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电气工程及其自动化专业人才培养的实践与探讨

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摘要:为培养出新一代应用型、复合型高级工程技术人才,以山西农业大学电气工程及其自动化专业人才培养综合改革为例,总结了该专业在人才培养框架、课程教学体系和实践教学体系等方面进行的教学改革实践举措及取得的成绩,并以《制造业人才发展规划指南》提出的人才需求为导向,提出“优化教师队伍,提高教师实践能力”以及“深化校企合作,实现互利共赢”等进一步深化教学改革建议。

关键词:制造业人才发展规划指南;电气工程及其自动化;人才培养;教学改革

制造业是国民经济的重要支柱,是科技创新的主要战场,是国家综合竞争力的有力表现。随着现代化技术的飞速发展,制造业全球化趋势加强[1]。电气工程及其自动化专业主要培养的是能够在电气工程领域从事相关的系统设计、装备制造、运行控制、信息处理、研究开发、经济管理以及计算机应用等方面工作的应用型、复合型高级工程技术人才[2]。山西农业大学是全国首批深化创新创业教育改革示范高校,是国家中西部基础能力建设高校,也是山西省高等教育综合改革试点高校。电气工程及其自动化专业是山西农业大学工科专业中的优势专业之一,为了培育更多适应社会经济发展的复合应用型高级工程技术人才,本专业于2012年开始在人才培养模式等方面进行改革。

一、教学改革背景

2010年6月,教育部启动了“卓越工程师教育培养计划”(以下简称“卓越计划”),它是我国高等工程教育改革和创新的重大计划,也是促进我国由工程教育大国迈向工程教育强国采取的重要措施[3],其主要目标是“面向工业界、面向世界、面向未来,培养造就一大批创新能力强、适应经济社会发展需要的高质量各类型工程技术人才,为建设创新型国家、实现工业化和现代化奠定坚实的人力资源优势增强我国的核心竞争力和综合国力。以实施卓越计划为突破口,促进工程教育改革和创新,全面提高我国工程教育人才培养质量,努力建设具有世界先进水平、中国特色的社会主义现代高等工程教育体系,促进我国从工程教育大国走向工程教育强国”。“卓越计划”的实施,进一步促进高等教育面向社会需求培养人才,注重人才知识的全面性和实践的创新性,全面提升我国工程教育人才培养质量,更为地方高校的人才培养模式改革和专业发展指明了方向。

二、教学改革实践举措

电气工程及其自动化专业课程体系庞杂,它具有强电和弱电结合、电工技术和电子技术结合、软件和硬件结合、元件和系统结合[4]的特点,这使得该专业人才培养复杂而艰巨,为了培育更多具有创新精神的卓越人才,本专业于2012年开始在人才培养模式等方面进行教学改革。

(一)3+1人才培养框架强化了工程教育的实践性

加强学生工程实践能力是高等教育的必要延伸和社会发展的必然要求。在以往的人才培养过程中,存在“重理论、轻实践”的问题,理论教学环节占据了极大部分的教学时间和考核比例,实践教学环节重视程度远远不足,这不利于学生工程素质和能力的培养。3+1培养框架是指本科阶段3年进行系统课程学习+1年校内外实践环节学习,在改革实践中,对理论课程教学体系和实践教学环节进行了重新调整和整合,专业必修课程在前3个学年全部完成,第四学年秋季学期安排了部分专业方向选修课程和专业综合实践,包括单片机课程设计、电工电子综合设计、电力工程设计,强化工程实践能力和创新精神的培养,第四学年春季学期进行毕业综合实习以及结合实习企业进行的培训实习与毕业设计(论文),且实践教学环节贯穿整个电气工程及其自动化专业复合应用型高级工程技术人才培养环节。

(二)构建科学的课程体系是培养合格复合应用型工程人才的基础

课程体系的设置是由人才培养目标决定的,而课程体系的合理化程度又会影响到人才的合格化程度[5]。电气工程类许多课程之间存在不可分割的联系,有些内容无法单纯地割裂分开到某一课程中,这就造成了课程内容交叉、重叠。例如在“数字电子技术”、“微机原理及应用”和“单片机原理及接口技术”都有数模和模数转换等内容;旧的课程体系课程彼此之间衔接不合理,连贯性、系统性缺失,重点内容不突出。在课程体系改革实践中,我校电气工程及其自动化专业将课程、专业、学科和实验室建设融为一体,优化课程体系和教学内容,打破传统的“基础课—专业基础课—专业技术课”的“老三段”体系,依据电气工程及自动化专业强弱电课程体系特点,按照强电拖动、弱电控制,对课程体系进行一体化重组,构建了“电子技术课程群”“电气控制和传动课程群”。“电子技术课程群”包括计算机应用基础、程序设计、电路理论、模拟电子技术、数字电子技术、信号与系统、微机原理及应用、单片机原理与接口技术、嵌入式处理器及操作系统、数字信号处理器(DSP)原理及应用等;“电气控制和传动课程群”包括自动检测技术、自动控制原理、电力电子技术、电气控制与PLC、计算机控制技术、电气传动控制系统、电机与拖动、过程控制、电力系统等,并通过电力电子技术和电气控制技术等课程,实现课程群之间的有效融通,强化了课程的广阔性、综合性和亲和性,实现最优学时分配,同时使整个教学过程具有连贯性和合理衔接,既避免教学内容的简单重复,又可以实现整个课程体系的系统化,有利于学习兴趣引导、专业思想形成与知识贯通。

(三)构建科学的多层次实践教学体系是提高复合应用型工程人才培养质量的重要抓手

科学的实践教学体系对于培养具有工程素质、创新能力、动手能力及独立分析解决问题能力的合格复合应用型高级人才起到关键和核心作用。由于电气工程及其自动化是一个实践性较强的专业,各实验课程和实践环节教学计划相对独立,缺乏培养学生实践能力的具体细化目标和体系,导致学生专业口径窄,动手能力和创新能力差。在实践教学改革中,按照认知事物的规律,由浅入深、由简到繁、由个别到综合应用,有层次地设置实践环节,建立如图1所示的认知层、基础层、拓展层、创新层4个层次的实践教学体系。第一层次为认知层,包括物理实验、专业认识实习、金工实训、电子实习,学生进入大学后接受系统实验方法、实验技能训练、专业认识和激发专业思考的开端,是培养和提高学生科学研究工作能力重要基础。第二层次为基础层,包括电路、模电数电、电气控制、电机等课程系列实验,与课堂理论教学同步进行,注重学生实验技能训练,严谨科学作风和良好实验习惯的培养,实验内容主要包括知识验证性和简单综合性实验。第三层次为拓展层,包括微控制器、电力电子、电机与传动、过程控制等专业综合性较强的课程实验和电机、电气控制实习、单片机课程设计、电工电子综合课程设计和电力工程设计,在课程实验内容方面,强化了综合性和设计性实验;在实习、设计环节,充分结合农业院校电气工程及其自动化专业实践特点,以农业和设施农业工程实际为背景环境,以工程项目产品或系统从构思、设计、实现到运行乃至废弃的生命周期全过程为载体,培养学生的科学和技术知识获取能力、学习能力、沟通能力、团队协作能力、开发创新能力和系统掌控能力等,促进学生知识、能力和素质的全面提高。第四层次为创新层,包括学生自己选定的创新项目、SRT计划、各类各级大学生学科竞赛、各级大学生创新创业项目和毕业设计等,在实践中,开放了电工电子、电路和微机测控实验室,为学生进行多种形式的科技创新创业活动提供实验创新平台,毕业综合实习分两个阶段,第一阶段3周的校企合作企业“轮岗制”,针对企业生产环节,对所有专业学生进行多岗轮训,完成生产加工、装备维护、生产组织等方面的训练;第二阶段“顶岗制”,采用企业学生双向选择方式或学生自主选择企业形式,该阶段采用双导师制,校企导师合作完成学生毕业综合实习和毕业设计环节。该阶段是培养学生的创新精神和创新能力,增强工程设计和综合应用素质以及提升职业素养,增强责任感和使命感的重要途径。

(四)激发学生专业兴趣是提高学生创新能力的重要途径

创新思维和创新能力是我国实现制造强国战略目标的驱动力,兴趣与专业的结合是开拓创新思维、培养创新能力的有效途径[6]。在传统的教学环节中,课堂讲授,卷面考核,验证性实验,课程设计固定,这样的培养方式忽略了学生的个性特点,难以挖掘学生在专业学科中的兴趣爱好,长此以往,会严重影响学生创新能力的提高。在教学综合改革中,为了激发学生在专业方面的兴趣,采取以下几方面的举措:(1)实施大学生研究训练计划(StudentsResearchTraining,简称SRT计划),鼓励学生及早进入实验室,接受科研训练,提高专业技能[7];(2)鼓励学生建立兴趣小组,如智能车设计小组、航模小组、电气安装兴趣小组等,使学生实践中发现问题,思考问题,解决问题,在兴趣中加强专业技能,培养创新能力[8];(3)鼓励学生参加各种科学知识竞赛,如全国大学生电子设计竞赛、全国信息技术大赛、全国大学生数学建模竞赛、全国大学生课外学术科技作品竞赛等,通过这些比赛,使学生进一步提高了自主学习的意识和能力,所取得的优异成绩也帮助学生建立了专业方面的自信心;(4)鼓励学生开展发明创造活动,使学生会产生创新的意识以及将想法转化为实践的动力。经过多年的教学综合改革,我校电气工程及其自动化专业在人才培养方面初见成效,学生参加各级大学生学科竞赛获奖54项,其中国家级奖13项,主持各级大学生创新创业计划项目50余项。专业学生就业率平均98.6%,其中30%任职于大中型企业,如国家电网、地方电网、山西各级发电企业、国机集团等,并获得用人单位一致好评。

三、教学改革思考

2015年5月,国务院提出实施制造强国战略第一个十年的行动纲领《中国制造2025》。2016年12月,教育部、人力资源和社会保障部、工业和信息化部联合印发《制造业人才发展规划指南》,作为《中国制造2025》的重要配套文件,从制造业的问题和需求为导向,提出健全人才培养体系、创新人才发展体制、提高人才队伍素质的规划指南,为实现制造强国战略目标提供人才保障,同时给本科院校复合应用型创新人才培养提供了切实有效的行动纲领和进一步深化创新人才培养指明了方向。

(一)优化教师队伍,提高教师实践能力

教师队伍的整体素质决定学校的办学水平和人才培养质量,建设创新型教师队伍对于人才培养至关重要。而在长期的教学过程中,教师因不断强化教学内容、教学技能以及研究领域的相关知识,深入研究的同时知识面反而变窄,因此在教学中难以做到各学科之间融会贯通。此外,对工科教师的业绩考核上唯学术化倾向明显,注重理论研究和追求论文发表,轻视工程实际问题的研究和解决。这样,学生难以接受到系统的工程教育。为了优化教师队伍,提高工程教育质量,应从以下4个方面进行:(1)邀请企业高技能人才到学校进行培训,组织专业教师定期到高新技术企业进行实践或去企业短期挂职锻炼,选派专业教师出国进修访学;(2)改革工科教师的业绩考核标准,将实践能力、社会服务能力等纳入教师考核评价体系;(3)鼓励教师进行相关研究领域的发明创造,加大科研成果转化收益分配和知识产权保护力度;(4)鼓励教师参与各类相关技能竞赛,提高相关专业技能。

(二)深化校企合作,实现互利共赢

目前,我校电气工程及其自动化专业正逐步加快校企合作步伐,但校企合作深度不够,企业在人才培养中的主体作用尚未充分发挥,无法按照社会或企业人才需求,制定培养方法;工程教育实践环节薄弱,学生到企业实习时间短,大多只是走马观花参观,企业技术人员简单介绍相关企业相关设备、生产流程、产品工艺等,学生无法真正融入企业产品的研发之中。为了实现更大程度的互利共赢,校企合作程度有待进一步加深。深化加强校企合作应从以下4点进行:(1)加强实体化产学研用联盟建设,深化产学研协同创新,增强校企汇聚创新资源的能力,促进科技创新的优质资源向国家经济社会发展聚焦;(2)在人才培养方案制定时充分考虑企业需求,课程设置和教学内容与专业技术的更新和发展紧密结合,努力做到人才培养和用人需求相结合,学校教学和企业生产相结合;(3)在将教师和学生“送出去”的同时,也将学校的科研成果和创新性产品设计“送出去”,便于科研成果和创新性产品设计转化到生产中,为企业创造更大的效益;(4)在将企业高技能人才、企业文化“请进来”的同时,也将企业从业人员“请进来”,解决部分企业从业人员理论知识欠缺的问题,提高他们的信息技术应用能力。深化校企合作,使得高校与企业在更大程度上互利共赢,快速培养出企业所需要的理论扎实、实践能力强的实用型人才。

四、结语

人才培养是一项长周期的教育活动,高等学校必须转变教育教学观念,以面向社会需求为导向,以提高人才培养质量为核心,研究、探索人才培养的新模式,深化工程教育教学改革,不断增强学生创新意识与创新能力,为制造业强国崛起培养更多高素质的创新型人才。

参考文献:

[1]周衍鲁.基于信息化的中国制造业发展对策研究[D].济南:山东大学,2006.

[2]王娟,郑红梅.电气工程及其自动化的历史与发展现状[J].技术与市场,2012,19(7):110-110.

[3]李永坚,黄绍平,李靖.“卓越工程师”培养要重视教学方法改革———以电气工程及其自动化专业为例[J].中国大学教学,2012(11):63-65.

[4]张志刚,瞿曌,殷科生,等.大工程观下电气工程及其自动化专业课程体系的研究与实践[J].湖南科技学院学报,2013(8):44-46.

[5]潘再平,黄进,赵荣祥,等.全面优化本科教学平台,培养电气工程创新人才———浙江大学电气工程及其自动化特色专业建设[J].电气电子教学学报,2010,32(s1):20-23.

[6]张天会,果霖,顾丽春.浅谈“中国制造2025”对机械设计制造及自动化专业教学的启示[J].机电产品开发与创新,2016,29(3):133-134.

[7]刘桂英,粟时平.电气工程及其自动化专业大学生创新能力培养模式探讨[J].中国电力教育,2009(20):44-47.

[8]胡席忠,邢泽炳,张秀全.实践教学中综合性实验设计探讨[J].辽宁工业大学学报(社会科学版),2014(1):140-142.

作者:冯俊惠1,2;李志伟1,2 单位:1.山西农业大学,2.旱作农业机械关键技术与装备山西省重点实验室

电气工程及其自动化专业人才培养的实践与探讨责任编辑:张雨    阅读:人次