面向工程创新能力培养的电气工程专业实践教学探索

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  东南大学电气学院(前身电机工程系)创立于1923年,是东南大学最早建立的工科系之一。2006年成立电气工程学院,2013年学院迎来了办学90周年纪念。在学院90多年的办学历史中,东南大学电气学科的本科教学工作获得了多项“第一”:1959年,编写出版了第一本《电机学》教材;1962年,编写出版第一本《微电机》教学参考书;1979年,创办第一个“电气技术专业”;1995年,最早实施大电类宽口径培养方案;2006年,第一家通过教育部工程教育(试点)专业认证;2010年,成为第一批教育部卓越工程师教育培养计划专业;2011年,第一批国家级工程实践教育中心建设点;2013年,成为我国加入《华盛顿组织》后的第一批接受工程教育专业认证院校。
  实践教学过程中存在的突出问题
  学院在人才培养方面取得了一定成绩,但随着电力工业的发展和社会对人才培养,尤其是工程创新人才培养要求的不断提高,在实践教学活动中也遇到了一些问题,这些问题突出表现在:
  原有实践课程体系与综合工程创新能力培养不适应
  这种不适应性体现在四个方面:第一,传统实践课程体系对应的是以专业方向为基础的条块化理论课程体系,而这已不适应智能电网技术发展趋势。第二,实验课对应理论知识结构设立,彼此独立,难以开展综合性工程实践。第三,实验项目大都围绕知识点展开,以知识验证和简单应用为主,对综合实践知识应用要求的深度与广度缺乏层次,学生自主研学的空间不足。第四,实践教学进程中任务要求统一有余,而创新能力个性化培养不足。
  实践教学资源不足,校外实践教学基地建设模式难以持续
  这一问题主要表现在:校内工程实践教学资源不足、内容更新缓慢,不能充分体现电力工业智能化的发展现状,技术手段不先进;实践教学方法和技术手段有限,受电气设备高电压、大电流等物理模拟运行条件的限制,难以多次重复完成一些具有潜在危险性和破坏性的实验,无法满足培养适应行业需求的工程实践和创新能力的要求。而校外实践教学则存在工程实践单位落实难、实践过程动手难、实践内容多样化难,学生接触生产实际的机会不足,参与的实践内容单一,校外实践教学演变为走马观花式的校外观摩。
  原有实践教学模式对创新能力培养内在驱动力不足
  传统实践教学模式以知识传授为中心、以教师为主导,学生只是被动地接受与验证知识。存在创新活动一般在课外开展,只面向少数学习成绩优秀同学的观念,教师和学生对创新活动的主动共同参与度不高、互动不够。创新活动往往依靠奖励等外力推动,内在驱动力不足。
  积极开展教学改革与研究
  面对存在的这些问题,学院积极开展教学改革和研究,采取了一系列改革措施:
  重构实践课程体系
  在认真研究人才工程素质和创新能力培养要求的基础上,结合电气工业的发展趋势和特点,解构原有以专业方向划分的条块化理论课程构架,以电气、信息、控制技术交叉融合为核心将课程分类;与理论教学相衔接,重构了“基础实验-综合实践-创新研究”分层递进的实践课程体系(如图1所示),将工程素质和创新能力培养贯穿于各年级的课程学习中,为培养学生工程创新能力打下基础。
  基础课程实验保证了理论知识的掌握和巩固;综合实践课程作为纽带将课程群相互联系,扩展了知识综合运用的广度和深度,增强了学生工程素质的培养效果,开拓了学生自主研学的空间;创新研究包括面向全体学生和针对部分学生的创新研究项目,实现学生工程创新能力个性化发展,从而既渐进地、全面地培养学生工程素质和创新能力,又满足学生个性化发展的需要。
  实施“分布-集中自主式”校外生产实践模式
  2000年以前学院采取“单一集中式”的生产实践模式,即全体学生在规定的生产实习期间统一集中在一个生产实践接受单位,由学校和实践单位协同制定统一的生产实践大纲和生产实践计划,指定安排生产实习指导教师,学生接受统一的生产实习培训。
  随着高校扩招和宽口径的培养方向调整,参加生产实践的学生人数有了很大的增加,“单一集中式”的生产实践模式已无法满足需求,“实践单位落实难、实践动手过程难和实践内容多样化难”的三难问题日益突出。对此,学院对生产实践的组织形式进行了调整,调整为“分散自主式”模式,即学生根据自身的就业需求、兴趣等情况自主联系实践单位,在规定时间内完成生产实习教学要求。根据实施期间学生实习情况统计和实习单位反馈的情况看,该模式仍然存在着少部分学生落实单位困难、实践质量无法管控等问题,实践效果难以达到预期。
  因此,2003年学院重新调整生产实践的组织模式,采用“分布-集中-自主”模式。这一模式并不是“单一集中式”模式和“分散自主式”模式的简单组合,而是两种模式的高度交融,克服了原有模式中经费有限、实践场地和指导教师不足的弊端,既能提高校外实践教学质量又能满足学生个性化发展和企业对人才培养的需求,实现了学校、学生和用人单位“三满意”的效果。学院先后与周边地区电网运行企业、电能生产企业和电气设备研发制造企业建立了长期战略合作伙伴关系,共建了一批生产实践基地,建设了稳定的生产实践基地库,确保了生产实践教学工作的顺利开展。
  构建实践创新教学资源平台
  依托学科优势,以科研和产业项目合作为契机,“产学研”互动,与规划设计、生产运行、设备制造等各类电气企业共建实践基地、工程实践中心、研究型实验室和联合研发中心,整合、优化校内现有工程实践教育中心、研究(研发)中心和实验室,构建了面向全体学生开放的多层次、多元化的实践教学平台。实践教学平台的建设有助于开展基础性认知实践、课程实验、开放性自主研学、创新性科研实验和工程训练,培养学生科研兴趣,锻炼学生独立分析和解决问题的能力,提升学生创新意识和创新能力。
  采用将科研成果通过虚拟仿真技术及时转化为实践课程教学资源,注重实践教学内容与行业技术发展趋势保持同步,打造包括电力系统、电机、电力电子等内容的电气虚拟仿真实践教学平台。依托虚拟仿真平台开设的实践课程与电气工业技术现状紧密结合,内容丰富、技术先进、形式新颖,学生可以完成对电力系统、电机、电力电子等课程一系列的实验、工程训练和创新研究。这既确保了电气行业新理论、新技术、新应用及时进入实践课程教学,突出实践教学方法的先进性、内容的综合性和创新性,又消除了学生直接操作高电压、大电流电气装置带来的安全隐患,解决了无法动手操作和无法进行重复性破坏实验的问题。   构建科研、工程项目引导的主动研学机制
  以“全员参与、兴趣驱动、自主研学、重在过程”为原则,按照“基础训练-自主研学-综合创新”循序渐进的工程创新能力培养规律,构建了以科研和工程项目引导的主动研学机制。举办经常性的专题研讨、学术讲座和企业观摩以增强学生科研兴趣;建设咨询和指导导师队伍,为学生提供咨询服务,组织和参与学生的讨论,鼓励和帮助学生自主拟定研究课题,以系列研讨课、各级SRTP项目和学科竞赛项目等创新活动为纽带,引导学生开展创新性项目研究;坚持“产学研”互动,实行科研导师制,从教师科研和工程项目中遴选、提炼研究专题,引导学生开展基于教师科研项目的课外研学和研究性毕业设计。该机制将工程创新能力培养的各个要素——教师、学生、资源、平台有机地组合在一起,使学生系统地掌握创新研究方法,逐步培养学生的科研兴趣、主动创新意识和能力,改变传统的单纯以激励机制为驱动的被动学习模式,以兴趣和激励双重驱动培养学生主动学习、主动创新。
  改革取得了显著成效
  教学改革的成果突出
  学院承担并完成了国家级和省部级教学改革项目4项,取得了一批教学成果。发表教改论文18篇,获得国家级教学成果奖2项,出版“十一五”和“十二五”国家级规划教材10本,拥有国家级精品课程和省级精品课程2门。电气工程及其自动化专业是江苏省品牌专业,同时也是国家级特色专业建设点。2006年,该专业全国第一家通过了教育部工程教育专业认证。2008年,获批国家级研究型大学控制类工程师培养创新实验区。2012年,获批国家级科技工程实践教育中心。2013年,我国加入《华盛顿组织》后同类专业中第一个通过工程教育专业认证。同年,建设的机电综合虚拟仿真实验教学中心获批为首批国家级虚拟仿真实验中心。
  学院推动教学成果可持续深化,教学成果示范效应显著。学生的工程素质和工程创新能力在行业内建立了广泛、良好的声誉,保证了工程素质和创新能力教学培养的可持续性开展。西门子电力自动化、金智科技、国电南自等电力领域的著名企业主动与学院共建国家级工程实践教育中心、联合研发中心和实验室,实施“卓越工程师”培养计划,并不断有知名企业来校共建商谈合作。
  实践教学应用成效显著
  (1)学生工程创新的积极性和受益面得到提高。学生课外研学训练收益面100%,每年校级SRTP申报人数350人左右,申报项目平均120余项,申报立项并完成课外研学项目的学生数超过80%。2006-2013年,毕业设计选题来自科研和工程项目的比例由原来不足20%提高到72.3%。
  (2)学生工程创新能力增强,高水平竞赛和创新成果涌现。2011年获IEEE工业应用学会本科生设计竞赛一等奖1项、全国大学生节能减排社会实践与科技竞赛特等奖1项。2008年以来,在全国大学生电子类竞赛中获得国家级特等奖1项、一等奖4项、二等奖4项;在《大学生数学建模竞赛》中共获国际级一等奖3项、二等奖6项,国家级一等奖4项、二等奖2项;获得省级竞赛奖项36项;457人次获校级竞赛奖332项。本科生科研成果也硕果累累:2008年以来,获得“国家大学生创新性实验计划项目”及“国家大学生创新性实验计划培育项目”18项,江苏省大学生创新项目8项。2006年以来,学生以第一和第二发明人申请专利49项,其中3项本科生为第一发明人。第一作者发表3篇EI收录论文,毕业一年内以本科阶段科研成果在高水平期刊和会议发表SCI/EI收录论文51篇。
  (3)学生就业竞争力和工作适应力提高,为行业输送高素质的人才。毕业生深受用人单位的欢迎,多年来就业率始终保持100%。用人单位普遍反映毕业生“理论基础扎实、工程素质过硬、创新能力强”。众多毕业生迅速成为业务骨干。近三年仅在江苏电力公司内就有22人获得国网系统各级竞赛奖30余项。
  得到同行高度认可
  学院坚持基于提升工程创新能力的教学实践理念和做法受到了同类其他院校的关注,并得到了985、211等兄弟院校的高度肯定。
  (1)在实践教学中,突出综合性和创新性。基于“电机学”国家级精品课程,精心设计了“电机工程实践”。该课程已连续开设35年,实践教学模式被多所985和211大学相关专业所借鉴。
  (2)多次参加全国高校教学研讨会,介绍教学改革的经验。多次在全国教学会议中做大会报告。《“学习产出”理念在制订电气工程专业人才培养方案中的应用探索》和《电气工程专业生产实习模式的探索与实践》等论文多次荣获全国高等学校电气工程及其自动化专业教学改革研讨会优秀论文奖,扩大了专业教学的示范效应和影响。
  东南大学电气工程专业围绕工程创新能力培养的核心目标,立足于专业实践课程体系的重构,以产学研互动的实践教学研究平台建设为支撑,以实践教学模式创新为突破,构建了适应电气行业发展和学生个性化、多元化发展需求的“基础实验-综合实践-科研创新”分层递进的实践课程体系;创新实施了可持续的“分布-集中-自主”校外实践模式;打造了基于科研成果、突出虚拟仿真特色的实践创新教学平台;建立了主动创新意识培养的实践教学机制,从而加强了学生对专业理论知识掌握,提高了学生自主研学、自主创新的积极性,为企业培养了高素质的工程创新型人才,也为学生顺利走上工作岗位打下了坚实的工程实践基础。(作者张炎平系东南大学电气工程学院讲师;吴在军系电气工程学院副院长;黄学良系电气工程学院院长)
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