5G时代传统电气工程课程体系面临的挑战

    辛守乔　陈仁辉

    

    摘 要：5G时代泛在电力物联网对高校电气工程课程体系的设置提出新的要求，大学电气工程教学应将基础课程、必修专业课程以及选修专业课程组成有机的统一体;加强基础课程与必修专业课程的知识点融合，提高大数据、物联网、人工智能、区块链等现代新工科选修专业课的比例，根据电气专业特点合理设定选修内容;通过引进双师型老师、企业工程师，产、学、研校企合作等手段，提高教育教学质量。调整优化培养目标，着重学生的创新性思维与实践中的精湛技术能力培养。

    关键词：5G;泛在电力物联网;选修专业课程;电气工程

    中图分类号：G642文献标识码：A

    5G时代的来临，意味着信息传输更快、容量更大、可靠性更高，5G技术在未来定会引发新的世界技术革命，产生新的社会分工变革。5G时代泛在电力物联网的建设是国家在世界经济格局发生变化，国内经济转型时期做出的重要决定[1]。

    泛在电力物联网将实现风、日、生物质、潮汐、地热等清洁能源的立体空间互补与消纳。供电方和售电方的角色也会在泛在电力物联网时代发生变化，双方将处于统一体，你中有我，我中有你。任何清洁电力能源的生产单位及个人可以通过云电力竞价上网，将电力卖给其他企业及个人，也可以购买其他供电方的电能。电力系统的生产、传输、分配与消费四个环节将会以5G技术为载体，利用大数据、区块链、人工智能的现代科学技术彻底实现电力网络的万物互联。同时，定制型的个性化服务[2，3]，打造云电力信息网络平台，实现机关、企业、用户等不同客户的差异化信息获取将是电力物联网的一个重要功能。此外，在提高服务质量的同时，泛在电力物联网将会吸引更多的社会机构和人力资源参与到建设中来、协同开展技术攻关，提升网络安全。

    由此可见，5G时代泛在电力物联网将是一个延伸到各个电力电气行业的产业链[4]，促进整个电力电气行业的生产消费格局发生变革，本质上是以5G技术为通信手段，以泛在电力物联网技术为平台，对社会资本、人力资源，各种生产要素的重新组合与优化。与此同时，泛在电力物联网所带来的能源消费变革必然导致社会行业对电力电气工程专业人才提出更高的要求，电力电气人才的竞争相对以前也更加激烈和多元化，这就决定了高校各种专业课程体系的设置要与时俱进，体现时代特征，发现原有课程体系设置的不足之处，以便进行相应的改革。

    一、泛在电力物联网呼唤复合型电气人才

    （一）建设泛在电力物联网的物质基础及意义

    特高压电网、智能电网是国家电网公司“三集五大”的战略体现，为泛在电力物联网的发展提供了参考和借鉴。泛在电力物联网是智能电网发展的继承，是更加广泛意义上的智能电网，不仅包括电力系统及设备，而且包括顶层服务与应用;而智能电网则为泛在电力物联网的实现提供了坚实的基础，为万物互联提供了保障。具体表现在：（1）传统电力电气设备的运行操作由电缆直接驱动转变成光纤通信智能终端驱动，同时智能终端可以采集设备状态信息回传到集控中心。（2）送变电设备的温度、湿度、灰密度测试由运维人员采用手持式设备进行巡视记录。目前500kV以上的变电站已经全部实现机器人巡视，数据统一采集、统一传输。（3）射频标签、zigbee技术的应用初步实现了电力设备的动态组网和数据单向传输。（4）公司建成的ERP系统，对每个劳动力，劳动工具进行身份编号统一管理，大到输变电设备，小到扳手，实现所有“人，财，物”的资产全寿命周期监控和精细化管理。（5）通过建设输配网智能系统对设备进行精益化管理，实现主配网设备实时状态检测和自我分析、判断、处理。电力设备从投运到报废的整个资产全寿命周期中，泛在电力物联网将会对它的运行工况进行全面监测，将信息的获取和应用进行时空分离并使其成为增值资源。对于多数相关企业来说，无需亲临电力系统实体，也无需了解电力系统的运行机制，就可以利用电力物联网云的后台数据开发出各种实用技术服务其他企业和个人并获取报酬。可以想象，泛在电力物联网的建设必将产生大量以电力数据应用为核心的服务型科技企业，开辟新的市场。

    （二）泛在电力物联网对高校电气学科的要求

    电气工程专业课程教学方面，应积极吸纳物联网、大数据和人工智能等理论知识，因地因時增加实践类授课环节和学时，构建校内、外教学资源，培养符合5G时代泛在电力物联网要求的复合型电气人才。有条件的高校可以与企业联合建立“产、学、研”教学实践基地，以学懂、学透、能用、会用为宗旨，通过校内授课、企业实操和产学结对互助等形式夯实学生的理论基础，提高学生的操作技能及交叉学科应用能力。科研方面，高校电气学科科研团队的建设，应吸收交叉学科领域的人员，积极与校内外的物联网、AI等学院、公司合作，了解行业动态，提升综合科研实力。

    二、传统电气工程专业课程体系的不足

    （一）教材内容重复，浪费师生精力

    高校电气工程及其自动化专业所设置的各种专业课程，教材选用和内容选择及师资力量的搭配共同构成了该学科的课程体系。对于教材选用和内容取舍应该充分考虑到不同专业课程的特点以及它们的联系。但是对于教材的选择和内容的选取往往是以各授课教师的个人意志为转移，缺乏对教材内容及侧重点的统一调研，因此在实际授课过程中，相似或相近的内容被重复的讲授，主要体现在如下两点：

    （1）专业基础课程与专业核心课程的内容重复。例如，电机学属于基础课，侧重电机的基本工作原理分析，电力拖动属于核心课，侧重于电机的控制应用，但是仍然有近三分之一的电机基本工作原理方面的内容出现在电力拖动课程中，无形中浪费了学生的学时，也增加了学生的负担。

    （2）教科书订购选择不严肃导致专业核心课程的内容重复。譬如教材《发电厂电气部分》和《工厂供配电》都是电气工程及其自动化专业学生必修的核心课程，其教材内容大部分一样，只是称呼不同。但是在教材征订过程中，缺乏相关的内容审核机制，其结果就是教师重复备课，学生重复上课。下表列举了目前电气工程部分专业课的内容重复情况。

    诚然，教材的内容有重复并不是说编者不熟悉专业课的理论体系，而是学院各系在进行专业课设置的时候缺乏必要的协调统一。

    （二）理论与实际联系较弱，学生吸收困难

    以我校电气工程专业为例，在电气工程课堂教学中，尽管多数老师在备课阶段进行了充分的准备，授课过程也采用了PPT、视频多媒体、提问互动、线下答疑和游戏抢答等多种表现形式，但是仍旧局限于教科书的内容知识点，缺乏外延扩展，教学目标以学生掌握教材知识点为准，而不是如何应用该知识，以至于学生对专业知识的应用条件、背景及场合比较模糊，知识体系不健全。一堂课下来，学生只是掌握了基本的概念、定理，听课效果好的同学可以进行简单的计算，但是多数学生对于知识点的具体工程应用及各个专业课内容的联系缺乏认知，难以进一步夯实理论基础，更不要提灵活运用。

    （三）内容难以体现时代特征和需求，专业学科发展缺少创新

    教师对于教学的内容缺乏认知度与更新[5，6]，使得传统电气工程专业课程设置不适应现代电力电气的发展趋势。文献[7]提出设置专业化的电气工程及自动化课程并改变教师的教学理念。文献[4]提出减少公共基础课的学时，以学生的爱好为导向增加专业课学时。将电气工程专业划分为若干方向，根据方向特点增加配套课程。文献[8]在课程规划方面更加注重学科发展方向，专业特色明确。文献[9]注重学生的就业领域，把学生的兴趣和要从事的工作对接起来，在以结果为导向的电气工程专业教学改革探索中提出以岗位能力要求为内容，充分对接国家电气工程行业要求。

    上述几种课程体系改革方案在本专业领域能够让学生的学习变得更加有针对性，目标明确。但是随着5G时代通信和信息技术在各领域的渗透，企业对“业务专一”模式培养的电气工程毕业生提出了更高的创新性和适应性要求。因此，作为电气人才培养的主要手段——电气工程专业，应不断创新，适应新时代要求，优化与改革现有的电气工程本科专业课程体系，培养新时代复合型电气人才。

    参考文献：

    [1]国家电网公司2019年1号文件[R].

    [2]许天骄.建设综合能源服务共享平台[N].亮报，2019-04-03（2）.

    [3]杨秀.建设泛在电力物联网可满足更多个性需求[N].国家电网报，2019-04-5（1）.

    [4]陈厚合.泛在电力物联网将极大激活上下游产业链[N].国家电网报，2019-04-16（1）.

    [5]於鋒，吴晓，吴晓新.工程教育专业认证下电力拖动自动控制系统课程教学改革[J].教育现代化，2018，（51）：59-60.

    [6]徐江莉，康家林，荆科科，等.高职电气自动化专业“教·学·做一体化”教学的探索与研究[J].科技资讯，2014，（35）：121-122.

    [7]陈立奇.基于CDIO的电气工程及其自动化专业课程教学改革与实践[J].教育现化，2018（13）：80-81.

    [8]辛华健.新形势下电气工程专业人才培养方案调整与优化[J].时代教育，2018，（07）：151.

    [9]张文娟，张志刚.以结果为导向的电气工程专业教学改革探索[J].中国电力教育，2018，（03）：71-73.

    作者简介：辛守乔（1980— ），男，汉族，吉林长春人，博士，讲师，研究方向：智能电网;陈仁辉（1985— ），男，汉族，吉林长春人，硕士，讲师，研究方向：配网自动。