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發電廠電氣部分是電力系統及其自動化專業一門重要的專業課程,通過各種學習方式,熟練掌握發電廠變電站一次系統的原理與設計及運行方面的基本理論和基本計算方法,同時熟悉發電廠變電站二次系統的基本知識,使學生樹立工程觀點,掌握發電廠電氣主系統的設計方法,并在分析、計算和解決實際工程問題的能力等方面得到訓練,為從事電力系統中的設計、運行和科研工作,奠定必要的理論基礎,同時具備一定的分析和解決實際問題的能力。該課程不僅具有一定的基礎理論,而且具有很強的工程實踐性質。所述知識技能是學生適應崗位能力的基本要素,也是進一步掌握專業其它課程知識、技能的基礎。[2]
1 任務驅動教學法
“任務驅動”教學就是在整個教學過程中,將所要學習的知識隱含在一個或幾個具體的任務中,在教師的幫助下,學生緊緊圍繞著學習任務,在強烈的問題動機的驅動下,對任務進行分析和討論,通過對學習資源的積極主動的占有和應用,進行自主探索和互動協作,最后通過任務的完成實現對所學知識的意義建構。任務驅動教學法是一種建立在建構主義教學理論基礎上的教學方法,它把學生的學習活動與任務相結合,以探索問題來激發和維持學習者的學習興趣和動機,讓學生帶著任務去學習,這有利于培養學生發現問題、分析問題、解決問題的能力以及知識的自我建構。[3]
任務驅動教學模式的教學流程如圖1所示。
2 教學模式設計
創新改革教學模式,注重任務驅動,推行基于“任務驅動”教學模式。“以系統化專業知識為主線,以開放的教學實驗室為基地,以激發學生興趣、主動求知為動力,以培養創新能力為目的”的教學模式。在發電廠電氣部分課程教學中廣泛開展“任務驅動”教學模式,改變傳統的課堂講授模式,以創新人才培養模式,強化教學環節,培養應用型人才。
針對電氣工程及其自動化專業的特點,在“發電廠電氣部分”等課程的教學過程中積極推行任務驅動式教學,可從工程實例方面選擇適合的綜合項目,通過布置任務提出工程實例項目講解相關知識分析解決方案討論總結經驗等環節,以項目為導向,以任務驅動、組織教學。通過基于實踐基地的模擬設備模擬實操環境,拉近理論與應用的距離,使學生得到綜合應用所學專業知識解決實踐問題的鍛煉,為學生就業后盡快適應工作崗位的要求打下堅實的基礎。
3 教學任務設計
在講授變壓器的絕緣老化定律內容時,采用任務驅動教學模式。首先提出面向工程實踐的教學任務,假設某變電站的主變壓器容量已經不能滿足負荷需求,但由于某種原因不能立即擴建,在這種情況下如何盡量保證負荷的供電?
提出任務后,首先引導學生將任務進行分解細化,然后引導學生逐步完成任務。分析如果仍然要求變壓器滿足增長后的負荷,即過負荷運行時可能帶來的影響,按照在電機學課程中學習的舊知識,得到結果――過負荷會使得變壓器發熱量增加,熱量會經過散熱途徑散失。然后再研究當變壓器過熱時對變壓器的作用,此部分為新知識,老師講授變壓器溫度與預期使用壽命之間的關系,得到結論,變壓器熱點溫度維持98℃,可得到預期使用壽命,另外引出變壓器的熱老化定律――溫度每升高6℃,壽命減少一半。接著提出問題,如果一段時間內變壓器熱點溫度超過98℃,另一段時間內變壓器熱點溫度低于98℃,這種情況對于變壓器壽命有何影響?經過分析得到等值老化原則,在此種運行情況下,只要熱點溫度高于98℃時多損失的壽命與熱點溫度低于98℃時少損失的壽命相平衡,仍然可以得到預期使用壽命。然后討論變壓器的正常過負荷和事故過負荷,正常過負荷遵循等值老化原則,不會多損失變壓器的預期使用壽命,而事故過負荷為了保證事故時負荷的供電,犧牲了變壓器的預期使用壽命。所以在授課前提出的工程實踐問題得到解決,雖然變壓器為了滿足負荷用電會過負荷,但只要符合等值老化原則,就不會造成壽命的多損失。
關鍵詞:電氣工程技術;電氣學科;發展
一、電氣工程技術的發展史
電氣工程(Electrical Engineering)是現代科技領域核心學科之一,傳統的電氣工程定義為用于創造產生電氣與電子系統的有關學科的總和。
1.電磁學理論的建立及通訊技術的發展
大自然中的雷電使人類對電有了最早、最樸素的認識,天然磁石吸鐵是人類對磁現象的最早觀察,然而,人類對電磁現象的研究始于16世紀的英國,1663年德國科學家蓋利克發明了摩擦起電的儀器,1729年英國科學家發現電荷可以通過金屬傳導等等,這是人類對電的早期實驗,之后又出現了一系列具有里程碑意義的發現與發明。
任何科學發明與發現都是許許多多的科學家不懈努力的成果,德國物理學家歐姆、高斯、赫茲,美國物理學家亨利,俄國物理學家楞次等等都為電磁理論的形成作出過貢獻。
電磁理論的建立為無線電通信揭示的發展奠定了基礎,19世紀通信技術取得了突破性成果,先后發明了有線電報、有線電話和無線通信。
2.電工技術的初期發展
人類社會發展歷程中經歷了三次工業革命,對人類的進步起到了巨大的作用。第一次工業革命從18世紀中葉到19世紀中葉,以瓦特發明的蒸汽機為標志,以機械化為特征,中心在英國;第二次工業革命從19世紀后半期到20世紀中葉,以工業生產電氣化為主要標志,其成果是電力、鋼鐵、化工“三大技術”與汽車、飛機和無線電通信“三大文明”,其中心在美國和德國;第三次工業革命從20世紀中葉到21世紀初,以社會生產、生活信息化為特點,又叫新技術革命。第二次工業革命就是從電工技術初創和應用開始的。
3. 新技術革命對電氣工程技術的推動
20世紀中葉開始的第三次技術革命又稱為新技術革命,以核能、宇航和電子計算機這三大技術為主要標志。這個時期的主要理論是信息論、系統論和控制論,這三大理論的創立為通信工程技術和現代科學技術的研究提供了全新的科學方法。
(1)計算機的升級換代對電氣工程技術的推動。自19世紀第一臺計算機問世以來,經過幾十年的發展,計算機給人類社會帶來了翻天覆地的變化,人類社會從此走進了信息時代。
(2)電子信息技術的發展。電子信息技術是計算機技術和電信技術相結合而形成的技術手段。20世紀通信技術得到了迅猛發展,人類社會生活也由此發生了巨大變革,人類從此進入信息時代。
電氣工程技術發展史再次印證了這樣兩個真理:一是任何理論的創立和技術的進步都要靠眾多科學家甚至一代代人的不懈努力而實現,特別是在學科相互融合交叉的今天。二是科學技術的每一次重大突破都會導致生產力的跨越式發展和人類社會的巨大進步,科技是第一生產力,創新是社會發展的推動力。
二、電氣學科的發展
我國的電氣工程始于1908年上海南洋公學的電機電工學科,就是上海交大的前身,距今也有100多年的歷史了。1917年該校的電機專科設立了電訊門,即我國最早的無線電專業,如今的電子信息及計算機專業群都是由此發展演化而來的。1932年,清華大學設置了電機系。建國后,我國建立了一大批以工科為主的多科性大學,其中大多設立了電機工程系。1977年以后,大部分高校的“電機工程系”陸續更名為“電氣工程系”,近幾年來,部分高校又把“電氣工程系”發展成為“電氣工程學院”。我國的電氣工程雖然與國外名稱相同,但內涵有很大區別,我國大學一般都是強弱電分開,即電氣類與電信類分設在不同的學院。
100多年以來,電氣工程學科已發展成為覆蓋多門類交叉學科、應用領域廣闊的完善的學科,形成了強弱電結合、軟硬件結合、機電結合的學科特點。
國外發達國家電氣工程學科的發展呈現以下趨勢:
(1)在學科中融入大量信息技術知識。在全球信息化的當今,信息技術以指數速度進步,它曾對電氣工程學科的發展起到了巨大的推動作用,還將為電氣工程領域的技術創新提供工具與技術支持,對電氣學科的發展產生了決定性作用。國外發達國家的著名大學(如耶魯大學、麻省理工學院等)大都把電氣工程、通信工程、計算機工程放在同一學院,以利于在電氣工程學科中融入大量的信息技術知識。
(2)與其他學科不斷交叉融合,拓展了研究領域,大量的研究都是在跨學科領域開展的。
(3)與企業聯系密切,科技成果轉換能力強,引領產業技術更新。
三、電氣技術的發展趨勢
與電氣工程學科相關的產業主要有電力工業、電氣裝備制造業以及幾乎所有使用電力的行業,電氣技術的發展與應用也主要集中在這些行業。
1.可再生能源技術
1995年全球可再生能源僅占一次能源的18%,預測到2050年可再生能源要占一次能源的22%,21世紀,光伏技術、風電技術、生物質發電技術等得到了快速發展。下面著重介紹人類的未來能源――氫能。科學家們一直致力于研究把氫能作為人類未來的能源,氫能有其他能源無與倫比的優勢:
(1)清潔。其反應后的生成物為水和氮化氫,對環境沒有污染。
(2)儲量豐富。地球上的海水所含的氫用來發電就夠人類用數億年。
(3)熱值高。單位重量的發熱量叫熱值,氫的熱值是汽油的3倍,煤炭的4倍。現在世界上很多國家正在斥巨資研究這一能源,但目前還處在實驗室階段,距工業應用還有一段距離。
2.輸電信技術
超導技術在電氣工程中的廣泛應用已成為發展趨勢。
(1)超導儲能系統。將電能轉換為電磁能,利用超導線圈儲存起來。超導儲能系統是除電池儲能系統之外的又一儲能系統,其使用將提高電網的安全性。
(2)超導故障限流器。利用超導體超導與正常狀態的轉變特性,快速限制電力系統故障短路電流,保障電網安全。
(3)超導大容量電纜。可大大降低輸電過程中的電耗,提高能源效率。
關鍵詞:研究生培養;課題選擇;創新能力培養;表達能力培養;綜合能力培養
作者簡介:黎靜華(1982-),女,廣西博白人,廣西大學電氣工程學院,副教授。(廣西 南寧 530004)
中圖分類號:G643 文獻標識碼:A 文章編號:1007-0079(2013)16-0016-02
電氣工程以電磁學理論為理論基礎,將電能作為研究對象,是通信和計算機信息的載體,與生命科學、材料科學、電子科學和控制科學交叉,是基礎理論性較強的交叉學科。同時也是工程性很強的專業。龐大電力工業的安全運轉、人類偉大的電氣化時代離不開電氣工程學科的發展。電氣工程學科是一門既有著強基礎理論支撐的、又有著廣泛應用背景和應用平臺的交叉混合型學科,基礎研究與應用研究并重。[1]該學科的學生既需要掌握理論分析的知識,又需要掌握服務于國家能源發展、電力工業的特殊技能。研究生教育肩負著為國家電力工業建設培養高素質、高層次創造性人才的重任,以培養科學和專門技術中德才兼備的高級科學專門人才為目的。[2]因此,應根據電氣工程學科的特點探索適合電氣工程學科的研究生培養模式和途徑,向電力行業和社會輸送更多更優秀的高層次研究型人才。
一、電氣工程學科研究生培養的目標
1.電氣工程學科碩士學位培養的目標
具有嚴謹求實的科學態度和工作作風、勇于創新的開拓意識和良好的職業素養;掌握電氣工程學科的基礎理論、系統的專門知識和必要的技能;了解本學科有關研究領域國內外的學術現狀和發展方向,具備較好的國際化視野和國際交流能力;具備獨立分析和解決本學科的專門技術問題的能力,能勝任電氣工程領域相關的科研、教學、工程技術開發及管理工作。
2.電氣工程學科博士學位培養的目標
具有嚴謹求實的科學態度和工作作風、勇于創新的開拓意識和良好的職業素養;在電氣工程學科內掌握堅實寬廣的基礎理論和系統深入的專門知識,了解本學科專業的前沿動態;具有獨立從事科學研究工作的能力,并要初步具有主持較大型科研、技術開發項目或解決和探索我國經濟、社會發展問題的能力;掌握數學的基本知識、具有應用計算技術解決本學科相關技術問題的能力,具備一定的交叉學科知識,拓寬知識面,可以開展跨學科內容的研究;科學或專門技術上做出創造性的成果,能夠勝任本專業或相近專業的科研、教學和管理工作。
為實現上述電氣工程學科研究生培養的目標,筆者認為應從多方面加強對研究生的培養。
二、課題的選擇
課題的選擇是研究生做好科學研究的基礎。良好的課題可以激發學生的積極性和創新性,主動地投入研究工作,從而獲得創新性強、有實用價值的研究成果。[3]可見,新穎、創新、具有理論意義和實踐意義的選題至關重要。導師在結合學科特點、綜合考慮學生的能力和興趣愛好的基礎上,可從如下幾個方面獲得良好的課題:
1.創造機會到電力工業或電力部門去調研
電氣工程學科是一個工程性很強的專業,具有良好的應用平臺。作為電氣工程學科的研究生,首先應了解電力工業的發、輸、配和用的各個生產環節,不僅需要到電廠、變電站、電力部門等傳統部門去調研交流,更需要到新建設的、符合國家能源發展戰略和滿足電力工業發展需要的新建設的基地和部門去調研交流,全面了解當前電力工業迫切需要解決的困難和問題,并據此作為研究的切入點或課題,將使得所選擇的課題具有重要的研究意義和價值。
2.查閱行業網站和相關的學術網站
電氣學科的研究生應多瀏覽行業信息網站,了解中國電力工業的最新發展和研究動向,并掌握國家對電力工業發展的戰略導向。其次,應多瀏覽相關的學術網站,如國外的風電等新能源網站。這些是豐富自身知識、把握電力工業發展的前沿、明晰未來工業發展方向的良好途徑。同時,也對指導科學研究的選題具有重要作用。
3.廣泛閱讀國內外文獻
尋找解決問題的方法也是科學研究或研究生科研的重要組成部分,廣泛地閱讀文獻則是獲得解決問題方法的重要途徑。通過學習經典的書籍和高水平的論文可以了解所需解決問題里程碑的方法、當前研究的進展、已有方法存在的不足以及需要改進的地方,從而明晰解決問題的方法和思路。此外,可以針對所需解決的問題開展對數學領域以及交叉學科知識的學習,運用數學知識或者借鑒其他學科的知識解決本學科科學技術問題。
4.結合導師科研項目
導師的科研項目已經是經過調研、論證比較可行的課題,研究生可以立足導師所立項目所需解決的問題去探索和研究解決問題的方法、手段,并以此作為自己的課題。一般地,依據導師的科研項目進行選題在研究經費、實驗條件等方面都有較好的保障,學習過程中融合導師的科研過程,有更多的機會與導師進行交流學習。
三、創新能力和思考能力的培養
創新能力是指利用已經積累的知識和經驗,經過科學的思維加工和再造,產生新知識、新思想、新方法和新成果的能力。[4,5]一個國家和民族創新能力的基礎是人才,尤其是具有創新能力的高層次人才。研究生培養就是要為我國培養拔尖創新型人才。筆者認為,可以通過如下途徑加強對創新能力和思考能力的培養:
1.參加學術交流會議
學術交流會議是研究生之間相互交流、相互學習、獲取科學前沿動態、實現學科交叉的一個重要平臺,其對于研究生創新能力的培養至關重要。學生可以從報告人講述的內容中感悟到不同的創新方法和思維方式,獲得廣博的知識,作為自身學科創新的物質基礎,從而以不同的方法思考本專業的問題,往往會獲得一般方法難以得到的科研成果。目前電氣工程學科舉辦的大型學術會議越來越多,比如全國電自專業高校年會、全國電工學科研究生論壇、電機工程協會的年會、博士生論壇等,研究生們都可以積極主動地去參加。
2.多參加交叉學科的學術講座
電工學科本身就是一門交叉學科。電力系統的問題也不可能僅僅依賴于電力系統本身的知識去解決,學習交叉學科的知識也是培養創新能力的肥沃土壤。在講座中,可以聽到報告人對自己學科工作的綜述和研究體會,可以學習到學術大師們治學的理念、態度和方法,從而啟迪和激發自己的思想,達到以他山之石攻自己之玉的效果。
3.重視組內學生之間的交流
相對來說,學術會議和學術講座的頻率并不是太高,且由于開會地點、時間和科研經費等的限制,學生并不能經常參加學術會議。因此,組內學生之間的交流就顯得愈加重要。課題組內不同研究方向的學生應該每周舉行一次交流會,相互匯報各自的研究成果和遇到的問題,自由爭辯,取長補短,相互促進,共同提高,使認識得到發展,在相互的交流中碰撞出新思想的火花,從而有可能產生新的科學假說,開辟新的研究途徑。
四、表達能力的培養
人最高層次的能力是表達能力,包含寫和說的能力。研究工作需要得到認可或需要得到別人建議和幫助都依賴于良好的表達。思維敏捷、條理清楚地闡述自己的學術觀點或展示自己的研究工作是使自己的科研工作得到認可或獲得有價值建議的重要途徑。可以通過如下方法加強和培養表達能力:
1.多練習口頭匯報
首先,參加會議時要爭取匯報的機會。表達能力是需要不斷練習和鍛煉的,有時候想得很好的內容未必能有條理地進行講述。其次,要勇于提問,善于表達自己的想法。同學之間的相互討論是非常寶貴的學習機會。提問不僅能充分把握新知識,且能鍛煉自己的表達能力。研究生們時常膽怯,不敢提問,生怕暴露自己知識的淺薄。錢偉長先生經常說:“報告總是不能全聽懂的,要提問題,沒有愚蠢的問題,不提問的才是愚蠢的!”青年學生應充分重視提問,在增長知識的同時提高自身的表達能力。
2.多寫學結
科學研究中一定要重視書面的表達。多數學生覺得這些問題自己已經掌握了,沒必要寫出來,殊不知這里面隱含著很大的學問。把內容和觀點寫出來是對自己工作的梳理,是理清問題的一個重要途徑。書面表達后會使得自己對問題的認識更加清晰,條理更清楚,更能加深理解和記憶。學結包括許多方面,不僅僅是寫學術論文和畢業論文,其具有多種多樣的形式,如寫開會的會議紀要、會議報道、記錄每天的學習進展、總結每周的學習內容或對某個階段成果的梳理等。
3.反復體會教師修改后的論文
人總是在學習中成長和進步的。只有充分認識到不足和發現自身與別人的差距才能更好地學習和進步。導師就是研究生階段最好的學習榜樣。不少同學并不重視導師修改過的論文、ppt等材料,這無形中損失了許多寶貴的學習機會。研究生應細細品味導師修改后的表達方式和領悟導師的意境,及時豐富和糾正自身存在的不足,日積月累,水平自然會得到快速提高。
五、綜合能力的培養
創新能力和專業知識固然是培養研究生的重要內容,但是研究生的思想修養、嚴謹求實的科學態度和工作作風、積極向上的處事態度也至關重要。俗話說:要想做好學問,首先要做好人。學習專業知識和進行科學研究并不應該是研究生學習和培養的全部。許多學生認為只要學習好就行,其他事情與他無關,這在很大程度上使學生降低了對自己的要求。在科學研究過程中,要有嚴謹的治學態度、腳踏實地做事的作風。此外,學生應該做導師的好助手,協助導師做好本科生畢業設計、課程設計的指導。對于課題組的其他公益事務研究生也應該主動承擔,認真完成,抱著“既行之,極致之”的態度,增強自己的責任心。
六、結語
培養具有電氣工程學科特點的高層次研究人才對推動電力工業的發展具有重要作用和意義。本文結合該學科的特點提出了關于研究生選題、創新能力培養、表達能力培養和綜合能力培養的具體途徑及方法,希望研究生能通過參加實踐調研、廣泛閱讀文獻、積極參加學術交流和交叉學科的學術講座以及勇于提問、善于表達等途徑全面提高自身的素質和水平,達到培養的目標,在科學或專業技術上取得創造性的成果。
參考文獻:
[1]董方敏,周學君,黃華.電氣工程碩士校企培養質量保障體系的構建[J].中國電力教育,2010,(35):45-46.
[2]《中國學位與研究生教育發展戰略報告》編寫組.中國學位與研究生教育發展戰略報告[J].學位與研究生教育,2002,(6):1-21.
[3]譚德榮,高松.工科專業學位研究生培養與論文模式研究[J].中國電力教育,2012,(34):19,33.