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電氣工程專業在美國屬于POWER A類專業,所開設的高校很多,但極大多數偏重于電子與通信、電力電子與自動控制、電路設計等弱電專業,側重強電類的不多。PSERC的宗旨為:打造未來電力系統靈魂工程師,為社會建設一個高效、安全、靈活、自適應、經濟的電力系統,提供一個能應對電力系統危急時的知識決策的培養新一代電力系統科技人才的高質量、可持續的平臺。加入到美國PSERC中心并通過ABET認證的高?;痉譃閮深?。一類偏重電力系統的設備制造、規劃設計、運行控制,如亞利桑那州立大學、德克薩斯農工大學、愛荷華州立大學、佐治亞理工學院和威斯康辛大學。另一類則偏重于自動控制、通信、物理、電子信息等,如:加州大學伯克利分校、伊利諾伊大學香檳分校、卡內基梅隆大學、華盛頓州立大學和霍華德大學。兩類大學的電氣工程專業所設學科相互支撐與交叉,滿足了電氣工程專業所牽涉的電能的生產、傳輸和利用領域開展科學研究、技術開發、規劃設計、設備制造、廠網建設、系統調試、信息處理、系統運行、保護控制、狀態監測、維護檢修、環境保護、經濟管理、市場交易以及系統的自動化和智能化等活動的需要。下面從培養目標、專業課程體系及實踐教學環節等方面對PSERC高校電氣工程專業的教學體系進行剖析。
二、PSERC高校教學體系
1.PSERC高校的培養目標。
ABET通用培養目標規定,專業應有公開的、符合學校定位的、適應社會經濟發展需要的培養目標;培養目標應包括學生畢業時的要求,還應能反映學生畢業后5年左右在社會與專業領域預期能夠取得的成就;高校應建立必要的制度定期評價培養目標的達成度,并定期對培養目標進行修訂。ABET通用標準對畢業要求明確提出畢業生應具有人文社會科學素養、社會責任感和工程職業道德;具有從事工作所需要的相關數學、自然科學以及經濟和管理知識;掌握工程基礎知識和本專業的基本理論知識,具有系統的工程實踐學習經歷;了解本專業的前沿發展現狀和趨勢;具備設計和實施工程實驗的能力,并能夠對實驗結果進行分析;掌握基本的創新方法,具有追求創新的態度和意識,具有綜合運用理論和技術手段設計系統和過程的能力,設計過程中能夠綜合考慮經濟、環境、法律、安全、健康、倫理等制約因素;掌握文獻檢索、資料查詢及運用現代信息技術獲取相關信息的基本方法;了解與本專業相關的職業和行業的生產、設計、研究與開發、環境保護和可持續發展等方面的方針、政策和法律、法規,能正確認識工程對于客觀世界和社會的影響;具有一定的組織管理能力、表達能力和人際交往能力以及在團隊中發揮作用的能力;對終身學習有正確認識,具有不斷學習和適應發展的能力;具有國際視野和跨文化的交流、競爭與合作能力。作為國家科學基金資助的校企合作研究中心,PSERC充分挖掘發揮各高校的能力,充滿激情地面對電力工業中的各種挑戰。PSERC的宗旨是為未來電力系統培養高素質的工程師。在PSERC的旗幟下,多所高校通力合作,朝著如下目標努力:共同思考未來工業會面臨的挑戰;在這個合作平臺下,利用交叉學科優勢,研究這些挑戰的應對方法;在工業危機事件時能在學術機構、工業機構、政府之間達成有效溝通和知識共享;培養下一代電力工業工程師。而校企合作研究中心PSERC則需要為下一代電力工業工程師的培養提供如下條件:為分布于美國不同地方、不同學科的有著豐富經驗的研究者提供一個聚集平臺;為企業團隊和高校專家提供一個科學前沿的具有經濟技術性的研究方向;為未來電力工程師提供高水準的培養平臺。隨著可再生能源發電、智能電網的發展,以功率變換、檢測、控制、通信、信息處理為特征的智能電氣裝備成為現代電力系統的支撐。PSERC高校電氣工程專業以工程認證為標準,結合行業發展需要,形成了具有典型特征的培養目標和畢業要求。由于新時代電氣工程專業由電子信息工程、計算機科學、自動控制等多個交叉學科支撐,幾乎所有的高校都將電氣工程專業與計算機科學專業設置在同一學院,沒有了傳統的以電氣工程單一學科形成的院系;幾乎所有的高校都將出色的專業能力、學習能力、領導能力、協調解決問題的能力作為培養目標。
2.PSERC高校的專業課程體系。
培養適應和引領新工業革命人才的基本載體是課程,工程教育是由不同類型的課程來實施的,工程教育回歸工程的本質就是課程體系要更加接近工程的真實過程,并符合新的工程觀念。ABET標準也規定,課程體系應符合專業和學校培養目標,包括通識教育課程和工程教育課程?!SERC中心倡導多個交叉學科互為支撐,其專家陣營領域包括:電力系統、應用數學、復雜系統、計算機技術、控制理論、電力電子、運行研究、非線性系統、經濟學、工業組織和國家政策。PSERC各高校均設置有適宜電氣工程學科的數學和基礎科學的組合課程;各校的研究方向略有差異,但都強 化數學、物理及工程理論的課程設置;有關電子信息、計算機技術、自動控制、通信技術、光纖通信技術、電磁場理論、電力電子技術、電機及電力系統基本理論等方面的課程,幾乎是每所高校電氣工程專業的必修課程,并設置了適宜電氣工程專業學生所學領域學科的工程科學和工程設計課程。個別高校擁有自己的諸如醫學電子電氣設備特色方向,有些高校強化人文教育。如此由若干不同學科交叉便于交叉學科的科學研究及一流人才的培養,如此寬廣的課程設置為學生后續發展打下了很好的基礎,創建的是社會性綜合大工程型通才培養的模式。
3.PSERC高校的實踐教學。
正如前述ABET標準明確指出,工程實踐是必需環節。為了保證培養目標和課程體系符合工程科技發展與適應社會需求,ABET標準規定,必須有企業和行業專家全程參與培養目標和課程體系的設計與修訂過程,尤其是提出對工程實踐與畢業設計的要求。PSERC中心加盟者不僅包括10多所在電氣工程領域著名的高校,還包括美國電力公司、水電公司、電力科學研究院、美國能源公司、美國電力交易公司等以及諸如ABB、GE、Mitsubishi等30多家世界知名的電氣企業,成立專門的工業委員會,構建PSERC與各工業企業間的合作平臺。通過該平臺,各高校獲取研究和教學的機會,也可通過該平臺商討和推薦工程項目。該平臺每兩年進行一次大型研討,企業和高校在研討中總結已完成的項目,并提出下一步要進行合作的項目。為了培養能適應于工業、商業和政府機構的電氣工程人才,要求本科生在完成基礎工程課程后,必須專門修習電路、電磁場和電磁波、微處理器、通信和控制系統、電力電子和電力系統的集成電路設計訓練課程。對大三或大四的高年級學生,針對不同學科模塊方向,設置有各種專題課程,并且配有專門的綜合設計專題,該設計課程一般安排在每年的秋季末或春季末,參加設計的學生各組間可以進行設計大賽,獲勝者有榮譽證書并獲得一定的獎金。研討課程是高年級學生必修的另一門與工程實踐結合緊密的課程。PSERC中心由合作高校和合作企業共同商議決定重大研究課題,高年級學生可以獲得參與該類研究課題的機會,其經歷將計入修習學分。高年級學生的專題及個性化研究專題一般都是企業合作項目。
三、對我國電氣工程專業建設的啟示
我國一些由傳統的電力系統及其自動化、電機與電器專業為核心的高校有少部分仍以電氣工程或電力工程為院系名稱,極大多數以應用電子和電氣并列為院系命名,但其教學內涵依然是偏重強電,就業領域以電網為主。但我國開設電氣工程專業的高校有200多所,電網對人才吸納有限,且各校的辦學基礎、行業背景差異較大,這些高校如何把握電氣工程專業的建設,如何滿足電氣工程專業工程教育認證的要求,本文認為:由上述PSERC高校已通過認證的電氣工程專業特點,有如下幾點值得我們借鑒:
1.學校根據自身辦學特點及行業背景,制定符合學校定位的人才培養目標和畢業要求。
2.將與電氣工程專業相關的電子信息、自動化、計算機專業盡量設置在同一院系,便于交叉學科的研究和人才培養。
3.在電氣工程基礎課程體系中,擴展電子計算機技術、信號分析與處理、自動控制、網絡通信等方面的課程,根據自身辦學特點制定專業課程群,實現強電與弱電結合,學科交叉,互相滲透,加強基礎、拓寬專業領域,提高學生的適應能力、學習能力,打造通才教育。
4.各學校根據自身的專業優勢與行業背景,設置專業必修課和專業選修課,并對實踐環節和畢業設計提出配套要求,培養與培養目標對應的寬口徑厚基礎特色人才。
5.可以借鑒PRESC中心的高校與企業聯盟的模式,建立可以共同探討共同決策的校企聯合基地。
作者:唐愛紅 周新民 梁青 侯慧 單位:武漢理工大學自動化學院 華中科技大學