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面向工程創(chuàng)新人才培養(yǎng)的電氣工程專業(yè)建設(shè)與實(shí)踐工學(xué)論文
摘要：哈爾濱工業(yè)大學(xué)電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)在建設(shè)過(guò)程中，構(gòu)建了寬、專、交結(jié)合的新課程體系，并通過(guò)與知名企業(yè)建立國(guó)際聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室、利用科研成果研制綜合實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)等方式建立了高水平實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)，導(dǎo)師制、創(chuàng)新研修課、大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)計(jì)劃和學(xué)科競(jìng)賽等政策和措施有力推進(jìn)了研究性教學(xué)和工程創(chuàng)新人才培養(yǎng)。
關(guān)鍵詞：工程創(chuàng)新人才；電氣工程；專業(yè)建設(shè)；研究性教學(xué)
一、面向工程創(chuàng)新人才培養(yǎng)的課程體系建設(shè)
2008－2009年，根據(jù)學(xué)校要求重新修訂了電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)培養(yǎng)方案。本次修訂工作以培養(yǎng)工程創(chuàng)新人才為出發(fā)點(diǎn)，對(duì)課程體系進(jìn)行了較大調(diào)整，做到寬、專、交兼顧，著力培養(yǎng)綜合素質(zhì)高、專業(yè)基礎(chǔ)扎實(shí)、富于實(shí)踐和創(chuàng)新能力的工程科技人才。
1、公共課程——注重自然科學(xué)教育與社會(huì)科學(xué)教育的有機(jī)結(jié)合。培養(yǎng)方案中設(shè)置了社會(huì)科學(xué)和自然科學(xué)相結(jié)合的綜合化教育課程，即公共課程。針對(duì)學(xué)生所必需的知識(shí)和基礎(chǔ)，注意培養(yǎng)學(xué)生的基本素質(zhì)，著眼于學(xué)生的可持續(xù)發(fā)展并且為學(xué)生繼續(xù)學(xué)習(xí)打基礎(chǔ)，使學(xué)生獲得較寬厚的公共基礎(chǔ)學(xué)科、專業(yè)基礎(chǔ)學(xué)科的知識(shí)。公共課程由文化課程類(lèi)、工具課程類(lèi)、能力培養(yǎng)課程類(lèi)構(gòu)成，占總學(xué)分的16％。
2、技術(shù)基礎(chǔ)課程、專業(yè)平臺(tái)課程——拓寬專業(yè)口徑，培養(yǎng)復(fù)合型人才。技術(shù)基礎(chǔ)課程涵蓋電路、電磁場(chǎng)、電子技術(shù)、機(jī)械基礎(chǔ)、計(jì)算機(jī)軟硬件及對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)和設(shè)計(jì)課程。為實(shí)行寬口徑專業(yè)教育，建立了電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)平臺(tái)課程群，將各專業(yè)方向的共同基礎(chǔ)納入該平臺(tái)，包括：(1)強(qiáng)電類(lèi)課程(電力工程導(dǎo)論、電機(jī)學(xué)、電力電子技術(shù))；(2)控制類(lèi)課程(自動(dòng)控制理論、工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò))；(3)信息類(lèi)課程(信號(hào)處理技術(shù)、嵌入式系統(tǒng)原理及應(yīng)用、仿真技術(shù)及應(yīng)用)。
上述做法適應(yīng)了知識(shí)經(jīng)濟(jì)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、信息技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)專業(yè)的新要求，使學(xué)生基礎(chǔ)扎實(shí)，具有強(qiáng)、弱電結(jié)合，軟、硬件兼顧的知識(shí)結(jié)構(gòu)，以適應(yīng)國(guó)防和經(jīng)濟(jì)建設(shè)的需求。
3、專業(yè)課程——接觸學(xué)科前沿，注重設(shè)計(jì)和實(shí)踐能力。本專業(yè)設(shè)有電機(jī)、電器、電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化、工業(yè)自動(dòng)化和樓宇自動(dòng)化5個(gè)專業(yè)方向，專業(yè)課程分為專業(yè)方向核心課、專業(yè)必修課和專業(yè)拓展課3個(gè)層面。專業(yè)方向核心課為本專業(yè)方向的支柱課程，有理論、有實(shí)驗(yàn)、有課程設(shè)計(jì)；專業(yè)必修課針對(duì)本方向的技術(shù)發(fā)展，選擇接觸學(xué)科前沿的學(xué)生必備的專業(yè)知識(shí)；專業(yè)拓展課不再按專業(yè)方向設(shè)課，鼓勵(lì)學(xué)生交叉選修。在專業(yè)拓展課中，新開(kāi)出了5門(mén)工程設(shè)計(jì)類(lèi)課程：電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化(EDA)技術(shù)與實(shí)驗(yàn)、飛思卡爾(Freescale)單片機(jī)原理及應(yīng)用、嵌入式電能參數(shù)測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)、網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)動(dòng)控制工程設(shè)計(jì)專題、基于可編程控制器(PLC)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)專題。
二、面向工程創(chuàng)新人才培養(yǎng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)建設(shè)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革
工程創(chuàng)新人才培養(yǎng)中的實(shí)踐能力培養(yǎng)無(wú)疑十分重要。在專業(yè)建設(shè)中我們歷來(lái)十分重視實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計(jì)等環(huán)節(jié)，在學(xué)時(shí)緊張的情況下，仍持續(xù)加大實(shí)踐環(huán)節(jié)比例。同時(shí)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)建設(shè)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革中，采取有力措施保障實(shí)踐教學(xué)水平，切實(shí)提高學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。
1、建設(shè)國(guó)際聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，構(gòu)建高水平實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)。由于資金緊張，加之高端專業(yè)設(shè)備價(jià)格昂貴，專業(yè)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)一度成為專業(yè)建設(shè)的難點(diǎn)。為此，專業(yè)建設(shè)突破常規(guī)，提出“高起點(diǎn)出發(fā)，建設(shè)和發(fā)展國(guó)際聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，以我為主，為我所用，創(chuàng)造雙贏”的實(shí)驗(yàn)室建設(shè)新理念。經(jīng)過(guò)多年的建設(shè)與實(shí)踐，專業(yè)已建立了“哈工大一松下電工PLC控制技術(shù)聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室”、“哈工大一羅克韋爾控制技術(shù)聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室”等9個(gè)國(guó)際聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，爭(zhēng)取到公司和學(xué)校投資總計(jì)1000余萬(wàn)元，一大批國(guó)際先進(jìn)水平的設(shè)備進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室，使本專業(yè)學(xué)生能夠在高水平實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)上進(jìn)行設(shè)計(jì)型、綜合型、創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)，全面提升了本科教學(xué)水平。
2、科研成果引入教學(xué)，研制綜合實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。在“十五”和“十一五”國(guó)防特色重點(diǎn)專業(yè)建設(shè)中，除實(shí)驗(yàn)室常規(guī)建設(shè)外，借助專業(yè)的科研優(yōu)勢(shì)，著力建設(shè)綜合型、研究型專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)，研制多套適合對(duì)學(xué)生進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力培養(yǎng)的高水平實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。目前已基本構(gòu)建3個(gè)綜合實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。
(1)控制技術(shù)綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)——包括集散控制實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)、開(kāi)放式伺服運(yùn)動(dòng)控制及負(fù)載模擬綜合實(shí)驗(yàn)裝置、直升機(jī)姿態(tài)控制系統(tǒng)。
(2)電機(jī)及其控制綜合實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)——包括衛(wèi)星姿態(tài)控制飛輪電機(jī)系統(tǒng)和導(dǎo)彈舵機(jī)電動(dòng)伺服控制系統(tǒng)。
(3)嵌入式及網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)與控制綜合實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)—包括基于嵌入式系統(tǒng)的電力監(jiān)控器和控制器局域網(wǎng)絡(luò)(CAN總線)通信實(shí)驗(yàn)裝置。
這些裝置結(jié)合教師的科研實(shí)踐，將最新的研究成果引入其中，反映了相應(yīng)技術(shù)的發(fā)展前沿。同時(shí)進(jìn)行精心設(shè)計(jì)，具有開(kāi)放性，學(xué)生可以對(duì)其進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，完成綜合設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，成為課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。
3、實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革，使實(shí)驗(yàn)真正成為學(xué)習(xí)新知識(shí)、培養(yǎng)實(shí)踐能力的有效手段。實(shí)驗(yàn)不應(yīng)僅是理論知識(shí)的驗(yàn)證手段，而應(yīng)成為獲取新知識(shí)，提高實(shí)踐能力的有效途徑。以此思想為指導(dǎo)，為充分利用上述實(shí)驗(yàn)資源，開(kāi)出更多的綜合型實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，本次培養(yǎng)方案中部分實(shí)驗(yàn)獨(dú)立設(shè)課，并對(duì)課程內(nèi)容進(jìn)行更新。電機(jī)學(xué)、電力電子技術(shù)2門(mén)重要的平臺(tái)課實(shí)驗(yàn)獨(dú)立設(shè)課，實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)由12學(xué)時(shí)增加至24學(xué)時(shí)，其中8學(xué)時(shí)為仿真、研究型實(shí)驗(yàn)。在對(duì)實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行升級(jí)、改造的基礎(chǔ)上，開(kāi)出新的設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)，并要求學(xué)生針對(duì)設(shè)計(jì)中的問(wèn)題進(jìn)行仿真分析。電力系統(tǒng)和樓宇自動(dòng)化方向?qū)I(yè)實(shí)驗(yàn)也分別獨(dú)立設(shè)課，改變以往實(shí)驗(yàn)附屬于課程，內(nèi)容分散、單元化的缺點(diǎn)，整合實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，開(kāi)出綜合實(shí)驗(yàn)。使學(xué)生拿出相對(duì)集中的時(shí)間在實(shí)驗(yàn)室完成設(shè)計(jì)和研究工作。
三、研究性教學(xué)模式的探索與實(shí)踐
研究性教學(xué)的核心是“教學(xué)與研究相統(tǒng)一”，強(qiáng)調(diào)從創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境出發(fā)、激勵(lì)、引導(dǎo)和幫助學(xué)生主動(dòng)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題。作為研究型大學(xué)，應(yīng)充分利用師資條件和研究氛圍，開(kāi)展研究性教學(xué)。本專業(yè)在日常教學(xué)中大力開(kāi)展研究性教學(xué)：在理論課教學(xué)中，鼓勵(lì)教師使用啟發(fā)式、案例式、參與式教學(xué)方法，引導(dǎo)學(xué)生從問(wèn)題出發(fā)，自由探究、自主思考，并鼓勵(lì)學(xué)生大膽質(zhì)疑已有觀點(diǎn)，變“授人以魚(yú)”為“授人以漁”：實(shí)驗(yàn)教學(xué)中減少驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)，增加設(shè)計(jì)型、綜合型實(shí)驗(yàn)的比例，要求學(xué)生自主完成設(shè)計(jì)、自主分析和解決所遇到的問(wèn)題，激發(fā)其探索精神和研究意識(shí)。此外，通過(guò)對(duì)研究性教學(xué)的不斷探索，我們還按照以下途徑推進(jìn)研究性教學(xué)。
1、導(dǎo)師制——引導(dǎo)學(xué)生盡早進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室，感受科研氣氛。學(xué)生在二年級(jí)開(kāi)始選擇導(dǎo)師，通過(guò)學(xué)生與老師的雙向選擇，達(dá)到以“本科生導(dǎo)師制”為主的一對(duì)一指導(dǎo)。學(xué)生可以跟隨導(dǎo)師進(jìn)行研究性學(xué)習(xí)，盡早進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室感受科研氣氛，為今后的工程實(shí)踐工作打下良好的基礎(chǔ)。充分利用博士、碩士研究生資源，參與導(dǎo)師的科研工作，指導(dǎo)本科生的學(xué)習(xí)和生活。不同層次的學(xué)生通過(guò)共同的導(dǎo)師聯(lián)系起來(lái)，互相學(xué)習(xí)，合作研究，形成本科生、研究生、教師三者間密不可分的聯(lián)系。
2、開(kāi)設(shè)創(chuàng)新研修課——實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)、研究一體化。我校自2007年開(kāi)設(shè)創(chuàng)新研修課，本專業(yè)已開(kāi)出23門(mén)，課程均由博士生導(dǎo)師擔(dān)任主講教師。每期選修人數(shù)限制在6～10人，課程內(nèi)容以實(shí)踐、研究為主。課程內(nèi)容以教師相應(yīng)的科研項(xiàng)目為依托，從項(xiàng)目中提煉，突出實(shí)踐性、創(chuàng)新性。使學(xué)生在教學(xué)過(guò)程中參與研究，實(shí)踐了集“知識(shí)傳授與研究創(chuàng)新”為一體的“以教師為主導(dǎo)，以學(xué)生為主體”的研究性教學(xué)新模式。
3、實(shí)施大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)計(jì)劃——引導(dǎo)學(xué)生自主研究。大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)計(jì)劃以項(xiàng)目為載體，由本科生個(gè)人或團(tuán)隊(duì)，在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，自主選題，自主進(jìn)行實(shí)驗(yàn)方法設(shè)計(jì)，獨(dú)立組織實(shí)施并進(jìn)行數(shù)據(jù)分析、處理和撰寫(xiě)總結(jié)報(bào)告。在完成項(xiàng)目過(guò)程中學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題和團(tuán)隊(duì)協(xié)作的能力得以充分鍛煉。在2008、2009兩年的大學(xué)生創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)計(jì)劃項(xiàng)目評(píng)獎(jiǎng)中，我專業(yè)的23個(gè)項(xiàng)目中獲得5項(xiàng)一等獎(jiǎng)，3項(xiàng)二等獎(jiǎng)、4項(xiàng)三等獎(jiǎng)。
4、開(kāi)展學(xué)科競(jìng)賽活動(dòng)——激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新潛能。學(xué)科競(jìng)賽緊密結(jié)合教學(xué)內(nèi)容，以競(jìng)賽的方法，鍛煉學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際和獨(dú)立工作的能力。通過(guò)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題，磨煉意志，增強(qiáng)自信。本專業(yè)根據(jù)學(xué)校的有關(guān)政策，積極組織學(xué)生參加電子設(shè)計(jì)、數(shù)學(xué)建模等競(jìng)賽，成效顯著。
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