宽口径电气工程专业实践教学体系的构建

程德福,嵇艳鞠,凌振宝,孙淑琴,王应吉,于生宝

(吉林大学仪器电气学院,吉林长春 130026）

宽口径电气工程专业实践教学体系的构建

程德福,嵇艳鞠,凌振宝,孙淑琴,王应吉,于生宝

(吉林大学仪器电气学院,吉林长春 130026）

以新办电气工程及其自动化专业要求为背景,培养宽口径电气信息人才为目标,介绍了吉林大学电气工程及其自动化专业培养方案与教学计划,重点论述了实践教学体系和实现途径,课内实践教学体系包括:主干课程独立设置实验课并不断完善多种类实验项目、1-3学年的三个短学期计18周的集中实践教学和持续大四一年的毕业设计;简要介绍了电气工程大学生课外科技创新实践体系、实验室与教学平台及校外实习基地建设情况;归纳了四点建设经验。

教学计划;实践教学体系;实验教学平台;实践能力

0 引言

电气工程及其自动化专业属国民经济发展的基础性专业,一直是社会科技进步和经济发展反映最为活跃的专业。同时,由于我国电力事业高速发展,对电气工程专业人才需求旺盛,成为报考最热门的工科专业之一。我国高等教育从1998年开始进入扩招阶段,高校开办新专业是实现扩招的最直接办法。2002年全国有200所学校开设电气工程及其自动化专业,2005年增加到276所,到2008年接近300所,开办专业时间不足十年的有一大批。而电气工程领域随着科学技术的发展,其涉及到的技术领域也发生了深刻的变化。信息技术、电力电子技术、计算机技术、通讯技术、自动控制等技术在电气工程领域中得到了广泛的应用,使电气设备和电力系统向数字化、信息化方向发展,电气工程领域所涉及到的行业管理向高效益、市场化发展,这一切都要求高等学校培养具有广博的基础知识,开阔的视野,融会贯通的思维能力,熟知不同学科领域的知识,具有不断调整知识结构的能力。

吉林大学的电气工程及其自动化专业是在测控技术与仪器和应用电子技术两个专业基础上从2000年开始招生的新办专业。我们在借鉴国内其它高校办学经验基础上,研究国外相关专业教学思想,优化人才培养方案,实施多元化创新人才培养方式,适应当代社会和未来科技经济发展对信息化、智能化、网络化的宽口径电气工程专业人才培养目标的总要求,努力探索新办电气工程及其自动化专业的实践模式,构建并不断完善实践教学体系,加强实践教学环节建设,以实验室建设和实践教学体制改革为保障,推进素质教育,培养学生创新意识,提高实践能力。我校电气工程专业实践教学体系建设经验的总结,建设成果的分享,对落实“质量工程”具有现实意义,对其他高校电气工程新专业建设具有借鉴价值。

1 宽口径新专业的培养方案

我校电气工程及其自动化专业设置8年来,制定执行了2001版培养方案与教学计划的基础上,尊重教育部有关教学指导委员会提出的总体要求和课程设置,又兼顾国际上电气信息类专业的发展趋势,借鉴国外相关专业的课程计划,经过多次反复论证讨论、修改和优化,制定了2005版的宽口径电气工程及其自动化专业培养方案与指导性教学计划。致力于培养电气信息相关的装备制造、系统运行、自动控制、信息处理、计算机应用等宽口径领域的科学技术与管理人才。05版培养方案及教学计划按每学年“两长一短”三学期制安排教学计划,较好地体现了学分制管理的教学改革方向。

从培养方案计划学时、学分分配表可知,普通教育和学科基础课程占总课时的89%,而专业课程仅占11%,体现了加强和拓宽基础。将工程电磁场和电路分析基础课程形成完整的电工理论基础,电力电子技术、电力电子技术课程设计调整到基础模块。对部分相近、相关性较强的课程进行了合并整合,将信号与系统和数字信号处理两门课程合并为信号系统与信号处理,将微机原理与接口技术Ⅰ和Ⅱ合并为一门课程,将自控原理与计算机控制技术合并为连续与离散控制系统一门课程,课程的合并,避免了前后课程内容的脱节、理论与实践的严重脱节、学生缺乏感性认识等问题和弊端;有利于学生理论的提升,知识的连贯性,内容的提炼,将所“学”与所“用”紧密联系。在05版方案专业课程模块中,强弱电结合,拓宽专业方向,宽口径培养,开设了电气工程学科专业引导讲座,明确了“电力电子与电力传动,电力系统及其自动化”两个专业方向;增开选修程,选修学分超过20%,体现个性化培养要求。以“电机学、特种电机、电机控制和电力拖动控制系统”为课程群的电力电子与电力传动方向,以“电力系统分析、发电厂电气、电力系统安全技术、高电压工程、电力系统继电保护”课程群的电力系统及其自动化方向。培养方案实践学分达到47学分,占总学分的24%,提高实践学分比例。体现电气信息类专业工科特点和注重培养学生实践能力的办学特色。

培养方案课内学时、学分分配表

3 实践教学体系的探索与平台建设

3.1 构建与课程体系和教学内容相互支撑的实践教学体系

课内实践教学体系包括:主干课程独立设置实验课并不断完善多种类实验项目、1-3学年的三个短学期计18周的集中实践教学和持续大四一年的毕业设计。

(1)独立设置“电路与电工学、模拟电子技术、数字电子技术、微机原理接口技术、电机学”等5门实验课程,开设40个必做实验项目和12个选做项目;实验内容注重验证性实验与综合性、设计性实验内容相结合,在电力电子技术、电力系统分析、PLC等主要课程的实验内容与教师科研成果结合。

(2)三个短学期集中实践教学模式与内容设计,每年的暑假开学安排六周的短学期实践教学,体现“一个补充、三个提高”指导思想,补充长学期主干课教学不足之处,提高学生的实践动手能力、理论知识应用能力和综合设计能力,实现“电工技术与电子技术结合、强弱电结合、软件与硬件结合、元件与系统结合”的培养要求,设计三个短学期共18周的实践教学内容:一年级的两周金工实践和四周电子电工基本技能训练与初步设计:以电路分析和模拟电子技术课程为基础,完成可调直流稳压电源、低频信号发生器、二阶低频带通滤波器、选频放大器等内容,重在培养一年级学生的电路制作、调试与初步设计能力;二年级的六周安排三个内容:采用M ATLAB软件进行数字信号处理、CPLD数字系统设计、单片机程序设计与综合应用,提高学生的软件能力;三年级的六周安排电气技术基础综合设计和校外一周实习(发电企业、输变电和电力计量与设备制造):校内五周分为项目设计类和多元模块化实践。学生可根据兴趣和能力进行选题,注重学生个性和层次培养,项目设计类实践按学生进行项目管理,题目涵盖所学的多门专业课程,包括PLC控制音乐喷泉、电网潮流计算、PWM控制稳流源设计等内容,题目难度大,考核指标明确,学生需自己设计方案、选择器件、焊接调试,由指导教师组成考核验收组,进行阶段考核与项目验收。通过完成项目,可以锻炼学生独立开展设计实验,培养科研开发能力;多元模块化实习在五周内要完成包括电力系统分析综合实践、电力传动综合实践、可编程控制P L C综合实践、继电保护综合实践等内容,可拓宽学生的专业方向,实现宽口径培养。

(3)持续一年的毕业设计,选题主要来自科研项目,建立了质量保证的六种机制:网上公布课题/师生互选制、课题论证与全员开题报告制、中期检查督促警告制、成绩评定量化打分/答辩组决定制、成绩排序后10%二次答辩制、优秀毕业设计(论文)出版/表彰制,通过强化过程管理,保证了毕业设计(论文)的教学质量。得到督学和评估专家高度评价。

(4)创建了以“参加或承办多种形式的学科竞赛、“三级”创新实验计划项目、本科生科研计划和实验室开放课题”为主体的大学生课外科技创新实践体系:在实验室开放课题基础上,积极开展大学生创新实验计划项目。在承担国家级和校级项目的同时,设置并启动院级创新实验项目,首批项目将于2008年10月验收。形成了“三级”创新实验项目和多个不同专业的低、中、高年级学生交叉融合的创新活动团队,发挥了传、帮、带的作用。实施了“本科生科研创新梯队培育计划”,利用教师承担的国家级或省部级科研课题孵化出适合于本科生研究的若干项目为攻读研究生或从事研究工作培育创新团队。参加国家和吉林省大学生电子设计竞赛、组织承办吉林大学电子作品设计大赛,提高了学生实际动手能力与分析问题和解决问题的能力。

3.2 实验教学平台建设

(1)实验室建设:电气工程及自动化专业的实验研究是最主要和最基本的手段,没有基本的试验条件,学生就难以掌握本专业的知识。从2000年以来,本专业加大实验室建设力度,在学校大力支持新建专业和教学评估的促动下,得到高等学校修购计划项目的支持,逐步建成了控制系统仿真实验室、电力电子、电机学、电力拖动、电工与电磁场实验室、高电压实验室、微机继电保护试验平台、电力系统运行可视化分析等实验室。

在建设电力网络可视化分析专业实验室和微机继电保护试验平台时,打破传统的教学思想,结合我国实际电网系统中的应用情况,购置了目前在我国南方电网系统中实际应用的系统分析软件,国际大型电力系统可视化分析计算软件Power World为平台,构建了电力网络可视化分析实验室,Power World软件可以满足上万节点的电力网络的系统分析,适用于很大区域的网络分析。继电保护试验平台则采用实际小型变电站使用的继电保护装置和10KV以下的ARS800综合自动化系统,新建的实验平台具有国内领先水平,符合国际潮流,可以直接培养信息化、电气化、智能化、网络化的电气工程人才。采用了实际系统作为教学平台,改变了以往学生只能采用教学实验设备和仿真软件进行实验和实习,避免了教学设备与实际系统、电网分析严重脱节,培养的学生直接地掌握工程中真实应用的技术,直接满足社会的需求,实现了与电力行业完全接轨,提高了学生的实际工程分析能力。

(2)校外实习基地建设:本专业与大唐集团长春热电公司、阿城继电股份有限公司、吉林省电力科学研究院等多家企业联合建立了一批技术先进,规范化程度较高的校外实习基地,阿城继电股份有限公司拥有黑龙江省省级的计量中心,拥有东北地区高校和企业唯一的动态模拟实验室。通过实习,使学生能够及时地了解并接触到当前电气工程领域的新设备、新技术、新思想,在培养学生的工程实践素质,提高学生的创新、动手、全面分析问题、培养团队精神等各方面的能力起到积极的作用。

4 结语

我校电气工程及其自动化专业开办8年来,已经培养了350名本科毕业生,在校学生385名。我们高度重视培养学生创新意识,提高实践能力。通过实践教学体系和教学平台建设,使基础性实验开出率达100%,综合性、设计性实验项目开出率达到90%以上。近四年来,参加科技创新活动的学生达1270余人次,学生获得省部级以上奖励40余人次,其中国家级奖励9人次,发表论文12篇,授权与申请国家专利5项。仪器电气大学生科技创新基地评为吉林省首批示范基地,为培养学生的创新实践能力创造了良好的环境。招生质量保持高分,毕业生在保持高就业率基础上,就业岗位水平不断提升,免试推荐和考取研究生较高。我们以培养学生创新实践能力为根本,探索实践教学体系、构建实践教学平台,其主要经验可归纳以下四点:

(1)将共性与个性培养有机结合,课内实验教学、短学期综合实践教学、课外科技活动融为一体制定宽口径的培养计划,把理论教学、实践教学和课外科技活动等系统结合,着重培养学生综合素质。

(2)打破单个课程实践教学界限,综合电子技术基础、软件编程、电力电子技术、计算机控制、高电压工程等多门课程知识应用在具体实践教学活动的各个环节,实现了强电-弱电结合,宏观-微观结合一体化实践教学体系,使学生对本专业应用技术及课程间的联系有一个整体的认知。通过“多媒体教学-参观实习-自主设计”流水线环节和“短学期实习-毕业设计-就业选择”三位一体模式,激发了学生求知欲,拓宽了学生知识面和培养。

(3)吸收学生参与实验室建设和设备的开发,为学生提供实践平台,提高了学生的科技创新能力,培养了学生的团队精神。在学校资助下,自主设计完成了电力电子技术实验装置30套,完善了电机实验装置5套,PLC控制的喷泉模型、霓虹灯控制模型等多套实践教学装置。

(4)力主采用实际系统构建实践教学平台,避免单一采用教学实验设备和仿真软件进行实验和实习,提高实践教学水平。

[1] 王兆安 .电气工程及其自动化专业战略发展研究,h ttp://www.eeaec.org/2006

[2] 程德福 凌振宝.仪器电气大学生创新实践示范基地建设,《高等学校实践教学改革的研究与实践》,吉林大学出版社,2007

[3] 凌振宝程德福.发挥创新性实验计划项目的引领作用,强化实践教学改革,提高学生创新实践能力,《首届全国大学生创新论坛文集》,2008

[4] 陈秀平,刘拓,娄淑琴.四所重点大学人才培养计划的比较研究,电气电子教学学报25(1)2003

book=5,ebook=53