新建地方本科院校作为我国高等教育的生力军,是培养应用型高级专门人才的主要阵地,它们以培养应用型、复合型人才为出发点,按照“基础扎实、知识面宽、应用能力强、素质高、有较强的创新精神”的要求,以人为本,使其培养的学生“会学习”、“会创新”、“会做人”。针对在人才培养上的应用型特色,在学生的知识构建上应把握好通识教育与专业教育的关系,强调知识体系的完整、系统和科学性,要有较强的动手能力、技术创新和技术的二次开发能力[1]。
我院属于新建地方理工科院校,有30年的专科教育背景,本科教育尚处于探索阶段。根据我院教育资源、电气工程学科特点和地方经济环境,我院电气工程及其自动化专业本科人才培养模式定位于培养高级应用型工程技术人才,一专多能,主要服务于区域经济建设。基于此,本文就我院电气工程及其自动化专业培养方向和课程体系作一些探讨。
1 电气工程及其自动化专业应用型人才培养的课程体系框架1. 1 我院电气工程及其自动化专业培养方向的确定电气工程及其自动化专业涉及电工技术、电子技术、电力技术、电器技术、自动控制技术、计算机及其应用技术等诸多领域,覆盖面广,是通用性强的“宽口径大专业”。各高校根据国家经济发展对电气信息类人才的需求,依据各院的实际情况和办学条件,确定了彼此不同的专业方向、人才培养的方案和模式,体现出各校的办学特色。我院电气工程及其自动化专业培养方向确定为“工业自动化方向”,以“强电拖动、弱电控制”为特色,同时兼顾电力系统技术领域,培养的学生主要在电子、电器产品设计与制造、工业自动化、计算机应用等领域从事产品研制开发、系统运行与设计等工作。
我院主要考虑以下因素来确定专业培养方向。
(1)社会需求。①随着科技的发展,电气工程的学科结构、研究领域、技术领域发生了很大变化。电气工程愈来愈多地应用信息技术、计算机技术、通信技术、电力电子技术和自动化技术,电气工程及其自动化专业内涵也发展演变为强电和弱电结合、电工技术和电子技术结合、软件和硬件结合、元件和系统结合,要求培养的学生应受到电气工程、电工电子、信息控制、计算机技术方面的基本训练,具有解决电气工程与自动控制技术问题的基本能力。电气工程学科的主要任务是提高电力系统和用电设备的技术含量和运行质量,提高运行的合理性和可靠性,提高运行效率。弱电知识需要越来越多,强弱电融合是电气工程专业教育的必然趋势。而且,我院也没有与电力行业紧密合作的背景,现阶段不具备设置电气工程(强电)方向的条件。②非电力工业,如机械制造、石油、化工、医药、食品、纺织、通信、交通运输等,对日常电气传动与控制、电器产品设计与制造、计算机应用等领域的应用型电气技术人才需求量很大。
(2)地方经济发展。《黄石市科技发展“十一五”规划》中提出:“以信息化为切入点和驱动力,全面带动传统产业的优化升级。广泛运用高新技术、先进适用技术、先进管理技术和科学生产组织模式改造传统产业,重点攻克行业重大共性技术和关键技术难题并进行推广应用,提高传统产业的整体技术水平和管理水平,改善产品结构,实现优化升级。”“深入实施制造业信息化工程,通过计算机网络技术、数字控制技术、信息处理技术等信息技术的推广应用,带动我市传统产业的自动化技术、先进制造技术和现代管理技术的全面提升, 80%的规模以上企业不同程度应用信息化技术,促进全市社会信息化。”这充分说明,地方经济的发展,对电气信息类自动化方面人才的需求量较大。
(3)我院的办学条件。目前我院电气工程学科现有师资的专业和研究方向主要是工业自动化、电力电子与电力传动和计算机应用方面,实验条件和设备重点在电工电子、自动控制、计算机应用方面,在强电方向的实验设备由于投入需要大量的人力物力,短期内难以完成专业的基础建设。
1. 2 电气工程及其自动化专业课程体系的构建
(1)根据培养目标确定学生应该具备和达到的知识结构和能力结构。随着社会经济和科学技术的发展,对于电气工程及其自动化专业学生的知识结构而言,培养范围不仅要有一级学科“电气工程”的特色,应具备“强弱电”的知识结构,而且也应当具备较广的人文、社会等方面的知识,有较强的实践动手能力。具体说来,根据培养目标,学生应该具备的主要知识结构和能力结构为:①掌握比较扎实的数学、物理等自然科学的基础知识,具有较好的人文社会科学基础和外语综合能力;②系统地掌握电路理论、电子技术、电力拖动与控制、计算机基础及应用等专业知识,具有解决和处理企、事业单位中日常电气控制与运行的技术能力;③获得较好工程实践训练,具有较熟练的计算机应用能力和较强的工作适应能力,具备一定的科学研究、技术开发、实际工作能力;④掌握文献检索、资料查询的基本方法,具有一定的市场分析和决策能力,通过锻炼能够在企、事业单位从事管理与决策工作。
(2)根据学生应具备和达到的知识结构和能力结构构建课程体系。按专业培养目标和培养方向,结合用人单位对专业人才素质、知识和技能的要求,提出我院电气工程及其自动化专业培养计划框架,如图1所示。
(3)专业课程体系结构分析。课程的设置和专业教学内容不是毫无联系的排列,研究课程的内在联系,形成条块清晰而又相互融合的专业体系结构是必需的。根据本专业特点,除了公共基础课程大平台外,涉及本专业的课程可划分为四个课程群:电子技术课程群、计算机应用技术课程群、自动控制课程群、电机与电能系统课程群。
①电子技术课程群。电气工程学科的快速发展与应用离不开电子技术的飞速发展,所以本专业应加强电子技术课程设置并优化其教学内容特别是应加强集成电路、超大规模集成电路、可编程超大规模集成电路CPLD等内容的学习。课程设置包括电路理论、电子技术(模电、数电)、EDA技术等。
②计算机应用技术课程群。自动化的发展一直都是借助计算机技术的发展而发展的,工业自动化的前途在于计算机技术服务于控制技术的发展,从小的控制装置到大型的控制系统都要应用计算机技术。课程设置包括计算机应用基础、程序设计、微机原理及应用、单片机原理与接口技术、嵌入式处理器及操作系统、数字信号处理器(DSP)原理及应用、工业计算机网络等。
③自动控制课程群。课程设置包括自动控制原理、电气传动控制系统、电气控制与PLC、自动检测技术、计算机控制技术、智能控制、过程控制等工业工程系统实现的重要原理及技术,对于促进学生专业思想的形成,理解专业构建的体系以及对今后的控制工程应用都是十分重要的。
④电机与电能系统课程群。课程设置包括电机与拖动、供电工程、电力电子技术等,主要涉及电能供应、变换与应用。为了有效地进行专业教学活动,在课程群的基础上,依工业控制这条主线,按不同的控制系统和控制目的将课程串起成线,形成顺序控制系统、运动控制系统、过程控制系统专业知识体系。
①顺序控制系统。主要通过逻辑控制,实现单元或系统工作过程的自动化,涉及主要的相关技术是顺序控制技术,特别是PLC控制。
②运动控制系统。包括闭环伺服控制和开环数字控制两种类型。主要涉及电机与拖动、电气传动控制系统、电力电子技术等课程。
③过程控制系统。过程控制系统的受控变量是生产过程的物理量,系统控制更为复杂,信号检测及处理是这类系统的重要组成部分。涉及的主要课程有自动控制原理、自动检测技术、过程控制、计算机控制技术等。其中计算机控制是将计算机技术和自动控制理论应用于工业生产过程,并设计出所需的计算机控制系统。随着信息技术的飞速发展,引起了自动化领域结构的变革,逐步形成了以网络集成自动化系统为基础的企业信息系统,涉及主要课程为工业计算机网络。
2 电气工程及其自动化专业实践教学体系的建立培养具有工程素质、创新能力和较强动手能力,能独立分析解决实际问题的应用型高级人才,不仅在理论教学中应致力于理论的应用,更重要的是加强实践环节,建立知识和能力并重、实验教学与理论教学有机结合,而且相对独立的实验教学体系。
按照学生学习过程中的认知规律和实践教学自身的客观规律,与学习的不同阶段相对应,研究建立了四层次结构实践教学体系。它的层次性体现于从低年级到高年级循序渐进、由浅入深,从认识性实践,到验证性、设计性、综合性及创新实践。
四层次的实践教学体系如图2所示。
2. 1 入门层入门层中大学物理实验是学生进入大学后接受系统实验方法和实验技能训练的开端,是对学生进行科学实验基本训练的重要基础,在激发学生的想象力、创造力,培养和提高学生独立开展科学研究工作能力方面具有奠基作用。电工电子实训安排在大学一年级结束后,在学生还没有学习电路、电子技术前进行。实训项目有:电子产品焊接、制作及安装调试(声光控开关、收音机、小容量电容器测试仪、报警器、红外无绳耳机等);室内照明、动力线路的安装;机床控制线路的设计、安装与调试等。通过实训,建立对电工、电子元器件、工艺流程、电器设备、电子仪器等的初步认识,加深对所学专业的热爱,为后续技术基础课和专业课的学习作准备。
2. 2 基础层基础层主要开设电工实验、电子技术实验等,以进行严格的电工、电子实验技能训练,培养学生实事求是、严肃认真的科学作风和良好的实验习惯,系统掌握实验仪器的使用。电工、电子实验采取单独设课方式进行,并增加设计型、综合型实验内容的比例,以培养学生分析问题、解决问题的能力,提高创新能力。
2. 3 拓展层拓展层是学生试验和小型设计环节的核心层,要求学生掌握扎实的专业实验技能,具有系统分析、设计、应用的能力,特别是综合运用所学知识的能力和创新能力,强调自主学习、自主实验。
本层实验系列主要包括:自动控制系列实验(如电机与拖动实验、电气控制实验、电力电子实验、自动控制原理实验、交流变频调速实验、检测技术实验、计算机控制技术实验等);微控制器系列实验(如单片机原理与应用实验、嵌入式系统实验、EDA实验、DSP实验等);计算机应用技术实验(接口技术实验、微机原理与应用实验、程序设计实验等)。各课程的实验内容可分为基本型、设计型、综合型三种类型,可以有机组合,满足实验学时增加和设计型、综合型实验比例增加的要求。
本层课程设计系列主要包括电子技术课程设计(小型电子系统、电子产品的设计与制作)、电气控制课程设计(PLC)、控制系统系列课程设计(包括电力电子课程设计、电气传动控制系统课程设计和计算机控制课程设计,本系列课程设计可循序渐进,可由不同课程的课程设计组合完成一个较大的设计题目)、供电工程课程设计等。
2. 4 提高层提高层是学生综合运用所学知识进行设计开发、技术应用研究的高层次实践教学环节,强调自主设计、自主研究,旨在培养学生的创新精神和创新能力,增强学生的工程设计和综合应用素质,包括毕业实习、毕业设计、专业调查、工程实践、各类设计竞赛、创新活动等环节。
3 结束语
综上所述,根据社会、科技和经济的发展对人才培养的要求以及区域经济发展的需要,结合我院办学条件及发展战略,对我院电气工程及其自动化专业人才培养模式与课程体系的研究总结如下:
人才培养目标及规格:为满足现代社会生产、建设、管理、服务等第一线岗位需要,培养高级应用型工程技术人才,能从事电气工程及自动化领域的工程设计、制造、施工、运行、维修、测试等方面的工艺、技术和管理工作。
现阶段专业方向:侧重于工业自动化方向,体现以电力拖动与控制为特色,同时兼顾电力系统技术领域。专业课程体系:构建电子技术、计算机应用技术、自动控制、电机与电能系统四个课程群,在课程群的基础上,形成顺序控制系统、运动控制系统、过程控制系统专业知识体系。
实践教学体系:以能力培养为目标,构建符合实验技能提高规律、与学习的不同阶段相对应的四个层次(入门层、基础层、拓展层、提高层)的实践教学体系。
在实施本研究方案的过程中,我们将密切关注和研究电气工程及其自动化专业领域的发展与变化,学习、研究兄弟院校的办学方法、特色和经验,及时修订我们的专业定位、人才培养模式、课程体系和教学内容,力求让我院电气工程及其自动化专业所培养的人才在国民经济建设中有着更大的适用性,发挥出更大的作用,为地方经济建设和中部崛起做出贡献。
参考文献
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