
一、普通高校毕业设计现状与趋势
毕业设计是学生即将完成学业的最后一个教学环节,也是最重要的实践环节,是大学生衔接学校和社会的一个重要阶段。随着高校的扩招和毕业生就业压力的不断增大, 传统的毕业设计模式越来越不能适用社会对高素质人才培养的需求。目前在毕业设计环节依然存在以下问题:
1.选题面窄且缺乏新意。部分指导老师没有参加过工程实践,缺乏对课题深难度的把握,题目范畴也比较单一,创新性不强,学生毕业设计内容必然大同小异。选题简单化、形式化现象较为普遍,不少选题过于陈旧,缺乏前沿性;有的题目范围很窄,相当于课题设计,工作量明显不足;有的题目非常大,不可能完成,也无实用价值。
2.与行业实践脱钩。毕业设计教学内容的安排存在缺陷,利用毕业实习、毕业设计环节对学生进行工程训练的综合性不足,有的缺乏阅读技术资料能力的训练,有的没有安排利用计算机进行设计的环节。此外结合用人单位实际需要的选题不多,使毕业设计失去了让学生进行岗前锻炼的功能。
3.指导方式单一化。本科专业的逐年增加,对师资队伍的数量和专业结构都提出了新的挑战,目前大部分院系均存在着指导教师数量不足和专业结构不合理的问题,同一老师往往指导多名学生,根本没有足够的精力去指导每一个学生和辅导每一个学生在毕业设计过程中所遇到的问题,结果必然导致毕业设计质量下滑,学生的能力也得不到锻炼和提高。因此,如果仍然采用传统单一的毕业设计指导模式还将无法满足毕业设计指导要求。
4.对该环节的重要性认识不够。目前对毕业环节的重要性认识不够是一种普遍现象,大多数学生因找工作而无心认真对待毕业设计,教师也忙于科研和其它教学环节而无法顾及毕业设计的指导。在论文撰写阶段,部分学生对相关资料不进行分析、消化和
5.毕业设计报告撰写质量不高。毕业设计报告不仅能反映学生专业素质与科学态度,也能在一定程度上反映完成的整体质量。部分同学从网上下载文章进行拼凑,同时论文中现了大量书写,错漏摘要、关键字不规范,参考文献格式不清楚,文字处理不够规范等现象。
6.毕业设计教学质量的过程控制把关不严。虽然目前已制定了毕业设计工作规范,规定了检查和评价标准,但执行起来往往难度较大。尤其是对部分已到校外实习、就业的毕业生,由于实习单位比较分散,无法实现统一管理,更有学生答辩前才与指导老师见面的情况。
二、毕业设计教改方法探讨
根据以上存在的问题,可采用以下方法进行解决。
1.调研当前毕业设计教学环节存在的问题。主要从当前电气学科毕业设计教学环节普遍存在的问题入手,抓住主要问题如选题结构不合理,毕业设计质量下滑的原因,为改革毕业设计教学提供理论支撑。
2.结合电气工程学科特点,对毕业设计教学环节进行理论分析,探讨合适的分析方法,在此基础上建立相应的反馈体系,研究毕业设计教学环节有效改革方法。
3.结合以下要点,实施有电气工程学科特色的教学改革模式。
(1)优化选题结构,实行双向选择。毕业设计选题应以项目为导向,从生产实际、科研项目、电气工程学科最新科技成果和热点需求中选题,兼顾新兴交叉行业的发展与需求,与社会需求、生产实际结合紧密,选题应具有前瞻性和实用性,真正将理论与实际结合,克服传统毕业设计与社会、与现场实际脱节的问题。在立题方面可鼓励教师结合科研课题、工程实践、实验室建设等实际工作进行立题,注重综合素质和创新能力的培养,大力拓宽题目类型,既有覆盖多门专业课程的传统设计题目,又有与教师科研课题紧密结合、反映时代需要的理论与工程研究,还有致力于专业实验室建设的专题制作。其次,在毕业设计题目满足要求的前提下,充分认识学生在毕业设计工作中的主体地位,全院范围内进行师生双向选择。
(2)充分利用课外科研小组。毕业设计工作中,可充分利用校内课外科研小组,让一部分学生提前进入工程实践训练阶段,尽早接触工程实际,培养学生的创新能力。在毕业设计选题前可提前让学生接触专业的教学和研科项目,引导学生选择感兴趣的研究方向,并指派专门指导教师对各个科研小组进行指导,使一部分学生在毕业设计前夕就掌握设计过程所必需的基本技能和系统调试能力。这部分同学进入毕业设计阶段后,就能够很快进入状态,从而能在规定时间内完成毕业设计内容。将毕业设计与其他教学环节有机结合起来,是培养学生创新能力十分有效的措施。
(3)结合实验室建设,构造开放式专业实验室。为进一步加强实验室建设,可利用毕业设计自行研制开发实验仪器,如信号发生器、示波器、仿真开发平台等,扩充实验室资源,也是一种比较有效的方法。
(4)产学研相结合指导毕业设计。产学研结合是培养学生优良素质、综合能力和就业竞争能力的重要环节。产学研结合指导毕业设计,使学生学到先进的技术,接触到最新的电气产品,同时接受现代管理理念熏陶,综合能力得到提高,同时增进了学校和企业,企业和学生之间的了解,增强了合作,为学生就业拓宽了渠道。
毕业设计指导教师可根据毕业实习情况来拟定毕业设计题目,开创毕业实习和毕业设计一体化新模式,可以使学生在毕业实习过程为毕业设计积累实际的经验和技能,提前进入毕业设计,有针对性的进行知识和技能储备,为高质量完成毕业设计提供时间保障。在指导教师数量不足的情况下,也可以通过聘请企业的管理人员或工程技术人员担任现场兼职教师来弥补毕业设计教学环节的不足。
(5)建立现代远程教育平台,加强对网络技术的运用。由于目前部分学生由于找工作、毕业实习等情况不能按时在校进行毕业设计,也就无法正常接受指导对课题的指导,因此指导老师应根据实际情况调整指导方式。以互联网络技术为核心的现代教育技术符合学生的认知规律,同时也有利于教师自身素质的提高,减轻教师的教学负担。
三、结束语
本科毕业设计是作为培养大学生实践能力和创新能力,提升本科教学质量的一个重要环节。结合科研和生产实际的题目、校企共同指导等方式可以保证了毕业设计质量的同时,提高学生走向社会的竞争能力。因此,毕业设计教学环节改革的实施是一项亟待解决的艰巨任务。
参考文献:
1.体现精品课程示范作用,解决“电力电子技术”在特色专业建设中促进各课程之间协调发展的问题目前,电气工程专业各课程的内容较为松散,缺乏一个系统性的提纲,这与“建设国内著名、石油学科国际一流的高水平研究型大学”的目标还存在较大的差距。在山东省电气专业特色建设的大背景下,如何解决专业课程之间衔接难题、整合各方向的研究领域、切实落实具有“油味”特色的专业建设是当前的一个重要研究课题。而“电力电子技术”由于其自身跨学科、宽领域的特点,恰恰可以作为这样一个接口和桥梁。因此,作为一门立项建设的校级精品课程如何发挥模范示范作用,在促进各专业课程协调健康发展的同时,如何突出作为石油院校的课程特色,是本教学改革项目的一个挑战,但更是一个机遇,也是一个创新性的研究内容。
2.改革现有教学手段和内容,解决有限学时与传统教学方法不匹配的问题“电力电子技术”课程的教学内容以各种变流电路为主线,对电路的波形分析与相位分析的方法贯穿始终。必须更新教学观念、教学方法和教学内容,使学生在有限的课时尽可能多地掌握和了解本学科的知识,提高课程的教学质量。
3.改革“电力电子技术”的实践教学环节,解决学生主观能动性不足问题在“电力电子技术”的实践教学方面,该课程的教学均采用课堂教学结合课后验证性实验的教学模式。目前,学校仅采用挂件结构的实验台或实验箱来完成实验,学生始终处于被动状态,不会积极去思考和创新,也找不到探索的目标和方向。这样一来,如果设备在实验过程中出现问题使得实验结果与理论分析不符甚至出现异常现象,学生就会第一时间找老师要答案,不会独立分析和解决问题。总之,为切实落实省级特色专业的建设目标,“电力电子技术”课程必须提升自身的学科定位,利用课程优势强化作为特色专业课程之间的桥梁作用,因此对本课程的教学内容、教学方法和教学手段等进行全面的改革势在必行。
二、课程改革的具体研究方案
1.打破课程壁垒,强化作为特色专业的桥梁作用电气工程专业各学科的发展已经进入知识相互交叉、共同发展的时期,传统孤立授课的方法已经不能适应新时期的要求。而“电力电子技术”是一门理论性、综合性和实践性都很强的重要专业课程,涉及到多个电气工程学科课程的知识。利用这个优势,将其建设成为一个承上启下、沟通各课程的桥梁是非常合适的。以“电力电子技术”变流技术作为切合点,将“电力拖动自动控制系统”、“交流调速系统”的调速理论、“电力工程”的柔性输电、智能电网等学科理论紧密结合,消除课程之间的壁垒,实现“弱电控制强电”思想的共通,从而将电气工程特色专业建设形成一个有机的整体。
2.更新教学内容,突出“油味”特色石油院校所培养出来的人才不仅是电气工程领域的专业人才,还必须了解石油工业生产对电气技术的需求,能够将电气技术与石油技术很好地结合,为石油工业生产服务。目前,“电力电子技术”中与石油石化科研实践的结合程度还不够深入,如何更好地为行业服务,培养合格的电气化人才,需要在课程内容安排上下功夫。例如,可以增加电驱动钻机、潜油电泵变流电流拓扑的分析和简单故障诊断,使课程更贴近现场,突出“油味”特色。
3.改革现有的教学模式,突出设计与创新采用“感知、学习、应用、总结、提高”五层次教学模式,在“感知”模块中,通过多媒体课件演示与教学内容有关的案例;在“学习”模块中,通过启发式、讨论式等教学方法,结合现代化的教学手段,使学生掌握“电力电子技术”的理论知识;在“应用”模块中,通过实际电路的搭建和实验调试,使学生将所学的课堂理论知识,有效地应用于实践;在“总结”模块中,将零碎的知识进行归纳,把对理论的片面认识变成全面掌握,培养学生举一反三的能力;在“提高”模块中,将任务驱动式的实践经验与理论完全融合,使学生明确岗位对电力电子技术能力的要求,并具备对整个系统的安装调试能力。
4.培养学生独立思考问题和解决问题的能力,鼓励学生撰写科研报告或者调研报告在本课程教学的前期,向学生介绍科技论文的写作格式及方法,指导学生撰写有关电力电子技术方面的调研报告,要求学生按照科技论文的规范进行撰写。同时介绍一些相关的优秀网络资源给学生,指导学生通过这些网络资源去查阅相关的中英文资料,使学生更主动地去了解电力电子发展的动态前沿,因而充分认识到学习本课程的重要性,借此提高学生自主学习的积极性。
5.充分利用当前流行的现代化多媒体教学手段,做到互动教学“电力电子技术”课程涉及到很多电路图和波形图,可以采用多媒体教学与传统的黑板授课方式相结合来进行授课。各种电路图和波形图可用多媒体制作,利用多媒体可以把全部波形展现到学生面前,增强课堂学习效果。如果教师讲课的方式生动活泼,那么学生就更容易接受,从而实现教师和学生在课堂上的良好互动,大大提高学生的听课效率。
中图分类号: TU855 文献标识码: A 文章编号:
引言:
科学技术的发展,促进了信息技术的快速发展,电气工程及其自动化也得到了迅猛发展,并且应用在生活中的各行各业。随着社会的发展,培养一批具有高素质、高技术水平的电气工程人才显得至关重要,并且这个问题应该受到高校教育工作者的重视。为此,高校应该以培养具有理论与实践相结合,既能动手也能动口的专业人才为目标,建设出一支强大的队伍,把高起点、高质量、高标准作为奋斗目标,加强资源上的整合,从而促进本专业建设的发展。
一.本专业的社会需求以及人才的培养
电气工程及其自动化作为一门传统学科,起到促进国民经济发展的作用,本学科得到了有关方面的重视,并且取得了快速发展。随着社会的发展,社会对电气工程类人才的需求会越来越大,因此,必然会对本专业提出新的要求。我国经济的持续发展,说明电气工程学科在对结构进行调整、对资源进行整合以及对条件进行改善的前提下,还有很大的发展空间,电气工程学科正越来越多地被应用到各行各业。电气工程在与计算机信息技术相结合之后,其专业更是焕发出了蓬勃的生机,并且更能适应社会的发展,适应市场经济的发展。
对于电气工程学科的学生而言,他们在毕业之后,将到各种电类企业、单位进行从事相关工作,因此,这就对他们提出了要求,那就是对其本专业熟练掌握程度的要求,要求本专业学生不仅要具备熟练的理论知识,还要具备较强的计算机能力、英语水平,创新能力以及应变能力等,这也是新形势下,社会对该专业学科所提出的要求,因此,我们要培养具有专业技术能力的高技术人才。
二.对本专业的建设
1.制定出完整的课程体系
为了实现本课程的培养目标,则要制定出一套完整的课程体系,而且这套课程体系不仅要具有先进性、科学性,还必须具有特色性及整体性,在对这套课程体系进行建立时,要把课程进行细致划分,分为精品、优秀、重点、特色、合格等几个方面。对于精品课程,要由具有较高学术造诣、并且课堂教学经验丰富的教授来进行传授,通过他们对精品课程的传授,从而形成具有较高教学水平,人员稳定的教师队伍,然后配有一定的实验教师和辅导教师,进一步鼓励硕士、博士多参加精品课程的建设;优秀课程呢,则要求要有一支合格的教师队伍,教师不仅授课水平要高,并且要取得好的效果,可以采取主讲教师负责制的原则,并且主讲的教师要是副教授或者教授,对青年教师队伍进行培养,在教学大纲上,要求不仅具有科学性,还要有实用性,并要具有一定的特色水平;重点建设课程,则要建立一支具有较高水平、并且结构上要合理的教师队伍,对于课程的教学,要有明确的计划,从课程特点出发,首先要制定出具有实用性、科学性的教学大纲,通过对现代教育技术水平的运用,对教学方法和手段进行改革、探讨;特色课程则对有经验的教师进行鼓励,鼓励他们编写有特色内容的讲义、教材,培养出专业人才为地方的经济建设作出贡献。
2.要有一支强有力的教师队伍做后盾
对于人才的培养,则首先要有一批强有力的教师队伍做坚强的后盾。作为电气工程学科的专业教师来说,则要在拥有丰富的理论知识的同时,还必须具备熟练的科学技能,也就是既要会动口,也要能动手的双师型的教师队伍。对于高校教师来说,很大部分都是在大学毕业之后就走上工作岗位,在社会实践方面缺少丰富的经验,因此,培养高素质应用型的人才对他们来说比较困难,学校可以要求这些教师在完成课业活动时,在节假日或者周末到相关单位进行锻炼,在企业中参与技术的开发,对技术进行研讨,并以此作为企业的技术资源进行共享。不仅如此,高校还要对这些教师多加鼓励,让他们积极参与课题的研究,以使他们能够把理论与实际进行完美的结合。久而久之,教师在这样的环境下,自然会成长为一支专业素质高、技术能力强的队伍。
3.使实验实训资源使用效率有所提高
3.1首先,要把校外的实训基地进行巩固并扩充,把校内的实训中心建立起来。可以通过资源整合的形式,根据自身的特点,建立设备先进、功能齐全的实训基地,使实训基地能够提高使用寿命。对于学生来说,可以根据他们自身的兴趣爱好以及自身特长,进行操作或技能学习,让学生在实训基地进行科学实验、进行技术研究等一些活动。校内实训基地有个显著特点,就是在教学上具有方便、随意性,并且能取得显著的特点,因此可以进行充分利用。对于高校来说,在目前的情况下建立校内实习工厂的可能性不大,还要进行校外实践教学,学校可以与校外的企业进行合作,寻找、挖掘一些稳定的公司作为实训基地,在对学生进行一些岗位培训之外,还可以使学生学到一些关于产品的设计、技术的革新以及管理方面的知识等相关内容。
3.2要使观念进行转变
首先,要对实践教学的重要性进行强调,使学生与教师都能有深刻的认识,清楚工程专业的根本在于实践,要深刻认识实践教学与理论教学一样,都有重要地位,只有经过努力实践,才能学到内在的知识,这也是成才之本。
3.3对实践教学进行探索
高校在进行实践教学时,要掌握一定的教学规律,要对技能与能力训练的培养进行重视,按照层次性、系统性的原则,进行循序渐进的教学活动,从而进行基本技能的学习、专项能力的操作以及应用能力水平的培养,把理论与实践进行相互结合。具体要做到以下几点:首先,要根据学校的专业进行定位,并且树立培养目标,在安排教学计划时,要把理论教学的学时进行缩短,进一步增加实践教学学时,把实践教学内容做进一步调整,在允许的条件下,对课程实验进行改造并使其得到充实,对于验证性的实验则要进行减少,可以适当增加一些设计性或者综合性较强的实验。其次,在进行实验授课时,要打破常规的实验方法、步骤,有意识地避免照本宣科地进行教学,而要做到灵活多变,使学生乐于接受。在进行综合性较强的实验教学中,教师可以根据实际需要,提供一些相关的设计课题,这些课题可以由学生独立进行。当学生在解决问题的过程中碰到困难时,教师可以与学生进行共同处理,寻求问题的答案。不仅如此,教师还可以根据学生的特点,从他们的爱好和兴趣出发,在对必须完成的项目完工之后,再根据自己的实际情况选择一些实验项目的课题,如此,才能发挥教师与学生的主观能动作用,激发学生学习知识的强烈欲望,使学生养成研究性学习的好习惯。除此之外,学校还要对第二课堂进行开辟,从而培养大学生的实践能力。可以组织学生参加学校组织的一些科研项目活动,学生在参加此项活动时,亲身经历了整个项目的全过程活动,包括对项目所做的申请、项目的制作过程以及结题的全过程,使学生得到全方位的锻炼,学校还可以开展各项活动,组织学生参加全国性的一些竞赛,从而进一步为开展全方位的实践训练打下基础。
三.结束语:
总而言之,要对电气工程及其自动化专业进行建设,除了对本专业学生进行专业素养的培养外,还要提高他们的实践能力。为此,高校要不断地进行研究、探索,从而为国家培养出更高素质的应用型的人才。
【参考文献】:
[1]李晓,刘天野.电气工程及其自动化专业工程应用型人才培养研究[J],中北大学学报2007,23
作者简介:蒋小洛(1970-),女,浙江温州人,温州大学物理与电子信息工程学院,副教授;吴桂初(1957-),男,浙江温州人,温州大学物理与电子信息工程学院,教授。(浙江 温州 325035)
基金项目:本文系2011年温州大学教改项目(项目编号:11jg47B)的研究成果。
中图分类号:G642 文献标识码:A 文章编号:1007-0079(2013)02-0036-02
一、专业建设背景和人才需求分析
传统的电气工程及其自动化专业被认为是强电专业,随着信息和网络技术的发展,弱电类课程的比重正逐渐增加,[1]现在的电气工程及其自动化专业已经成为强弱电相结合的专业。不同高校根据自己的办学条件和现有师资均有所侧重,目前重点高校基本上侧重于强电,以电力系统及其自动化为主要方向;而有些高校由于条件的限制或学生的就业情况侧重于弱电。不同层次学校的人才培养,其就业岗位和工作任务、性质也不一样,因此应充分考虑到社会对本专业人才的不同需求。
浙江省是我国第二产业比重较高的省份之一,高低压电器和机电业的发展处于突出的位置。温州电器经过20多年的发展,已成为全国生产规模最大、生产能力最强、市场占有率最高、产业种类最齐的工业电器生产基地,“中国电器之都”、“国家火炬计划智能化电器产业基地”、“中国断路器产业基地”和“中国防爆电器生产基地”等国家级产业基地均坐落于温州市(乐清)境内。
温州低压电器企业的规模虽然大,但是技术水平还比较落后,平均盈利能力低于整体水平,与北京、福建、天津、上海的企业相比,差距甚大,其主要原因是:产品档次偏低,技术含量不高,缺乏附加值。究其根本是技术人才严重缺乏,技术人才的缺乏已经制约了温州区域经济的发展,尽管全省已经有多所高校设置了电气工程及其自动化专业,但是这些专业培养的侧重点不一样,不能满足温州地区对低压电器人才的需求。因此,亟需地方性高校为温州电器产业培养急需的人才。
二、专业建设思路
根据人才市场需求,温州大学电气工程及其自动化专业建设的具体思路是:定位建成立足温州、服务浙江、辐射行业的工程应用型人才培养特色专业;建立合理的、具有鲜明特色的理论和实践两个教学体系;培养学生电子设计、电气产品设计和电气工程设计这三方面的能力;实现理论教学与实践教学、课程体系与地方产业、人才培养与专业特色的紧密结合;使学生成为理论基础扎实、具有一定工程应用能力和创新能力的工程应用型人才,体现具有“应用性”和“地方性”特色的电气工程及其自动化专业工程型服务地方区域的人才培养模式。
三、具体实施方案
1.以实际办学条件为基础,确立专业培养目标
根据温州大学电气工程及其自动化专业鲜明的服务于地方电器行业的专业定位,本专业旨在培养具有电气工程技术专业扎实的基础理论与专业知识,具有较强的工程实践能力、创新意识以及良好的团队合作精神,具有知识、能力、素质协调发展,能够在电力系统、建筑设计与施工单位、科研机构、电器制造企业等企事业单位与电气工程专业相关领域从事设计、研发、运行、维护、管理和教育等工作的应用型高级工程技术人才,特别是在电器及其智能化方面能够从事研制开发、应用研究、试验分析和生产管理等工作的电气工程师。
2.以CDIO培养模式为基础,确定专业人才培养模式
在人才培养方案的制订过程中,加强相关产业和领域发展趋势及人才需求的调研,吸引产业、行业和用人部门共同研究教学内容,制订与企业生产、区域产业发展需要相结合的培养方案和课程体系。人才培养模式将学习美国麻省理工学院CDIO培养模式,强调人才培养的社会和工程环境,结合产业背景和社会人才需求情况,制订培养方案、课程体系和教学方式,适应职场目标和社会工作岗位的需求,通过专业评估、社会评价和学生评价去修正培养方案、课程体系和教学方式,旨在培养科学基础扎实、个人工程实践能力强、具备团队合作精神的电气工程师,以达到质量工程教育的目的。图1为电气工程及其自动化专业人才培养框架。
3.以学生能力培养为目标,注重工程素质训练
本专业紧紧围绕温州市智能电子电器行业技术研究中心、浙江省低压电器技术创新服务平台,以电气工程师为培养目标,要求学生具备以下几方面的知识和能力:
(1)电子设计能力。要求学生掌握电路原理、模拟和数字电子技术、单片机原理与应用、自动控制原理等主要基础知识,熟练掌握PROTEL等电子设计自动化工具,具备电子设计基本能力,包括电子硬件设计和软件开发,能够综合运用所学专业知识进行电子系统设计、分析和调试,具有一定的创新能力和解决实际工程问题的能力。争取让学生在大二阶段就能完成电路、模电、数电和单片机课程的学习,利用暑假参加电子竞赛的培训,通过参赛以提高学生的专业意识和学习兴趣。
(2)电气产品设计能力。要求学生具有工程制图的基本能力,能看懂一般的机械工程图纸,掌握电器学的基本知识,掌握电气产品的工作原理和设计方法,特别是电器智能化方面的知识,掌握电气工程师必须具备的计算、实验、测试、仿真等基本技能,特别是电器智能化方面的设计能力,能熟练运用常用的设计软件(如AUTOCAD等)进行辅助设计与分析。
(3)电气工程设计能力。掌握电气工程领域供配电方面的专业知识,如供配电技术、电力电子技术、电机及其控制技术、电气检测技术和机电一体化技术,具备自动控制系统的基础知识,熟悉国家及行业的电气标准,了解机电工程安装与项目管理方面的知识;掌握注册电气工程师(供配电方向)必须具备的电气工程项目设计能力,初步具备项目从立项、招投标、安装施工、监理与验收等一系列的项目组织管理和协调能力。
(4)以工程实践能力与工程意识培养为核心建立实践教学体系。工程实践能力培养是电气工程及其自动化专业工程型应用人才培养模式的重要组成部分。在制订人才培养方案时应注重实践,把实践教学贯穿在整个教学过程中,以电子电气工程实验实训中心、校内实践与实习基地、校外实习基地为依托,采用课内实验和课程设计等实践教学环节、专业见习、专业实习、工程技术实践、毕业设计等多种形式,通过学生、学校、企业之间的有机结合构建一个与理论教学体系相对应的实践教学体系,如图2所示。主要开展以下几个方面的实践环节:
1)以问题为先导——工程认知环节。[3]通过基本技能训练、专业基础课程实验、专业见习等实践环节,让学生能够认识基本电子、电气类元件和产品、机电或机械零件,如电阻、电感、电容、晶闸管、继电器、断路器、隔离开关、电动机、凸轮、曲轴以及简单的控制电路等,初步了解课堂上讲解的理论知识在实际产品设计和制造中的应用,增加其感性认识,激发他们的学习兴趣。
2)以任务为驱动——面向行业的工程实践和创新环节。[3]该环节结合电气工程学科特点,将实践教学内容与实际项目相关联,在电器行业、电气工程设计、电力拖动等方面引领学生进行工程实践创新。教师以案例的方式给学生布置题目,学生则以项目组的形式进行组织讨论、设计和分析,提高学生的专业意识和工程实践能力,同时加强学生的团队合作精神和相互沟通的能力。另外,通过电子电气产品创新、挑战杯创业大赛、科研项目和毕业设计等多个环节对学生进行创新能力的培养,提高学生分析和解决工程实际问题的能力,努力将学生培养成为工程应用型技术人才。
4.加强师资队伍建设,提高教学质量
加强教师队伍建设,建设一支适应高质量教学要求的师资队伍是提高教学质量和培养高素质应用型人才的关键。引进和培养学历职称层次高、学术研究水平高、社会行业知名度高的高级人才,以加强学术梯队建设。加强校内专任教师到相关产业和领域一线学习交流;建立相关产业和领域的人员到学校兼职授课的制度,进一步促进产学研紧密结合,提升本专业建设的整体水平和人才培养质量。
5.建立考核评估机制,完善培养方案和课程体系
构建学生、教师双向信息反馈与评估机制;加强与企业的联系,及时反馈人才需求和学生培养质量,提升本专业建设的整体水平和人才培养的质量。
四、特色
1.专业定位体现地方性
针对浙江省及温州乐清区域经济发展、企业人才需求,就温州大学电气工程及其自动化专业形成鲜明的服务于地方电器行业的专业定位;努力为地方培养、输送高质量的专业人才,实现人才的就地培养。
2.产学研合作
以专业建设为基础,充分利用温州市智能电器重点实验室、省级低压电器技术创新服务平台,整合利用浙江省低压电器产业技术创新战略联盟的优势资源,以重点发展学科、重点实验室、技术开发中心等为依托,加快建设工程应用型人才培养基地,促进学科链、产业链和人才链的有机结合;突出产学研一体化的办学优势,争取在电气工程领域,特别是电器行业中,不管是人才培养还是科研项目的开发和创新方面均起到示范和带头作用。
参考文献:
引言
本世纪初,为适应高校大规模专业目录调整、专业口径大大拓宽的要求,我国高校各相关专业普遍开设了专业导论类课程,旨在帮助大学一年级学生在正式学习专业课之前,对本学科、专业有一个概括的、全景式的了解,这对学生后续专业课的学习乃至职业生涯的规划具有重要的指导意义。
导论类课程根据其覆盖面,大致可以分为“学业导论”、“学科导论”、“专业导论”、“课程导论”四个层次,各层次导论课的任务目的不同[1]。《电气工程导论》课程是我校针对电气工程及其自动化专业大学一年级学生开设的“专业导论”课,总学时为16学时。课程的目的是使学生对本专业的专业课程和知识体系有一个全面、系统的了解,对大学阶段后续课程的学习起到提纲挈领的作用。
1.课程教学理念
教学理念是对教学活动认识的集中体现,是人们对教学活动中各种行为的看法和持有的基本的态度与观念。明确表达的教学理念对搞好教学有重要的指导意义,因此在开始课程教学之前明确表达教学理念是有必要的。在任何教学活动中,教师都必须回答以下三个问题:(1)开展教学活动的意义及教学的目标是什么?(2)采用何种教学方法和教学手段来实现教学目标?(3)如何进行教学评价才能客观、科学地评判教学目标是否实现及实现的程度怎样?对这三个问题的回答,实际上集中体现了教师的教学理念。
教学要以学生为本,以提高学生的学习能力和综合素质为目标。现代教育越来越强调人性化、人道化,尊重学生和学生的个性,因此在教学活动中,要突出学生在整个教学过程中的主体地位,培养主体意识,提高学生的主体能力。这就要求我们改变传统的课程观,使课程由过去教师讲解、学生被动接受,转变成为师生共同参与的由教师引导的探求知识的过程。在教学过程中,教师的责任不在于教会学生多少知识,而主要在于教学生学会如何学习,在于对学生学习的认识论和方法论的导引。课程内容的组织从单一学科向跨学科、综合化和更具启发性的方向发展,从强调知识的掌握与积累向新知识的探索和发现发展。
教学要讲效果,同时要讲效率,教学中应采用多样化、现代化的教学方法和教学手段来减轻学生的学习负担,提高学生的学习兴趣。随着信息技术的飞速发展,全球掀起数字化教育浪潮。世界各国争相实施各类教育信息化工程,日益重视以多媒体和因特网为手段的现代教育方法,表现方式主要有:多媒体技术、计算机网络技术、网络多媒体教学、多媒体远程教学、虚拟现实技术等。教育信息化对现行教育从教学内容、教学过程、教学方式到教学活动中的师生角色、教育目标等方面都产生了深刻影响。究其原因,在于采用信息技术的教学手段教学效果好、学生学习效率高,使学生能够在比较轻松的气氛中获得知识、提高学习能力和兴趣。
课程考核方式要以提高学生综合素质为出发点,注重突出评价的发展和激励,采用能更客观地反映学生学习的能力,能促使学生勤于思考、积极探索的考核方式。进行评价时,不是简单地区分学生学得好与差,而要重视对学生学习动力和潜能的评价,致力于促进学生的学习进步和能力发展。为使评价更加科学、客观,结合课程的特点,应改变评价主体的单一性,即不由教师单方面进行评价,而应调动学生参与评价的积极性,实现评价主体的多元化,建立由教师和学生共同参与的评价机制。
2.课程教学实践
2.1教材建设
《电气工程导论》作为电气工程及其自动化专业的前导性课程,其内容应紧跟相关领域科技的飞速进步,目前出版的教材,其版本的更新速度难以满足这一要求。因而在教材建设方面,我们组织了电气工程相关教研室若干位有经验的教师根据各自研究领域分别编写了教材的总论、电机电器、电力电子、电力系统、高电压与绝缘技术、电气测量、电工理论与新技术等部分的讲义,编写时尽可能采用新材料、参考最新研究成果,保证教材的新颖性和前沿性。讲义着重介绍电气工程专业相关的基本概念、实际应用和发展趋势,涉及的专业面宽,而不涉及过多的理论。除文字形式的讲义教材外,还收集整理了丰富的以现场教学为主的视频教材,以及扩充阅读网络链接地址等,作为学生的自学材料。
2.2课堂教学
随着专业口径的大幅拓宽,作为专业前导课的《电气工程导论》所涵盖的知识也开始广泛。不积累必要的基础知识,现场教学、课堂讨论及学生学习能力的提高就成了无源之水、无本之木。因此按照教学方案,《电气工程导论》课程中的基本概念、基础知识由前述编写了教材相关部分的教师各自负责讲解,教学中采用丰富的多媒体、网络资源,教师的专业性和教学手段的信息化保证了讲课的质量和效率,同学们也能感受到我们以学生为本的教学理念,认真听讲的积极性大大提高。
2.3案例及现场教学
从2013年实施教学改革以来,我们在《电气工程导论》课程教学中增加了案例及现场教学环节。在学生完成必要的基础知识学习后,针对我校电气工程及其自动化专业的两个专业方向――发输变电和供配电,设置了电厂、变电站案例教学,通过案例教学,学生对电厂、变电站的构成和基本原理有了一定认识,之后组织学生到案例教学原型电厂、变电站进行现场参观学习,通过现场学习,了解了电气安全、电气生产及系统运行等内容,增加了感性认识,学生对基础知识的掌握更加牢固、对案例的理解更加深刻,提升了对专业课的学习欲望和兴趣,为今后专业课的学习奠定了良好的基础。最后让学生用一个下午时间写出电气工程导论学习报告。
2.4课外自学及课堂讨论
电气工程及其自动化专业宽口径的特点要求学生的知识面广、学习能力强,课外自学及课堂讨论正是为强化这一教学目标而设立的。课外自学是在教师的指导下,班级学生分为若干小组,以小组为单位,利用课外时间通过上网等方式,就电气工程感兴趣的领域自选主题,进行小组学习讨论,并做好演示PPT幻灯片。小组的选题如“为什么电能会成为能源的主要形式?”、“发电方式的发展趋势是怎样的?”、“电动汽车是汽车的发展方向吗?”等。各小组制作的PPT幻灯片在讨论课上作为讨论材料,首先由小组每位成员分工合作,对选题进行阐述,保证每位同学都参与讨论过程,其次由其他小组根据讲述内容提问,进行课堂辩论,教师引导讨论的进行并作必要的点评,最后小组进行讨论后总结。这一过程充分调动了学生主动学习、积极参与的热情,提高了学生分析问题、自主学习的能力。
3.课程考核
课程考核是课程教学的一个重要环节,直接影响到学生的学习状态,它是衡量教学效果的教学活动,适当的考核方式更是有效激发学生学习的主动性、强化学习效果的有力手段。
《电气工程导论》课程的教学设计及特点,决定了传统的一张考卷定成绩的做法是不合适的。依据教学的方式方法及要求,采用多元化的课程考核方式,对学生进行多方位综合测评。考核项目分为:①课堂考勤与平时作业(占15%);②案例及现场学习报告(占15%);③课堂讨论(占30%);④期末考试(占30%);⑤课程学结报告(占10%)几部分。通过这些方面的考核,能客观地反映学生的学习态度、学习能力、实践能力、知识积累及总结提高的能力。其中课堂讨论和期末考试在总成绩中占比较大,原因分述如下:课堂讨论要求小组学生采取分工合作的形式收集原始资料,加工整理并制作PPT幻灯片,在课堂上阐述并进行答辩,在这一过程中,每位同学对小组的贡献率实际上是每位同学学习主动性和学习能力的集中体现。它由小组全体成员经过民主评议给出,是学生参与课程评价的具体体现。这种学生间的互评更能激发学生的学习主动性和积极性,而学生学习的主动性和学习能力的提高是我们课程教学的一个重要目标。期末考试采用闭卷形式,主要考察课程要求掌握的作为电气工程及其自动化专业学生应知应会的基本概念、基础知识和对电气工程基本问题的认识,这是构建学生电气工程知识体系的基石,对学生后续专业课的学习起重要的铺垫作用。
结语
在电气工程及其自动化专业中开设专业导论课程已成为国内各高校的共识,但如何根据课程特点提高课程的教学质量尚值得探讨。我们在总结我校《电气工程导论》课程开设以来教学经验的基础上,逐步形成了课程的教学理念,并对该课程实施了教学改革,通过三年的实践,学生对电气工程学科和专业的认识、自主学习的能力、对学习专业课的期望、对课程的满意度都有了明显提高,同时学习过程中的精神面貌有很大的改观,这些都证明了我们对《电气工程导论》课程的教学改革有成效。
参考文献:
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我系以电气工程国家实验教学示范中心、电力系统及发电设备控制和仿真国家重点实验室和校企联合实验室为基础,搭建了高层次校内实践教学平台(见图1)。
1.1加大实验室投入,改善实践教学环境我系不断加大实验室建设力度,大力改善实践教学环境。统筹规划,整合资源,建设了全校性公共实验平台、专业基础课实验平台、专业课实验平台。2009~2010年,再次对实验室的仪器设备进行了更新,重点建设了包括计算机硬件实验室、电机教学实验室、电气工程自动化教学实验室、电工与热工计量教学实验室、继电保护实验室在内的10余个实验室。购置了功率信号源、变阻箱、数字万用表、计算机、继电保护设备、示波器、信号发生器、单片机开发板、DSP开发板、常见集成芯片、电子负载、电子电路实验箱、风力发我系统、太阳能电池发电系统等设备。同时,还对实验环境进行了改造和修缮,并为实验室新购置了空调、门禁等基础设施。
1.2大力引进优秀人才,建设优质实践教师队伍我系拥有一支高学历、高素质的实践教学教师队伍。不仅有学科带头人、教学名师等参与实验指导,还有一支具有丰富实践经验的优秀的专职实验教师队伍。负责实践教学的专职和兼职教师中,有多位教师获奖,包括国家教学成果奖、北京市教学成果奖、国家教学名师奖、清华大学优秀实验技术人员奖等等。近2年,我系进一步加强了实验系列教师队伍建设。着力培养青年教师,加强后备力量建设,相继引进了1名副教授和2名清华大学硕士研究生作为实验系列教师。我系制定了一系列有效措施,调动教师参与实践教学的积极性。比如:实施了实践教学带队教师奖励办法,支持并鼓励实验系列教师投入到校外实习实践工作中去。2009~2010年,实验室系列教师承担了所有的生产实习、社会实践带队任务,他们在实习现场的系统讲解和答疑,进一步提高了实习实践效果,学生反响热烈。同时,带队进行实习、接触生产一线,也为提高实验系列教师业务水平提供了平台。2010年,我系制订了科技辅导教师制度,从各二级学科中遴选优秀的青年教师作为科技辅导教师,指导学生的科技活动。
1.3不断改革教学方法,培养学生的创新素质课程是教学的主要载体,实验课程是锻炼学生动手能力、创新意识的主要途径。通过改革教学方法,可以帮助学生更快更好地掌握进行科学研究和探究事物的方法,培养学生独立进行科学研究的能力。我系不断对已有的实验课程进行教学内容和方法的改革与创新,并积极鼓励开设新课。2009年,清华大学“实验室科研探究”入选国家精品课。我系面向全校开设的两门实验室科研探究课:“电力电子变换与电机控制”和“虚拟仪器技术”是该国家精品课的教学单元。这两门课程的选课学生来自电机系、机械系、精仪系、经管学院、自动化系、材料系、工物系、人文学院等多个院系,实现了跨院系、跨专业组织课程。课程重视将实践教育贯穿教学全过程,积极推进探究式学习,努力培养学生的探究精神,教学效果显著。为便于学生学习和掌握知识,两门课程的主讲教师分别编写了相应的讲义。课程单元负责人、电力电子与电机控制教学实验室主任毕大强博士获第七届“清华大学优秀实验技术人员”奖。“现代高电压实验技术”课程原有的授课模式是以演示实验为主,通过实验使学生了解高电压方面的相关知识。2009年,我系支持该课程任课教师进行了全面的课程改革。从以演示实验为主的教学模式转变为以演示实验为基础,以自主创新性实验为主导的教学模式。改革后的课程,要求学生自主设计综合性的创新实验,并利用现有的实验设备完成实验内容,实现实验目的。在此过程中,以学生自主学习为主,教师发挥指导作用。改革后的课程实现了从以演示实验为主向以创新性实验为主、从以灌输式为主向以探究式为主的教学模式转变,课程改革效果优秀。
1.4加强国际交流与合作,创建国际一流实践教学平台我系十分重视实践教学环节的国际交流与合作,多次选派实验系列教师赴其他国家和地区进行访学。全系各实验室每年共接受近20个国家或地区的来访参观和交流合作。如2010年,接受了包括美国、英国、日本、越南、马来西亚,等国家和台湾、香港地区的参观,并邀请了日本早稻田大学、美国麻省理工大学、美国亚利桑那州立大学、美国华盛顿州立大学、英国布鲁内尔大学、香港理工大学等20余个国内外知名大学、企业的专家学者作交流报告。
2校外实践教学平台建设
2.1建立了科学合理的实践基地布局校外实践基地是学生了解学科前沿,感受生产实际的主要平台。我系利用强行业背景的巨大优势,与很多海内外大型电力企业建立了战略合作伙伴关系。在进一步巩固与北京施耐德电气公司、上海电气集团有限公司、北京能源投资(集团)有限公司、西安电力机械制造公司、中国东方电气集团公司等校外实践教学基地的良好合作关系的同时,2009、2010年,又新建了北方联合电力公司、沈阳特变电工股份有限公司、宁夏电网公司、山东海阳核电公司4个实践教学基地。基本实现了“全方位建设,多角度推进”的实习基地布局,即:实践基地全面涵盖电气学科的电工和电力两个行业,为本科生生产实习和社会实践、专业学位型硕士研究生产业实践、研究生就业实践、博士生暑期实习等提供了保障。2009年,清华大学—西安电力机械制造公司实践基地获批成为北京市高等学校市级校外人才培养基地。2010年获学校批准,沈阳特变电工股份有限公司成为校级实践教学基地(见图2)。
2.2制定了规范健全的保障制度科学有效的管理,为提高实践教学质量提供了有力保证。我系采用过程管理模式,由系带队教师、基地指导教师、学生支队长对校外实践教学进行全过程管理。2010年,实施了系领导带队实习机制。由系(副)主任、党委(副)书记等亲自带队,分别率学生赴各基地进行生产实习。系领导们分别出席了各基地的欢迎仪式,还发表了讲话。这一机制进一步加强了与实习单位的合作关系,也鼓舞了带队教师和学生的士气。为了提高教师、学生参与实践教学的积极性,我系还采用物质奖励与精神奖励相结合的激励机制,为表现突出的个人和集体颁发证书和奖品,并为实习带队教师提供生活补贴。
2.3企业专家库企业专家往往具有丰富的实践经历和工程经验,可以立足生产实际,洞察学科前沿和行业走向。我系采取“送出去,请进来”的方法,建立企业专家库。所谓“送出去”,即选拔一批骨干教师到企业进行实践;所谓“请进来”,即吸引一批具有优秀素质和教学能力的企业工程师到系里授课。
3学生科技创新活动平台的建设
以校内、外实践教学平台为依托,我系建立了学生科技创新活动平台,为学生参与科研活动、培养实践能力提供了条件,拓展了空间。
3.1建立了全开放实验室开放实验室有利于充分发挥学生的主观能动性和主体作用。在学校的大力支持、我系的积极推动下,“电工仪表与测量开放实验室”的装修改造工作已于2009年8月顺利完成,成为全开放式的实验室,为学生进行科技创新活动提供了场地和平台。改造后的实验室分为:基础实验区、科技竞赛实验区、讨论区等多个区域。每个实验桌都配备有计算机,示波器,信号发生器,稳压电源,调压器,DSP、FPGA、MCU开发板和全系列电阻电容,万用表和电烙铁等基本实验设备。同时,实验室增加了门禁系统,采用弹性管理,使学生可以利用业余时间自主进行实验,也提高了仪器设备的利用率。包括电机系、信息学院各系、物理系、工物系和医学院等多个院系的学生利用该实验室开展了科研实践活动。2009~2010年我系参加挑战杯、北京市FPGA竞赛、电子设计大赛等各种赛事的项目的准备和调试工作均为在该实验室完成。
3.2大力支持学生参与丰富的学生科技活动为充分调动学生的积极性和创造性,我系积极组织并大力支持学生参与各种科技活动,包括:校内实践活动(如SRT计划、挑战杯等),校外竞赛(如电子竞赛,数学建模竞赛等)。为保证竞赛效果,使学生真正赛有所得,我系不仅为参赛学生提供了免费的实验场所,还为他们配备了辅导教师,并提供经费上的支持。2010年,我系出资支持2007级本科生社会实践支队赴深圳进行电动汽车相关项目调研。配备了3位教师进行全程指导,分别负责调研前相关知识准备,与调研单位的联系,和赴深圳对调研活动进行现场指导。这3位教师均为我系在电动车领域颇有造诣的优秀青年教师,从师资配备上保证了调研活动质量。以我系科技创新活动平台为支撑,近2年学生频频在竞赛中获奖。如:我系1个本科生团队以PLC实验室为平成了参赛项目,荣获第十一届“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛一等奖,并获得全国大学生节能设计竞赛唯一的一等奖;在第五届“中国电机工程学会杯”全国大学生电工数学建模竞赛中,我系获得一等奖、三等奖各2项等等。
3.3制定了一系列科技活动鼓励政策我系通过科技活动鼓励政策,在系内营造了浓郁的学术氛围。如2009年,建立了持续跟踪培养机制,鼓励他们巩固已有成果并争取有新的突破;建立了多渠道宣传机制,对获奖项目和作品,在全系范围内通过网络、简报、视频等渠道进行大力宣传,充分发挥他们的榜样作用;建立了奖励机制,对辅导教师和获奖学生给予一定的物质奖励,促使教师、学生做出优异成果。制订了“清华大学电机工程与应用电子技术系本科生科技活动鼓励办法”,并于2009年对此办法进行了修订,对在科技活动中表现突出的本科生进行推研加分奖励。该办法意在鼓励学生本人申请或参与教师设立的SRT项目、课外科技项目、根据课程设立的开放式研究型课题、各课题组的科研工作等等。该办法自2009年起实行,至今全系已有38人获得推研奖励。
4实践教学体系
我系充分利用校内、外实践教学资源,将实践课程与科技活动相结合,以校内、外两大实践教学平台为支撑,建立了有电气工程特色的实践教学体系。拓展了人才培养的空间,提高了人才培养质量(见图3)。
4.1以国民经济建设需求为导向,确定了实践教学定位以国民经济建设需求为导向,建立开放式、需求化的电气工程实践教学体系。电气工程学科是关乎国计民生的重要学科。我系一直立足我国实际,面向国民经济主战场进行学科建设和人才培养。随着近几年国民经济的迅猛发展,对电力行业的人才培养提出了新的、更高的要求。我系以培养服务社会、适应国民经济发展需求的创新型人才为己任,通过理论课程与实践课程的有机结合,有效利用丰富的校内外教学资源和面向社会的开放式实践教学环境,为学生提供了解工程实际、学科前沿、社会需求的机会,增强了学生的工程意识、创新意识和服务意识。
4.2以强行业背景为依托,进行实践教学内容建设以强行业背景为依托,建立智能式、专业化的电气工程实践教学体系。我系利用行业背景的巨大优势,建立了科学的实践基地布局,同时也与行业内众多企业建立了良好的合作关系。这些都为教师进行项目研究,学生进行实践、开展科技活动和就业创造了有利条件。我系鼓励并支持教师参与实践教学、与企业联合进行科技项目研究,并将优秀的科研成果转化为优质的实践教学资源,更新实践教学内容。如:将工程实际问题引入实践教学和学生科技活动,设立与行业实际相关的SRT题目和本科综合论文训练题目等。并通过科研和实践活动,积极引导学生就业。形成教师与学生,企业与学校,教学与科研的多相良性互动。