唐蕓　李振興　翁漢琍　李飛　趙平

[摘 要]隨著教學(xué)方式的不斷改進(jìn)、高校學(xué)生的不斷增多，傳統(tǒng)的校外實習(xí)和實訓(xùn)的短板愈加明顯。為了改善這個問題，課題組從創(chuàng)新理念、優(yōu)化方案及創(chuàng)新教學(xué)三個層面進(jìn)行研究，分析了基于CDIO教育模式的校內(nèi)實訓(xùn)機(jī)制、基于實習(xí)實訓(xùn)平臺的自主實訓(xùn)設(shè)計、遵從電力安全規(guī)范的獨立自主實訓(xùn)實操以及基于C-PMBOK項目管理模式的實訓(xùn)過程管理體系等，旨在建設(shè)動?！獢?shù)模聯(lián)合仿真的電氣工程專業(yè)校內(nèi)實習(xí)實訓(xùn)平臺，為提高學(xué)生的動手能力以及提升實習(xí)課程質(zhì)量提供新思路。

[關(guān)鍵詞]動模—數(shù)模聯(lián)合仿真;CDIO教育模式;實習(xí)實訓(xùn)平臺建設(shè);教學(xué)改革

[中圖分類號] G642.3 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A [文章編號] 2095-3437（2022）04-0054-04

近些年來，高校的傳統(tǒng)實習(xí)實訓(xùn)模式出現(xiàn)了許多短板[1-2]，主要體現(xiàn)為：校外實習(xí)實訓(xùn)的代價很高，但是學(xué)生動手操作的機(jī)會非常少。校外實習(xí)實訓(xùn)具有很強(qiáng)的分散性，難以對學(xué)生進(jìn)行集中有效管理;校外實習(xí)實訓(xùn)任務(wù)性質(zhì)復(fù)雜，會有許多限制，學(xué)生之間難以系統(tǒng)地協(xié)調(diào)配合。為了改善這種現(xiàn)狀，許多高校都提出了解決方法。例如將集中實習(xí)與分散實習(xí)相結(jié)合、校外實習(xí)與校內(nèi)實習(xí)相結(jié)合、生產(chǎn)實習(xí)與綜合設(shè)計相結(jié)合以及生產(chǎn)實習(xí)與畢業(yè)設(shè)計相結(jié)合的實習(xí)模式[3];由學(xué)生根據(jù)自身的就業(yè)需求、興趣等情況自主聯(lián)系實習(xí)單位，在規(guī)定時間內(nèi)完成生產(chǎn)實習(xí)教學(xué)要求的生產(chǎn)實習(xí)模式[4]。但是這些實習(xí)方式也都具有一定的局限性，只能有限地增加學(xué)生的動手機(jī)會和培養(yǎng)學(xué)生的自主思考能力。

最近幾年，CDIO工程教育模式是高等院校工科專業(yè)進(jìn)行教育改革的方向。探索工程科技和管理人才的培養(yǎng)模式，已經(jīng)成為當(dāng)今工科教育的發(fā)展趨勢[5]。三峽大學(xué)電氣與新能源學(xué)院為了有效實施“卓越計劃”，結(jié)合CDIO培養(yǎng)模式在校內(nèi)建成了多個實驗平臺，可開展包含本專業(yè)主要核心課程和能力要求的項目，并將其完整地、前后銜接地貫穿于整個本科教學(xué)階段。

一、校內(nèi)實習(xí)實訓(xùn)平臺的主體框架

CDIO理念的本質(zhì)是以構(gòu)思、設(shè)計、實施和運作產(chǎn)品、過程或系統(tǒng)作為工程教育的環(huán)境[6]，對學(xué)生的自我學(xué)習(xí)能力、工程能力、團(tuán)隊合作能力等進(jìn)行培養(yǎng)，重視應(yīng)用型、技能型高素質(zhì)人才的培養(yǎng)。三峽大學(xué)“卓越計劃”重在激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)實踐潛能與興趣，加強(qiáng)學(xué)生工程意識的培養(yǎng)，提升學(xué)生的工程素養(yǎng)，培養(yǎng)學(xué)生工程實踐能力、工程設(shè)計能力、工程管理能力和創(chuàng)新能力，同時尊重學(xué)生個性發(fā)展。因此，可以說“卓越計劃”與CDIO理念的目標(biāo)一致?；诖耍龒{大學(xué)電氣與新能源學(xué)院針對傳統(tǒng)實習(xí)的弊端，展開了一種以創(chuàng)新性人才培養(yǎng)為目標(biāo)的校內(nèi)實習(xí)實訓(xùn)的教育模式研究。這種教育模式的基本框架如圖1所示，具體的思路為：首先根據(jù)現(xiàn)行的實習(xí)實訓(xùn)模式進(jìn)行系統(tǒng)分析與問題總結(jié)，然后根據(jù)問題導(dǎo)向?qū)⒛Ｊ窖芯颗c過程管理進(jìn)一步完善，最后用完善的新模式、新內(nèi)容來改進(jìn)校內(nèi)實訓(xùn)平臺。同樣的，也可以利用更加完善的校內(nèi)實訓(xùn)平臺對模式研究和過程管理進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，進(jìn)而達(dá)到解決問題的目的。

模式研究和過程管理中涉及模式創(chuàng)新、內(nèi)容創(chuàng)新和管理創(chuàng)新這三種創(chuàng)新方式，這三者為循序漸進(jìn)的關(guān)系，即在進(jìn)行校內(nèi)實習(xí)實訓(xùn)平臺建設(shè)時，應(yīng)該先進(jìn)行模式創(chuàng)新，再考慮內(nèi)容與管理層面的創(chuàng)新。

二、基于CDIO教育模式的校內(nèi)實訓(xùn)機(jī)制

通過對比分析傳統(tǒng)校外實習(xí)實訓(xùn)模式與基于CDIO理念的校內(nèi)實訓(xùn)模式的區(qū)別，在現(xiàn)有大平臺的基礎(chǔ)上，建立校內(nèi)實習(xí)實訓(xùn)平臺，能夠?qū)⒒凇包c”“面”的實訓(xùn)模式貫穿于人才培養(yǎng)方案中，形成基于CDIO教育模式的校內(nèi)實訓(xùn)機(jī)制。圖2為基于CDIO教育模式的校內(nèi)實習(xí)實訓(xùn)整體構(gòu)架框圖，圖中列出了幾種具體的實習(xí)實訓(xùn)平臺。

（一）在CDIO教育模式下建模，驗證校內(nèi)實習(xí)實訓(xùn)的可行性

大學(xué)生的實習(xí)實訓(xùn)既要面對專業(yè)工程實際，又要達(dá)到專業(yè)上崗前的綜合技能培訓(xùn)要求。在CDIO教育模式下，從實訓(xùn)內(nèi)容、操作流程、操作規(guī)范、操作對象、物理現(xiàn)象與狀態(tài)監(jiān)測等方面，對比分析校內(nèi)實習(xí)實訓(xùn)的規(guī)模、難度與工程實際的差別，基于實訓(xùn)構(gòu)思、內(nèi)容設(shè)計、實操實現(xiàn)和平臺運作等具體化指標(biāo)，建立實習(xí)實訓(xùn)目標(biāo)達(dá)成度模型，論證校內(nèi)實習(xí)實訓(xùn)的可行性。

（二）利用現(xiàn)有平臺，建立校內(nèi)實習(xí)實訓(xùn)系統(tǒng)構(gòu)架

傳統(tǒng)的實驗平臺一般是在具體的實驗方案指導(dǎo)下完成相關(guān)內(nèi)容，注重理論性，缺乏工程實踐操作，同時學(xué)生也缺乏自主創(chuàng)新能力，專業(yè)技能差。在CDIO教育模式下，利用現(xiàn)有的平臺，建立能夠滿足校內(nèi)實習(xí)實訓(xùn)的整體架構(gòu)，可以靈活、便利、綜合地反映電氣工程專業(yè)人才培養(yǎng)體系理論知識和工程實際特點，具有可發(fā)展性，既有能夠貫穿于專業(yè)課程理論驗證的實訓(xùn)，又有能夠滿足專業(yè)技能系統(tǒng)化的實訓(xùn)。

（三）將校內(nèi)實習(xí)實訓(xùn)與人才培養(yǎng)相關(guān)聯(lián)

工科院校的工程教育是培養(yǎng)大學(xué)生行業(yè)適應(yīng)能力和社會競爭能力的活動。人才培養(yǎng)方案應(yīng)當(dāng)關(guān)注工程實踐能力的鍛煉[7]。校內(nèi)實習(xí)實訓(xùn)改變了傳統(tǒng)實訓(xùn)模式，因此在制訂人才培養(yǎng)方案時，必須改變傳統(tǒng)實訓(xùn)要求。這時可以建立“點”“面”實訓(xùn)模式：課題研究在面向?qū)I(yè)理論學(xué)習(xí)過程和技能成長時，構(gòu)建“點”實訓(xùn)模式及要求;在面向?qū)I(yè)系統(tǒng)化理論指導(dǎo)和綜合技能考核時，構(gòu)建“面”實訓(xùn)模式及要求。

三、基于實習(xí)實訓(xùn)平臺的自主實習(xí)實訓(xùn)設(shè)計

在自主設(shè)計實習(xí)實訓(xùn)流程前，首先要通過電機(jī)學(xué)、電力系統(tǒng)分析、電氣主接線、電力系統(tǒng)繼電保護(hù)、電力系統(tǒng)自動化、畢業(yè)設(shè)計等不同課程構(gòu)建實習(xí)實訓(xùn)依據(jù)，并基于CDIO教育模式，讓學(xué)生自主分組與設(shè)計實訓(xùn)內(nèi)容。自主實習(xí)實訓(xùn)設(shè)計的側(cè)重點應(yīng)放在實習(xí)實訓(xùn)平臺上。在選定實習(xí)實訓(xùn)任務(wù)后，首先要進(jìn)行實習(xí)實訓(xùn)設(shè)計和理論分析，并分配人員任務(wù)，然后進(jìn)一步預(yù)設(shè)事故，分析安全與緊急控制方案，搭建仿真分析平臺，驗證實習(xí)實訓(xùn)方案的可行性，最終提交實訓(xùn)方案予以審核。教師要對學(xué)生設(shè)計的實習(xí)實訓(xùn)方案提出建議，針對難點開展分析討論，審核設(shè)計實習(xí)實訓(xùn)方案，并引導(dǎo)學(xué)生創(chuàng)新。具體流程如圖3所示。

（一）自主設(shè)計不同培養(yǎng)階段的實習(xí)實訓(xùn)內(nèi)容

校內(nèi)實習(xí)實訓(xùn)可以不局限在畢業(yè)設(shè)計階段，可按照學(xué)生的培養(yǎng)階段以及基礎(chǔ)水平的不同，將學(xué)生分為不同的小組，每一組設(shè)計不同的實習(xí)實訓(xùn)目標(biāo)和內(nèi)容。這種方法可以充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性，做到因材施教，提高學(xué)生的自主創(chuàng)新能力，使學(xué)生充分了解實習(xí)實訓(xùn)平臺，并根據(jù)課程實踐任務(wù)或者畢業(yè)實習(xí)實訓(xùn)任務(wù)設(shè)計實習(xí)實訓(xùn)內(nèi)容。負(fù)責(zé)實習(xí)實訓(xùn)的教師不需要進(jìn)行過多的理論知識的講解，其工作重點應(yīng)轉(zhuǎn)移到實際難點問題解決和引導(dǎo)創(chuàng)新等方面。學(xué)生在實習(xí)實訓(xùn)理論與實踐相互印證的過程中，可以增強(qiáng)與隊友的溝通合作能力、個人項目管理能力和團(tuán)隊協(xié)調(diào)能力等綜合能力。

（二）驗證自主設(shè)計實習(xí)實訓(xùn)內(nèi)容的可行性

實訓(xùn)設(shè)計最終需要通過平臺的實際操作來驗證，在開展實操前，首先要借助掌握的理論知識開展系統(tǒng)分析與理論計算，并能夠借助MATLAB、PSASP、PSCAD等仿真軟件進(jìn)行仿真驗證。不同課程和培養(yǎng)階段的實習(xí)實訓(xùn)內(nèi)容不同，因此理論分析的要求、過程和結(jié)果均應(yīng)適應(yīng)發(fā)展，例如電機(jī)學(xué)應(yīng)驗證發(fā)電機(jī)/變壓器的參數(shù)與運行，電力系統(tǒng)分析需要驗證系統(tǒng)潮流、靜態(tài)穩(wěn)定性和動態(tài)穩(wěn)定性。不同實習(xí)實訓(xùn)內(nèi)容需要驗證不同的參數(shù)來判定自主設(shè)計的實習(xí)實訓(xùn)是否可行。如果理論分析與仿真結(jié)果一致，可以初步判定實習(xí)實訓(xùn)設(shè)計可行;否則，需要進(jìn)一步分析實習(xí)實訓(xùn)中存在的問題，然后進(jìn)行修正，直到達(dá)到一致。

（三）預(yù)設(shè)實習(xí)實訓(xùn)問題，提出安全與緊急控制方案

電力系統(tǒng)是一個動態(tài)的系統(tǒng)，在實際的操作過程中，可能會發(fā)生與方案不一致的運行方式，或者存在系統(tǒng)故障。在此情形下，為了避免系統(tǒng)運行崩潰或設(shè)備損壞，必須采取緊急控制方式。緊急控制方式即針對實習(xí)實訓(xùn)設(shè)計的內(nèi)容，假設(shè)系統(tǒng)初始設(shè)定的參數(shù)導(dǎo)致系統(tǒng)出現(xiàn)潮流逆送或存在短路點、發(fā)電機(jī)脫網(wǎng)、斷路器失靈、二次設(shè)備故障、通信網(wǎng)路中斷等特別情況而提出安全與緊急控制方案?；诖?，當(dāng)系統(tǒng)運行出現(xiàn)不正?；蛘吖收蠣顟B(tài)，緊急控制方式能夠使系統(tǒng)快速得到控制與保護(hù)，使設(shè)備不損壞、系統(tǒng)穩(wěn)定運行，最終達(dá)到實習(xí)實訓(xùn)目標(biāo)。

四、遵從電力安全規(guī)范的獨立自主實訓(xùn)實操

電氣工程及其自動化專業(yè)包含很多二級專業(yè)，隨著現(xiàn)代電力系統(tǒng)的發(fā)展，實際電力工程又開發(fā)出許多課程教學(xué)沒有涵蓋的設(shè)備。學(xué)生通過實際操作和練習(xí)，可以鞏固所學(xué)的知識、獲得更多的知識，并反過來用這些知識指導(dǎo)理論學(xué)習(xí)。這種實操設(shè)計—實操練習(xí)—理論分析與仿真驗證—優(yōu)化實操設(shè)計的閉環(huán)模式，亦可大大提高實操的鍛煉效果。在電力安全規(guī)范的約束下，自主設(shè)計實訓(xùn)實操的流程如圖4所示。

（一）結(jié)合實際電力工程安全要求，設(shè)計實訓(xùn)實操流程

電力工程的建設(shè)過程中，安全問題貫穿始終，若工程中存在質(zhì)量問題或安全問題，將會對電力行業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生非常大的影響[8]，因此在設(shè)計實訓(xùn)實操流程時，需要結(jié)合實際電力工程安全的要求。在設(shè)計實訓(xùn)實操方案時，在實習(xí)實訓(xùn)平臺上，應(yīng)首先設(shè)計符合方案的實操拓?fù)洹Ｈ缓蠡仡櫪碚撝R與操作要求，并且對比分析電力工程實際運行維護(hù)與理論學(xué)習(xí)的區(qū)別，以此引導(dǎo)學(xué)生創(chuàng)新性思考與設(shè)計規(guī)劃，加深對理論知識的掌握。最后，結(jié)合實際電力工程運行與安全規(guī)范，在實習(xí)實訓(xùn)平臺構(gòu)建的拓?fù)渖显O(shè)計實訓(xùn)實操流程。

（二）建立多人實訓(xùn)的協(xié)同工作機(jī)制

一個完整的實訓(xùn)實操的工程量非常大，單憑一個人的力量是很難完成的，一般需要多人協(xié)同配合才能完成。教師應(yīng)根據(jù)實操實訓(xùn)工作，模擬各個電力部門的職能，將項目進(jìn)行任務(wù)分工，然后根據(jù)小組同學(xué)的特點分配任務(wù)。在分析實際運行與操作流程的基礎(chǔ)上，要建立多人實訓(xùn)的協(xié)同工作分配與運行機(jī)制：將參加實訓(xùn)的人員分成若干小組，不同小組在實操實訓(xùn)過程與管理中共同參與、相互協(xié)調(diào)、相互配合，共同完成實操的協(xié)同管理。

（三）開展結(jié)果分析與理論驗證，并據(jù)此優(yōu)化實訓(xùn)

在實操結(jié)束，完成實操報告的過程中，應(yīng)首先結(jié)合實操結(jié)果，開展理論分析，驗證實操結(jié)果：進(jìn)一步在仿真模型上結(jié)合實際參數(shù)進(jìn)行仿真驗證，并通過驗證分析，發(fā)現(xiàn)實操中存在的問題;通過仿真平臺，復(fù)現(xiàn)實操中存在的問題，并進(jìn)行理論分析，進(jìn)一步論證實操設(shè)計中存在的問題。如此反復(fù)進(jìn)行理論分析和仿真驗證，找出實操中存在的錯誤，并據(jù)此優(yōu)化實訓(xùn)內(nèi)容與實操設(shè)計，在允許的條件下開展二次實操驗證。

五、基于C-PMBOK項目管理模式的實訓(xùn)過程管理

在培養(yǎng)學(xué)生的實驗?zāi)芰Γ龠M(jìn)我國科研領(lǐng)域的發(fā)展等方面，實訓(xùn)室提供著重要保障，而為了實現(xiàn)其健康穩(wěn)定發(fā)展，則需要對管理工作做進(jìn)一步強(qiáng)化[9]。C-PMBOK指的是中國項目管理知識體系指南，C-PMBOK的特點為：在與國際接軌的同時突出了中國特色;以項目生命周期為主線，采用模塊化結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)地介紹了項目管理學(xué)科的框架、項目管理知識以及常用方法和工具，并把項目上升為一種面向?qū)ο蟮墓芾矸椒ㄕ揫10]。在校內(nèi)實訓(xùn)實操的管理過程中，項目組采用了基于C-PMBOK的項目管理模式，如圖5所示。從實訓(xùn)準(zhǔn)備開始，就算進(jìn)入了實訓(xùn)環(huán)節(jié)，也就算進(jìn)入了考核狀態(tài)，即進(jìn)行動態(tài)的實驗室管理、動態(tài)的實訓(xùn)評估。學(xué)生一旦考核不合格，則可以選擇重新實訓(xùn)或者重新選題。

（一）合理分解實訓(xùn)項目，提出相應(yīng)的管理目標(biāo)

高校實訓(xùn)室的管理是一個系統(tǒng)工程，是一個項目整體，同時又具有多目標(biāo)、多層次的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。實操設(shè)計本身采用協(xié)同工作機(jī)制，因此需要把一個實訓(xùn)項目合理劃分為多個子項目。每個子項目都可以進(jìn)行進(jìn)一步的任務(wù)細(xì)化分配，并且每個任務(wù)都有量化標(biāo)準(zhǔn)。實訓(xùn)任務(wù)是按邏輯順序逐層實施的，這樣便于實訓(xùn)組織中的成員確定自己的任務(wù)、實訓(xùn)承諾和工作責(zé)任，從而為項目控制和成績考評形成評估基準(zhǔn)。參與實訓(xùn)的每一位學(xué)生都要提交最小交付成果，所有人的成果匯總后可以作為總的實訓(xùn)結(jié)果。

（二）建立開放性實訓(xùn)動態(tài)過程管理機(jī)制

開放性實驗室管理是指實訓(xùn)室在完成日常教學(xué)任務(wù)后，利用空余時間向?qū)W生開放。開放的時間、開放的設(shè)備、開放的內(nèi)容、開放的指導(dǎo)、開放的管理、開放的培養(yǎng)給學(xué)生提供了一個開放包容的實習(xí)空間，更加有利于學(xué)生獨立自主意識的培養(yǎng)。在提前預(yù)約的情況下，學(xué)生可以根據(jù)自己的學(xué)習(xí)狀況，到實訓(xùn)室完成課內(nèi)實驗、實訓(xùn)項目或者課程的延伸項目，也可以完成自主設(shè)計的實驗。

（三）建立適用于實訓(xùn)的新型考核與評估機(jī)制

在C-PMBOK項目管理模式下，實訓(xùn)體系應(yīng)包括有效的考核與評估機(jī)制，實訓(xùn)考核應(yīng)牢牢抓住C-PMBOK項目管理的核心——模塊化的可交付成果，這樣才能真正有效地控制和管理實訓(xùn)項目。校內(nèi)實訓(xùn)教學(xué)的評估機(jī)制主要考查學(xué)生的五項關(guān)鍵能力：解決問題能力、溝通協(xié)作能力、職業(yè)素質(zhì)和態(tài)度、專業(yè)知識基礎(chǔ)、個人技能與經(jīng)驗。根據(jù)培養(yǎng)目標(biāo)規(guī)定每項能力的比重，并通過學(xué)生實訓(xùn)環(huán)節(jié)中的關(guān)鍵活動表現(xiàn)來對關(guān)鍵能力進(jìn)行量化。通過考試、考核以及互評等評估方式，再乘以不同的權(quán)重，就可以得到每名學(xué)生的總成績。

六、結(jié)語

對于電氣工程及其自動化專業(yè)來說，傳統(tǒng)的校外實習(xí)和實訓(xùn)所能獲得的知識與實踐經(jīng)驗非常有限。為了解決這個問題，三峽大學(xué)研究了一系列解決辦法：建設(shè)基于CDIO的教育模式和動?！獢?shù)模聯(lián)合仿真實習(xí)實訓(xùn)平臺，總結(jié)出一套創(chuàng)新的校內(nèi)實習(xí)實訓(xùn)模式，建立配套的校內(nèi)實訓(xùn)實操平臺。在這種新的實習(xí)實訓(xùn)模式下，學(xué)生可以培養(yǎng)獨立自主的意識，增加動手操作的機(jī)會，提升協(xié)同合作的能力，可以在實習(xí)中真正有所收獲，這符合高素質(zhì)人才培養(yǎng)的需要。

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[責(zé)任編輯：鐘 嵐]