杜少武,吳黎麗,黃海宏

(合肥工業(yè)大學(xué)電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院,安徽合肥 230009)

電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)實(shí)踐教學(xué)改革探索

杜少武,吳黎麗,黃海宏

(合肥工業(yè)大學(xué)電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院,安徽合肥 230009)

電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)是傳統(tǒng)的電工學(xué)科,具有顯著的工程技術(shù)特色。實(shí)踐教學(xué)作為該專業(yè)教學(xué)體系的重要組成部分,對(duì)于培養(yǎng)本專業(yè)大學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新精神、提高其綜合素質(zhì)具有至關(guān)重要的影響。為不斷提升本專業(yè)實(shí)踐教學(xué)質(zhì)量,本專業(yè)一直致力于實(shí)踐教學(xué)改革,以教師隊(duì)伍的科研成果促進(jìn)實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)備的改進(jìn),大力培養(yǎng)實(shí)踐教學(xué)隊(duì)伍,并按電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)的特點(diǎn)構(gòu)建了課程實(shí)驗(yàn)和綜合實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)實(shí)習(xí)和畢業(yè)設(shè)計(jì)四個(gè)層次的實(shí)踐教學(xué)架構(gòu),并取得了良好的效果。

電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè);實(shí)踐教學(xué);自制設(shè)備

0 引言

我國(guó)高等教育傳統(tǒng)的培養(yǎng)理念是重視科學(xué)教育,即傳授科學(xué)知識(shí)、介紹科學(xué)方法的教育,認(rèn)為只要通過科學(xué)教育,讓學(xué)生掌握扎實(shí)的基礎(chǔ)知識(shí),他們今后就能適應(yīng)包括工程實(shí)踐在內(nèi)的任何工作。而實(shí)際上科學(xué)教育與工程教育只是相互聯(lián)系的兩個(gè)領(lǐng)域,兩者不能互相代替。多年的教育實(shí)踐也證明了這一點(diǎn)[1]。

電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)屬傳統(tǒng)的電工學(xué)科,該學(xué)科是以電磁感應(yīng)定律、基爾霍夫電路定律等電工理論為基礎(chǔ),研究電能的產(chǎn)生、傳輸、使用及其過程中涉及的科學(xué)和技術(shù)問題,其學(xué)科強(qiáng)調(diào)應(yīng)用,與物理學(xué)科有著明顯的區(qū)別,具有顯著的工程技術(shù)特色。該專業(yè)本科的培養(yǎng)目標(biāo)是培養(yǎng)具有一定的自然科學(xué)與人文社科學(xué)科知識(shí)與素質(zhì),較好地掌握電工、電子、信息、控制與計(jì)算機(jī)應(yīng)用專業(yè)知識(shí),并具有一定創(chuàng)新與工程實(shí)踐能力和繼續(xù)深造的素質(zhì)條件,能承擔(dān)相關(guān)專業(yè)領(lǐng)域的科研、技術(shù)開發(fā)、工程設(shè)計(jì)、系統(tǒng)運(yùn)行和經(jīng)濟(jì)管理的高素質(zhì)的科研和工程技術(shù)人才。實(shí)踐教學(xué)作為該專業(yè)教學(xué)體系的重要組成部分,對(duì)于培養(yǎng)本專業(yè)大學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新精神、提高其綜合素質(zhì)起著至關(guān)重要的作用,也是本專業(yè)本科教學(xué)評(píng)估的關(guān)鍵指標(biāo)。

1 以科研成果促進(jìn)實(shí)踐教學(xué)設(shè)備的改進(jìn)

隨著我國(guó)各高校招生規(guī)模逐年擴(kuò)大,各高校加大了實(shí)驗(yàn)設(shè)備的投資,在實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備方面的要求不斷提高。合肥工業(yè)大學(xué)電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)的很多教師除了承擔(dān)正常的教學(xué)任務(wù)外,也一直活躍在科研第一線,熟悉本學(xué)科最新的科技進(jìn)展。為提高實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)裝置的水平,本專業(yè)鼓勵(lì)教師自行設(shè)計(jì)教學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置,促進(jìn)科研成果向?qū)嵺`教學(xué)環(huán)節(jié)的轉(zhuǎn)化。

集成分布式發(fā)電實(shí)驗(yàn)室的(交/直/交)輕型直流輸電子系統(tǒng)、模擬風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)子系統(tǒng)、光伏發(fā)電并網(wǎng)子系統(tǒng)、燃料電池發(fā)電并網(wǎng)子系統(tǒng)、超級(jí)電容儲(chǔ)能發(fā)電并網(wǎng)子系統(tǒng)等實(shí)驗(yàn)教學(xué)裝置均為我專業(yè)教師自行研制,是我專業(yè)電力電子與電力傳動(dòng)科研成果的結(jié)晶,不僅在學(xué)術(shù)上具有國(guó)內(nèi)領(lǐng)先的地位,而且就本科生的實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)而言在國(guó)內(nèi)也處于領(lǐng)先的地位,同時(shí)也是我專業(yè)國(guó)家級(jí)重點(diǎn)學(xué)科“電力電子與電力傳動(dòng)”的重要支撐。

JBJS-II交流變頻調(diào)速教學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置為自制的交流異步電動(dòng)機(jī)高性能控制系統(tǒng),該裝置以單片機(jī)為核心控制器,實(shí)現(xiàn)數(shù)字化控制,而且具有友好的實(shí)驗(yàn)操作界面。該教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)不僅在學(xué)術(shù)上具有國(guó)內(nèi)領(lǐng)先的地位,而且直接服務(wù)于本科教學(xué)工作,為本科交流調(diào)速和控制系統(tǒng)的教學(xué)提供了實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐條件,該教學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置獲安徽省高等學(xué)?？茖W(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)評(píng)審委員會(huì)于2000年頒發(fā)的安徽省高等學(xué)校科技進(jìn)步三等獎(jiǎng)。

HMC數(shù)字相控/斬控直流調(diào)速系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)裝置,為自制直流電機(jī)拖動(dòng)與調(diào)速實(shí)驗(yàn)裝置。該實(shí)驗(yàn)裝置采用DSP為主控芯片,具有兩組四象限相控整流調(diào)速單元和兩組直流PWM脈寬調(diào)速單元,可以任意組成兩單元供學(xué)生做直流調(diào)速系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)。系統(tǒng)具有光電編碼器和測(cè)速發(fā)電機(jī)反饋檢測(cè)單元,數(shù)據(jù)通訊接口和數(shù)字化參數(shù)設(shè)置調(diào)節(jié),友好的操作界面和完善的保護(hù)功能,系統(tǒng)動(dòng)力與電網(wǎng)隔離,操作安全而且維護(hù)方便,目前該教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)正在申報(bào)國(guó)家專利。

本裝業(yè)還有如模擬變電站等自制實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),均達(dá)到準(zhǔn)工業(yè)級(jí)別,接近于實(shí)際應(yīng)用,不但使得本專業(yè)的實(shí)驗(yàn)裝置性能質(zhì)量得到大幅度提高,在節(jié)省了大量的實(shí)驗(yàn)設(shè)備購(gòu)置資金同時(shí)也鍛煉了教師科研隊(duì)伍。

2 實(shí)踐教學(xué)隊(duì)伍的培養(yǎng)

各種課程實(shí)驗(yàn)和綜合實(shí)驗(yàn)是電氣及其自動(dòng)化專業(yè)實(shí)踐教學(xué)的重要組成部分。隨著科學(xué)技術(shù)日新月異的發(fā)展,國(guó)內(nèi)外現(xiàn)代化的尖端的儀器設(shè)備不斷引進(jìn),實(shí)驗(yàn)技術(shù)隊(duì)伍原有的知識(shí)水平難以適應(yīng)發(fā)展的環(huán)境。建立一支高素質(zhì)的實(shí)驗(yàn)技術(shù)隊(duì)伍,是提升實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量,使高性能實(shí)驗(yàn)設(shè)備充分發(fā)揮作用的關(guān)鍵。合肥工業(yè)大學(xué)電氣及其自動(dòng)化專業(yè)根據(jù)課程體系的分類,建立電力電子及拖動(dòng)和電力系統(tǒng)兩大實(shí)驗(yàn)基地,由科研業(yè)務(wù)能力強(qiáng)的教授牽頭,根據(jù)實(shí)驗(yàn)任務(wù)、規(guī)模和設(shè)備狀況確定高、中、初級(jí)技術(shù)職稱比例,使具有不同水平的人員,各盡其能、相互配合構(gòu)成一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡的機(jī)體,形成一個(gè)任課教師和實(shí)驗(yàn)員共同參加的實(shí)踐教學(xué)隊(duì)伍。打破實(shí)驗(yàn)教學(xué)人員與理論教學(xué)人員的界限,鼓勵(lì)雙向交流,要求任課教師必須參與課程實(shí)驗(yàn)和綜合實(shí)驗(yàn),同時(shí)定期對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)人員和任課教師進(jìn)行實(shí)驗(yàn)技能抽查測(cè)試。

為提升實(shí)驗(yàn)教學(xué)隊(duì)伍的教學(xué)水平,采取相應(yīng)政策和激勵(lì)措施,鼓勵(lì)和吸引高水平、高技術(shù)人才、從事實(shí)驗(yàn)教學(xué)和技術(shù)工作。積極引進(jìn)一些具有高層次學(xué)歷人員來實(shí)驗(yàn)室工作,鼓勵(lì)在職實(shí)驗(yàn)員攻讀碩士和博士學(xué)位,提高本科生、研究生在實(shí)驗(yàn)室工作隊(duì)伍的比重。與此同時(shí),在選拔和使用工程、實(shí)驗(yàn)技術(shù)人才方面“看文憑更看技能”,盡管目前實(shí)驗(yàn)員隊(duì)伍普遍具備本科以上學(xué)歷,只要實(shí)驗(yàn)技能突出,?？茖W(xué)歷的實(shí)驗(yàn)教學(xué)人員一樣能被評(píng)為高級(jí)職稱。

3 實(shí)踐教學(xué)實(shí)施方法

大學(xué)本科四年學(xué)習(xí)期間,在為學(xué)生夯實(shí)基礎(chǔ)的前提下,也要為他們構(gòu)建一個(gè)科學(xué)合理的專業(yè)知識(shí)架構(gòu)。只有科學(xué)合理的知識(shí)結(jié)構(gòu),才能為學(xué)生一生的學(xué)習(xí)工作提供可持續(xù)發(fā)展的動(dòng)力。實(shí)踐教學(xué)是教學(xué)過程中的重要環(huán)節(jié),它同樣存在一個(gè)體系和規(guī)劃的問題。為此,合肥工業(yè)大學(xué)電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)根據(jù)教學(xué)要求,構(gòu)建了課程實(shí)驗(yàn)和綜合實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)實(shí)習(xí)和畢業(yè)設(shè)計(jì)四個(gè)層次的實(shí)踐教學(xué)架構(gòu)。

在課程實(shí)驗(yàn)中注重基礎(chǔ)訓(xùn)練,要求學(xué)生通過與課程講授同步開設(shè)的課程實(shí)驗(yàn),掌握基本的實(shí)驗(yàn)方法和實(shí)驗(yàn)技能(儀器的使用,調(diào)試方法等),配合課堂講授內(nèi)容,對(duì)理論教學(xué)起輔助作用,課程實(shí)驗(yàn)配合教學(xué)單元以驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)為主,培養(yǎng)學(xué)生的基本實(shí)驗(yàn)技能、方法和手段;而綜合實(shí)驗(yàn)旨在鍛煉學(xué)生的自主設(shè)計(jì)能力,以提高學(xué)生的科學(xué)思維和創(chuàng)新能力為主要目標(biāo),使其具備科技工作者所必須具有的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰突舅刭|(zhì)。目前本專業(yè)整個(gè)實(shí)驗(yàn)安排的趨勢(shì)為逐漸減少驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn),增加綜合設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)的比例。

在課程設(shè)計(jì)中,要求學(xué)生通過兩至三周的集中工作,在掌握了基本的實(shí)驗(yàn)方法、實(shí)驗(yàn)技能和理論教學(xué)完成的基礎(chǔ)上,從事一定的實(shí)際設(shè)計(jì)工作,學(xué)會(huì)運(yùn)用所學(xué)理論知識(shí)解決實(shí)際問題,培養(yǎng)其實(shí)際操作能力。初步鍛煉學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí),通過討論與合作,完成一項(xiàng)完整的設(shè)計(jì)工作。通過這個(gè)環(huán)節(jié)來加深學(xué)生對(duì)課程所學(xué)內(nèi)容的理解和融會(huì)貫通,課程設(shè)計(jì)一般安排在專業(yè)課教學(xué)結(jié)束以后,以組為單位布置設(shè)計(jì)內(nèi)容。其教學(xué)目的是提高學(xué)生的實(shí)踐能力,拓展學(xué)生的專業(yè)知識(shí),強(qiáng)化學(xué)生的專業(yè)意識(shí),提高學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的應(yīng)用能力和發(fā)現(xiàn)問題、獨(dú)立思考的能力。

畢業(yè)實(shí)習(xí)安排在第八學(xué)期,歷時(shí)三周,其中一周半時(shí)間為參觀,學(xué)生被安排到校外實(shí)習(xí)基地進(jìn)行參觀,切實(shí)親身感受實(shí)際設(shè)備裝置,在實(shí)物參觀中回顧所學(xué)的理論知識(shí),調(diào)動(dòng)其畢業(yè)設(shè)計(jì)的積極性。另一周半時(shí)間為校內(nèi)實(shí)訓(xùn)基地的工程訓(xùn)練。經(jīng)過多年實(shí)踐和摸索,本專業(yè)發(fā)現(xiàn)實(shí)踐教學(xué)對(duì)于促進(jìn)學(xué)生理解科學(xué)理論、掌握實(shí)踐技能、培養(yǎng)思維方式具有重要的促進(jìn)作用。例如電機(jī)中的繞組展開圖,不管是傳統(tǒng)的黑板教學(xué)還是使用多媒體教學(xué),學(xué)生到最后多半是似懂非懂。為解決上述問題,本專業(yè)在2007年建立了校內(nèi)電機(jī)實(shí)訓(xùn)基地,讓學(xué)生在基地中自己動(dòng)手進(jìn)行電機(jī)嵌線,了解繞組,電機(jī)磁場(chǎng)。學(xué)生用繞線機(jī)繞線,再動(dòng)手嵌線并把繞組連接,最后進(jìn)行試驗(yàn),了解到空載磁場(chǎng)的建立。在這里學(xué)生對(duì)繞組展開圖、電機(jī)電磁場(chǎng)有了全新的認(rèn)識(shí),收到了很好的效果。在實(shí)訓(xùn)基地學(xué)生們學(xué)習(xí)熱情高漲,以至于教師們只能和學(xué)生們一樣換班去吃飯。通過類似的工程訓(xùn)練,使學(xué)生認(rèn)識(shí)到所學(xué)的理論知識(shí)切實(shí)可用,極大的提高其學(xué)習(xí)興趣,實(shí)現(xiàn)理論與實(shí)踐相結(jié)合,達(dá)到學(xué)以致用的目的。

畢業(yè)設(shè)計(jì)作為學(xué)生畢業(yè)前的重要實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié),注重學(xué)生綜合能力的培養(yǎng),包括學(xué)習(xí)新知識(shí),掌握新技術(shù)的能力,獨(dú)立分析問題解決問題的能力,書寫設(shè)計(jì)方案及技術(shù)報(bào)告的能力等。畢業(yè)實(shí)習(xí)安排在畢業(yè)實(shí)習(xí)之后,一直持續(xù)到學(xué)生畢業(yè),通常歷時(shí)十四周至十五周。在畢業(yè)設(shè)計(jì)選題中,本專業(yè)嚴(yán)格按照教育部的規(guī)定,在第七學(xué)期末期由系里向?qū)I(yè)課教師征集畢業(yè)設(shè)計(jì)題目,學(xué)生按專業(yè)排名,自主選擇,保證一人一題,獨(dú)立完成,每個(gè)指導(dǎo)教師所帶畢業(yè)設(shè)計(jì)學(xué)生數(shù)原則上不允許超過八個(gè)。通過畢業(yè)設(shè)計(jì),促使學(xué)生初步掌握進(jìn)行科學(xué)研究與工程設(shè)計(jì)的方法和步驟,為日后的獨(dú)立工作打下基礎(chǔ)。畢業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容結(jié)合技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)或相關(guān)的科研工程項(xiàng)目,往往與課程有較大的差異,在技術(shù)上一般也比較陌生,學(xué)生需要通過自學(xué)來掌握,從而鍛煉其綜合能力。在獨(dú)立完成課題的基礎(chǔ)上,要求每人撰寫兩萬字左右的畢業(yè)論文并接受答辯。畢業(yè)設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)目標(biāo)的重要階段,它能培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用多學(xué)科的理論、知識(shí)與技能,培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立工作、獨(dú)立思考以及分析與解決問題的能力,深化理論知識(shí)、擴(kuò)展知識(shí)領(lǐng)域、延伸專業(yè)技能;培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)肅認(rèn)真的科學(xué)態(tài)度和嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的工作作風(fēng)[2]。

這四個(gè)實(shí)踐教學(xué)架構(gòu),各部分目標(biāo)要求明確,在打好基礎(chǔ)的前提下,由合作討論到獨(dú)立完成,學(xué)生在這個(gè)過程中得到了鍛煉提高,在掌握方法技能的同時(shí)增強(qiáng)了工作的自信。本專業(yè)幾年的實(shí)踐表明,它得到了大多數(shù)學(xué)生的認(rèn)可,并取得了較好的效果。

4 鼓勵(lì)學(xué)生參加科技實(shí)踐創(chuàng)新

目前國(guó)家對(duì)大學(xué)生自主創(chuàng)新能力的培養(yǎng)已提高到了一個(gè)新的高度,評(píng)價(jià)一個(gè)大學(xué)畢業(yè)生是否合格,其創(chuàng)新性是一個(gè)非常重要的指標(biāo)。本專業(yè)對(duì)于畢業(yè)生有兩個(gè)學(xué)分的創(chuàng)新實(shí)踐要求,學(xué)生可通過各種創(chuàng)新實(shí)踐活動(dòng)來獲得該學(xué)分。

近幾年來,本專業(yè)鼓勵(lì)優(yōu)秀本科生進(jìn)入學(xué)科實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行科研研究,激勵(lì)專業(yè)教師指導(dǎo)本專業(yè)學(xué)生參加“挑戰(zhàn)杯”大學(xué)生課外科技發(fā)明競(jìng)賽、電子設(shè)計(jì)大賽和大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)計(jì)劃等多種科技實(shí)踐創(chuàng)新活動(dòng)。近三年來,本專業(yè)學(xué)生對(duì)參加上述活動(dòng)熱情高漲,分別獲得全國(guó)“挑戰(zhàn)杯”大學(xué)生課外科技發(fā)明競(jìng)賽二等獎(jiǎng)一項(xiàng)、安徽省“挑戰(zhàn)杯”大學(xué)生課外科技發(fā)明競(jìng)賽一等獎(jiǎng)一項(xiàng)、合肥工業(yè)大學(xué)“斛兵杯”大學(xué)生課外科技發(fā)明競(jìng)賽特等獎(jiǎng)一項(xiàng)、一等獎(jiǎng)一項(xiàng)和多項(xiàng)二等獎(jiǎng)和三等獎(jiǎng)。通過參加各類科技創(chuàng)新比賽,對(duì)于引導(dǎo)本專業(yè)學(xué)生勤奮學(xué)習(xí)、崇尚科學(xué)、追求真知、形成良好的學(xué)風(fēng)起到了極大的促進(jìn)作用,收到了良好的人才效益、經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

5 結(jié)語

實(shí)踐教學(xué)是與理論教學(xué)相對(duì)應(yīng)的一種教學(xué)形式,它是理論與實(shí)踐、間接經(jīng)驗(yàn)和直接經(jīng)驗(yàn)、抽象概念和具體思維相結(jié)合的教學(xué)過程,它既是理論學(xué)習(xí)的繼續(xù)、補(bǔ)充和深化,也是傳授學(xué)習(xí)方法、技能與經(jīng)驗(yàn)的教與學(xué)的過程。學(xué)生通過實(shí)踐與思考,接受各種信息,加深對(duì)知識(shí)的理解,促進(jìn)知識(shí)向能力轉(zhuǎn)化,使傳授知識(shí)與發(fā)展能力有機(jī)結(jié)合起來。

經(jīng)過多年的探索和實(shí)踐改革,合肥工業(yè)大學(xué)電氣及其自動(dòng)化專業(yè)雖然已經(jīng)擁有了一定的實(shí)踐教學(xué)手段,但與國(guó)內(nèi)外知名大學(xué)還存在一定的差距。在今后的建設(shè)中我們將投入更多的精力于實(shí)踐教學(xué)手段的改善,從客觀實(shí)際出發(fā),加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)管理,建立完善的實(shí)踐教學(xué)體系結(jié)構(gòu),真正提高實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的教學(xué)質(zhì)量,更好的服務(wù)于本科教學(xué)工作。

[1] 沈沛汝,李仰軍.中外工科高等教育實(shí)踐教學(xué)現(xiàn)狀的比較[J].當(dāng)代教育論壇,2007,2:131-132

[2] 蘇宇紅等.加強(qiáng)高校實(shí)踐教學(xué) 提高學(xué)生創(chuàng)新能力[J].引進(jìn)與咨詢,2006,11:64-65

合肥工業(yè)大學(xué)教研項(xiàng)目(XJ2009032)

杜少武(1965-),男,安徽合肥人,合肥工業(yè)大學(xué)教授,E-mail:dushaow u@mail.hf.ah.cn