沈海軍， 孫 佳， 齊文娟， 徐青菁， 曼 納

(1.上海交通大學(xué) a. 后勤保障中心，b. 電子信息與電氣工程學(xué)院，上海 200240; 2.新疆特種設(shè)備檢驗(yàn)研究院；烏魯木齊 830011)

0 引 言

電氣工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心起源于我校電機(jī)系實(shí)驗(yàn)室，近年來，隨著電氣學(xué)科領(lǐng)域的擴(kuò)展及電力技術(shù)的飛速發(fā)展，電氣工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心已從原有的傳統(tǒng)型實(shí)驗(yàn)室轉(zhuǎn)型為集電機(jī)與電器、電力電子、高電壓絕緣、電力系統(tǒng)等專業(yè)為一體的綜合性教學(xué)實(shí)驗(yàn)中心，秉承了以人才培養(yǎng)為根本任務(wù)與主要目標(biāo)的原則，為國家培養(yǎng)了大批優(yōu)秀的電氣工程學(xué)科專業(yè)人才。經(jīng)過積極探索與開拓創(chuàng)新，中心以強(qiáng)電行業(yè)為依托，以學(xué)生實(shí)驗(yàn)與實(shí)踐教學(xué)為重心，構(gòu)建了具有“遞進(jìn)式”綜合性以及電氣工程學(xué)科特色的實(shí)踐課程體系，致力于培養(yǎng)具有綜合創(chuàng)新能力的電氣工程學(xué)科高層次人才[1-3]。

1 構(gòu)建電氣工程實(shí)踐課程體系

實(shí)踐教學(xué)是高校人才培養(yǎng)方案的重要組成部分，是培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力和創(chuàng)新精神的重要教學(xué)環(huán)節(jié)。電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)是一門實(shí)踐性、應(yīng)用性很強(qiáng)的學(xué)科，為了保持與工業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀同步教學(xué)，大多數(shù)專業(yè)課程都需要通過適量的實(shí)踐活動(dòng)來培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力。根據(jù)電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)和要求，電氣工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心構(gòu)建了“遞進(jìn)式”的實(shí)踐教學(xué)體系，將實(shí)踐課程遞進(jìn)為課程實(shí)驗(yàn)、綜合實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計(jì)以及實(shí)踐創(chuàng)新4個(gè)層次(見圖1)。實(shí)踐課程安排由簡入深，循序漸進(jìn)，逐層深化，使學(xué)生以理論知識為基礎(chǔ)，通過一定的綜合性實(shí)驗(yàn)梳理知識體系，掌握獨(dú)立進(jìn)行工程設(shè)計(jì)的技能，從而在工程實(shí)踐創(chuàng)新項(xiàng)目中激發(fā)創(chuàng)新潛能[6-8]。

圖1 電氣工程實(shí)踐課程體系

1.1 課程實(shí)驗(yàn)

課程內(nèi)實(shí)驗(yàn)作為基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)，目前仍以驗(yàn)證性為主，電氣工程專業(yè)的主要專業(yè)基礎(chǔ)課程都配有課內(nèi)實(shí)驗(yàn)，主要面向大三的本科生，實(shí)驗(yàn)在10個(gè)學(xué)時(shí)左右，根據(jù)理論課程的進(jìn)展情況安排實(shí)驗(yàn)進(jìn)度。開設(shè)課程實(shí)驗(yàn)的目的是為了讓學(xué)生對課內(nèi)學(xué)習(xí)的理論知識有一個(gè)實(shí)體性了解，將通過理論計(jì)算得出的數(shù)據(jù)在實(shí)際模型上加以驗(yàn)證，加深對知識點(diǎn)的理解?，F(xiàn)階段，在提倡綜合性、設(shè)計(jì)性、創(chuàng)新性的教學(xué)手段獲得了更多關(guān)注與應(yīng)用的同時(shí)，這類實(shí)驗(yàn)在實(shí)踐課程體系中的比重會(huì)相應(yīng)降低，但課程實(shí)驗(yàn)作為基礎(chǔ)教學(xué)的有力輔助手段，其基礎(chǔ)性、驗(yàn)證性仍是實(shí)驗(yàn)教學(xué)不可或缺的重要組成部分。

為了提高課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果，調(diào)動(dòng)同學(xué)的積極性，避免單純的機(jī)械式的實(shí)驗(yàn)操作，實(shí)驗(yàn)中心在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中采用了資源開放共享、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容拓展、驗(yàn)收項(xiàng)目細(xì)化等一系列措施。中心網(wǎng)站提供了課程實(shí)驗(yàn)相關(guān)的教學(xué)大綱、實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書、課件和教學(xué)視頻以及實(shí)驗(yàn)裝置、實(shí)驗(yàn)儀器說明書等一系列資料(見圖2)。學(xué)生可以在網(wǎng)

圖2 課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)視頻

站上提前熟悉實(shí)驗(yàn)設(shè)備、流程和儀器操作方式，并對相關(guān)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行預(yù)習(xí)。同時(shí)積極探索傳統(tǒng)實(shí)物實(shí)驗(yàn)和仿真實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的手段，增進(jìn)對理論知識的理解和應(yīng)用，如simulink仿真、電機(jī)電磁場有限元計(jì)算等，進(jìn)一步提升實(shí)驗(yàn)效果。教學(xué)過程中，除了驗(yàn)證理論之外，針對實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的和理論不太符合的現(xiàn)象，設(shè)計(jì)相關(guān)的思考題，引導(dǎo)同學(xué)認(rèn)識到現(xiàn)實(shí)和理想模型的差異和原因，為后續(xù)進(jìn)行相關(guān)研究打下基礎(chǔ)。為使同學(xué)養(yǎng)成規(guī)范安全的實(shí)驗(yàn)操作習(xí)慣，實(shí)驗(yàn)結(jié)束后教師會(huì)針對儀器、儀表、操作步驟等進(jìn)行檢查，檢查合格后方能簽到，部分檢查內(nèi)容見表1。

表1 課程實(shí)驗(yàn)檢查表

1.2 綜合實(shí)驗(yàn)

綜合實(shí)驗(yàn)作為前期學(xué)習(xí)的總結(jié)性實(shí)驗(yàn)，由實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心獨(dú)立授課，其中60個(gè)學(xué)時(shí)全部在實(shí)驗(yàn)室完成。根據(jù)電氣工程的二級學(xué)科方向，共設(shè)有5門綜合實(shí)驗(yàn)課程。電力系統(tǒng)應(yīng)用綜合實(shí)驗(yàn)和運(yùn)動(dòng)控制綜合實(shí)驗(yàn)開設(shè)在大三下學(xué)期，電氣系統(tǒng)綜合實(shí)驗(yàn)、電氣設(shè)備綜合實(shí)驗(yàn)、電氣控制綜合實(shí)驗(yàn)開設(shè)在大四上學(xué)期。本科生需要在開設(shè)綜合實(shí)驗(yàn)的每個(gè)學(xué)期均要選擇一門實(shí)驗(yàn)進(jìn)行學(xué)習(xí)。綜合實(shí)驗(yàn)引入RTDS電力實(shí)時(shí)數(shù)字仿真系統(tǒng)、微芯高/低壓電機(jī)控制板等業(yè)內(nèi)最新平臺，要求學(xué)生以團(tuán)隊(duì)的形式，2～3人一組，動(dòng)手實(shí)踐，進(jìn)行綜合性的系統(tǒng)構(gòu)建。目的是讓學(xué)生建立系統(tǒng)的概念，將分散的知識點(diǎn)整合為完整的知識體系，掌握系統(tǒng)模型的建立，熟悉軟硬件的聯(lián)合調(diào)試方法，圖3所示為RTDS距離保護(hù)系統(tǒng)模型圖。通過兩學(xué)期綜合實(shí)驗(yàn)的訓(xùn)練，學(xué)生基本上建立了系統(tǒng)的概念，會(huì)利用已有的軟硬件平臺實(shí)現(xiàn)自己預(yù)期的功能，培養(yǎng)初步的團(tuán)隊(duì)協(xié)作意識。

圖3 RTDS距離保護(hù)系統(tǒng)模型圖

1.3 課程設(shè)計(jì)

課程設(shè)計(jì)作為系統(tǒng)性和設(shè)計(jì)性較強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)課程，分別開設(shè)在大三下學(xué)期及大四上學(xué)期。每門課程會(huì)提供幾個(gè)適合的題目供學(xué)生選擇，學(xué)生需要在64個(gè)學(xué)時(shí)之內(nèi)完成所選題目，提交包括軟件程序及硬件系統(tǒng)在內(nèi)的完整設(shè)計(jì)作品。為了達(dá)到新工科人才培養(yǎng)的目標(biāo)，課程設(shè)計(jì)的選題、作品性能指標(biāo)以及經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，都緊跟市場主流產(chǎn)品。學(xué)時(shí)分配大體為4學(xué)時(shí)在教室完成，布置設(shè)計(jì)題目，歸納完成設(shè)計(jì)所需的知識體系結(jié)構(gòu)，講解設(shè)計(jì)過程中的注意事項(xiàng)。其余60學(xué)時(shí)在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，需要完成軟件代碼設(shè)計(jì)、元器件選型、硬件原理圖、PCB繪制及制版、電路焊接及調(diào)試、報(bào)告撰寫，最終提交作品及詳細(xì)的設(shè)計(jì)報(bào)告。課程設(shè)計(jì)作為系統(tǒng)性的設(shè)計(jì)實(shí)踐課程，采用任課教師引導(dǎo)、實(shí)驗(yàn)室教師輔助、學(xué)生自由組建團(tuán)隊(duì)來完成的教學(xué)模式，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，促進(jìn)學(xué)生為了達(dá)到工程目標(biāo)，進(jìn)行主動(dòng)學(xué)習(xí)。使學(xué)生對工程設(shè)計(jì)理念有深入的體會(huì)，形成明確的合理分工及相互協(xié)作的團(tuán)隊(duì)意識，真正掌握設(shè)計(jì)過程中運(yùn)用到的知識點(diǎn)。通過課程設(shè)計(jì)的訓(xùn)練，學(xué)生初步具備了電氣工程師的設(shè)計(jì)能力，能夠利用團(tuán)隊(duì)完成一個(gè)小型的電氣設(shè)計(jì)作品，為培養(yǎng)高層次的電氣專業(yè)人才奠定了基礎(chǔ)。

1.4 實(shí)踐創(chuàng)新

實(shí)踐創(chuàng)新是提升學(xué)生創(chuàng)新能力的重要環(huán)節(jié)，包括工程實(shí)踐與科技創(chuàng)新課程、PRP項(xiàng)目、大學(xué)生創(chuàng)新計(jì)劃項(xiàng)目、生產(chǎn)實(shí)習(xí)幾個(gè)模塊。工程實(shí)踐與科技創(chuàng)新主要面向大三下學(xué)期及大四上學(xué)期的本科生，學(xué)時(shí)為32學(xué)時(shí)。該實(shí)踐課程由電氣實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心獨(dú)立開設(shè)，給學(xué)生自由創(chuàng)新的發(fā)揮空間，學(xué)生可以自由組隊(duì)，利用實(shí)驗(yàn)室提供的器件與設(shè)備，發(fā)散思維，和傳統(tǒng)課程實(shí)驗(yàn)、綜合實(shí)驗(yàn)以及課程設(shè)計(jì)不同的是，同學(xué)可以自由設(shè)計(jì)題目，通過查閱資料獲得技術(shù)支持，將自己的創(chuàng)意轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實(shí)作品。PRP項(xiàng)目與大學(xué)生創(chuàng)新計(jì)劃項(xiàng)目也是實(shí)踐創(chuàng)新模塊的重要組成部分，由學(xué)校教務(wù)處統(tǒng)一管理，學(xué)生以個(gè)人或團(tuán)隊(duì)形式提交立項(xiàng)申請，通過立項(xiàng)審核的項(xiàng)目學(xué)校會(huì)給予配套的經(jīng)費(fèi)支持，學(xué)生可根據(jù)項(xiàng)目需要購置器件與設(shè)備。對于基于實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心立項(xiàng)的項(xiàng)目，實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心會(huì)提供給學(xué)生開放的實(shí)驗(yàn)室和設(shè)備資源，實(shí)驗(yàn)室教師配合指導(dǎo)，項(xiàng)目周期根據(jù)難易程度設(shè)置為半年或1年。生產(chǎn)實(shí)習(xí)作為即將進(jìn)入大四的本科生必修課，為學(xué)生提供了與電氣相關(guān)企業(yè)接觸與交流的機(jī)會(huì)，讓大學(xué)生走進(jìn)企業(yè)，親臨實(shí)地了解電氣行業(yè)的運(yùn)作流程及生產(chǎn)狀況，感受不同企業(yè)文化所構(gòu)建的工作氛圍。實(shí)習(xí)的形式也是多樣化的，可以根據(jù)企業(yè)和學(xué)科對學(xué)生培養(yǎng)的要求進(jìn)行定制，以求達(dá)到“雙贏”。

幾種不同形式的實(shí)踐創(chuàng)新模塊，從不同方面激勵(lì)了學(xué)生的創(chuàng)新意識，培養(yǎng)了學(xué)生的綜合性創(chuàng)新能力。經(jīng)過實(shí)踐創(chuàng)新環(huán)節(jié)的訓(xùn)練，學(xué)生已經(jīng)具備了電氣專業(yè)的獨(dú)立設(shè)計(jì)能力，承擔(dān)項(xiàng)目的統(tǒng)籌能力，團(tuán)隊(duì)建設(shè)的組織能力[9-15]。圖4～6所示為同學(xué)在工程實(shí)踐與科技創(chuàng)新課程中設(shè)計(jì)的作品。這些作品從方案設(shè)計(jì)、模型搭建和控制實(shí)現(xiàn)均由同學(xué)獨(dú)立完成。圖7所示為實(shí)驗(yàn)中心近年來的部分PRP和大學(xué)生創(chuàng)新計(jì)劃項(xiàng)目，這些項(xiàng)目緊跟當(dāng)今技術(shù)主流，通過項(xiàng)目訓(xùn)練，學(xué)生的實(shí)踐能力和科研能力得到很好的鍛煉。

圖4 太陽能發(fā)電自動(dòng)追蹤系統(tǒng)

圖5 姿態(tài)同步器系統(tǒng)

圖6 摩天輪控制系統(tǒng)

圖7 部分PRP和大學(xué)生創(chuàng)新項(xiàng)目

2 實(shí)驗(yàn)課程體系改革取得的成績及思考

電氣工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心自2009年教改至今，為電氣專業(yè)本科生提供了良好的實(shí)驗(yàn)環(huán)境及優(yōu)質(zhì)的實(shí)驗(yàn)條件，中心構(gòu)建的“梯進(jìn)式”實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系自運(yùn)行以來，深受學(xué)生好評，為電氣行業(yè)培養(yǎng)了大批的優(yōu)秀人才。循序漸進(jìn)的培養(yǎng)模式大大的激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，學(xué)生在遞進(jìn)的實(shí)踐體系中逐步得到自我肯定，獲得累積的成就感，使每一位同學(xué)都建立了多樣的創(chuàng)新意識。在實(shí)踐創(chuàng)新環(huán)節(jié)涌現(xiàn)了一系列優(yōu)秀學(xué)生作品，在國家級和上海市的各類科技競賽中都取得了優(yōu)異的成績，一些學(xué)生作品最終轉(zhuǎn)化為成熟的工業(yè)產(chǎn)品和實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)備，受到了業(yè)界的一致好評。

實(shí)踐教學(xué)在傳統(tǒng)觀念中一直處于教學(xué)輔助的地位，但實(shí)踐證明，完善的實(shí)踐課程體系在工程類學(xué)科尤其是電氣工程專業(yè)的教學(xué)領(lǐng)域發(fā)揮著極其重要的作用，是高層次人才培養(yǎng)的主要實(shí)現(xiàn)環(huán)節(jié)之一。教學(xué)實(shí)驗(yàn)室作為本科生實(shí)驗(yàn)課程與創(chuàng)新實(shí)踐活動(dòng)的主要基地，應(yīng)該獲得與其作用相符的地位，得到高校教學(xué)領(lǐng)域的重視。

3 結(jié) 語

電氣工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心將以培養(yǎng)適應(yīng)科技進(jìn)步發(fā)展需要的高質(zhì)量電氣工程技術(shù)人才為目標(biāo)，進(jìn)一步加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)及實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)、完善教學(xué)體系，著力提升學(xué)生的工程素養(yǎng)和工程創(chuàng)新能力，力爭培養(yǎng)更多創(chuàng)新能力強(qiáng)、適應(yīng)行業(yè)需求快的優(yōu)質(zhì)電氣工程師。