构建创新与工程实践相结合的专业实践教学

刘 燕， 秦维勇， 许建洲

(常熟理工学院电气与自动化学院，江苏常熟215500)

0 引言

随着产业的更新换代以及新技术的不断涌现，电气工程专业呈现出与其他学科的分支与交叉，表现出该专业学科综合性强、内涵丰富、外延宽广的特点，以及专业人才培养方向的多样性。近年来，长三角地区产业结构中融入的与电气工程专业有关的技术有:光伏发电、风力发电、电能变换与控制、智能电器、控制装置、智能电网等。这些技术的快速辐射与应用，对电气工程专业人才培养提出了新的要求。根据区域经济的发展，我校调整了该专业方向，确定了“智能电器与供配电技术”和“电力电子与新能源的转换”两个新型的专业方向。分别将电气工程专业培养的侧重点放在电器电机及其控制技术、供配电技术及智能配电网方面以及交直流调速系统、新能源的转换和控制以及高频开关电源、逆变器、不间断电源UPS等中小型电力电子装置的设计、研制、应用与试验方面。在此基础上构建了与专业培养目标相适应的实践教学，并将卓越工程师培养的思想融入实践教学的过程中，以提高学生的工程实践能力、工程设计能力和工程创新能力为契机进行实践教学的设计与实施，达到提升工程技术人才培养质量的目标。

1 电气工程专业实践教学体系的构建

电气工程专业具有强弱电结合、软硬件结合、元件与系统结合等诸多专业特点。长期以来实践教学一直是支撑该专业人才培养的重要方面。当今面对卓越工程师培养的目标，以实践性、综合性、工程性与特色性相统一的总体思想，建立了分层次、多模块、相互衔接的实践教学，体系结构如图1所示。该实践教学分为五个层次的训练体系，即认识性实习、操作技能性实训、工程能力单项训练、工程能力综合训练、工程应用开发训练等。按照认识深化和实践能力逐步提高的要求，将这五个层次的实践贯穿在学生学习生涯的各个阶段，即一年级培养学生的工程认知能力;二年级培养学生的专业基础能力;三年级培养学生的专业实践能力;四年级培养学生的工程综合实践能力和创新能力。具体到该专业的培养方案中即是从学科基础课程实验到专业课程实验、再到专业方向课程实践，在每一个层次基本实践教学完成后均安排一个集设计与实训于一体的综合训练，如在学科基础课程后安排PLC控制技术实训;在专业方向选修课程完成后安排供配电技术实训、电力电子技术实训;在所有专业课程结束后安排一个与现场工程师工作任务基本对接的工程综合训练，即电气控制工程综合训练。专业集中实践教学环节如图2所示。

图1 实践教学体系

图2 电气工程专业实践教学环节

电气工程专业实践教学体系遵循“全过程、递进式”的培养模式。通过实验、实习、实训、设计、创新等多元化的实践教学方式，培养学生的基本技能和工程综合能力，保证专业能力培养的多样化、个性化，训练内容的平台化、项目化。实践教学的工程化设计凸显了学生培养的工程实践能力、工程设计能力和工程创新能力，对培养高质量的工程技术人才、缩短学生工作后融入社会的时间，提升学生岗位就业能力有积极的促进作用。

2 实践教学平台的建设与实施

在实践教学的训练体系中，集中实践教学环节是学生综合工程能力培养的重要环节。以往这个训练环节多以学生学过的知识为主，围绕理论知识的延伸和巩固设计训练内容。其设计和训练的内容与学生将来从事的专业、实际工程内容联系不是很紧密，如此多少会影响学生就业后的岗位能力。卓越工程师的培养强调的是学生的实践能力和创新能力，因此搭建实际工程应用与情景教育平台互相融合、实践教学内容与实际工作内容密切结合的实践教学非常重要。在设计内容、训练模式上应逐步与岗位能力接轨，使学生未来的工作能力得到提升。下面针对我校电气工程专业三个集中实践教学环节的设计与实施做一介绍。

2.1 电气控制综合训练系统

电气控制工程综合训练是在所有专业课程学习结束后进行。该环节训练是完成与现场工程师任务对接的工程综合训练。训练过程中设计将工程实际的标准、工艺引入教学实践过程，从图纸设计的标准、画法到组装工艺、到调试规范均按照行业规范要求进行。

(1)配置的设备。电气控制裸柜，面板开好孔，用以安装仪表、指示灯、按钮、控制开关;柜体内部纵向安装多块网孔板，其上用以安装各种电器元件，每块网孔板上下、两侧置接线槽，柜体两侧配接线端子排。

配置各种不同的控制对象，如交直流电机、伺服电机、步进电机、水箱、传感器、电梯等;

配备各种低压电器元件:断路器、接触器、继电器、熔断器;各种不同传感器;控制器PLC、变频器、直流电源等。

(2)设计及训练内容。各种中小型电气控制系统的设计、安装、调试;工程化的识图、绘图、配线、调试等。训练内容每年可不断更新。一个装置上可以实现不同的设计内容。

(3)实践模式。首先由教师给学生分配任务，学生拿到任务后进行电气设计，完成设计任务后，根据设计的结果领取电器元件，对元件测试，并在电气控制柜上进行安装，配线，接好线进行通电试验，最后使结果达到设计任务的要求。

电气控制综合训练是以控制系统为对象，提炼归纳其各自的特殊要求及共同需要，在裸体控制柜上设计完成符合实训内容的系统性、综合性、工程化的控制系统的解决方案，使实训装置在不同的设计内容下呈现不同的控制结果。通过此训练学生的综合设计能力、工程实践能力。训练方式不仅满足实践教学的需要，同时也可节约建设费用。

2.2 供配电技术工程能力综合训练

供配电技术工程能力综合训练是现代电气技术方向的综合训练。供配电技术作为综合性、工程实践性很强的技术，其产业的参与、工程项目的支撑、行业标准的引入是推动实践教学不断深化的基础。

(1)训练平台建设。构建基于实际供配电装置的供配电技术实践平台，将工程实践与实训项目融入专业培养的实践教学中，让学生在接近真实的工程环境下进行供配电技术的工程实践，突出创新能力在学生实践能力培养中的重要性。基于此，我们与常熟开关厂联合建设了供配电技术实训室。由常熟开关厂提供了一整套10 kV实际运行的变电所高低压成套装置，如图3所示。高压侧有KZN1-12高压开关柜六面，包括进线柜、计量柜、出线柜等，其中主开关采用CV1、CV2户内高压真空断路器，开关柜上配装有变压器微机保护单元DigiProⅡ-TC，对变压器各种故障实现保护;低压侧有CGHL抽出式低压开关柜8面，低压柜内主开关元件为CW2(配H26智能型控制器)或CM2低压智能断路器;变压器为2台SC10-100/10干式变压器，完成10/0.4 kV电压变换及电能输送的作用。这些高低变配电装置构成了具有两路电源进线、两台变压器并列或分列运行、多路馈出线路的变电所输变电系统，为实践教学的工程化实施奠定了坚实的基础。

图3 供配电技术实训室

(2)设计内容。选择来源于实际项目的设计题目，遵循行业设计标准、查阅行业的设计手册和设备手册，了解行业的规程规范，按照实际工程设计步骤、方法要求。设计结果的成形图纸即电气主接线、厂用电接线图、电气设备一览表等严格按行业电气图标准画法绘制。

(3)训练项目与模式。借助于实际供配电装置的资源优势，实践项目以综合性、实战性和创新性相结合设置。对高低压电器元件、单体单元装置及配电装置等设立认知、性能测试、整定保护等实践项目，如变电所倒闸操作、变压器电缆线路的绝缘电阻测量、接地电阻测量等。这样设定的实践项目可以实现教学与实际工作内容的无缝对接，强化学生工程化、实战性能力的培养，更符合当前供配电技术工作的性质。设置新型元件、新型装置的性能测试项目，如“CW2智能型万能式低压断路器的特性设定及其使用”、“微机继电保护装置的性能测试与保护实现”;并将保护装置的保护功能、整定动作特点置于变电所事故运行系统中来实现，使学生对继电保护的实现方式有更直接的认识。

2.3 电力电子技术综合训练

电力电子技术综合训练将承担开关电源、逆变器、UPS不间断电源等电力电子装置的设计、安装、调试等教学任务。围绕电力电子课程设计和毕业设计内容建设一些能自主搭建电力电子元件的实验箱或实验台，学生在这些实验箱(或台)能自己搭电路、自己调试来完成电力电子技术及电力传动方向的课程设计、毕业设计及实训教学。

(1)设计内容。电力电子技术综合训练设计内容见表1所示。

表1 电力电子技术综合训练内容

(2)训练模式。训练过程中，以任务为载体，以项目单形式分项进行。将任务、“教-学-做”有机结合。采用“教师布置项目讲解→任务分解→学生策划修订→投入实施训练→教师和学生互动总结→学生撰写项目报告→教师批改→问题反馈”的模式，分层次逐步消化知识点。达到锻炼实际技能的目的，为将来从事岗位工作奠定基础。

3 结语

实践教学是工程教育的重要组成部分，是培养学生理论联系实际、运用所学知识进行工程设计以及创新能力培养的重要环节。我校电气工程专业实践教学的设计与实施，探索了卓越工程师实践教学改革的新路，推进了实践教学朝多元化、层次化发展。实际结果表明，学生就业后融入工作的时间大大缩短，岗位能力得到提升。该实践教学对提升工程技术人才的培养质量起到促进作用。

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