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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)電氣工程及其自動化專業(yè)在建設(shè)過程中，構(gòu)建了寬、專、交結(jié)合的新課程體系，并通過與知名企業(yè)建立國際聯(lián)合實驗室、利用科研成果研制綜合實驗系統(tǒng)等方式建立了高水平實驗教學(xué)平臺，導(dǎo)師制、創(chuàng)新研修課、大學(xué)生創(chuàng)新實驗計劃和學(xué)科競賽等政策和措施有力推進了研究性教學(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，對課程體系進行了較大調(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、富于實踐和創(chuàng)新能力的工程科技人才。
1、公共課程——注重自然科學(xué)教育與社會科學(xué)教育的有機結(jié)合。培養(yǎng)方案中設(shè)置了社會科學(xué)和自然科學(xué)相結(jié)合的綜合化教育課程，即公共課程。針對學(xué)生所必需的知識和基礎(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。公共課程由文化課程類、工具課程類、能力培養(yǎng)課程類構(gòu)成，占總學(xué)分的16％。
2、技術(shù)基礎(chǔ)課程、專業(yè)平臺課程——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、電子技術(shù)、機械基礎(chǔ)、計算機軟硬件及對應(yīng)的實驗和設(shè)計課程。為實行寬口徑專業(yè)教育，建立了電氣工程及其自動化專業(yè)平臺課程群，將各專業(yè)方向的共同基礎(chǔ)納入該平臺，包括：(1)強電類課程(電力工程導(dǎo)論、電機學(xué)、電力電子技術(shù))；(2)控制類課程(自動控制理論、工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò))；(3)信息類課程(信號處理技術(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)了知識經(jīng)濟、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、信息技術(shù)對傳統(tǒng)專業(yè)的新要求，使學(xué)生基礎(chǔ)扎實，具有強、弱電結(jié)合，軟、硬件兼顧的知識結(jié)構(gòu)，以適應(yīng)國防和經(jīng)濟建設(shè)的需求。
3、專業(yè)課程——接觸學(xué)科前沿，注重設(shè)計和實踐能力。本專業(yè)設(shè)有電機、電器、電力系統(tǒng)及其自動化、工業(yè)自動化和樓宇自動化5個專業(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、有實驗、有課程設(shè)計；專業(yè)必修課針對本方向的技術(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；專業(yè)拓展課不再按專業(yè)方向設(shè)課，鼓勵學(xué)生交叉選修。在專業(yè)拓展課中，新開出了5門工程設(shè)計類課程：電子設(shè)計自動化(EDA)技術(shù)與實驗、飛思卡爾(Freescale)單片機原理及應(yīng)用、嵌入式電能參數(shù)測量系統(tǒng)設(shè)計、網(wǎng)絡(luò)化運動控制工程設(shè)計專題、基于可編程控制器(PLC)的控制系統(tǒng)設(shè)計專題。
二、面向工程創(chuàng)新人才培養(yǎng)的實驗教學(xué)平臺建設(shè)和實驗教學(xué)改革
工程創(chuàng)新人才培養(yǎng)中的實踐能力培養(yǎng)無疑十分重要。在專業(yè)建設(shè)中我們歷來十分重視實驗、課程設(shè)計等環(huán)節(jié)，在學(xué)時緊張的情況下，仍持續(xù)加大實踐環(huán)節(jié)比例。同時在實驗教學(xué)平臺建設(shè)和實驗教學(xué)改革中，采取有力措施保障實踐教學(xué)水平，切實提高學(xué)生的實踐能力和創(chuàng)新能力。
1、建設(shè)國際聯(lián)合實驗室，構(gòu)建高水平實驗教學(xué)平臺。由于資金緊張，加之高端專業(yè)設(shè)備價格昂貴，專業(yè)實驗室建設(shè)一度成為專業(yè)建設(shè)的難點。為此，專業(yè)建設(shè)突破常規(guī)，提出“高起點出發(fā)，建設(shè)和發(fā)展國際聯(lián)合實驗室，以我為主，為我所用，創(chuàng)造雙贏”的實驗室建設(shè)新理念。經(jīng)過多年的建設(shè)與實踐，專業(yè)已建立了“哈工大一松下電工PLC控制技術(shù)聯(lián)合實驗室”、“哈工大一羅克韋爾控制技術(shù)聯(lián)合實驗室”等9個國際聯(lián)合實驗室，爭取到公司和學(xué)校投資總計1000余萬元，一大批國際先進水平的設(shè)備進入實驗室，使本專業(yè)學(xué)生能夠在高水平實驗教學(xué)平臺上進行設(shè)計型、綜合型、創(chuàng)新型實驗，全面提升了本科教學(xué)水平。
2、科研成果引入教學(xué)，研制綜合實驗系統(tǒng)。在“十五”和“十一五”國防特色重點專業(yè)建設(shè)中，除實驗室常規(guī)建設(shè)外，借助專業(yè)的科研優(yōu)勢，著力建設(shè)綜合型、研究型專業(yè)實驗教學(xué)平臺，研制多套適合對學(xué)生進行系統(tǒng)設(shè)計能力培養(yǎng)的高水平實驗系統(tǒng)。目前已基本構(gòu)建3個綜合實驗系統(tǒng)。
(1)控制技術(shù)綜合實驗教學(xué)系統(tǒng)——包括集散控制實驗系統(tǒng)、開放式伺服運動控制及負載模擬綜合實驗裝置、直升機姿態(tài)控制系統(tǒng)。
(2)電機及其控制綜合實驗系統(tǒng)——包括衛(wèi)星姿態(tài)控制飛輪電機系統(tǒng)和導(dǎo)彈舵機電動伺服控制系統(tǒng)。
(3)嵌入式及網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測與控制綜合實驗系統(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)通信實驗裝置。
這些裝置結(jié)合教師的科研實踐，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。同時進行精心設(shè)計，具有開放性，學(xué)生可以對其進行二次開發(fā)，完成綜合設(shè)計型實驗項目，成為課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計的實驗平臺。
3、實驗教學(xué)改革，使實驗真正成為學(xué)習(xí)新知識、培養(yǎng)實踐能力的有效手段。實驗不應(yīng)僅是理論知識的驗證手段，而應(yīng)成為獲取新知識，提高實踐能力的有效途徑。以此思想為指導(dǎo)，為充分利用上述實驗資源，開出更多的綜合型實驗項目，本次培養(yǎng)方案中部分實驗獨立設(shè)課，并對課程內(nèi)容進行更新。電機學(xué)、電力電子技術(shù)2門重要的平臺課實驗獨立設(shè)課，實驗學(xué)時由12學(xué)時增加至24學(xué)時，其中8學(xué)時為仿真、研究型實驗。在對實驗裝置進行升級、改造的基礎(chǔ)上，開出新的設(shè)計型實驗，并要求學(xué)生針對設(shè)計中的問題進行仿真分析。電力系統(tǒng)和樓宇自動化方向?qū)I(yè)實驗也分別獨立設(shè)課，改變以往實驗附屬于課程，內(nèi)容分散、單元化的缺點，整合實驗內(nèi)容，開出綜合實驗。使學(xué)生拿出相對集中的時間在實驗室完成設(shè)計和研究工作。
三、研究性教學(xué)模式的探索與實踐
研究性教學(xué)的核心是“教學(xué)與研究相統(tǒng)一”，強調(diào)從創(chuàng)設(shè)問題情境出發(fā)、激勵、引導(dǎo)和幫助學(xué)生主動發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題。作為研究型大學(xué)，應(yīng)充分利用師資條件和研究氛圍，開展研究性教學(xué)。本專業(yè)在日常教學(xué)中大力開展研究性教學(xué)：在理論課教學(xué)中，鼓勵教師使用啟發(fā)式、案例式、參與式教學(xué)方法，引導(dǎo)學(xué)生從問題出發(fā)，自由探究、自主思考，并鼓勵學(xué)生大膽質(zhì)疑已有觀點，變“授人以魚”為“授人以漁”：實驗教學(xué)中減少驗證型實驗，增加設(shè)計型、綜合型實驗的比例，要求學(xué)生自主完成設(shè)計、自主分析和解決所遇到的問題，激發(fā)其探索精神和研究意識。此外，通過對研究性教學(xué)的不斷探索，我們還按照以下途徑推進研究性教學(xué)。
1、導(dǎo)師制——引導(dǎo)學(xué)生盡早進入實驗室，感受科研氣氛。學(xué)生在二年級開始選擇導(dǎo)師，通過學(xué)生與老師的雙向選擇，達到以“本科生導(dǎo)師制”為主的一對一指導(dǎo)。學(xué)生可以跟隨導(dǎo)師進行研究性學(xué)習(xí)，盡早進入實驗室感受科研氣氛，為今后的工程實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)生通過共同的導(dǎo)師聯(lián)系起來，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、開設(shè)創(chuàng)新研修課——實現(xiàn)學(xué)習(xí)、研究一體化。我校自2007年開設(shè)創(chuàng)新研修課，本專業(yè)已開出23門，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)容以實踐、研究為主。課程內(nèi)容以教師相應(yīng)的科研項目為依托，從項目中提煉，突出實踐性、創(chuàng)新性。使學(xué)生在教學(xué)過程中參與研究，實踐了集“知識傳授與研究創(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、實施大學(xué)生創(chuàng)新實驗計劃——引導(dǎo)學(xué)生自主研究。大學(xué)生創(chuàng)新實驗計劃以項目為載體，由本科生個人或團隊，在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，自主選題，自主進行實驗方法設(shè)計，獨立組織實施并進行數(shù)據(jù)分析、處理和撰寫總結(jié)報告。在完成項目過程中學(xué)生分析問題、解決問題和團隊協(xié)作的能力得以充分鍛煉。在2008、2009兩年的大學(xué)生創(chuàng)新性實驗計劃項目評獎中，我專業(yè)的23個項目中獲得5項一等獎，3項二等獎、4項三等獎。
4、開展學(xué)科競賽活動——激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新潛能。學(xué)科競賽緊密結(jié)合教學(xué)內(nèi)容，以競賽的方法，鍛煉學(xué)生理論聯(lián)系實際和獨立工作的能力。通過實踐發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，磨煉意志，增強自信。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、數(shù)學(xué)建模等競賽，成效顯著。
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