电气工程实践教学改革与创新范文

工程教育是我国高等教育的重要组成部分[1],工程教育在国家工业化进程中,特别是国家提出打造“工业化强国”的今天,对门类齐全、独立完整的工业体系的形成与发展,发挥了不可替代的作用[2].我们以提升电气工程及其自动化专业本科学生的工程能力为目标,以承担校级电气“卓越工程师”培养试点项目为契机,认真学习工程教育专业认证标准和卓越计划通用标准,抓住学生工程实践能力培养这个难题,针对一般地方大学电气工程及其自动化专业和电气行业的特殊性,明确电气工程师工程实践能力内涵,通过工程化实践课程体系构建、递进式工程实训平台整合、紧密型校企合作机制建设、企业阶段工程能力培养方案设计等教学改革,更新和完善了电气工程及其自动化专业原有“2＋1＋1”工程能力培养体系,即:2年“基础强化、课堂培养”为特征的学科基础及专业基础教育;1年“项目驱动、梯度培养”为特征的校内工程能力预培养;1年“工程实战、系统培养”为特征的企业阶段工程能力再培养.整个培养体系建设及培养课程,实施校企协同,企业全程参与,基本解决了:(1)原有实践平台难以支撑工程实践与创新能力培养的问题;(2)原有实践教学内容杂散且与工程实际脱节的问题;(3)工程实训基地建立难、针对性差、费用高、不稳固的问题;(4)校内具有工程背景的教师匮乏问题.

1改革的基本内容

1．1能力导向,构建“工程化”实践课程体系

1．1．1以“项目驱动”进行校内阶段工程能力预培养

“2＋1＋1”培养体系的前2年,站在终身教育和素质教育的高度,加强基础、拓宽专业面,构建科学基础、工程技术基础、文化基础以及基本技能有机结合的大基础教育.强调工程教育的基础性和通用性,其核心是构建系统整合、整体优化的大基础课程体系[3].在课程体系改革中,通过压缩部分必修课课时,前置部分第3年的专业理论课,为实施工程能力预培养腾出时间.此阶段是以“基础强化、课堂培养”为特征进行工程基础培养.第3年进入专业模块的学习,此阶段我系大幅整合原有零散的课程实验和课程设计,以项目驱动方式重新设置实践课程,逐步建立以能力导向,分层次、模块化、相互衔接的工程能力培养体系.此阶段是以“项目驱动、梯度培养”为特征进行工程能力预培养.实践教学按“分层培养,阶梯递进,逐步提高”的方式进行,通过开设阶梯式工程实训系列课程,每一个阶段完成对一种能力的训练,循序渐进地提升学生工程认知、实验、设计和实施能力,体现了能力训练的渐进性[4].

(1)开设9个专题讲座.开设9个专题讲座,把学生在理论课程中学到的专业知识系统化、工程化,由具有工程经历的校内导师和聘请的校外导师共同讲授,包括:工程师及能力的培养、发电厂系统及辅机设备、发电机及其实验、变压器的规范及运行、直流系统、配电系统、发电厂防雷与过电压保护、继电保护、电气倒闸操作原则及注意事项.

(2)整合7个实训模块.通过购置新的实验系统和对原有实验平台进行整合、重构,基本构建了一个能够真实再现发、输、变、配电全景过程的电力系统动态模拟平台.基于该平台,我们把以往一个或几个单一性实验内容整合成综合性实训项目,各项目模块计相应学分,同时联合企业编撰了对应培训教材,并实时更新.整合后的实习实训课程内容以工程项目为驱动,包含以下几大模块:发电运行与控制实训项目、输变电运行与控制实训项目、供配电运行与控制实训项目、电气测试与控制实训项目、高压电气设备绝缘检测技术实训项目、电磁仿真计算分析项目、电气基本技能培训项目[5].通过综合性实训项目的训练,能让学生体验真实工程环境,能循序渐进地培养学生的电力系统运行、控制、维护、管理等工程实践与科技创新能力,为下一年在企业阶段的综合实训打下良好的基础.使学生有能力参与企业真实生产,在生产中完成教学行动,助企业创造效益,让企业接受,受企业欢迎.

1．1．2以“工程实战”进行企业阶段工程能力再培养

第3年学生在企业实训及做毕业设计,我们对企业阶段培养方案进行系统设计,其中含“始业教育、项目实战、毕业设计”等3个大环节、12个小环节.企业学习阶段由企业资深工程师和企业背景教师共同指导.此阶段是以“工程实战、系统培养”为特征进行工程能力再培养,其实战项目几乎全部来源于企业的生产实际.企业阶段培养重点体现电力生产过程的实际操作与控制、系统工程能力的培养和提升以及工程创新能力的培养.企业阶段培养是校内培养的高级阶段和延伸,计相应的学分.该方案明晰培养内容、步骤和目标,做到针对性强、校内校外不重复,“真刀真枪”进行项目实战,完成毕业设计.

1．2四元一体,整合三级递进式工程实训平台

实验教学体系的构建和实验课程内容优化设置,往往依托于实验室建制及其设备、用房配置.因此,对我院传统实验室、实验中心、工程实践基地进行科学合理的重构是十分必要的[6].工程训练平台重构以再现电力系统真实场景和过程、培养学生系统工程能力为目的,遵循工程能力递进式增长曲线,设计一批适合教学且源于典型工程项目的实训模块,同时考虑教学和企业科研服务有机结合,实现高校学生与企业的无缝对接.我们将校内外已有的优质资源进行科学规划,对分散的同类资源进行整合,我们构建了“工程基础、工程专项、工程综合”三级递进式工程实践训练平台。真正建设了一个集教学、科研、工程实践、创新训练“四元一体”的工程实践平台,提升学生认知＋探究、实验＋设计、工程实施＋创新三类工程能力,体现了能力训练的渐进性[7].

1．3校企协同,共谋紧密型校企合作机制

1．3．1解析校企合作教育的痛点问题

(1)从电气专业的特点来看,现代电力系统呈现高电压、大容量、大系统、智能化等典型特征,其系统结构及运行方式复杂且多变,做实验设备庞大且价格昂贵,运行、操作环境高危且不可逆,在教学、科研及培训中要构建完全真实的实验系统和环境是非常困难甚至不可能,只有企业才具备了真实的生产环境.因此我们只能够与企业进行全过程合作,才能确保学生工程实践能力的培养落到实处.

(2)工程能力培养的渐近性使学生在企业阶段培养时间长达一年,有别于认识实习、生产实习等,大多数企业害怕影响其正常的生产,难以接受,因此校外实习实践基地建设困难重重.

(3)校内工程教育师资缺乏,校内师资不能长期蹲点在企业带实习实训.(4)学校实践培养经费不足,没有相关的经费来拓展实践基地的建设.

1．3．2共谋“产学研训”有机融合机制

我们通过调研定位企业的重要作用,通过分析企业对校企合作的利益诉求,结合我院的实际情况,探索了紧密型的“产学研训”合作机制,吸引企业参与人才培养全过程.“产学研训”互融是生产、学习、科学研究、实习实训的有机融合,产学研训合作教育充分利用学校与企业、科研单位等多种不同教学环境和教学资源,以及在人才培养方面的各自优势,把以课堂传授知识为主的学校教育与直接获取实际经验、工程能力为主的生产、科研实践有机结合起来[7].

(1)产学结合.在学校建立职工培训基地,依靠学校完善的培训管理体系、完整的培训课程体系、经验丰富的培训师资队伍,开展电路及嵌入式系统等方面的理论及专业技能培训,开展全面的电气设备检修及运维方面的理论与实践技能培训,满足了企业专业技术人才在电气产品开发上的技术要求,为企业的标准化作业奠定了理论与实践基础.我系的人才培训基地已成为重庆三峡水利电力集团、重庆汇能达电子有限公司、重庆机电职业技术学院等单位专业技术人才的重要培训基地.同时在企业建立工程教育基地为学生工程实践提供工程案例和应用环境.企业技术专家受聘硕导、兼职导师,部分解决校内工程教育师资匮乏问题.

(2)研训并举.在学校建立工程技术研究中心,利用学校工程化师资队伍和完备的实验、测试、科研平台为企业开展技术攻关和新产品研发.在企业建立科技成果孵化基地,把我们的技术成果提供给企业进行成果转化,支持企业技术创新.与公司共建成果转移孵化基地,教师依托基地进行产品开发与成果转化,部分学生全程参与.“发电机微机励磁控制系统”“发电机微机监控系统”等成果广泛应用于各类发电公司,近3年累计实现产值3000多万元。

(3)校企协同.实践教育基地,校企共建.电气工程及其自动化专业工程实践教学改革得到一批知名企业的协助与合作,在企业实践环节实施过程中,我们结合自身优势和行业背景,分别遴选了重庆三峡水力发电有限公司、电力科学研究院、重庆水轮机厂、重庆汇能达电子有限公司及南岸供电局等5家在行业内具有一定影响力和品牌知名度的企业作为校外工程实践基地,建立了校外工程实践教育基地群.合作企业共同为基地提供实践教育资源,为学生1年的企业实训打造了良好的外部环境.为了使我们的人才培养计划符合市场的需求,符合企业对人才的需求,与时俱进,校企协同对人才培养体系实施闭环控制,即通过社会调研、人才市场调查以及企业对就业学生的反馈,及时调整人才培养方案所涉及的核心课程开发、专业教学实施、实训基地建设等关键环节,增强人才培养的针对性和时效性.

2创新与特色

2．1构建以“基础强化、项目驱动、工程实战”为核心的工程化实践课程体系

传统实践课程体系多依附于理论课程,验证性实验比重过大,缺乏综合性和系统性,不利于工程能力的培养,改革为“基础强化、项目驱动、工程实战”为核心的工程化实践课程体系[8].具体措施为:校内1年,整合原有零散的课程实验和课程设计,以“项目驱动、梯度培养”为特征进行工程能力预培养;企业1年,“真刀真枪”进行项目实战,完成毕业设计,其实战项目和毕业课题几乎全部来源于企业的生产实际,此阶段是以“工程实战、系统培养”为特征进行工程能力再培养.

2．2整合以“工程基础、工程专项、工程综合和创新”为台阶的递进式工程实训平台

通过对原有实验中心、实践基地以及实验室的整合重构,搭建了“工程基础、工程专项、工程综合和创新”三级递进式工程能力实训平台,各平台相互支撑、有机融合、科学衔接、梯度推进,真正建设了一个集教学、科研、工程实践、创新训练“四元一体”的工程实践平台.分阶段地提升学生认知＋探究、实验＋设计、实施＋创新3类工程能力,形成科学的工程能力发展曲线,循序渐进地提升学生工程能力.

2．3设计以“始业教育、项目实战、毕业设计”为主线的系统化企业培养方案

为期1年的企业培养是实践教学环节中非常关键的阶段,电气专业企业阶段的培养方案,以“始业教育、项目实战、毕业设计”为主线,其目的是使学生受到电气领域工程师基本训练,具有能够综合运用所学专业知识分析并解决工程实际问题的能力,具备电力系统、电机系统设计、运行、管理的基本技能,具备一定的组织管理能力、交流沟通能力和团队合作能力,具备在电气工程及相关领域进行科学研究、产品开发、技术管理和知识创新的综合能力和较强的国际竞争力[9G10].

2．4确立以“产学结合、研训并举、校企协同”为特征的紧密型

校企合作机制实践是工程的灵魂和根本,产学研结合是工程教育的重要特征和本质要求[11G12].产学研训,多元互融,校企协同,互信共赢.树立学校服务企业的思想,充分利用学校人才优势和设备,为企业开展人才培训、技术攻关和科研成果转化,使企业受益,促进校企互信和校企长效利益共同体形成,从而解决了工程实训基地“建立难、针对性差、费用高、不稳固”的工程教育瓶颈,具有小投入、大产出效应.教学计划实施过程中,校企全程共建,并协同对人才培养体系实施闭环控制.

3应用推广效果

3．1促进学生工程教育环境条件的不断改善

以工程化、系统化理念整合、构建实验中心、实践基地,共计投资2000万元,拥有重庆市人才培养模式创新实验区与重庆市工程实践教育中心2个市级人才实践培养平台.2015年,电气专业被授予重庆市本科高校“三特行动计划”特色专业,同年获批重庆市能源互联网工程技术研究中心,校外建有7个定点实习实践基地,具备了良好的工程教育平台,有利于我们顺利开展工程教育.

3．2学生的工程实践与创新能力不断提高

自实施该培养体系后,我系毕业生就业率均超97％,就业质量逐年提高,每年约20％~40％学生被国家电网录用(见图2).通过对近几届毕业生的跟踪调查,学生因在校期间接受了全面系统的工程实践训练,受到社会普遍好评.近几年学生公开发表学术论文16篇,专利授权7项,获得各类科技竞赛奖励53项,近2年承担各类科技项目41项。

3．3师资队伍工程化素质不断增强

通过企业全程参与学生培养过程和密切的产学研合作,我系师资队伍工程化素质不断增强.本专业除引进具有工程背景的专职教师外,积极与企业开展人才交流,聘请企业的专家、工程师担任兼职教师,全程参与学生培养,同时和企业密切开展产学研合作,把我们的技术成果提供给企业进行成果转化,支持企业技术创新.例如电气工程系与重庆汇能达电子有限公司通力合作,研究的具有自主知识产权的微机励磁控制系统、微机调速控制器、一体化综合控制屏、微机监控系统已在重庆三峡水力电力集团、江津富源发电公司、綦江发电公司等企业得到应用,年产值超千万,取得了良好的社会效益和经济效益.电气工程与自动化系自主研制的电力测功机已产业化,广泛用在长安、力帆等企业的汽车零部件试验台上,申请专利3项,实现产值3000多万元.自主研发的具有完全知识产权的“输电线路杆塔绝缘子闪络监测装置”已在重庆电力公司长寿供电局和三峡水力电力集团公司输电线路投入运行,实现了对线路特定杆塔上绝缘子闪络的实时在线监测,有效提高线路故障巡视效率,申请发明专利和实用新型专利各1项.通过产学研合作研制的配电网可视化实时状态监控系统,在三峡水力电力集团供电公司投入运行,大大提高了配电网运行的管理效率.这种“双向参与、资源共享”不仅使本专业方向的师资队伍工程化素质不断增强,也充分利用企业的生产条件,将科研成果尽快地转化为生产力,实现了“校企合作、产学双赢”.近4年成果完成人承担了相关教改项目10余项,发表相关研究论文10余篇,获得各类教学成果奖15项.

4结语

我校电气专业近几年通过专业综合改革,培养了一批具有创新创业能力的毕业生,腾讯、华龙网等主流媒体网站曾针对本专业作了“这个专业很牛”的专题报道,指出“重庆理工大学电气工程及其自动化专业不论是课程设置还是设施设备,都与企业进行了紧密结合,所以学生才能够得到企业的好评”,并详细报道了近年来毕业生就业的代表性情况,引起了强烈的社会反响,也引起了一些教研机构和相关会议的关注,吸引了一些院校来校调研交流.我院应邀在2011教育与教育技术国际学术会议、2012高校卓越工程师培养计划研讨会上作经验交流,还先后与华中科技大学、四川大学、西南交通大学、西华大学等高校就学生工程能力培养进行了面对面经验交流.我院工程实践基地每年接待10多所国内高校参观访问,如重庆科技学院、重庆文理学院、广东石油化工学院等到我校观摩电气实训平台建设,并建设了类似实训系统.特别一提的是我院工程化、系统化电气实训平台集教学、科研于一体,对大型企业建设企业工程技术研究中心起到了一定的示范和借鉴作用,吸引企业来校调研交流,如国网重庆电科院、重庆新世纪电气有限公司、重庆水轮机厂有限责任公司等来参观交流.我院的改革模式和建设成果得到兄弟院校和相关企业的高度认同,成为“可借鉴、可复制、可推广”的范例,改革成果有一定的推广价值。

参考文献(References)

[1]杨奕,刘伟,贺晓蓉．面向工程教育专业认证的电气卓越工程师培养模式研究[J]．实验技术与管理,2017,34(3):16G19,31．

[2]杨靖．我国工程教育质量状况到底怎样[N]．科技日报,2014G11G27(007)．

[3]李山,贺晓蓉,郭燕．以“大基础、大工程”创新电气信息类应用型人才培养模式[J]．高教论坛,2011(7):12G14,54．

[4]杨奕,徐鹏,彭小峰．电子设计竞赛与实践教学改革[J]．实验室研究与探索,2013,32(4):172G175．

[5]蒋东荣,贺晓蓉,李山．电气工程专业综合实践基地建设探讨[J]．中国电力教育,2014(3):155G156,158．

[6]张玉洲,鲁璇班．论高校工程实训中心文化建设[J]．实验技术与管理,2011,28(4):136G138．

[7]翟国．研究生创新能力培养探讨[J]．南京审计学院学报,2011(4):106G108,111．

[8]林健．高校“卓越工程师教育培养计划”实施进展评析(2010—2012)(下)[J]．高等工程教育研究,2013(5):13G24,35．

[9]张铁楠,刘铁武．基于“卓越计划”的计算机专业企业培养方案的研究[J]．湖南工程学院学报(社会科学版),2013(1):112G115．

[10]刘伟,贺晓蓉,贺娟．电气工程及其自动化专业卓越工程师培养模式探讨[J]．中国电力教育,2012(6):58G59,63．

[11]傅越千,楼建明．电类应用型卓越工程师培养途径的研究[J]．宁波工程学院学报,2010(4):67G71．

[12]教育部启动实施“卓越工程师教育培养计划”:面向工业界、面向世界、面向未来,培养卓越工程师后备人才[J]．中国大学教学,2010(7):4G5．

[13]杨奕．“分阶反刍”混合式学习培养模式探索与实践[J]．实验室研究与探索,2017,36(3):241G244.

作者：刘伟；杨奕；贺晓蓉 单位：重庆理工大学