电气工程及其自动化专业规范研究

2010-10-13王泽忠王兆安沈颂华

电气电子教学学报 2010年1期

王泽忠,王兆安,沈颂华

(1.华北电力大学;2.西安交通大学;3.北京航空航天大学)

0 引言

上一届(2000-2005年)电气工程及其自动化专业教学指导分委员会承担了教育部下达的制定电气工程专业规范的教改项目。经过各位委员的努力,专业规范基本完成。本届(2006-2010)电气工程及其自动化专业教学指导分委员会所承担教育部下达的2项教改项目中,仍有一项是专业规范的制定。近三年来,分教指委主要工作围绕工程教育专业认证工作,又进一步进行了深入研究。专业认证标准中的电气工程专业附加标准,其主要内容就是脱胎于电气工程专业规范。但是由于专业认证工作与工程师资格认证相关的特点,专业认证标准与专业规范是有区别的。专业认证标准就是专业最低门槛。专业规范则不同,是一个指导(引导)性标准,可以分类指导,没有强制性。电气工程专业规范初稿是按照电子信息与电气学科教学指导委员会要求的统一规定格式编写的,其中有许多内容是各专业共同的。本文主要介绍电气工程专业特有的部分内容。

1 专业规范中关于人才培养类型的划分

不同类型的人才,其承担的社会职业岗位及其工作任务性质不同,培养专业人才的高等学校需充分考虑社会对专业人才的这种不同需求。根据社会对专业人才的需求,通常将专业人才分为研究型,应用研究型,应用型和职业技能型四种类型。经对一些用人单位的调查研究,电气工程专业又具有很强的工程属性,根据我国电气工程领域科学技术的发展现状,社会对本专业需求的人才大体可分为三类,即研究型(可包括应用研究型)、应用型、职业技能型(也称职业技能型)。按我国目前的社会分工,职业技能型人才由高职高专院校负责培养,教育部高教司也设有相应的业务处,正在着手制订该类专业人才的培养规范。因此,电气工程本科专业规范针对研究型(也可称为科学技术型)和应用型(也可称为工程技术型)二类来制订。下面主要采用括号里的称呼。

科学技术型人才,要注重扎实的基础理论和创新能力培养;工程技术型人才,要注重基础理论和务实与综合能力培养,特别要注意应用能力培养。

鉴于我国高等教育的现状,优秀的生源都愿报考优秀的大学,而优秀大学对人才培养目标的定位均为研究型,而不定位于应用型。所以,制订规范时很难将人才培养的类型与层次从概念上予以分离,这正是当前我国高等教育所面临的一大难题。二类规范的制订原则是以学校办学必需要达到的合格标准来考虑,凡达不到规范要求,则表明学校离培养本专业本类型人才的办学资格还存在一定的差距。每个学校对本专业人才培养类型的目标,应该是灵活的,可以设定在科学技术型和工程技术型之间。

本文后面介绍的内容主要以科学技术型规范为例,工程技术型规范在此基础上减少理论深度要求,增加应用技术要求。

2 电气工程专业教育的现状及发展方向

1998年,国家将本科专业目录进行了调整、合并和压缩。电工类和电子与信息类合并成电气信息类。原电工类的电机电器及其控制、电力系统及其自动化、高电压与绝缘技术、电气技术等专业合并为目前的电气工程及其自动化专业。原电工类的工业自动化专业和电子信息类的自动控制等专业合并为自动化专业。在同时颁布的工科引导性专业目录中,又把电气工程及其自动化专业和自动化专业中的部分(主要是原工业自动化专业)合并为电气工程与自动化专业。

本文所称的电气工程专业包括电气工程及其自动化专业和引导性专业目录中的电气工程与自动化专业。

目前,发达国家的大学保留了“电气工程系”的名称,有的和计算机专业一起称为“电气工程与计算机科学系”。其中电气工程所涉及的内容主要是电子、信息等,传统的以电能为主要研究内容的“电力工程”内容已不多见,已经很少有我国目前意义上的“电气工程”专业。其背景是发达国家的发电装机容量已基本满足社会发展需求,用电需求年增长率不超过2%,电力发展趋于饱和,所需传统电气工程人才数量大为减少。

我国和发达国家所处的发展阶段不同,国情差别大。我国的电力工业还处于迅猛发展期,仍需要大量的电气工程人才,当然,我国在电气工程领域也有相当好的人才基础。与之相适应,我国各著名工科大学都把电气工程专业作为支柱性专业,一般大学的工科专业中也几乎都少不了电气工程专业。

3 电气工程专业的学科内涵

在我国,电气工程是研究电能的产生、传输、转换、控制、储存和利用的专业。电气工程是从研究电磁现象、电磁理论发展起来的,电磁理论是电气工程的理论基础。电气工程专业的研究对象是电能,而电信息的检测、处理、控制等技术在电能从产生到利用的各个环节中都起着越来越重要的作用。因此,有关电信息的研究也成了电气工程及其自动化专业的重要组成部分,更是电气工程与自动化的重要组成部分。另一方面,迄今为止通信和计算机都主要以电作为信息的载体。因此,这些专业也都属于电类专业,而电气工程是其母体。

电气工程及其自动化专业的基础性也决定了其具有很强的学科交叉能力和派生能力。电气工程和生命科学的交叉已经产生了生物医学工程专业,对生命中电磁现象的研究产生了一门生物电磁学。电气工程和材料科学的交叉形成了超导电工技术和纳米电工技术。电气工程和电子科学以及控制科学的交叉产生了电力电子技术,电力电子技术不但给电气工程的发展带来了极大的活力,同时电力电子技术也成为电气工程的重要分支。

电气工程的专业范围主要包括电工基础理论、电气装备制造和应用、电力系统运行和控制三个部分。电工理论是电气工程的基础,主要包括电路理论和电磁场理论。这些理论是物理学中电学和磁学的发展和延伸。而电子技术、计算机硬件技术等可以看成是由电工理论的不断发展而诞生的,电工理论是它们的重要基础。电气装备制造主要包括发电机、电动机、变压器等电机设备的制造,也包括开关、用电设备等电器与电气设备的制造,还包括电力电子设备的制造、各种电气控制装置、电子控制装置的制造以及电工材料、电气绝缘等内容。电气装备的应用则是指上述设备和装置的应用。电力系统主要指电力网的运行和控制、电气自动化等内容。当然,制造和运行不可能截然分开,电气设备在制造时必须考虑其运行,如电力系统由各种电气设备组成,其良好的运行必然要依靠良好的设备。

4 电气工程专业的方法论介绍

电气工程专业使用的数学工具较多,理论分析在本专业中的地位较为重要。

作为工科专业,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基本知识。

随着计算机技术的发展,仿真模拟也已是本专业广泛使用的一种方法。

在使用上述理论分析、试验研究和仿真模拟中,等效与类比都是本专业重要的科学方法。

5 电气工程专业的相关学科及影响本专业教育的因素

电气工程专业是一个基础性强的专业。如今的电子科学与技术专业、通信工程专业、电子信息工程专业、自动化专业、计算机科学与技术专业乃至生物医学工程专业都是从电气工程专业派生或再派生而形成。这些专业统称为电子与信息类专业,而它们和电气工程专业又被统称为电类专业。电气工程专业是电子与信息类专业的母体,而这些专业的产生和发展又大大推动了电气工程专业的发展。

电气工程专业和电子与信息类专业同属电类专业,因此具有共同的专业基础。传统的电气工程专业被认为是强电专业,而现在,电气工程专业已经成为强弱电相结合的专业。电子技术、信息技术、计算机技术在电气工程及其自动化专业中占有越来越重要的地位,本专业学生应加强这方面知识的学习。

6 电气工程专业培养目标和要求

培养目标:本专业培养能够从事与电气工程有关的装备制造、系统运行、研究开发、技术与经济管理等领域工作,具有科学研究、技术开发与组织管理能力的宽口径复合型人才。

培养要求:本专业学生除通识教育外,主要学习电工理论、电子技术、信息技术、控制理论、计算机技术等方面较宽广的科学技术基础知识和相应的专业知识。本专业主要特点是强弱电结合、软件与硬件结合、元件与系统结合。学生应获得以下几方面的知识和能力:

(1)具有较扎实的数学、物理、化学等自然科学的基础知识,具有较好的人文社会科学和经济管理科学基础,具有外语综合应用能力;

(2)系统地掌握本专业领域较宽的工程技术基础理论知识,主要包括电工理论、电子技术、信息处理、控制理论、电力电子技术、电机学、计算机软硬件基本原理与应用、网络技术等;

(3)获得较好的工程实践训练,具有较好的综合分析与解决实际问题的能力;

(4)具有较熟练的计算机应用能力;

(5)具有本专业领域内至少1个专业方向的专业知识、技能与理论,了解本专业学科前沿的发展趋势;

(6)具有较强的工作适应能力,具备一定的科学研究、科技开发和组织管理等实际工作能力。

7 电气工程专业知识结构要求

(1)具有完整的电路理论、模拟和数字电子技术等知识;熟练掌握常用电子电路的原理,能分析较复杂的电工电子电路,具有设计、调试电工电子电路的能力。具有电磁场理论知识。具有计算机软硬件与程序设计和控制理论知识。具有对电气系统物理量及其有关信息进行检测分析处理的相关知识。

(2)牢固掌握电机学理论、电力电子技术和电力系统基础相关知识;掌握力学和机械学科中最基本的原理和方法。

(3)熟练掌握至少一个专业方向的基本知识与相关理论(专业方向可参照研究生专业目录中的二级学科,设置为电力系统及自动化、电机电器及控制、电力电子与电力传动、高电压与绝缘技术等)。

(4)熟悉并掌握工程中常用物理量的测试与表示方法和电气系统设计与调试方法的有关知识。

8 电气工程专业教育内容和知识体系

除基础教育和通识教育外,专业类基础包括电路理论、电磁场理论、电子技术、计算机网络、控制理论、信号分析与处理、检测技术等专业类的基础理论与技术知识;专业基础包括电机学、电力电子技术和电力系统基础专业知识与相关理论;专业方向教育包括电力系统及其自动化、电机电器及其控制、高电压与绝缘技术、电力电子与电力传动以及其他根据本校的特色而确定的其他专业方向的技术。实验和实践技能包括简单电气系统实验的设计与调试方法,复杂电气系统初步实验、设计和调试。电气工程专业要求的知识体系见表1。

表1 电气工程专业知识体系列表(不含人文和外语)

续表1

其中实践教学内容包括课程实验教学和专业实践教学两部分,涉及课程试验、实验课程、毕业设计、教学实习、社会实践、科技训练、课外实践训练等多种形式,着重培养学生的实验、工程设计、科学研究和社会实践等能力,要求见表2。

表2 电气工程专业实践教学要求

9 电气工程专业教学条件

表3 电气工程专业教学条件

10 专业规范主要参数指标

本科学制一般为4年,逐步过渡到学分制。在校总周数:202周(其中教育教学170周,寒暑假32周)。学生的毕业学分建议控制在200学分左右。其中:通识教育(包括:人文社会科学、经济管理、自然科学、体育、外语、计算机信息技术等)学分比例为45%左右;专业教育(包括:专业类基础、专业基础、专业方向)学分比例为35%左右;实践教育(包括学军、金工实习、专业实习、课程实验、综合实验、毕业论文、科技创新等)学分占总学分的20%左右。

除实践教育部分外,学生毕业前所修学时数建议为2400左右。