加强工程实践训练培养创新能力和实践能力.doc

加强工程实践训练，培养创新能力和实践能力王辑祥 贺秋丽 王庆华(广西大学电气工程学院 广西南宁市530004 )摘要:由于电力安全生产的特殊性，电力类专业的实践教学，仅依靠校外实习和一些验证性的实验，己不能适应新形势下培养创新型复合型人才的要求，必须进行改革。建立校内电气工程实践训练平台，对学生从方案设计、图纸绘制、设备选型、安装接线、试验调整、运行操作、事故分析等各个环节进行全过程的工程实践训练，对培养学生的创新能力和实践能力有着十分重要的作用。本文介绍了工程实践训练的基本情况，论述了工程实践训练提出的背景，探讨了工程实践训练的基本原则和方法，指出实践教学质量的提高关键在教师。关键间: 实践教学改革；工程实践训练；创新能力；实践能力广西大学于2001年起对实践教学进行了改革，自行设计和安装，建立了独具特色的校内电气工程实践训练基地，对学生从方案设计、设备选型、安装接线、试验调整、运行操作、事故分析等各个环节进行全过程的工程实践训练，取得了满意的教学效果。本文论述工程实践训练的有关问题。一、基本情况我校的电气工程实践训练基地可供电气工程及其自动化、农业电气化自动化、电力工程及管理三个专业的学生，进行工程实践训练，而且自动化专业工厂供电课程也到实践基地开设实验，每年实验的学生都有300多人，而且两个学期都有实验，利用率是很高的。目前拥有装置40套，一次可容纳80名学生。工程实践训练实验每一套装置，是以一台降压变压器和模拟一个10KV供电系统为对象，从系统的测量、控制、保护、信号、同期回路和中性点接地方式等内容，对学生进行全过程的真刀真枪的工程实践训练。每一学生都独立设计方案、绘制图纸并根据设计选择设备的型号和技术特性，然后将设备安装到实验屏上再亲自进行全部接线，接线完成经核对后就可以通电检查，并进行操作和事故试验，特别是设置各种各样的事故和问题，让学生反复实践和探索。为了使学生从理论上、技术上、方法上打好基础，我们开设了电气工程实践训练基础新课，编写了电气接线原理及运行新教材，由中国电力出版社于2005年2月出版，己重印两次。2007年5月，将由中国电力出版社再出版我们编写的电气工程实践训练一书。工程实践训练收到了很好的效果，学生得到直接知识和工程实践的体验，对培养学生的创新能力、实践能力和运用知识的能力十分有利，深受学生的欢迎，充分调动了学生的主动性和积极性。工程实践训练给了学生亲自动手实践的机会，提供了学生探索和分析解决工程实际问题的场所和自由发挥的空间，学生的兴致很高，中午、晚上和双休日大多数学生都自觉自愿到实践训练基地来实验，把“要我做”变成“我要做”。学生把自己设计的方案通过自已的知慧和劳动变成现实，通电试验成功后，开关正常跳合闸、发出声光信号、各仪表指示正常，一片欢呼声，非常高兴。他们把它当作自己的一个作品，很有成就感，不少学生在自已作品前照相留念。一些学生还利用假期自觉到实践基地对工程实践训练中的问题，进行更深入的试验探索，并写出了多篇论文己投有关刊物。学生在校内工程实践训练基地接受了工程训练后，再到大型发电厂去了解先进的技术和运行操作知识，由于有了全过程工程实践的体验，有了感性认识，开拓了思路，到校外大型发电厂实习时，就能提出问题、思考问题，使校外实习深入下去，收到了较好的效果。这一改革得到了同行专家的肯定和好评，清华大学卢 强院士看后很赞赏，当即要了两名学生到清华大学他任主任的国家重点实验室去工作。工程实践训练己成为展示学校实践教学改革的窗口和亮点之一。工程实践训练，提高了学生的综合素质和能力，这样既有理论又有创新实践能力的学生很受用人单位的欢迎，几年来，毕业生的就业率都在98%以上，毕业出去的学生普遍强烈反映工程实践训练对他们的就业和工作帮助很大。二、转变观念，深化实践教学改革要深化实践改学改革，首先要转变观念，站在新形势下培养创新型、复合型人才的高度，去认识实践教学的重要地位和作用。世纪之交，中央在关于深化教育改革全面推进素质教育的决定中指出，“实施素质教育，就是全面贯彻党的教育方针，以提高国民素质为根本宗旨，以培养学生的创新精神和实践能力为重点”。创新是一个民族的灵魂，是一个国家兴旺发达的不竭动力，没有创新就没有发展。有学者认为1，在此之前的五十年间，我国高校培养的是“非创新型人才”，从某种意义而言，称之为“服务型人才”。在服务型教育观的指导下，培养的人才创新性不足，己不能适应新形势下对人才的要求。主要表现在：（1）学生获取知识的主要途径是靠教师在课堂上进行单向传授，学到的都是间接知识，缺少直接知识的体验，自我获取知识和探索未知新知识的能力很薄弱。 （2）重视理论教学而忽视实践教学，学得多用得少，实践教学只是为验证某一概念、理论和方法，成为理论教学的附属环节，学生的实践能力差。 （3）学生的思维是单一化的正向思维。认为教师讲的都是正确的，教材和参考资科写的也都是正确的，根本不可能用批判性的思维提出任何质疑。（4）学生按照统一的教学模式进行培养，强调人才培养的共性，忽略和压抑了学生的个性。在新的形势下，高等学校面临着人才培养的转型问题，即从培养服务型人才转向培养创新型人才。相对于服务型人才培养存在的问题，创新型人才培养应具有以下的特点： （1）应具有直接知识和间接知识。间接知识仍然由老师传授给学生；而直接知识则是学生通过亲身实践体验和探索得来的知识。 （2）既要有扎实的理论基础，又要有很强的动手实践能力和运用知识发现问题、提出问题、分析问题和解决问题的能力。 （3）创新型人才的基本思维是正向思维和反向思维相结合，敢于提出问题，善于思考问题。（4）创新型人才培养以人为本，实施个性化教育，因材施教，让学生有充分自主学习的空间和氛围。培养创新型人才是一项长期的任务，需要不断探索、改革、完善和提高，在现阶段，对大多教高等学校而言，本科教育只能为培养创新型人才打好基础。要实施培养人才的转型，实践教学对培养学生的创新能力和实践能力，有着特殊的举足轻重的作用，也是教学改革最迫切和最容易取得突破性进展的领域。必须改变实践教学依附于理论教学的传统观念，以创新性的教育理念，深化实践教学改革，构建培养创新型人才新的实践教学模式。电力类专业是工科专业，培养的是工程人才，必须以工程实践为基础，以实践作为立足的根本。因此，加强工程实践训练，以提高学生的工程素质和能力，应该成为工科专业高年级学生实践教学的主要内容。电力类专业的学生接触电气工程实际主要靠两次到校外发电厂实习，但由于电力安全生产的特殊性和重要性，学生只能走马观花在警界线外观看电气设备。事故和异常情况分析处理是实习的主要内容，但现场只能纸上谈兵，没有任何实际显示。学生得不到真正的工程实践体验，更谈不上动手操作了。 为了适应在新形势下人才培养的要求，需要在校内建立电气工程实践训练平台（基地），构建与实际电气工程基本一致的物理环境，使学生在这个实践平台上，接受从方案设计、图纸绘制、设备选型、安装接线、试验调整、运行操作、事故分析等全过程的工程实践训练，培养学生运用知识分析和解决工程实践问题的能力。实践平台还设置了一些试验研究性的工程技术问题给学生探索，从中发现问题、提出问题，获取直接知识，同时还培养了自我获取知识和探索未知知识的能力。实践平台向学生开放，学生可以选择自己感兴趣的课题进行试验研究，激励学生的创新意识，展示自己的才能和特长。学生通过工程实践训练，还亲身体验到电气工作的特点和要求，培养严谨的科学作风。三、电气工程实践训练的基本原则电气工程实践训练必须以培养创新型、复合型人才为目标，以提高学生的创新能力和实践能力为中心，来确定工程实践训练的基本原则。 3-1全过程的工程实践训练 电力系统十分庞大复杂，不可能在学校实验室进行全系统的物理模拟，只能选择一、二个典型的工程实践项目“复制”到实验室来，但应该能对学生从方案设计、设备选型、安装接线、试验调整、运行操作、事故分析等进行全过程的工程实践训练。应注意充分给予学生安装接线、使用工具和仪器仪表的动手实践机会。 3-2具有综合性学生学习各门课的知识是分散的，而工程实际问题却是综合的，综合性的工程训练内容使学生将分散孤立的知识联系起来，综合应用去分析解决工程问题和提出新的问题，真正把知识用好用活。例如小接地电流系统的有关实验，构建了一个实际的运行系统，学生就要综合利用电路、电机学、电工测量、发电厂电气部分、电力系统分析、高电压技术、电气接线原理等课程的相关知识。3-3. 提出问题，突出用字学起于思，思源于疑，只有不断提出问题让学生去思考、去实践、去探索，才能培养学生的能力。所以工程实践训练的许多内容，都是围绕着“问题”展开的。电力系统的安全可靠运行有赖于正确处理出现的事故和问题，在实践训练中，制造和设置了各种各样的事故和问题摆到学生的面前，让学生观测事故的现象，寻找事故的原因，分析事故的动作机理，论证正确处理事故的方法，提出防止事故的措施，而实际的电力系统是不可能做的。例如纵联差动保护实验，不是简单的测几个数据，观察一下保护动作情况，而是设置了极性错误、相别错误、组别错误、互感器头尾对调、差动断线、继电器损坏等各种实际运行中可能出现的事故，使学生在分析处理各种事故中提高自己的能力。3-4实践训练与创新研究结合。综合性工程实践训练中的一些专题，带有科学研究和试验探索的性质，本身就是一个小型的科研项目，可以列出了多个专题供学生选做，学生也可以提出自已感兴趣的题目进行更深入的试验研究分析，要给学生更多自由发挥的空间。例如，小接地电流系统发生单相接地时，一般文献和教科书认为：发生单相接地时，接地相对地电压降低，非接地的两相对地电压升高但不超过线电压。学生通过改变接地过渡电阻的实验发现，在某些情况下的单相接地，可以是两相对地电压降低，一相对地电压升高，并且对地电压最低的相并不是接地相，非接地相对地电压也可以超过线电压。学生们就查找有关的参考资科，进行深入的分析论证，从理论上得到了解析。使学生认识到，创新并不是神秘而高不可攀的，创新源于实践，又受实践检验。在试验探索的基础上，鼓励和指导学生撰写科技论文。在实践试验中，常常碰到一些从理论上解析不通的问题和现象，这时一定要抓住不放，这正是学生发现问题、提出问题的好机会，让学生亲身体验“实践认识再实践再认识”的过程，直至问题得到科学的解决为止。例如，在做消弧线圈补偿实验时，不能做到全补偿，就要引导学生认真分析原因，探索解决的方法。教师的实践性科研项目应融入到实践教学中来，吸收学生参与，对培养学生的科研创新能力十分有利。3-5自行设计、开发和安装实验装置花费大量的资金去购买昂贵而复杂的成套设置并不一定能真正提高实践教学效果，要根据工程实践训练的要求，尽可能自行设计、开发和安装实验装置。自行设计、开发实验装置有几方面的好处：（1）适应性强, 灵话性好。装置是开放的，可以灵活拆装组合和扩充，做到一机多用，以满足各种实验要求，既节省投资，又节省场地。（2）自行研制的装置以人为本，面向学生。学生能参与装置的开发、安装、调试和改造，还可以人为设置故障让学生分析查找，而生产厂家的成套装置，软硬件都是封闭的，不能向学生开放，不能达到提高学生创新能力、实践能力、分析能力的目的。（3）节省资金。自行开发的实验设备不但效果好，而且投资要少得多，有利于工程实践训练平台的建设。例如，我们自行研制的继电保护检验仪只有市场价的1/51/10，但完全满足实践训练中继电保护检验的各种要求。（4）提高教师的素质。通过实验装置的研制，提高了教师的素质和能力，也就提高了实践教学的质量，也有利于实验装置的维护使用。吸收有兴趣的学生参加实验装置的研制、安装和调试，对提高学生的素质和能力很有帮助。3-6校内与校外工程实践训练相结合如上所述，校内工程实践训练对培养学生的素质和能力有看很重要的作用，但也有一定的局限性。因此仍应该建立稳定的校外工程实践（实习）基地，使学生接触真正的电力系统和先进的技术装备，校内校外的工程实践紧密结合，互相补充。学生在校内接受工程实践训练后，有了感性认识，有了全过程工程实践的体验，开拓了思路，到校外大型发电厂实习时，就能提出问题、思考问题，使校外实习深入下去，达到预期的目的。3-7工程实践训练与毕业设计相结合工程实践训练发现的和进行试验探索的问题，有些不能在有限的实践训练时间内得到解决，这些问题可以作为后续的毕业设计的内容，让学生在理论与实践的结合上，继续进行更深入的试验探索和分析研究，不但培养学生的创新能力和运用知识的能力，也拓宽了毕业设计选题的渠道。例如，小接地电流系中，接地过渡电阻对单相接地的影响；单相接地故障与其它故障的判别；电压互感器的铁磁谐振；实验用消弧线圈电阻的补偿问题等，就可以作毕业设计的内容。以此为基础，进一步进行线路接地选线保护的设计和试验，探索接地故障点的探测问题等。指导毕业设计的教师，还可以有意识地将毕业设计的一些前期工作放到工程实践训练中，使毕业设计和工程实践训练有机结合起来，也提高了实践训练平台的利用率。3-8监控保护方式的选择电力系统的监控保护有计算机监控保护方式和常规监控保护方式，显然前者技术先进。但是对于基础性的工程实践训练，基于以下的考虑，还是选择常规监控保护方式为宜。（1）目前专业课一般都不涉及具体的电气设备和接线，电气设备只是学生头脑中的符号，常规监控保护方式的功能是由硬件实现的，看得见摸得着，对于初次接触电气工程的学生来说，有利于增加对各种电气设备的感性认识。（2）常规监控保护方式单套实验装置的费用比计算机方式少得多。工程实践训练要求人人动手安装接线和进行实验，使学生有充分的实践机会，一般两人一组，这样实验装置的台套数很多，采用计算机方式投资很大，一般学校承受不起，而常规方式的投入要少得多，工程实践训练基地的建设比较容易实现。（3）常规监控保护方式更易于对学生从方案设计、图纸绘制、设备选型、安装接线、试验调整、运行操作、事故分析等各个环节进行全过程的工程实践训练。（4）常规监控保护方式对于学生深刻掌握基本概念和基本原理更有利。例如常规的电流型保护，从线路短路电流互感器反应短路电流电流继电器动作常开触点闭合信号继电器动作出口中间继电器动作断路器跳闸发出声光信号。动作过程直观清晰易懂，对于初涉继电保护的学生来说，能从实验中深刻掌握保护的基本概念和基本原理，获得直接的体验，而这正是培养创新能力的基础。而微机保护是在硬件结构的基础上，其保护原理是用软件实现的，其物理过程观察不到。因此对于初学者来说，通过对常规保护的电气接线、工作原理、动作过程的实验，才能很好地掌握继电保护的有关知识，为学习和掌握微机保护打下牢固的基础。而对于保护原理和外部接线来说，常规保护和微机保护并无区别。（5）基础性工程实践训练的目的在于培养学生的创新能力、实践能力以及运用知识提出问题、发现问题、分析问题、解决问题的能力，因此要在硬件上设置各种各样事故、故障和问题（如短路、断线、错误接线、错相、极性错误等），让学生反复实践探索，这正是校内工程实践训练最主要的特点和优点，而不在于掌握具体业务领域的先进技术。（6）计算机监控保护方式和自动装置的实验可以放到提高性的工程实践中去，还可以通过校外实习到大型发电厂变电所去了解。四、工程实践训练的教学方法工程实践训练的教学方法并没有统一的模式，这里介绍我们的一些做法供参考。4-1独立设课电气工程实践训练是一个综合性的实践项目，并不依附于那一门专业课。因此，独立开设了“电气工程实践训练”实践课程，此课程可以分为两部分：工程实践训练基础和工程实践训练实施。前者以课堂教学为主，给学生从理论上、技术上、方法上为工程实践训练打好基础，内容要紧密结合工程实践训练，引导学生积极思考和讨论，做到教、学互动，使学生的思路与教师提出问题、分析问题、解决问题的思路同步，充分调动了学生的积极性。4-2课堂教学与工程实践训练同步进行课堂教学开始，就将工程实践训练的任务布置给学生，并带学生到现场参观显示，引起学生浓厚的兴趣。然后实践训练基地向学生开放，随着课堂教学内容的不断展开，把对学生进行工程实践训练的相关内容同步进行，引导学生将所学知识运用来分析解决工程问题。最后宜集中一段时间使学生全身心投入工程实践训练。 4-3. 把数据的测试、现象的观测和结果的分析紧密地结合以往的实验，实验的测试和分析是脱节的，一般是在实验室测量记录好有关数据，然后回去对实验数据进行分析，写出实验报告，教师则背靠背的批改。如果因接线错误、测量不当等原因，使数据不正确或者漏测了数据，再无法进行补救，甚至使实验结果的分析是错误的，也不能激发学生的积极思考。对于综合性的工程实践训练，实验方法要进行改革，要把实验数据的测试、实验现象的观测和实验结果的分析紧密地结合起来，贯穿于整个实验的过程中。对每一个实验的每一项内容，测量出实验数据以后，紧接着就要运用所学的知识进行认真深入的分析，如果数据错误、漏测、或分析有矛盾，再进行测试和再分析，直至得出符合科学的正确结论以后，再做下一个实验。4-4. 把实践、讨论、讲评、总结紧密结合实验室既是实践基地,又是课堂，不但在实践训练开始时，教师要讲解实践训练的目的要求，而且每一个实践专题结束后，在教师的组织和指导下，