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摘要:阐述了实践教学是培养创新型人才的重要环节, 实验教学方法是培养学生创新能力的重要手段。详细论述了中国地质大学(北京)如何构建培养创新型人才的电气工程及其自动化专业实验教学体系和实验教学方法。
关键词:电气工程及其自动化;创新;实验教学体系
作者简介:徐惠勇(1965-),男,陕西韩城人,中国地质大学(北京)信息工程学院电气工程及其自动化教研室,高级工程师,工学博士,主要研究方向:电力电子与电气传动。(北京 100083)
一、构建培养创新型人才的实验教学体系的必要性
用人单位对毕业生的需求,现代控制理论的开拓与现代控制技术工具和手段的进展,学科自身发展的需要三者相互影响、相互促进,推动了电气工程及其自动化专业不断向前发展。全球金融风暴之后我国的产业结构必然出现大调整,由制造大国发展为创造大国,因此对电气工程及其自动化专业的人才要求越来越高。科学技术新成就不断涌现,现代电子学、网络技术、通讯技术、计算机技术飞速发展,并迅速渗透到传统电工学科的各个领域。以模糊控制、专家系统、人工神经网络、模式识别等为代表的现代控制理论的不断应用和完善极大地丰富了电工学科的理论,使电气工程及其自动化专业的理论和技术发生了巨大的变化。传统的教学设备陈旧,教学理念、教学过程也无法适应现代教学的需要。在新形势下如何培养和造就新一代电气工程人才是世界各国电气工程教育界关注和积极探索的问题。电气工程及其自动化专业具有很强的实践性, 同时现代技术赋予了学科新内涵, 呈现出数字化、网络化、信息化的发展趋势。因此,构建培养创新型人才的实验教学体系是非常必要的。
根据现代高等教育的发展趋势以及社会对专业人才的培养要求,中国地质大学(北京)(以下简称“我校”)电气工程及其自动化专业坚持“强弱电结合、软硬结合、元件系统相结合”的专业办学特点,在综合实验教学中依托自制的综合电气实验平台按照“构思—设计—实施—操作”程序完成实验内容,使学生能够“做中学”,教师“做中教”。重构实践创新教学体系、推进产学研合作途径,以培养具有较强的综合素质和创新精神, 能够从事电气工程及其自动化领域相关的工程设计、生产制造、系统运行、系统分析、技术开发等方面的复合型高级工程技术人才。
二、电气工程及其自动化专业实验教学体系
1.实验课程体系
依托自制的综合电气实验平台,电气工程及其自动化专业实验课程体系共分为4个层次:基本技能层、基础实验层、综合提高层、专业创新层。每个层次中都包含多个独立开设的实验模块。每个实验模块中又包含验证性、设计性和综合创新性实验项目。整个实验课程体系体现了系统性、层次性、综合性以及模块化的特点。
(1)基本技能层。该层的教学目标: 全面培养学生具有扎实的基本操作技能、工程设计的美学素质和科研观察兴趣。提倡本科生达到三级钳工水平,为综合实验和今后工作奠定扎实的基础。该层包含了3 门课程模块: 传统的金工实习、电子工艺实习和控制机柜设计与制作。要求学生掌握一般机械制图绘制软件、电气图画图软件与PCB板设计软件等常用工程软件;熟练掌握常用钳工工具、测绘工具、电气测量仪表仪器的使用;掌握电子元器件焊接、低压电器布线和装配实际技能。引导学生在理论知识的指导下进行电气产品工艺观察,培养美学素养,奠定合格电气工程师应具备的基本素质。
(2)基础实验层。该层的教学目标: 全面培养学生具有宽厚、扎实的基本实践技能、进行科学实验观察和分析的兴趣, 具有基本分析问题和解决问题的能力。该层包含了6门课程模块: 电路基础实验、电子线路实验、数字逻辑电路实验、电力电子实验、电机拖动实验、自控原理实验。在课程模块建设上注重精简验证性实验, 增加设计性、研究性实验内容, 引导学生在理论知识的指导下进行深入研究。
例如:在运算放大器实验项目中, 引导学生研究电路分布参量对放大器性能的影响;在电力电子实验项目中,引导学生研究影响触发脉冲的环节,研究产生触发脉冲的电路芯片;在电机拖动实验中,引导学生研究电机四象限运行过程中的机械特性;引导学生应用电子线路设计新型晶闸管触发控制电路;研究适应各种电机控制的电力电子线路拓扑结构。
(3)综合提高层。该层的教学目标: 全面提高学生电路综合设计的实践技能和自主学习新知识的能力,掌握以微处理器为核心的控制系统设计和调试,具有独立分析问题和解决问题的能力。该层包含了以下课程模块: 微机原理与接口技术、单片机应用实验、可编程逻辑电路实验、电子线路计算机辅助设计和虚拟仪器与非电量测量技术。在课程模块建设上注重增加综合设计性、创新性实验内容, 注重引导学生的创新意识,激发学生的创新热情,提高学生综合运用课程所学知识的能力及相应的自学能力,建立起计算机控制系统的概念和整体设计的思想。
例如:在单片机控制课程中,通过典型实验案例的综合实验,使学生掌握单片机综合控制系统的设计步骤和思考方法。通过一般性综合性实验,总结思考模式和设计步骤,以创新的激情进行新案例设计和实验。
(4)专业创新层。该层的教学目标: 全面培养学生综合研究、勇于创新的实践能力, 以及团队合作、顽强拼搏等科研精神, 具有在项目和系统的层次上分析问题和解决问题的能力。该层包含了5门课程模块: 电子系统设计实验、嵌入式系统实验、PLC控制系统实验、电机交直流调速系统、电力综合监控系统设计。在课程模块建设上注重增加项目级、系统级的研究性、创新性实验内容, 注重培养学生全面综合的研究创新能力。
例如: 在PLC系统设计实验课程模块中, 从系统需求分析、总体设计、硬件设计、软件系统编程、控制器调试、系统联调、技术资料总结等完全由学生自主完成,教师只给予必要的指导。训练学生的综合设计能力、组装调试能力和创新能力。通过查阅资料、选定方案、设计电路、安装调试、写报告等过程,使学生得到一次科学研究工作的全面训练。
2.实验教学方法
(1)基本技能层教学方法。基本技能是电气类专业学生综合实验、创新实验、就业工作的最基本前提条件,应对学生进行精雕细琢,充分挖掘学生潜能,展示学生才艺。在固定时间段,采用工程师或技师现场授课与指导为主的教学方法,必要时指导教师手把手教授技能。学生分组完成手工作品,以创意的新颖度和工艺水平评判成绩。
(2)基础实验层教学方法。基础实验能力是完成验证性实验、综合性实验、设计性实验的保障。基础实验层采用固定时间段、教师现场指导验证理论的一般方法以及分析具体问题的步骤,帮助学生积累感性认识。实验授课教师来自各学科专业, 具有丰富的科研教学经验。实验项目中设计了研究性实验内容,以供学生专题实验研究, 要求学生自由组队联合完成。
(3)综合提高层教学方法。在学生专业实践能力的基础上, 着力培养学生自主分析问题、解决问题的能力, 激发学生的主观能动性和创造潜能。采用固定时间段教师现场指导为主。提倡开放式教学方法,鼓励学生独立思考、自主学习、相互学习,采用多元化的途径获取知识。加强综合设计、研究类实验项目, 引入计算机辅助分析设计技术, 训练学生灵活运用软硬件手段来设计完成综合类的实验项目。
(4)专业创新层教学方法。专业创新层是培养高素质创新型人才的关键阶段。采用全开放式教学方法,以学生自主学习为主,教师指导为辅。实验内容以系统级的研究创新实验项目为主, 题目以任务书的形式供学生选择, 也可以学生自主命题, 留给学生广阔的创新空间。实验进行过程中的方案设计、实施路线、系统调试等全部由学生自己完成, 教师仅仅给予必要的引导和参与讨论。学生自由组成团队,灵活运用综合电气实验平台, 在开放的环境下进行研究创新。从中获取工程实践体验,加强宏观通识教育,促进综合素质的提高,有利于从跨系统、跨学科和跨专业的角度,引领学生形成科研的大视野和大思维。也有利于学生发现自己的真正专业兴趣和研究方向。
3.课外第二课堂
作为实验教学体系的补充, 教务处和资产处创建了“大学生创新研究项目”和“开放式实验项目”。学生也可与部分科研教师相结合, 直接参与到教师的科研工程项目中去,积极开展课外第二课堂活动,这为培养和选拔优秀人才提供了开放式的创新实践平台。
参考文献:
[1]查建中,何永汕.中国工程教育改革三大战略[M].北京:北京理工大学出版社,2009:55-60.
[2]黄振跃,杨泽斌,等.电气工程及其自动化国家特色专业建设的探索与实践[J].中国电力教育,2009,4(135):35-36.
[3]王志军,刘志敏.构建培养创新型人才的电子信息科学基础实验教学体系[J].实验技术与管理,2007,24(12):8-17.
[4]徐敏,彭颜卿.电气工程及其自动化专业学生实践能力培养刍议[A].第三届全国高校电气工程及其自动化教育改革研讨会论文集[C].
[5]谢少军,等.电气工程及其自动化专业综合性课程设计的设置[J].电气电子教学学报,2003,12(24):50-55.
[6]袁剑波,等.工程实践能力,培养应用型人才的关键[J].高等工程教育研究,2003,3(12):42-47.
(责任编辑:麻剑飞)
关键词:电气工程及其自动化;创新;实验教学体系
作者简介:徐惠勇(1965-),男,陕西韩城人,中国地质大学(北京)信息工程学院电气工程及其自动化教研室,高级工程师,工学博士,主要研究方向:电力电子与电气传动。(北京 100083)
一、构建培养创新型人才的实验教学体系的必要性
用人单位对毕业生的需求,现代控制理论的开拓与现代控制技术工具和手段的进展,学科自身发展的需要三者相互影响、相互促进,推动了电气工程及其自动化专业不断向前发展。全球金融风暴之后我国的产业结构必然出现大调整,由制造大国发展为创造大国,因此对电气工程及其自动化专业的人才要求越来越高。科学技术新成就不断涌现,现代电子学、网络技术、通讯技术、计算机技术飞速发展,并迅速渗透到传统电工学科的各个领域。以模糊控制、专家系统、人工神经网络、模式识别等为代表的现代控制理论的不断应用和完善极大地丰富了电工学科的理论,使电气工程及其自动化专业的理论和技术发生了巨大的变化。传统的教学设备陈旧,教学理念、教学过程也无法适应现代教学的需要。在新形势下如何培养和造就新一代电气工程人才是世界各国电气工程教育界关注和积极探索的问题。电气工程及其自动化专业具有很强的实践性, 同时现代技术赋予了学科新内涵, 呈现出数字化、网络化、信息化的发展趋势。因此,构建培养创新型人才的实验教学体系是非常必要的。
根据现代高等教育的发展趋势以及社会对专业人才的培养要求,中国地质大学(北京)(以下简称“我校”)电气工程及其自动化专业坚持“强弱电结合、软硬结合、元件系统相结合”的专业办学特点,在综合实验教学中依托自制的综合电气实验平台按照“构思—设计—实施—操作”程序完成实验内容,使学生能够“做中学”,教师“做中教”。重构实践创新教学体系、推进产学研合作途径,以培养具有较强的综合素质和创新精神, 能够从事电气工程及其自动化领域相关的工程设计、生产制造、系统运行、系统分析、技术开发等方面的复合型高级工程技术人才。
二、电气工程及其自动化专业实验教学体系
1.实验课程体系
依托自制的综合电气实验平台,电气工程及其自动化专业实验课程体系共分为4个层次:基本技能层、基础实验层、综合提高层、专业创新层。每个层次中都包含多个独立开设的实验模块。每个实验模块中又包含验证性、设计性和综合创新性实验项目。整个实验课程体系体现了系统性、层次性、综合性以及模块化的特点。
(1)基本技能层。该层的教学目标: 全面培养学生具有扎实的基本操作技能、工程设计的美学素质和科研观察兴趣。提倡本科生达到三级钳工水平,为综合实验和今后工作奠定扎实的基础。该层包含了3 门课程模块: 传统的金工实习、电子工艺实习和控制机柜设计与制作。要求学生掌握一般机械制图绘制软件、电气图画图软件与PCB板设计软件等常用工程软件;熟练掌握常用钳工工具、测绘工具、电气测量仪表仪器的使用;掌握电子元器件焊接、低压电器布线和装配实际技能。引导学生在理论知识的指导下进行电气产品工艺观察,培养美学素养,奠定合格电气工程师应具备的基本素质。
(2)基础实验层。该层的教学目标: 全面培养学生具有宽厚、扎实的基本实践技能、进行科学实验观察和分析的兴趣, 具有基本分析问题和解决问题的能力。该层包含了6门课程模块: 电路基础实验、电子线路实验、数字逻辑电路实验、电力电子实验、电机拖动实验、自控原理实验。在课程模块建设上注重精简验证性实验, 增加设计性、研究性实验内容, 引导学生在理论知识的指导下进行深入研究。
例如:在运算放大器实验项目中, 引导学生研究电路分布参量对放大器性能的影响;在电力电子实验项目中,引导学生研究影响触发脉冲的环节,研究产生触发脉冲的电路芯片;在电机拖动实验中,引导学生研究电机四象限运行过程中的机械特性;引导学生应用电子线路设计新型晶闸管触发控制电路;研究适应各种电机控制的电力电子线路拓扑结构。
(3)综合提高层。该层的教学目标: 全面提高学生电路综合设计的实践技能和自主学习新知识的能力,掌握以微处理器为核心的控制系统设计和调试,具有独立分析问题和解决问题的能力。该层包含了以下课程模块: 微机原理与接口技术、单片机应用实验、可编程逻辑电路实验、电子线路计算机辅助设计和虚拟仪器与非电量测量技术。在课程模块建设上注重增加综合设计性、创新性实验内容, 注重引导学生的创新意识,激发学生的创新热情,提高学生综合运用课程所学知识的能力及相应的自学能力,建立起计算机控制系统的概念和整体设计的思想。
例如:在单片机控制课程中,通过典型实验案例的综合实验,使学生掌握单片机综合控制系统的设计步骤和思考方法。通过一般性综合性实验,总结思考模式和设计步骤,以创新的激情进行新案例设计和实验。
(4)专业创新层。该层的教学目标: 全面培养学生综合研究、勇于创新的实践能力, 以及团队合作、顽强拼搏等科研精神, 具有在项目和系统的层次上分析问题和解决问题的能力。该层包含了5门课程模块: 电子系统设计实验、嵌入式系统实验、PLC控制系统实验、电机交直流调速系统、电力综合监控系统设计。在课程模块建设上注重增加项目级、系统级的研究性、创新性实验内容, 注重培养学生全面综合的研究创新能力。
例如: 在PLC系统设计实验课程模块中, 从系统需求分析、总体设计、硬件设计、软件系统编程、控制器调试、系统联调、技术资料总结等完全由学生自主完成,教师只给予必要的指导。训练学生的综合设计能力、组装调试能力和创新能力。通过查阅资料、选定方案、设计电路、安装调试、写报告等过程,使学生得到一次科学研究工作的全面训练。
2.实验教学方法
(1)基本技能层教学方法。基本技能是电气类专业学生综合实验、创新实验、就业工作的最基本前提条件,应对学生进行精雕细琢,充分挖掘学生潜能,展示学生才艺。在固定时间段,采用工程师或技师现场授课与指导为主的教学方法,必要时指导教师手把手教授技能。学生分组完成手工作品,以创意的新颖度和工艺水平评判成绩。
(2)基础实验层教学方法。基础实验能力是完成验证性实验、综合性实验、设计性实验的保障。基础实验层采用固定时间段、教师现场指导验证理论的一般方法以及分析具体问题的步骤,帮助学生积累感性认识。实验授课教师来自各学科专业, 具有丰富的科研教学经验。实验项目中设计了研究性实验内容,以供学生专题实验研究, 要求学生自由组队联合完成。
(3)综合提高层教学方法。在学生专业实践能力的基础上, 着力培养学生自主分析问题、解决问题的能力, 激发学生的主观能动性和创造潜能。采用固定时间段教师现场指导为主。提倡开放式教学方法,鼓励学生独立思考、自主学习、相互学习,采用多元化的途径获取知识。加强综合设计、研究类实验项目, 引入计算机辅助分析设计技术, 训练学生灵活运用软硬件手段来设计完成综合类的实验项目。
(4)专业创新层教学方法。专业创新层是培养高素质创新型人才的关键阶段。采用全开放式教学方法,以学生自主学习为主,教师指导为辅。实验内容以系统级的研究创新实验项目为主, 题目以任务书的形式供学生选择, 也可以学生自主命题, 留给学生广阔的创新空间。实验进行过程中的方案设计、实施路线、系统调试等全部由学生自己完成, 教师仅仅给予必要的引导和参与讨论。学生自由组成团队,灵活运用综合电气实验平台, 在开放的环境下进行研究创新。从中获取工程实践体验,加强宏观通识教育,促进综合素质的提高,有利于从跨系统、跨学科和跨专业的角度,引领学生形成科研的大视野和大思维。也有利于学生发现自己的真正专业兴趣和研究方向。
3.课外第二课堂
作为实验教学体系的补充, 教务处和资产处创建了“大学生创新研究项目”和“开放式实验项目”。学生也可与部分科研教师相结合, 直接参与到教师的科研工程项目中去,积极开展课外第二课堂活动,这为培养和选拔优秀人才提供了开放式的创新实践平台。
参考文献:
[1]查建中,何永汕.中国工程教育改革三大战略[M].北京:北京理工大学出版社,2009:55-60.
[2]黄振跃,杨泽斌,等.电气工程及其自动化国家特色专业建设的探索与实践[J].中国电力教育,2009,4(135):35-36.
[3]王志军,刘志敏.构建培养创新型人才的电子信息科学基础实验教学体系[J].实验技术与管理,2007,24(12):8-17.
[4]徐敏,彭颜卿.电气工程及其自动化专业学生实践能力培养刍议[A].第三届全国高校电气工程及其自动化教育改革研讨会论文集[C].
[5]谢少军,等.电气工程及其自动化专业综合性课程设计的设置[J].电气电子教学学报,2003,12(24):50-55.
[6]袁剑波,等.工程实践能力,培养应用型人才的关键[J].高等工程教育研究,2003,3(12):42-47.
(责任编辑:麻剑飞)