基于工程能力培养的电气工程及其自动化专业实践教学改革探索

(蚌埠学院 电子与电气工程学院，安徽 蚌埠 233030)

蚌埠学院(以下简称“我校”)是一所以工科为主的新建地方本科高校，以培养应用型人才为目标。电气工程及其自动化专业是目前我校就业形势较好的工科专业之一。但在对电气工程及其自动化专业往届毕业生所在单位的调研过程中，用人单位普遍反映学生理论基础较好，但实践动手能力及创新能力与实际工作需要之间还存在较大差距。实践教学环节作为培养学生解决实际问题能力与创新能力的主要方式，是本科教学中重要的组成部分[1]。目前，我校电气工程及其自动化专业仍然采用传统的“理论+课程实验+课程设计”的教学模式。虽然专业课程根据不同要求配置了相应的实验及课程设计等实践环节，但实验内容大都依附于理论教学作为理论教学的验证，与实际工程应用差距较大，且各课程的实践教学是相互独立的对于能够反映本专业课程之间联系的综合性实践项目却很少，导致学生综合应用本专业的知识分析解决实际问题的能力存在不足。

CDIO工程教育模式是近年来提出的国际工程教育及应用型人才培养比较先进的教育理念[2]。 “CDIO”即构思(Conceive)、设计(Design)、实现(Implement)和运作(Operate)，是一种在 “做中学”和“基于项目教学”的全新的教学模式，可以让学生以主动的、实践的、课程之间有机联系的方式进行学习[3]。为了更好地培养电气工程及其自动化专业学生综合专业知识解决实际工程问题的能力以及创新能力，进一步适应社会对应用型人才的需求，本文以CDIO工程教育理念为指导，并结合我校实际情况，提出了基于工程能力培养的电气工程及其自动化专业实践教学改革。

1 基于工程项目的实践教学体系构建

根据电气工程及其自动化专业培养方案对人才规格应具有的相关能力要求，将专业课程体系划分为四个核心课程模块。整个实践教学体系以贴近于实际应用的工程项目为载体，分为三个层次。第一层工程项目处于底层，以课程体系中单个专业课程内容为基础，依据单个课程学习需要而设置的小规模工程实践项目，用于强化学生对于课程理论内容的理解及应用以及基本工程素养的培养。第二层工程项目以核心课程模块为基础，根据不同能力培养要求而设置的综合性工程实践项目，以培养学生综合应用课程群中多门课程相关知识分析解决实际工程问题的能力。第三层工程项目处于顶层，贯穿于电气工程及其自动化专业整个教学过程的不同阶段，主要包括认知实习、电子设计及智能制造大赛、大学生创新创业项目、职业生涯规划、毕业设计等，是对学生综合应用能力的拓展的培养。电气工程及其自动化专业三层工程项目实践教学体系如图1所示。

图1 电气工程及其自动化专业三层工程项目实践教学体系

1.1 第一层工程项目设计

第一层工程项目是根据单门课程教学需要而设计的比较基础的小规模工程实践项目。具体工程项目可以针对课程的某个知识点应用或多个知识点的综合应用进行设置。比如，电气控制与PLC课程基本工程实践项目，可设置为三相异步电机PLC长动控制、三相异步电机PLC降压启动控制、三相异步电机PLC长动及制动控制等实践内容，将单个知识点应用与多个知识点应用逐步结合，不断提高学生的实践能力。通过基础工程实践项目实践，一方面可增强学生对于课程理论内容的理解；另一方面使学生了解和体验工程技术的创新方法及过程，将基础知识与工程应用相结合，培养学生的基本工程素养。

1.2 第二层工程项目设计

根据专业培养方案对于专业能力的要求，将专业课程划分为四个核心课程模块，每个模块是由多门相关课程组成的课程群。如，由电路、模拟电子技术、数字电子技术、信号与系统等课程组成专业基础课程群；由电力系统自动化、工厂供电、继电保护等课程组成电力系统课程群；由单片机原理、自动控制原理、电气控制与PLC、电机与拖动等组成电气控制课程群等。

第二层工程项目以核心课程模块中多门课程为基础进行设计，是反映多门课程之间联系的综合性工程实践项目。比如基于PLC的直流电动机调速系统设计、基于PLC的液位PID控制系统等项目，将PLC技术、电机与拖动技术、PID控制控制原理等知识有机结合起来，可培养学生综合应用多门课程中专业知识分析解决实际工程问题的能力。

1.3 第三层工程项目设计

第三层工程项目处于整个实践教学体系的顶层，根据电气工程及其自动化专业教学不同阶段进行设置，贯穿于整个培养过程。认知实习和毕业设计是第三层工程项目的主要方式。认知实习采用到电气类相关企业进行实地参观考察与邀请企业专家进行讲座相结合的方式，让学生更深入地了解本专业应学习的知识体系，更直观地感受本专业应用范围以及今后可从事的行业，以激发学生对工程的兴趣。为了让学生在毕业前得到较为完善的工程应用锻炼，要进一步加大毕业设计改革力度，与第二层工程项目进行有效的衔接。大幅度增加与实际工程项目、科研项目相结合的毕业设计课题，增加满足学生就业需要与个性发展的个性化课题，鼓励学生完成实物设计。另外，进一步鼓励学生积极参加课外活动小组、电子设计及智能制造大赛，在老师指导下申报大学生创新创业项目、举办小型学术讨论等，参与到工程项目团队建设中来，以培养与锻炼学生的团队合作及协调能力。

通过以上多种方式，使学生具有了完成工程设计及应用、工程项目团队协调及合作的初步能力，增强了学生进行工程实践的自信，更好地保障了学生毕业之后能够快速进入工作状态，进一步缩小与企业实际需求的差距。

2 基于工程项目的实践教学实施

2.1 工程项目实践教学平台建设

根据电气工程及其自动化专业课程安排及核心课程模块划分，建立专业基础工程实践平台、专业综合工程实践平台、专业创新工程实践平台三级项目实施平台。电气工程及其自动化专业三级工程实践项目实施平台如图2所示。

图2 电气工程及其自动化专业三级工程实践项目实施平台

专业基础工程实践平台主要负责第一层工程实践项目实施，针对核心课程模块中所有主干课程，建立对应的工程实践平台。教学过程中根据课程教学大纲要求合理选择工程实践项目，并采用由实践到理论再回到实践的实施方法，即在理论知识讲授前布置相应的工程项目任务，学生带着实践过程中遇到的问题进行理论知识学习，学习结束再次进行工程项目实践。这样，一方面加深了对课程理论内容的理解，另一方面促进了将理论付之于实际，更好地培训了学生的基本工程素养。专业综合工程实践平台主要负责第二层工程实践项目的实施，按照划分的各核心课程模块，建立能够体现课程模块所包含的多门课程之间联系的综合工程实践平台。根据专业教学的不同阶段，选择相应综合工程项目，锻炼和培训学生综合应用多门专业课程知识分析解决实际工程问题的能力。专业创新工程实践平台主要负责第三层工程实践项目的实施，主要包括校外实习基地及校内创新实验室等，为认知实习、电子设计及智能制造大赛、大学生创新创业项目、毕业设计、课外科技活动等提供必要的实践条件，通过多种形式的工程项目，激发和锻炼学生的创新实践能力，实现学生工程实践能力的拓展。

2.2 采用“任务驱动式”教学方法

目前，我校电气工程及其自动化专业的实践教学大都采用“老师讲，学生听”的模式传统的教学方式，学生处于一种被动的状态，积极性、主动性得不到很好的激发，对于学生创新创造能力、动手能力的培养不够[4]。针对这一问题，在工程项目实践教学中采用“任务驱动式”教学法[5-6]，以项目为主线，教师为指导，学生为主体的教学模式，让学生在主动积极的学习环境中，激发好奇心和创造力，培养分析和解决实际问题的能力。

“任务驱动式”教学法的实施过程按照项目讨论、资料查阅、元器件选择、原理图设计、程序编写、仿真调试、系统调试等几个阶段进行。整个教学过程中，教师不再是主角，强调学生的主动学习，充分发掘学生的创造潜能。让学生在亲自实践过程中去发现问题，学会处理、解决实际问题，去掌握和应用理论知识。从而，全面培养学生分析问题和解决问题的思想和方法，提高工程实践能力。

3 基于工程项目的实践教学效果分析

目前，我校基于工程项目的实践教学模式仍处于探索阶段，还没有全面实施。但已陆续在电气工程及其自动化专业中针对不同年级进行了不同层次工程项目实践教学试运行，以检验教学效果。以《电气控制与PLC应用》课程为例，将2014级电气工程及其自动化专业60人分成2个小班级，每个小班为30人，进行分别独立教学。其中一个班级(一班)仍然采用传统的理论+实验的教学模式；另一个班级(二班)采用理论+基于工程项目实践的教学模式。最后以“基于PLC的可逆运行大功率交流电机控制系统设计”项目对2个班级学生进行考核。学生自由选择编组，每组5人，每个班级共6组。考核过程分为设计过程陈述、成果展示及答辩等3个环节。考核组由电气工程及其自动化专业5位具有副高以上职称的教师组成。经过考核组综合评定，2个班级的成绩如表1所示。

表1 考核成绩分布表

由表1可以看出，采用理论+基于工程项目实践的班级所有组成绩都在中等(70～79分)以上，总体成绩优于采用理论+实验传统的教学模式的班级。由此表明，相比传统的实践教学模式，基于工程项目的实践教学模式较好地培养了学生的基本工程素养，提升了学生分析、解决实际问题的能力，能够更好地全面提高电气工程及其自动化专业学生的综合实践能力。因此，基于工程项目的实践教学模式用于电气工程及其自动化专业人才工程能力培养是可行的。

4 结束语

依据电气工程及其自动化专业的特点及人才培养目标，结合我校的实际情况，借鉴CDIO工程教育理念对电气工程及其自动化专业的实践教学改革进行了探索。提出了构建由三层工程项目组成的实践教学体系，建立三级工程实践教学平台；并针对传统实践教学方法存在的不足，提出了“任务驱动式”教学模式。以工程项目为主线，真正实现让学生在 “做中学”，全面培养学生分析、解决实际工程问题的能力，进一步缩小与工业企业等用人单位需求之间的差距。

参考文献：

[1] 周瑜,田会峰.基于“校企合作和项目引导”的实践教学改革—以电气工程及其自动化专业为例[J].中国电力教育,2012(12):99-100.

[2] 伍瑾斐.基于的电气工程及其自动化专业毕业设计改革探索[J].大学教育,2013(12):60-61.

[3] 许宣伟,李萍,王旭.基于CDIO的电气工程及其自动化专业培养模式探索[J].机电技术,2015(2):152-154.

[4] 熊才高,潘岱.基于CDIO的电气工程及其自动化专业课程教学改革[J].教育教学论坛,2015(1):96-98.

[5] 李莎,曹吉花,宗素兰.任务驱动教学法与应用型人才培养[J].铜仁学院学报,2017,19(9):104-107.

[6] 郭文荣.任务驱动教学法在交通工程专业实训课程中的应用研究[J].高教学刊,2016(24):106-109.