5G傳統(tǒng)電氣工程課程體系面臨挑戰(zhàn)
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摘要:5g時代泛在電力物聯(lián)網(wǎng)對高校電氣工程課程體系的設(shè)置提出新的要求，大學(xué)電氣工程教學(xué)應(yīng)將基礎(chǔ)課程、必修專業(yè)課程以及選修專業(yè)課程組成有機(jī)的統(tǒng)一體;加強(qiáng)基礎(chǔ)課程與必修專業(yè)課程的知識點融合，提高大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、區(qū)塊鏈等現(xiàn)代新工科選修專業(yè)課的比例，根據(jù)電氣專業(yè)特點合理設(shè)定選修內(nèi)容;通過引進(jìn)雙師型老師、企業(yè)工程師，產(chǎn)、學(xué)、研校企合作等手段，提高教育教學(xué)質(zhì)量。調(diào)整優(yōu)化培養(yǎng)目標(biāo)，著重學(xué)生的創(chuàng)新性思維與實踐中的精湛技術(shù)能力培養(yǎng)。
關(guān)鍵詞:5G;泛在電力物聯(lián)網(wǎng);選修專業(yè)課程;電氣工程
5G時代的來臨，意味著信息傳輸更快、容量更大、可靠性更高，5G技術(shù)在未來定會引發(fā)新的世界技術(shù)革命，產(chǎn)生新的社會分工變革。5G時代泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)是國家在世界經(jīng)濟(jì)格局發(fā)生變化，國內(nèi)經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型時期做出的重要決定［1］。泛在電力物聯(lián)網(wǎng)將實現(xiàn)風(fēng)、日、生物質(zhì)、潮汐、地?zé)岬惹鍧嵞茉吹牧Ⅲw空間互補(bǔ)與消納。供電方和售電方的角色也會在泛在電力物聯(lián)網(wǎng)時生變化，雙方將處于統(tǒng)一體，你中有我，我中有你。任何清潔電力能源的生產(chǎn)單位及個人可以通過云電力競價上網(wǎng)，將電力賣給其他企業(yè)及個人，也可以購買其他供電方的電能。電力系統(tǒng)的生產(chǎn)、傳輸、分配與消費四個環(huán)節(jié)將會以5G技術(shù)為載體，利用大數(shù)據(jù)、區(qū)塊鏈、人工智能的現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)徹底實現(xiàn)電力網(wǎng)絡(luò)的萬物互聯(lián)。同時，定制型的個性化服務(wù)［2，3］，打造云電力信息網(wǎng)絡(luò)平臺，實現(xiàn)機(jī)關(guān)、企業(yè)、用戶等不同客戶的差異化信息獲取將是電力物聯(lián)網(wǎng)的一個重要功能。此外，在提高服務(wù)質(zhì)量的同時，泛在電力物聯(lián)網(wǎng)將會吸引更多的社會機(jī)構(gòu)和人力資源參與到建設(shè)中來、協(xié)同開展技術(shù)攻關(guān)，提升網(wǎng)絡(luò)安全。由此可見，5G時代泛在電力物聯(lián)網(wǎng)將是一個延伸到各個電力電氣行業(yè)的產(chǎn)業(yè)鏈［4］，促進(jìn)整個電力電氣行業(yè)的生產(chǎn)消費格局發(fā)生變革，本質(zhì)上是以5G技術(shù)為通信手段，以泛在電力物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為平臺，對社會資本、人力資源，各種生產(chǎn)要素的重新組合與優(yōu)化。與此同時，泛在電力物聯(lián)網(wǎng)所帶來的能源消費變革必然導(dǎo)致社會行業(yè)對電力電氣工程專業(yè)人才提出更高的要求，電力電氣人才的競爭相對以前也更加激烈和多元化，這就決定了高校各種專業(yè)課程體系的設(shè)置要與時俱進(jìn)，體現(xiàn)時代特征，發(fā)現(xiàn)原有課程體系設(shè)置的不足之處，以便進(jìn)行相應(yīng)的改革。
一、泛在電力物聯(lián)網(wǎng)呼喚復(fù)合型電氣人才
(一)建設(shè)泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的物質(zhì)基礎(chǔ)及意義特高壓電網(wǎng)、智能電網(wǎng)是國家電網(wǎng)公司“三集五大”的戰(zhàn)略體現(xiàn)，為泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展提供了參考和借鑒。泛在電力物聯(lián)網(wǎng)是智能電網(wǎng)發(fā)展的繼承，是更加廣泛意義上的智能電網(wǎng)，不僅包括電力系統(tǒng)及設(shè)備，而且包括頂層服務(wù)與應(yīng)用;而智能電網(wǎng)則為泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的實現(xiàn)提供了堅實的基礎(chǔ)，為萬物互聯(lián)提供了保障。具體表現(xiàn)在:(1)傳統(tǒng)電力電氣設(shè)備的運行操作由電纜直接驅(qū)動轉(zhuǎn)變成光纖通信智能終端驅(qū)動，同時智能終端可以采集設(shè)備狀態(tài)信息回傳到集控中心。(2)送變電設(shè)備的溫度、濕度、灰密度測試由運維人員采用手持式設(shè)備進(jìn)行巡視記錄。目前500kV以上的變電站已經(jīng)全部實現(xiàn)機(jī)器人巡視，數(shù)據(jù)統(tǒng)一采集、統(tǒng)一傳輸。(3)射頻標(biāo)簽、zigbee技術(shù)的應(yīng)用初步實現(xiàn)了電力設(shè)備的動態(tài)組網(wǎng)和數(shù)據(jù)單向傳輸。(4)公司建成的ERP系統(tǒng)，對每個勞動力，勞動工具進(jìn)行身份編號統(tǒng)一管理，大到輸變電設(shè)備，小到扳手，實現(xiàn)所有“人，財，物”的資產(chǎn)全壽命周期監(jiān)控和精細(xì)化管理。(5)通過建設(shè)輸配網(wǎng)智能系統(tǒng)對設(shè)備進(jìn)行精益化管理，實現(xiàn)主配網(wǎng)設(shè)備實時狀態(tài)檢測和自我分析、判斷、處理。電力設(shè)備從投運到報廢的整個資產(chǎn)全壽命周期中，泛在電力物聯(lián)網(wǎng)將會對它的運行工況進(jìn)行全面監(jiān)測，將信息的獲取和應(yīng)用進(jìn)行時空分離并使其成為增值資源。對于多數(shù)相關(guān)企業(yè)來說，無需親臨電力系統(tǒng)實體，也無需了解電力系統(tǒng)的運行機(jī)制，就可以利用電力物聯(lián)網(wǎng)云的后臺數(shù)據(jù)開發(fā)出各種實用技術(shù)服務(wù)其他企業(yè)和個人并獲取報酬?？梢韵胂?，泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)必將產(chǎn)生大量以電力數(shù)據(jù)應(yīng)用為核心的服務(wù)型科技企業(yè)，開辟新的市場。
(二)泛在電力物聯(lián)網(wǎng)對高校電氣學(xué)科的要求電氣工程專業(yè)課程教學(xué)方面，應(yīng)積極吸納物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)和人工智能等理論知識，因地因時增加實踐類授課環(huán)節(jié)和學(xué)時，構(gòu)建校內(nèi)、外教學(xué)資源，培養(yǎng)符合5G時代泛在電力物聯(lián)網(wǎng)要求的復(fù)合型電氣人才。有條件的高校可以與企業(yè)聯(lián)合建立“產(chǎn)、學(xué)、研”教學(xué)實踐基地，以學(xué)懂、學(xué)透、能用、會用為宗旨，通過校內(nèi)授課、企業(yè)實操和產(chǎn)學(xué)結(jié)對互助等形式夯實學(xué)生的理論基礎(chǔ)，提高學(xué)生的操作技能及交叉學(xué)科應(yīng)用能力。科研方面，高校電氣學(xué)科科研團(tuán)隊的建設(shè)，應(yīng)吸收交叉學(xué)科領(lǐng)域的人員，積極與校內(nèi)外的物聯(lián)網(wǎng)、AI等學(xué)院、公司合作，了解行業(yè)動態(tài)，提升綜合科研實力。
二、傳統(tǒng)電氣工程專業(yè)課程體系的不足
(一)教材內(nèi)容重復(fù)，浪費師生精力高校電氣工程及其自動化專業(yè)所設(shè)置的各種專業(yè)課程，教材選用和內(nèi)容選擇及師資力量的搭配共同構(gòu)成了該學(xué)科的課程體系。對于教材選用和內(nèi)容取舍應(yīng)該充分考慮到不同專業(yè)課程的特點以及它們的聯(lián)系。但是對于教材的選擇和內(nèi)容的選取往往是以各授課教師的個人意志為轉(zhuǎn)移，缺乏對教材內(nèi)容及側(cè)重點的統(tǒng)一調(diào)研，因此在實際授課過程中，相似或相近的內(nèi)容被重復(fù)的講授，主要體現(xiàn)在如下兩點:(1)專業(yè)基礎(chǔ)課程與專業(yè)核心課程的內(nèi)容重復(fù)。例如，電機(jī)學(xué)屬于基礎(chǔ)課，側(cè)重電機(jī)的基本工作原理分析，電力拖動屬于核心課，側(cè)重于電機(jī)的控制應(yīng)用，但是仍然有近三分之一的電機(jī)基本工作原理方面的內(nèi)容出現(xiàn)在電力拖動課程中，無形中浪費了學(xué)生的學(xué)時，也增加了學(xué)生的負(fù)擔(dān)。(2)教科書訂購選擇不嚴(yán)肅導(dǎo)致專業(yè)核心課程的內(nèi)容重復(fù)。譬如教材《發(fā)電廠電氣部分》和《工廠供配電》都是電氣工程及其自動化專業(yè)學(xué)生必修的核心課程，其教材內(nèi)容大部分一樣，只是稱呼不同。但是在教材征訂過程中，缺乏相關(guān)的內(nèi)容審核機(jī)制，其結(jié)果就是教師重復(fù)備課，學(xué)生重復(fù)上課。下表列舉了目前電氣工程部分專業(yè)課的內(nèi)容重復(fù)情況。誠然，教材的內(nèi)容有重復(fù)并不是說編者不熟悉專業(yè)課的理論體系，而是學(xué)院各系在進(jìn)行專業(yè)課設(shè)置的時候缺乏必要的協(xié)調(diào)統(tǒng)一。
(二)理論與實際聯(lián)系較弱，學(xué)生吸收困難以我校電氣工程專業(yè)為例，在電氣工程課堂教學(xué)中，盡管多數(shù)老師在備課階段進(jìn)行了充分的準(zhǔn)備，授課過程也采用了PPT、視頻多媒體、提問互動、線下答疑和游戲搶答等多種表現(xiàn)形式，但是仍舊局限于教科書的內(nèi)容知識點，缺乏外延擴(kuò)展，教學(xué)目標(biāo)以學(xué)生掌握教材知識點為準(zhǔn)，而不是如何應(yīng)用該知識，以至于學(xué)生對專業(yè)知識的應(yīng)用條件、背景及場合比較模糊，知識體系不健全。一堂課下來，學(xué)生只是掌握了基本的概念、定理，聽課效果好的同學(xué)可以進(jìn)行簡單的計算，但是多數(shù)學(xué)生對于知識點的具體工程應(yīng)用及各個專業(yè)課內(nèi)容的聯(lián)系缺乏認(rèn)知，難以進(jìn)一步夯實理論基礎(chǔ)，更不要提靈活運用。
(三)內(nèi)容難以體現(xiàn)時代特征和需求，專業(yè)學(xué)科發(fā)展缺少創(chuàng)新教師對于教學(xué)的內(nèi)容缺乏認(rèn)知度與更新［5，6］，使得傳統(tǒng)電氣工程專業(yè)課程設(shè)置不適應(yīng)現(xiàn)代電力電氣的發(fā)展趨勢。文獻(xiàn)［7］提出設(shè)置專業(yè)化的電氣工程及自動化課程并改變教師的教學(xué)理念。文獻(xiàn)［4］提出減少公共基礎(chǔ)課的學(xué)時，以學(xué)生的愛好為導(dǎo)向增加專業(yè)課學(xué)時。將電氣工程專業(yè)劃分為若干方向，根據(jù)方向特點增加配套課程。文獻(xiàn)［8］在課程規(guī)劃方面更加注重學(xué)科發(fā)展方向，專業(yè)特色明確。文獻(xiàn)［9］注重學(xué)生的就業(yè)領(lǐng)域，把學(xué)生的興趣和要從事的工作對接起來，在以結(jié)果為導(dǎo)向的電氣工程專業(yè)教學(xué)改革探索中提出以崗位能力要求為內(nèi)容，充分對接國家電氣工程行業(yè)要求。上述幾種課程體系改革方案在本專業(yè)領(lǐng)域能夠讓學(xué)生的學(xué)習(xí)變得更加有針對性，目標(biāo)明確。但是隨著5G時代通信和信息技術(shù)在各領(lǐng)域的滲透，企業(yè)對“業(yè)務(wù)專一”模式培養(yǎng)的電氣工程畢業(yè)生提出了更高的創(chuàng)新性和適應(yīng)性要求。因此，作為電氣人才培養(yǎng)的主要手段———電氣工程專業(yè)，應(yīng)不斷創(chuàng)新，適應(yīng)新時代要求，優(yōu)化與改革現(xiàn)有的電氣工程本科專業(yè)課程體系，培養(yǎng)新時代復(fù)合型電氣人才。
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作者：辛守喬 陳仁輝 單位：長春工業(yè)大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院