专业认证背景下电气类专业学生复杂工程问题解决能力培养的探索与实践

胡 慧，唐勇奇，李光中，吴勇峰

（湖南工程学院 工程训练中心，湖南 湘潭 411104）

随着社会经济的发展，人类社会要解决的工程问题变得越来越复杂，不仅包含了越来越尖端的技术问题，同时要考虑其涵盖的经济、法律、环境等要素。因此，培养学生解决复杂工程问题能力，是当前和今后工程专业的重要工作。学生的学习、实践创新能力日益受到重视，国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010—2020年）中也提出明确要求。［1］实践教学在培养学生的创新意识和解决复杂工程问题能力中的作用是无法替代的，不能只专注于类别丰富的工艺和技能的碎片化教学。［2］因此构建以复杂工程问题解决能力培养为导向的完整教学体系和教学平台，充分利用地方资源，协同育人，增强学生工程实践能力在地方应用型高校的人才培养中显得尤为重要。［3-5］

H 学校电气工程及其自动化专业是国家首批卓越计划专业，在2018年通过了工程教育专业认证（有效期6年），专业从2016 级开始在所有学生中实施“3+1”的教学模式（即三年校内理论知识的学习，一年企业工程实践），实现校企深度合作。通过多年的探索和实践，以工程教育专业认证为导向，［6-9］围绕专业人才培养目标，基于“产出导向”的理念，构建了与课程、设计（课程设计、毕业设计、创新实验、综合训练）相匹配的、不同层次的、模块化的实践创新教学体系，搭建了校内外协同、贯穿四年的实践教学平台，加大了对学生实践能力的培养力度，以达到系统培养和提升学生复杂工程问题解决能力的目的，［10-12］经过多年的积累和运行，探索出了一条适用于H 校电气类专业学生培养的路径。

一 优化课程体系，培养解决复杂工程问题能力

H 学校电气工程及其自动化专业按照“3+1”教学模式，依据适时修订的培养目标和毕业要求，在2016年修订了本专业的培养方案，建立了与毕业要求相适应的课程体系。本专业课程体系由数学与自然科学类、工程基础类、专业基础类、专业类、工程实践与毕业设计、人文社会科学通识教育课程等六大类课程组成。

在课程设置以及教学设计时，以提升学生复杂工程问题解决能力为目的，以满足毕业要求并支撑培养目标的达成为主线。电气工程及其自动化专业采用层层递进的方式，合理地安排课程群的理论教学和实践教学，将学生解决复杂工程问题的能力的培养融入课程体系中，课程群的分类与复杂工程问题关系如图1 所示。

图1 课程群分类与复杂工程问题关系图

其一，通过设置数学与自然科学、工程基础以及人文社科类课程模块中各课程群，为解决复杂工程问题提供学科基础支撑。其二，通过专业类课程中的课程群，为复杂工程问题的解决提供专业方向分析能力支撑，设有电机与电器设计、控制、制造工艺类等特色专业课程，能较好地满足行业企业的需要。其三，从课程实验、上机和人文实践提供基础工程实践出发，构建单一课程、关联课程和系列课程的实践训练体系，再到创新课程系列训练以及工程基本实习，为培养基本工程能力提供支撑。最后，通过企业工程实践、项目设计了解实际复杂工程问题。在企业教师和学校指导老师指导下，完成实际工程项目的全过程，培养解决复杂工程问题的能力。以项目设计为例来说明如何培养学生对复杂工程问题的认知及解决的能力（见图2）。

图2 项目设计教学实施流程图

二 围绕培养目标，创新实践教学体系架构

H 学校电气工程及自动化专业坚持“实践育人”理念，校企协同培养高素质工程应用型人才。采用“3+1”人才培养模式，围绕专业培养目标，构建了由课内到课外、由初级到高级、由技术到工程的循序渐进的实践教学体系。在一年的企业学习中，学生需要完成多个岗位的实践训练，使学生具备综合运用学校所学知识解决企业实际工程问题的能力；经过几个月的轮岗实习后，进入到企业实际项目的项目设计中，通过项目设计的训练，培养学生具有初步的新产品开发和技术改造的能力。在学生的管理方面，按企业准员工对待，给每个学生配备企业指导老师和校内指导老师，共同指导学生，让学生融入企业的生活中，使学生具有一定的交流沟通、团队合作及组织管理方面的能力，最终能够符合电气工程师所需的基本的知识、能力、素质要求。除课程实验、人文类实践和上机以外，搭建的实践能力培养体系具有分模块、分阶段和系统的特点。该体系以培养基本的工程实践能力、综合工程实践能力和复杂工程实践能力为目标，以培养学生复杂工程、自主创新能力为落脚点，注重工程能力的渐进训练及团队协作的培养，从而提高学生的学习能力、实践技能、工程能力、创新意识和协作精神，进一步提升解决复杂工程问题的能力。实践教学体系如图3 所示。

图3 实践教学体系架构

其中实验、上机和人文类实践环节作为培养学生解决复杂工程问题能力的基础训练，融入前面各课程所属的模块当中。课程设计、基本实习及创新训练培养学生基本工程实践能力，课程设计与形式实验是专业实践教学体系中的重要组成部分。该专业每个学生必须完成课程设计与形式实验。专业课程设计与形式实验的突出特色是以课程群内容与关联为基础，以调研、设计、实现和实际操作为主要内容，从单一课程知识综合应用的基础训练，到关联课程综合应用的低复杂工程问题，再到关联课程综合应用的复杂工程问题，实现学生从解决简单工程问题到解决复杂工程问题能力的渐进提升。最终通过一年的企业实习、企业项目设计和毕业设计达到解决复杂工程问题的目的。由图3 可知，为了保障校企联合培养的质量，专业提出了“分段递进”式的培养方式，校企深度融合，分阶段、分层次地根据教育规律，逐步培养和提升学生的工程能力。

工程实践与毕业设计培养学生基于所获得的科学原理知识，采用科学方法及现代工程和信息技术工具，通过层层递进的培养模式，实现培养解决复杂工程问题的能力。毕业设计时间为16 周，原则上要求在企业进行。根据H 学校电气工程及其自动化专业学生培养的特色，毕业设计主要有电气产品设计系列课题和电气控制系列课题，具体来说包括电机和电器产品以及变压器设计、电力电子装置和智能电器装置设计、电机控制系统及成套电控系统设计和变电站设计等。学生根据所在企业的特点，选择其中的一种开展毕业设计。两个系列课题的内容和目标要求如图4、图5 所示。

图4 电气产品系列课题的内容和目标要求

图5 电气控制系列课题的内容和目标要求

三 实践教学平台建设

多年来，电气类专业各类实习一直在国有、民营等大中型企业进行，对学生更深入地参与企业实际生产、提高实习和后续毕业设计质量起到重要作用。H 学校电气工程及自动化专业与多家知名企业共建了校内工业级实验平台，建设了一批稳定的校企联合培养基地，实现了空间上校内外协同、时间上贯穿四年的实验实践教学平台（见图6）。

图6 实验实践教学平台

电气工程及自动化专业以培养电机电器及其控制、电力系统及其控制方向学生为特色，H 学校与60多家企业合作组建了7个校外实习基地群，其中包括电力电子装置与工艺、成套电器设备与工艺、电机结构与工艺、高低压电器结构与工艺、变压器结构与工艺和电力设备运行与维护六类实践教育基地群。

四 结语

H 学校电气工程及其自动化专业从2010年加入教育部“卓越工程师教育培养计划”以来，根据专业的人才培养特点，形成了特色鲜明的人才培养体系。本文详细阐述了在专业认证理念引领下，建立以培养学生解决复杂工程问题能力为导向的教学体系架构，以及建设企业深度参与的实践教学平台和校外实习基地群。从能力培养的角度，详细介绍了该专业以培养学生解决复杂工程问题能力为主线的教学体系，从校内课程设计到校企联合开展项目设计、毕业设计的具体内容和培养能力要求。多年实践表明，以企业的实际工程项目为载体，依托校内外实验实践实习平台和基地，在完成工程应用背景的项目过程中，锻炼和提升了学生解决复杂工程问题的能力和积极性。