应用型本科电气工程及其自动化专业课程新体系构建探讨

胡亚娟，肖海霞

（武汉晴川学院 机械与电气工程学院，湖北武汉 430204）

应用型本科的人才培养目标是具有较强社会适应能力和竞争能力的高素质应用型人才[1]。课程体系是人才培养的关键因素，在人才培养的过程中具有重要作用[2]。课程体系的合理性关系到人才培养目标能否有效实现，能否培养出符合社会需求的应用型人才[3]。

目前，在新型电力系统建设背景下，信息技术特别是物联网、大数据、人工智能、区块链等被广泛应用于电力能源系统[4]。当前，电气工程及其自动化专业的课程体系已难以匹配能源互联网深度信息化对人才知识结构的需求[5]，主要体现在缺少综合运用信息技术解决能源互联网实际问题的课程。

同时，民办高校电气工程及其自动化专业毕业生存在职业发展方向不明确、分析解决问题能力不足、就业难的问题，而以新能源为主体的新型电力系统的发展对新能源发电技术应用人才的需求旺盛。随着产业结构的不断优化升级，资本及技术密集型产业迅速发展，亟需大量的电气应用型人才。

目前，电气工程及其自动化专业课程体系与行业发展需求的联系不够紧密，在结合学校办学层次以及与地方新能源发电企业校企共建的基础上，本文从以下3 个方面对武汉晴川学院电气工程及其自动化专业课程体系进行重构：（1）构建课程单元，增加与新能源发电技术相关的课程内容，整合原有的理论课程，注重学生对信息技术相关领域知识的学习和积累；（2）建设多层次协同的实践课程体系，培养学生掌握行业发展所需的基础技术和相应的工程能力；（3）采用课赛融合的形式，理论与实践结合，促进学生创新能力的培养。电气工程及其自动化专业课程新体系构建思路如图1 所示。

图1 课程建设改革思路

通过构建适应地方经济社会发展、具有特色的电气工程及其自动化专业课程体系，解决培养目标与行业需求脱轨和学生综合能力不强的问题，使学生毕业后能够快速适应行业发展的需求。下面将从3 个方面论述电气工程及其自动化专业课程新体系的构建思路。

1 以行业发展为“需求导向”，构建融入新能源技术的理论课程体系

随着能源互联网的建设实施，信息技术特别是物联网、大数据、人工智能等被广泛应用于电力能源系统，相当于在传统的大电网中加入了无数个以新能源为主体的微电网并运用信息技术进行控制，电气工程及其自动化专业的传统理论要进行内涵提升与外延拓展。

能源互联网是我国能源产业发展的必然趋势，因此，培养满足行业要求的实用型人才已刻不容缓。根据新型电网建设的需求，结合原有的课程体系，新课程体系设置了电力系统、电气控制及新能源发电3 个课程单元。在重构课程单元的基础上，对部分课程的教学目标和教学内容进行了整合升级。

1.1 理论课程单元的建设

1.1.1 电力系统课程单元

电力系统课程单元为传统类电力课程，培养学生在电力设备制造行业从事高电压设备的设计、开发、生产和管理等工作的能力，使其可在电力系统从事高电压运行维护方面的工作[6]。电力系统课程单元主要有电路、电机、电力系统分析、电力系统继电保护、发电厂电气设备、电力系统自动化、高电压工程等课程。该课程单元是电气工程及其自动化专业的基础。教师在教学中要注重系统认识和理论体系，使学生加强对整体专业概念的理解；要注重物理本质和基础模型，让学生深刻理解电气工程及其自动化专业的物理本质和基本数学模型，不过多强调复杂的数学求解方法。该课程单元以夯实基础为主要目的。

1.1.2 电气控制课程单元

电气控制课程单元是偏向自动化类课程，培养电气测量与控制技术方面的高级电气工程技术人才，使其能够从事电参量和磁参量的信息获取与处理技术工作，以及电气技术自动化控制领域装置与系统的设计开发与应用工作[6]。电气控制课程单元以电子技术、信号与系统、自动控制原理、现代检测技术、电力电子技术、单片机和可编程控制器课程为主。该课程单元的核心是控制与自动化，具有应用驱动、多学科交叉、跨行业、宽口径的鲜明特点。教师在教学中要重点培养学生的应用能力，采用案例教学的方式，让学生会运用理论，能够学以致用；注重问题思考和理解应用，鼓励学生多提出问题，也通过问题引导学生多思考，使其加深对知识的理解。

1.1.3 新能源发电课程单元

新能源发电课程单元是结合新型电网建设新增加的课程单元，旨在培养新能源发电和新能源汽车行业从事新能源发电与智能接入、能源通信等相关研究、设计、开发、运行及管理工作的技术人员。新能源发电课程单元以新能源发电技术、电能质量分析与控制、通信技术、现场总线为主。该课程单元是课程体系改革的重点，增加了新能源发电和信息技术的相关内容，并与电力系统和电气控制课程单元的内容进行了融合。同时，根据新能源电力系统的特性，注重学生信息技术相关领域知识的学习和能力的培养。

1.2 整合、优化和升级课程

在原有的课程体系中，相近的专业课程之间缺乏内容整合，存在同一个知识点在多门课程中都提有提及但都没有讲解透彻的现象；同时，随着时代和科技的发展，新的必要的知识点没有被及时更新补充[7]。因此，需要对课程内容进行整合、优化和升级。

1.2.1 整合课程内容

整合共性知识内容，加强课程之间的联系。对专业知识点、知识体系进行分层设计，构建完整的知识框架，然后将知识点按框架的逻辑关系分配到各个课程单元中，减少课程内容的重叠[7]。电力系统课程单元课程的基本原理均围绕直流、交流、稳态、暂态层层递进，应用是以变压器、同步机、异步机和直流电机由个体工作原理到系统运行的过程进行教授，课程内容重叠较多。对部分专业课程如电力系统分析、电力系统继电保护、电力系统自动化、高电压及发电厂变电所电气设备，要求学生掌握其基本内容，了解系统运行的机理；对于上述课程中重叠的内容，教师根据课程的侧重点进行调整，确定主次关系，减少不必要的重复；同时对教材中超出本科层次的内容进行弱化，抓牢基础知识。在保证课程体系完整的情况下，在讲授过程中对不适合应用型本科教育的理论知识进行删减。

1.2.2 优化课程内容

优化课程，突出应用特色。电气控制课程单元的课程偏向自动化内容，其课程应用面广而不精。因而，在讲授中要将课程内容与专业进行联系，让控制方法和控制手段的学习有方向性和目的性，所以，优化的重点是电气控制课程单元。优先讲授自动控制原理课程内容，使学生提升控制理论水平，辐射带动电子技术、单片机和可编程控制器课程内容的优化，让课程之间呈现层层递进的纵向联系，实现理论课程之间的互相贯通和融合。例如，在讲授自动控制原理中的闭环控制时，可以将在单片机和可编程控制器中常用的水位水压的控制作为案例讲解控制理论，学生在学习单片机和可编程控制器课程时可以通过回顾自动控制原理的内容进行实验验证和实验拓展，通过课程优化，使课程单元中的课程紧密联系、前后呼应。

1.2.3 升级课程内容

目前，教材内容大多是十多年前的专业理论，无法体现新技术的应用，与行业需求严重脱节。理论课程升级针对的是新能源发电课程单元的课程，主要是将新能源技术和通信技术融入电力系统课程单元和电气控制课程单元的现有课程中，让专业与行业的发展衔接紧密。例如，将新能源发电中的微电网和光伏发电内容融入课程电力系统分析、电能质量和电力系统继电保护，系统地讲解新能源技术，而不是简单地进行理论讲解；针对电力系统分析教材没有体现出新能源、新型电力系统相关内容的情况，在讲解透彻教材中基础知识的前提下，根据课程知识结构在相应章节增加新型电力系统的内容。对传统电力系统和新型电力系统从电源侧、网络侧、负荷端和控制侧进行比较，为学生讲解新能源发电、微电网、智能电网、负荷预测等方面的知识。从概念层面为学生讲解这些知识在电力系统中的哪些环节会用到，以及涉及哪些先进技术。

通过对课程单元的建设及对课程内容的整合、优化和升级，实现理论课程之间的互相贯通和融合，完成对专业理论知识结构的搭建。

2 以工程教育为“问题导向”，构建多层次协同的实践课程体系

应用型人才的特点是基于理论、突出实践、强化应用。目前，高校培养的应用型人才与企业需求之间仍有较大差距[8]。实践课程是培养学生解决工程问题能力的重要载体[9]，实践教学在培养学生专业素质、实践能力、创新能力方面具有重要作用，为使实践教学能够真正发挥作用[10]，要对实践课程体系进行重构。对课程单元，通过课程设计、综合实践和校企合作的形式进行融合交叉，构建课程单元之间、知识能力体系之间关联紧密、条理清晰、相互对接的多层次协同的实践课程体系，如图2 所示。通过多层次协同的实践课程体系，对接专业岗位需求，提高学生的专业应用能力。

在完成验证性教学实验外，对部分核心专业课开设课程设计：对应用性较强的课程，如自动控制原理、单片机、可编程控制器等，采用以案例为主的课程设计；对理论性较强的课程，如电力系统分析、电力系统继电保护、电厂设备等，除进行传统的系统计算外，还通过引入实际工程问题，结合新能源技术，引导学生接触工程应用，增强学生对抽象专业知识的理解和运用，使实践课程的设置更具针对性、实用性。

根据课程单元建设，在实践课程中有针对性地开设综合性实践课程，如校内实训或虚拟仿真等，要求课程内容贯穿课程单元的核心基础知识，难易适中，既要有一定的基础理论做铺垫，又要辅以难度适当的设计或计算，要求学生独立完成相关课程的专业综合设计，提升专业素养。通过这些方式让学生理解和掌握理论知识并学会简单设计，实现向应用型人才的过渡。

实习环节是应用型本科实践教学的重要组成部分，是学生理解专业理论，培养创新能力、动手能力和解决工程实际问题能力的重要环节[11]。结合地方经济发展和产业需求，以及学院办学特色和现有教育资源，积极与本地电气行业相关部门、行业协会、企事业单位建立合作关系，并通过校外实习和企业课堂的形式，引入行业项目作为教学内容，让学生在教学过程中构建自己的专业知识体系；教师或企业技术人员作为引导者，帮助学生了解行业发展；通过实践项目训练，提升学生的动手能力。

高校通过构建多层次协同的实践教学体系，根据应用型人才的培养目标[12]，建立由教室到实训室、由课内到课外、由基础到进阶、由进阶到创新、由学校到企业、由学习到生产的全方位实践能力培养模式，扩展学生的学习空间，培养学生的专业应用能力[13]。

3 以创新能力为“目标导向”，构建课赛融合的教学模式

目前，电气工程及其自动化专业学生参加的竞赛基本上都是单片机、机器人或者信息类竞赛，这与理论课程新体系的构建重点基本一致。“赛教融合”教学模式是将学科竞赛中“提出问题、分析问题、解决问题”的主动式学习理念应用到教学中，在丰富教学形式的同时激发学生的学习兴趣，提升学生的实践能力[14]。

项目教学是将教学与竞赛融合为切入点，将竞赛题目以项目的形式分解到理论教学和实践教学中，将“教”构建为关于比赛的专业理论学习体系和“参赛式”实践教学体系。理论教学由浅入深，实践教学由简单到复杂，均为递进式教学。通过促进教学内容与竞赛项目的融合，将竞赛项目向重点课程推广，再由专业核心课程向专业基础课程进行推广，以点带面，实现以竞赛内容项目化的形式进行理论教学与实践教学的转化。把培养学生的实践能力和创新能力贯穿到整个教学中，从而提升学生的实践能力，促进教学方法的改革。

4 结语

电气工程及其自动化专业是理论性较强的专业，应用范围广，工程背景强。随着新技术的不断涌现和交叉，传统课程体系设置已难以满足地方应用型本科院校人才培养的需要，电气工程及其自动化专业本科课程体系怎样适应行业的发展以及应用型人才的培养目标，成为一个非常复杂而又规模较大的系统工程。本文从理论课程体系、实践课程体系及构建课赛融合教学模式3 个方面，对电气工程及其自动化专业课程新体系进行了探究。通过应用课程新体系，提高地方本科院校人才培养质量，更好地服务地方经济。