韓璐 邱存勇

摘 要 隨著新工科理念的提出，人才培養(yǎng)更注重于學生創(chuàng)新思維和工程能力的培養(yǎng)。針對自動化專業(yè)電力傳動相關(guān)課程的知識交叉性和實踐性強等特點，尋找更適合于培養(yǎng)學生工程創(chuàng)新能力的教學改革方法勢在必行。本文提出創(chuàng)新類實驗教學、項目驅(qū)使類教學以及創(chuàng)新研修課等改革措施，旨在通過實際工程案例教學，提高學生學習興趣，加強學生自主學習和自主創(chuàng)新能力，培養(yǎng)適應于自動化專業(yè)發(fā)展的創(chuàng)新型人才。

關(guān)鍵詞 電力傳動相關(guān)課程 項目驅(qū)使 創(chuàng)新研修課 工程創(chuàng)新能力

中圖分類號：G642 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? DOI：10.16400/j.cnki.kjdkz.2019.09.023

Abstract With the introduction of the new engineering concept， the cultivation of students' innovative thinking and engineering ability is more important in talent development. In view of the cross-knowledge and practical characteristics of the automation professional electric drive related courses， it is imperative to find a teaching reform method that is more suitable for cultivating students' engineering innovation ability. This paper proposes innovative measures such as innovative experimental teaching， project-driven teaching and innovative training courses. It aims to improve students' interest in learning through practical engineering case teaching， strengthen students' independent learning and independent innovation ability， and cultivate innovative talents adapted to the development of automation profession.

Keywords courses related to electric power transmission; ?project-driven; innovative training courses; innovative engineering ability

本校自動化專業(yè)分為過程控制和電氣控制兩個方向，主要培養(yǎng)學生具備儀器儀表、嵌入式開發(fā)、工業(yè)控制、電機控制等領(lǐng)域的相關(guān)基礎(chǔ)知識和設(shè)計思想。電氣控制方向主要針對電機為對象來設(shè)計與規(guī)劃課程，其中“電機與拖動基礎(chǔ)”、“電力電子技術(shù)”以及“電力拖動自動控制系統(tǒng)”為該方向的三門重要專業(yè)課程。這三門課程理論性和實踐性都很強，且內(nèi)容相互交互，從工程角度有很強的關(guān)聯(lián)性。但是，目前的授課多以分學期單獨授課方式為主，忽視了課程間的聯(lián)系，且學習周期間隔太久，容易造成學生知識點脫節(jié)、學習新知識阻力以及認為所學知識與實際工程背離等問題。自“新工科”理論[1]提出以來，各大院校都采取了相應的教學改革措施，[2-6]包括開設(shè)新型工科專業(yè)、學生創(chuàng)新中心、技術(shù)創(chuàng)新類課程，開辟新型專業(yè)和交叉培養(yǎng)模式，打造精課、示范課，加強通識教育等等。在新工科這樣一個環(huán)境背景下，培養(yǎng)人才的方式更側(cè)重于創(chuàng)新性和實踐性能力的培養(yǎng)，原先的照本宣科必然是落伍和行不通的了，思考并實施自動化專業(yè)電力傳動相關(guān)課程的改革也是勢在必行，大勢所趨。

1 電力傳動相關(guān)課程的特點和目前存在的問題

自動化專業(yè)電氣控制方向的三門專業(yè)課程“電機與拖動基礎(chǔ)”、“電力電子技術(shù)”以及“電力拖動自動控制系統(tǒng)”具有強交叉性。“電機與拖動基礎(chǔ)”為自動化專業(yè)的專業(yè)核心課程，開設(shè)于大三上學期，內(nèi)容偏向于電機的基礎(chǔ)理論，包括基本電磁定律，電力拖動系統(tǒng)運動方程式、生產(chǎn)機械的負載特性，直流電動機的工作原理和工作特性，直流電動機的機械特性，啟動、制動和調(diào)速性能，交流電動機的工作原理、基本特性和起制動以及調(diào)速特性等等，主要培養(yǎng)學生對電機內(nèi)部工作原理和基本運行特性的掌握?！半娏﹄娮蛹夹g(shù)”這門課程開設(shè)于大三第二學期，其主題思想是“電力變換”，主要針對直流和交流電能的四種變換電路（整流、逆變、直流斬波、交流變換）做介紹，課程獨立，內(nèi)容單一，學生學習興趣不高。但是“電機與拖動基礎(chǔ)”中介紹直流電動機調(diào)速主要采用降壓方法，交流電動機調(diào)速主要采用變頻方法，而這些方法的實現(xiàn)就是通過電力電子技術(shù)來實現(xiàn)的。同時，電力電子電路的不同狀態(tài)對應電機的不同運行狀態(tài)。因此，電力電子技術(shù)可以看作電機開環(huán)調(diào)速的實現(xiàn)手段，具有很強的工程應用背景。如果能以電機為對象來介紹電力電子技術(shù)，其理論和實踐價值都會大大提高，學生學習的積極性也會大幅提高?！半娏ν蟿幼詣涌刂葡到y(tǒng)”課程開設(shè)于大四第一學期，這門課程基于“電機與拖動基礎(chǔ)”以及“電力電子技術(shù)”兩門課程的基礎(chǔ)知識，更側(cè)重于工程設(shè)計，它主要包括：分析和設(shè)計有轉(zhuǎn)速反饋的直流調(diào)速系統(tǒng)，分析轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的靜動態(tài)性能以及轉(zhuǎn)速、電流調(diào)節(jié)器的工程設(shè)計;基于穩(wěn)態(tài)模型的異步電動機調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計，基于動態(tài)模型的異步電動機調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計等?！半娏ν蟿幼詣涌刂葡到y(tǒng)”課程可以看作電機閉環(huán)調(diào)速的實現(xiàn)手段，其設(shè)計方法在實際的電力傳動系統(tǒng)中被廣泛應用。該課程對學生的工程設(shè)計性要求很強，但是課本上一些設(shè)計思想太拘于常規(guī)或太生澀難懂，學生整體學習效果欠佳，創(chuàng)新思維也未在工程設(shè)計中得到良好的培養(yǎng)。實際上，該課程雖然屬于工程設(shè)計類課程，但是設(shè)計方法的深入理解要建立在電機工作原理和運行特性的熟練掌握基礎(chǔ)上。包括工程中常用的滯環(huán)控制、電壓空間矢量（SVPWM）方法、直接轉(zhuǎn)矩控制、矢量控制手段等手段均屬于電力電子技術(shù)在異步電動機閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計中的擴展和延伸。要想在掌握這些設(shè)計方法的基礎(chǔ)上有所創(chuàng)新，根據(jù)不同工況獨立完成實際系統(tǒng)的分析和設(shè)計，學生必須運用交叉學科的理論和具備運用所學知識解決復雜工程問題的能力。

2 電力傳動類課程的改革措施

2.1 增加創(chuàng)新類工程實驗環(huán)節(jié)

傳統(tǒng)針對自動化專業(yè)電力傳動類課程均設(shè)置有實踐環(huán)節(jié)，但是該環(huán)節(jié)的實驗項目均為驗證性實驗，實驗內(nèi)容多為課本中的內(nèi)容節(jié)選，缺乏對學生設(shè)計思維和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。然而，電力傳動類課程“電機與拖動基礎(chǔ)”、“電力電子技術(shù)”以及“電力拖動自動控制系統(tǒng)”等更側(cè)重于工程實踐，需要學生掌握以人為本解決問題的方法論，關(guān)注用戶需求，根據(jù)工程工況和實際性能指標要求設(shè)計控制系統(tǒng)，將設(shè)計思維融入到項目中。這就要求我們要充分利用實驗室開放性實驗設(shè)備，以工程為背景設(shè)計各類開放性實驗，并且采用小班分組，使得同學根據(jù)各自的興趣點選題，完成全程的設(shè)計及程序撰寫，實現(xiàn)最終的工程目標。實驗內(nèi)容會涉及到一些實際工程問題和工程指標要求，其中也會體現(xiàn)課程知識點的交叉性，讓學生通過自己所學知識完成整體系統(tǒng)的設(shè)計，培養(yǎng)其利用工程知識解決復雜工程問題的能力。另外，摒棄常規(guī)實驗報告的單一考核模式，引入分組答辯和設(shè)計方案對比等環(huán)節(jié)，讓學生在實驗過程中逐漸建立工程思維方式。

2.2 引入項目驅(qū)動式教學方式，設(shè)立創(chuàng)新研修課

將與電力傳動相關(guān)的實際項目穿插到傳統(tǒng)課堂中，利用智慧教室小班授課的方式，針對項目要求引導學生創(chuàng)造性思維。課堂教學不僅講授課本內(nèi)容，而是作為向?qū)W生傳遞創(chuàng)造性和批判性思維的重要途徑，廣泛開展啟發(fā)式、討論式案例教學。在授課過程中，充分調(diào)動學生的興趣點和積極性，利用具體的項目為背景，引導學生獨立查閱和整理相關(guān)資料，通過團隊合作、討論和答辯等方式完成項目中的部分設(shè)計，培養(yǎng)學生溝通互助和獨立思考的能力。這種教學方式避免期末考試一張考卷決定成績的考核模式，更側(cè)重于學生利用所學和其他途徑獲取的知識來解決復雜工程問題的能力培養(yǎng)。另外，設(shè)立創(chuàng)新研修課，該課程以教師相對穩(wěn)定的科研方向為基礎(chǔ)，將科研項目內(nèi)容引入到教學的特色課程。在創(chuàng)新研修課的授課過程中，教師會把項目中一些科研儀器帶入課堂為大家做展示和演示，同時將自己的科研成果與授課內(nèi)容有機結(jié)合，理論聯(lián)系實際，激發(fā)學生的學習興趣，活躍學生思維。學生通過參與教師的科研項目，加深對課本基本概念的理解，并學習了科學研究的新技術(shù)、新方法和新知識，及時了解學科前沿，讓所學知識跟上技術(shù)發(fā)展的步伐。

2.3 將設(shè)計思維融入到工程教育中

首先，自動化專業(yè)面對的對象是用戶，所有的設(shè)計均應以用戶為中心，并關(guān)注工程對人類生活的影響。比如電機拖動生產(chǎn)機械，若用戶要求負載功率很大，大容量的電機運行會產(chǎn)生噪聲或周圍用電質(zhì)量差等問題，這些問題對人類生活的影響從倫理的角度也是必須要去考慮的，這也要作為一種設(shè)計思維傳遞給學生。其次，要讓學生掌握以人為本解決問題的方法論，一切自動化設(shè)備的設(shè)計都是為了人服務的，要關(guān)注用戶需求，將設(shè)計思維融入到項目中。另外，自動化專業(yè)電氣控制方向的體系課程：“電機與拖動基礎(chǔ)”、“電力電子技術(shù)”和“電力拖動自動控制系統(tǒng)”屬于交叉學科，同時電力傳動的實際工程問題也會涉及到其他學科，跨學科課程教學對于此類復雜工程問題的設(shè)計和分析十分必要。要讓學生面臨真實問題，而不是簡單的學科疊加，培養(yǎng)學生通過整合交叉學科知識點去解決實際工程問題的能力。最后就是對工程教育的通識，要通過項目或?qū)嶋H的用戶需求讓學生理解倫理、環(huán)境等因素對工程的約束，培養(yǎng)學生在設(shè)計實際系統(tǒng)時的基本職業(yè)素養(yǎng)和職業(yè)道德。

3 結(jié)語

在“新工科”背景下對自動化專業(yè)的電力傳動類課程進行教學改革和實踐是符合目前的應用型人才培養(yǎng)目標，是十分必要的。以上所提到的改革舉措為學生提供親自動手的平臺，極大地增強了學生對學習的興趣，加深學生對課本知識點的深入理解和對行業(yè)的了解，拓展了學生的知識面，也同時拉近了教師和學生之間的距離。有絕大多數(shù)的學生認為，這種授課方式將理論與實踐相結(jié)合，學生能夠在授課過程中自主學習、獨立思考，同學之間的討論以及老師的引導教學使學生受益匪淺。也有學生反映，這類實踐類課程包含的知識有用且豐富，對學習、工作、生活都意義重大。在這類實踐類課程的學習過程中，增強了學生自主創(chuàng)新的能力，拓展了知識面，增強學生應用交叉學科知識解決實際工程問題的能力，培養(yǎng)了學生的工程創(chuàng)新思維。但是，有些電機類實踐課程或項目驅(qū)動式課程也要受到授課環(huán)境的限制，今后可以以實習參觀的形式走進實體企業(yè)，讓學生的動手能力和工程創(chuàng)新思維得到更好的鍛煉和提高。總之，所有的改革并不是一蹴而就的，還需要在今后的實踐中不斷探索，在解決問題中不斷完善，在創(chuàng)新中不斷發(fā)展。

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