张涛论文《如何在电气专业课堂培养创新能力》
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发布时间：2024-08-07 04:28
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时间：2024-08-25 01:22
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南京工程学院（以下简称“我校”）电气工程及其自动化专业的实践性教学环节主要包括实验、实习、课程设计和毕业设计。实践环节虽然丰富但多数课程存在以下问题：实验内容大多为验证性实验，学生按照指导书照章办事就能得到结果，不能充分发挥学生的积极性、主动性，更不能培养学生的创造性；学生的计算机应用能力较差，无法应用专业软件进行辅助分析，计算和设计能力不足；主动学习能力不强，团队协作能力差。多种问题的存在使学生的综合实验能力无法得到提升，与我校培养工程应用型人才的教学理念相悖。有鉴于此，提出构建新的实践教学体系，将理论教学与实验室项目教学有机结合，培养学生的实践创新能力是实践教学改革的必由之路。[1]本文以《配电变压器经济运行控制器》的课题研究，作为本次教学模式改革的教学项目实例。
一、《配电变压器经济运行控制器》的内容架构
1.课题简介
控制器的方案如图1所示，课题基于DSP技术的保护测控硬件平台，提出配电变压器经济运行控制软件的概念。控制器通过测量两台并列运行、容量不同的配电变压器低压侧实际负荷变化情况，根据经济运行控制策略合理地选择变压器的投切方式，实现配电变压器最佳经济运行状态。全面提升配电网监测和控制的智能化水平，减少了变压器的损耗，防止了变压器组的频繁投切，延长了变压器的使用寿命，具有极好的社会效益和巨大的经济效益。
2.涉及课程和知识点
要完成该项目，需涉及众多的知识点，主要包括：C语言编程、变压器损耗计算、经济运行原理、PROTEL制图、A/D转换、数字信号处理、状态监测与控制技术等。而这些知识点恰恰全部出自本校所开设的多门课程，这些课程主要涉及公共基础课、专业基础课、专业课。因此该项目涉及众多基础课程和专业课程，属本专业各知识点应用的综合项目。项目对学习过本专业多门课程的学生来说难易适中，学生需要对基础知识透彻掌握，才有可能参与并完成该项目。完成该项目的知识点与我校电力工程学院所开设的课程关系如图2所示。
但这只是理论层面。麻省理工学院和瑞典皇家工学院等四所大学所组成的跨国研究机构所创立的 CDIO工程教育理念更多注重于实践层面，需要培养学生工程推理和解决问题的能力，系统的思维能力。在此基础上通过具体的项目实例作为实践层面的培养，提高学生的个人能力和专业素养，同时在人际交往技能方面得到训练，注重以人为本，沟通交流，团结协作，互补互助。[2]要完成该实践创新项目，还需要将理论层面与实践层面进行综合讨论。
三、创新团队的培养实践
1.团队协作理念的关键性
团队是创新工作的基础，是项目成败的关键。
（1）学生团队的创建思路。学生团队的组成是项目教学法的基础，关系着项目的成败。团队负责人应当具备组织协调能力和对其他同学的督促能力；团队成员具备对基础知识的把握与钻研能力，有吃苦耐劳精神。学生在项目分析过程中既能参与整个项目的工作，又能承担各自的任务。在此过程中，学生既有分工，又有协作，沟通为主，切勿各自为战。[3，4]
（2）指导教师团队的创建思路。有一支相对稳定、结构合理的教师梯队是项目教学法的核心。主讲教师为副教授，授课水平高，效果好，并在各种立项计划中有一定的成就。实践教师具有丰富的教学经验和实践经验。理论教师将项目涉及的知识体系介绍给学生，引导学生以本项目为基础进行自主的思考、分析、设计实行方法，然后在实践教师的带领下进行项目制作。[5]
2.CDIO工程教学理念在此次创新工作中的应用
CDIO工程教育教学理念，由构思（Conceive）、设计（Design）、实现（Implement）、运作（Operate）衔接而成，CDIO工程教育教学是当今先进的工程教学理念和教育模式，是“做中学”和“基于项目教育和学习”（Project based education and learning）的集中概括和抽象表达。
在大学三、四年级，限于各种条件约束，让学生直接承担《配电变压器经济运行控制器》创新项目的研究工作是不现实的。
本次项目实例中，以学生为中心，在理论教师和实验教师的指导与辅助下，激发学生兴趣，培养他们的动手能力，真正做到“做中学”、“按需教”、“做工程”、“学得会”。将理论基础知识的应用与个人能力、团队协作能力和工程系统能力的培养相结合。通过精心规划项目，引导学生对课程产生浓厚的学习兴趣。通过对一个产品项目完整地展开构思、设计、实现、运作，系统地完成一个工程实践经历，并初步掌握工程思维方法。[6]
构思――理论指导教师在课程教学过程中，采用启发式教学，引导学生；通过对现在变压器运行方式的分析，翻阅各种相关书籍及利用互联网平台，进行材料的整合，得出自己的构思：通过制作控制变压器经济运行的控制器来解决变压器的经济运行。
设计――照“样”设计，根据往届学生所做的样品，采用项目教学法，教师对小组成员进行培训，将项目分成软硬件设计等若干个小项目、小课题。经过2个月左右的训练，各成员已基本掌握相关知识点。在此基础上进行本项目的软、硬件的设计。硬件平台为真实的保护测控柜，主芯片采用56F8346 DSP芯片。控制器主要由五个部分组成：模拟量输入输出部分、开关量输入输出部分、CPU部分、人机接口部分和电源模块部分。
实现――在教师的指导帮助下，实现控制器的设计；培养中帮助程度的掌握――既不包办代替，又不放任自流。采用目标教学法，分前期、中期、后期三个过程。前期：在现有的器材基础上，分析并提出自己的改进思路。中期：根据改进思路对装置进行不断测试并完善。后期：组装各部分并进行相应的调试。
运作――控制器的测试与仿真，在此期间采用互动式教学方法。通过负荷预测，输入模拟量，得到控制器的运行结果。
3.创新工作成果
通过师生的共同努力，成果产品已经完成。装置根据实际情况选择最经济的运行方式进行投切，完成项目目标。并可以将产品成果推广应用到正在改革的农网中去，降低变压器损耗，带来巨大的经济效益和社会利益。同时在本次教学项目实例中，CDIO的教学模式也被融入其中，调动了学生的创造性和好奇心，也提升了学生的动手能力和对工程系统的理解。在教学模式改革的现在，CDIO教学模式的应用正是这种改革的成果，在学院“转变理念，紧跟形势，突出应用，科学强化”的教育平台上，得到了推广与运用，贯彻了学院以培养“学以致用”创新型人才的教育方针。
四、结束语
本项目在基于DSP硬件平台的基础上，根据负荷量合理选择变压器的投切，实现经济运行，进行软件算法设计，通过实地测试结果证实了项目的可行性。在本次实例中，将传统的课堂理论教学模式转变成实践教学模式，符合CDIO的教学模式，大大提高了学生的动手能力，加深了他们对工程系统的理解，调动了他们主动学习的积极性，进一步挖掘了他们的潜能。同时也培养了他们的团队精神和做事的条理性。也让教师获得了更多的教学经验，体验到这种新的教学模式的“以人为本”、“教学相长”，同时也会让教师不断更新自己的知识库以适应技术发展的需要。
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时间：2024-08-25 01:17
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南京工程学院（以下简称“我校”）电气工程及其自动化专业的实践性教学环节主要包括实验、实习、课程设计和毕业设计。实践环节虽然丰富但多数课程存在以下问题：实验内容大多为验证性实验，学生按照指导书照章办事就能得到结果，不能充分发挥学生的积极性、主动性，更不能培养学生的创造性；学生的计算机应用能力较差，无法应用专业软件进行辅助分析，计算和设计能力不足；主动学习能力不强，团队协作能力差。多种问题的存在使学生的综合实验能力无法得到提升，与我校培养工程应用型人才的教学理念相悖。有鉴于此，提出构建新的实践教学体系，将理论教学与实验室项目教学有机结合，培养学生的实践创新能力是实践教学改革的必由之路。[1]本文以《配电变压器经济运行控制器》的课题研究，作为本次教学模式改革的教学项目实例。
一、《配电变压器经济运行控制器》的内容架构
1.课题简介
控制器的方案如图1所示，课题基于DSP技术的保护测控硬件平台，提出配电变压器经济运行控制软件的概念。控制器通过测量两台并列运行、容量不同的配电变压器低压侧实际负荷变化情况，根据经济运行控制策略合理地选择变压器的投切方式，实现配电变压器最佳经济运行状态。全面提升配电网监测和控制的智能化水平，减少了变压器的损耗，防止了变压器组的频繁投切，延长了变压器的使用寿命，具有极好的社会效益和巨大的经济效益。
2.涉及课程和知识点
要完成该项目，需涉及众多的知识点，主要包括：C语言编程、变压器损耗计算、经济运行原理、PROTEL制图、A/D转换、数字信号处理、状态监测与控制技术等。而这些知识点恰恰全部出自本校所开设的多门课程，这些课程主要涉及公共基础课、专业基础课、专业课。因此该项目涉及众多基础课程和专业课程，属本专业各知识点应用的综合项目。项目对学习过本专业多门课程的学生来说难易适中，学生需要对基础知识透彻掌握，才有可能参与并完成该项目。完成该项目的知识点与我校电力工程学院所开设的课程关系如图2所示。
但这只是理论层面。麻省理工学院和瑞典皇家工学院等四所大学所组成的跨国研究机构所创立的 CDIO工程教育理念更多注重于实践层面，需要培养学生工程推理和解决问题的能力，系统的思维能力。在此基础上通过具体的项目实例作为实践层面的培养，提高学生的个人能力和专业素养，同时在人际交往技能方面得到训练，注重以人为本，沟通交流，团结协作，互补互助。[2]要完成该实践创新项目，还需要将理论层面与实践层面进行综合讨论。
三、创新团队的培养实践
1.团队协作理念的关键性
团队是创新工作的基础，是项目成败的关键。
（1）学生团队的创建思路。学生团队的组成是项目教学法的基础，关系着项目的成败。团队负责人应当具备组织协调能力和对其他同学的督促能力；团队成员具备对基础知识的把握与钻研能力，有吃苦耐劳精神。学生在项目分析过程中既能参与整个项目的工作，又能承担各自的任务。在此过程中，学生既有分工，又有协作，沟通为主，切勿各自为战。[3，4]
（2）指导教师团队的创建思路。有一支相对稳定、结构合理的教师梯队是项目教学法的核心。主讲教师为副教授，授课水平高，效果好，并在各种立项计划中有一定的成就。实践教师具有丰富的教学经验和实践经验。理论教师将项目涉及的知识体系介绍给学生，引导学生以本项目为基础进行自主的思考、分析、设计实行方法，然后在实践教师的带领下进行项目制作。[5]
2.CDIO工程教学理念在此次创新工作中的应用
CDIO工程教育教学理念，由构思（Conceive）、设计（Design）、实现（Implement）、运作（Operate）衔接而成，CDIO工程教育教学是当今先进的工程教学理念和教育模式，是“做中学”和“基于项目教育和学习”（Project based education and learning）的集中概括和抽象表达。
在大学三、四年级，限于各种条件约束，让学生直接承担《配电变压器经济运行控制器》创新项目的研究工作是不现实的。
本次项目实例中，以学生为中心，在理论教师和实验教师的指导与辅助下，激发学生兴趣，培养他们的动手能力，真正做到“做中学”、“按需教”、“做工程”、“学得会”。将理论基础知识的应用与个人能力、团队协作能力和工程系统能力的培养相结合。通过精心规划项目，引导学生对课程产生浓厚的学习兴趣。通过对一个产品项目完整地展开构思、设计、实现、运作，系统地完成一个工程实践经历，并初步掌握工程思维方法。[6]
构思――理论指导教师在课程教学过程中，采用启发式教学，引导学生；通过对现在变压器运行方式的分析，翻阅各种相关书籍及利用互联网平台，进行材料的整合，得出自己的构思：通过制作控制变压器经济运行的控制器来解决变压器的经济运行。
设计――照“样”设计，根据往届学生所做的样品，采用项目教学法，教师对小组成员进行培训，将项目分成软硬件设计等若干个小项目、小课题。经过2个月左右的训练，各成员已基本掌握相关知识点。在此基础上进行本项目的软、硬件的设计。硬件平台为真实的保护测控柜，主芯片采用56F8346 DSP芯片。控制器主要由五个部分组成：模拟量输入输出部分、开关量输入输出部分、CPU部分、人机接口部分和电源模块部分。
实现――在教师的指导帮助下，实现控制器的设计；培养中帮助程度的掌握――既不包办代替，又不放任自流。采用目标教学法，分前期、中期、后期三个过程。前期：在现有的器材基础上，分析并提出自己的改进思路。中期：根据改进思路对装置进行不断测试并完善。后期：组装各部分并进行相应的调试。
运作――控制器的测试与仿真，在此期间采用互动式教学方法。通过负荷预测，输入模拟量，得到控制器的运行结果。
3.创新工作成果
通过师生的共同努力，成果产品已经完成。装置根据实际情况选择最经济的运行方式进行投切，完成项目目标。并可以将产品成果推广应用到正在改革的农网中去，降低变压器损耗，带来巨大的经济效益和社会利益。同时在本次教学项目实例中，CDIO的教学模式也被融入其中，调动了学生的创造性和好奇心，也提升了学生的动手能力和对工程系统的理解。在教学模式改革的现在，CDIO教学模式的应用正是这种改革的成果，在学院“转变理念，紧跟形势，突出应用，科学强化”的教育平台上，得到了推广与运用，贯彻了学院以培养“学以致用”创新型人才的教育方针。
四、结束语
本项目在基于DSP硬件平台的基础上，根据负荷量合理选择变压器的投切，实现经济运行，进行软件算法设计，通过实地测试结果证实了项目的可行性。在本次实例中，将传统的课堂理论教学模式转变成实践教学模式，符合CDIO的教学模式，大大提高了学生的动手能力，加深了他们对工程系统的理解，调动了他们主动学习的积极性，进一步挖掘了他们的潜能。同时也培养了他们的团队精神和做事的条理性。也让教师获得了更多的教学经验，体验到这种新的教学模式的“以人为本”、“教学相长”，同时也会让教师不断更新自己的知识库以适应技术发展的需要。
