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2 城市軌道交通電氣安裝工程施工中的質量控制
(1)建立完善的規章制度。城市軌道交通電氣安裝工程中的實際施工中,施工方需要建立完善的規章制度,對安裝工程施工人員的工作規范做出要求。在實際的施工過程中一些安裝人員對施工的要求并不了解,安裝的電氣設備與城市軌道交通的要求有些不符合,最后再進行電氣設備的拆除。這樣的方式對施工方造成很大的經濟損失。因此,完善的體質對施工安裝人員的工作規范具有重要作用,在實際的電氣安裝工程對工作人員進行監督,加強對電氣安裝工程施工人員的技術培訓,建立明確的懲罰機制,提高施工人員工作的積極性,從而提高整個電氣工程施工人員的安裝技術。
城市軌道交通電氣設備中存在的問題對城市軌道交通中電氣安裝工程的質量至關重要,當前,一些城市軌道交通在電氣設備的設計方面還沒有形成嚴格的體系,在所以說在電氣設設備的安裝中出現了各種各樣的問題,影響到城市軌道交通的通行質量。因此,必須充分重視電氣設備的質量,保證電氣設備的質量和功能可以滿足城市軌道交通的需要。因此,在實際的工作過程中施工單位應該加強對施工人員的培訓,聘請專業的電氣安裝人員對設計人員進行分析和指導,保證設計出來的圖紙能夠通過有效的措施來保證城市軌道交通電氣安裝的施工質量。
(2)在城市軌道交通電氣安裝中使用直流電機。對于城市軌道交通來說,車輛一般情況下使用的是徑向的轉向架,這種轉向架屬于一種自導式的模式,優點是結構比較簡單,在車輛上使用比較容易通過半徑比較小的曲線,在某種情況下可以保證線路在運行中的平穩度。在城市軌道交通的施工的電氣安裝中,直線電機采用的主要是直線感應的方式進行電機的牽引,主要的構成是轉向架上面的定子和鋼軌在進行鋪設的時的感應板。城市軌道交通電氣系統利用直線電機進行工作的時候會產生很大的推力,同時還會產生側向力,城市軌道交通電力系統在對推力的工作點進行選擇的時候應該充分考慮到直線電機產生的側向推力和垂向力,城市軌道交通在對直線電機進行制動的時候,英愛采用再生制定和反接制動,這樣城市軌道車輛在緊急制動的時候,采用的是空氣制動和再生制動的方式,利用城市軌道車輛的非黏著特點,在城市軌道交通系統中使用直線電機具有非常大的優勢。
對于城市軌道交通電氣系統中的直線點擊來說,直線電機的牽引是一種非黏著驅動,不會軌道車輛的輪軌之間的黏著造成限制,因此,軌道交通車輛的爬坡能力是非常好的。對于一些常規性質的鐵路來說,爬坡的能力比較城市軌道交通車輛是有一定的限度的。在城市軌道交通系統中使用直線電機可以很大程度上提高軌道車輛的爬坡能力,在爬升的時候具備良好的靈活性能。直線電機在牽引的過程中不需要使用減速齒輪,這樣在對轉的時候具有一定的自由度,可以利用徑向的轉向架通過車輛來設置組成半徑,減少線路建設的具體長度,在城市軌道交通電氣系統中使用直線電機具有非常好的導向效果,降低城市軌道車輛的整體高度,在可以行走的區間之內是的斷面的面積降到最小。
作者簡介:李自成(1970-),男,四川資陽人,成都理工大學工程技術學院自動化系,副教授。(四川?樂山?614000)
中圖分類號:G642.0?????文獻標識碼:A?????文章編號:1007-0079(2012)20-0086-02
電氣工程及其自動化專業在電氣信息領域起著十分重要的作用,主要研究電能的產生、傳輸、轉換、控制、儲存和利用,同時有關電能的轉換及使用的控制在該專業所占的地位也日益重要。[1,2]它和人們的日常生活及工業生產聯系越來越緊密,因而發展迅速,已經成為高新技術產業的重要組成部分,并成為很多高校的一門重要學科。而成都理工大學工程技術學院在2005年成立了電氣工程及其自動化專業,在專業發展過程中注重實踐課程體系的建立。為了適應當今社會關于應用型人才的培養要求,加強學生的動手能力和實踐技能,突出工程能力和工程素質的培養,結合電氣工程及其自動化專業的人才培養方案制訂了電氣專業工程訓練教學計劃,形成了科學的電氣工程實訓課程體系。體系以培養學生在電機及其電力拖動技術、電力電子與電氣傳動技術、電氣控制技術、電力系統自動化技術等方面的工程技能為基本目標,旨在提升學生在電氣領域的知識應用水平和綜合創新能力,構建起理論知識學習與實際技能訓練、單項能力培養與綜合素質提升之間的橋梁。
一、課程目標定位
課程體系反映了應用型本科對知識能力方面的要求。應用型本科同一般普通本科的培養體系是平行的,相比具有鮮明的技術應用性特征。[3]在培養規格上,應用本科培養的不是學科型、學術型、研究型人才,而是培養適應生產、建設、管理、服務第一線需要的高等技術應用型人才;在培養模式上,應用本科以適應社會需要為目標,以培養技術應用能力為主線設計學生的知識、能力、素質結構和培養方案,以“應用”為主旨和特征構建課程、教學內容體系,重視學生技術應用能力的培養。基于應用型本科的性質,為了加強對學生實踐能力的培養,使學生盡快掌握本專業領域的技能,因此整個體系強調建立一個系統化的實訓過程,通過實訓,學生應該具備以下技能:
掌握電機和電力拖動技術,熟悉變壓器、直流電機、交流電機的結構,通過實訓熟悉電機運行原理和調速原理。
掌握電力電子與電氣傳動技術,熟悉各種電力電子器件的應用,能正確使用變頻器,并能初步進行電機調速電路的設計和調試。
掌握電力系統自動化技術,通過實訓熟悉繼電保護基本原理,利用MATLAB進行潮流計算,并能進行初步的短路分析。
熟練掌握工廠電氣控制、電氣設計軟件等開發平臺和應用技術,能夠進行系統控制程序設計或者利用軟件進行電路的設計。
掌握電氣系統或者控制程序的調試方法,能通過實際操作較好地判斷出電氣系統或者控制程序的缺陷,并進行改進。
為了節約成本,加快開發過程,能夠用仿真軟件對電路進行仿真,熟練使用各種仿真軟件,包括Protel DXP等。
能熟練使用各種檢測工具,具備對低壓電器的認知和感性認識,熟悉每種低壓電氣的正確用法,能進行初步的設計,選擇出滿足要求的電器。
二、課程體系的構成原則
實訓基于各課程各章節內容或者課程之間聯系,以實訓項目為主體和載體,以程序或者電路系統設計作為驅動,實現知識、技術、能力和素質的全面提高。以實訓課程體系作為實訓目標的基礎,制訂完善的實訓計劃體系,同時堅持了以下原則:
以就業實際需求為導向,以能力培養為核心,以學生適應就業崗位為目標,以崗位技能為重點,兼顧長遠發展。
注重知識、技術、能力、素質的協調發展,使學生通過實訓既鞏固了所學的知識和技術又提高了應用知識、技術的能力,使素質得到升華。
以實踐能力和工程訓練為重點,突出技術應用能力培養,強調在應用中創新,通過解決問題綜合運用所學的知識。
課程體系體現了開放性、靈活性,及時反映了新能源技術的發展以及新技術的應用。
課程體系與人才培養方案的課程體系銜接,分別針對電氣技術、電力系統自動化、電力電子等方向設立實訓課程。
三、分層次模塊化實訓教學體系的設立
電氣工程及其自動化專業主要是研究電能應用的專業。近幾十年來,有關電能的轉換、控制在該專業所占的地位日益重要,專業名稱中的“及其自動化”反映了科學技術的這種發展和變化。電氣工程及其自動化專業的專業范圍主要包括電工基礎理論、電氣裝備制造和應用、電力系統運行和控制三個部分。[4,5]因此實訓課程的設立也應該反映這些專業范圍。首先,電工理論是電氣工程的基礎,主要包括電路理論和電磁場理論。這些理論是物理學中電學和磁學的發展、延伸。而電子技術、計算機硬件技術等可以看成是由電工理論的不斷發展而誕生,電工理論是它們的重要基礎。電氣裝備制造主要包括發電機、電動機、變壓器等電機設備的制造,也包括開關、用電設備等電器與電氣設備的制造,還包括電力電子設備的制造、各種電氣控制裝置、電子控制裝置的制造以及電工材料、電氣絕緣等內容。電氣裝備的應用則是指上述設備和裝置的應用。電力系統主要指電力網的運行和控制、電氣自動化等內容。制造和運行不可能截然分開,電氣設備在制造時必須考慮其運行,如電力系統由各種電氣設備組成,其良好的運行必然要依靠良好的設備。
針對專業范圍,電氣工程及其自動化專業工程訓練在學院工程訓練中心進行。訓練內容劃分為工程認知訓練、專業技能訓練和綜合創新訓練三個層次。由于我院從專業建立初期就注重實驗室的建設。目前訓練條件優良,已建有電氣技術實訓室、電機及拖動實驗室、電力自動化及繼電保護實驗室、電力電子及傳動控制實驗室等專業實驗室。同時,學院工程訓練中心為進一步提升學生在電氣工程領域的綜合創新能力,建設了數控加工中心、基于先進控制技術的運動控制實驗室和柔性制造中心,突出真實的工業應用環境,突出強化學生在系統分析、系統設計、系統開發等方面的工程訓練,有利于高水平應用型人才的培養。
我院電氣工程及其自動化專業課程體系設立了三個方向:電氣技術方向、電力電子技術方向、電力系統及其自動化。針對不同方向和實訓層次設立不同的課程。如圖1所示。
首先,工程認知訓練是電氣工程及其自動化專業整個教學過程中一個重要的實踐性環節。該環節包括生產實習等內容,使學生在生產實際或者科研中驗證從課本上學到的理論知識,加深對知識的理解和認識,從而鞏固所學知識并體會知識的應用價值;培養學生綜合運用所學的理論知識去觀察、解釋并進一步嘗試解決生產實際或者科研過程中發生的問題,提高分析問題與解決問題的能力;使學生了解企業的生產工序、工藝流程、管理制度,從而獲得與本專業有關的實際生產知識,并擴大專業知識面;培養學生從事技術專題調查、搜集資料和進行研究的能力,并為即將進行的畢業設計和論文打下良好的基礎。其后是專業技能訓練,針對專業應用領域設置模塊,包括電機、電力電子技術、電力系統自動化、電氣傳動自動控制系統、PLC、電氣CAD等。而學生專業技能是一個復雜的技能系統,諸多技能之間既相互關聯又相互影響,其訓練途徑及實施辦法亦多種多樣,同時必須具備整體性、科學性和互動性。因此,專業技能訓練方案的制訂,內容上密切結合學科和緊扣本專業的培養目標,與專業培養方案一致,注重能力的提高和知識的應用,注重開放性和拓展學生的思維空間構建與理論教學相輔相成、以能力培養為主線的技能訓練方案,為專業培養方案的貫徹執行服務,以適應教育教學改革發展的需要,全面提高人才培養質量。最后是綜合創新訓練,為實現個性化培養提供先進的創新設計、制作的環境與條件。通過綜合創新訓練為學生創造一個能培養興趣、產生好奇心的環境,使他們在這里自己動手創新制作、激發創造力。以創新思維和創新制作能力的訓練為核心,充分發揮學生的自主能力和綜合運用所學知識的能力,培養更多高素質、復合型、應用型人才。綜合創新訓練不但能夠培養學生的綜合素質,增強學生的工程實踐能力,而且還有助于培養學生的創新精神和創新思維,起著其他課程不能替代的作用。
整個課程體系對應于工程素質訓練、金工實習、電機及拖動技術實訓、控制理論和控制系統實訓、PLC與變頻器應用技術實訓、單片機技術工程訓練、CAD實訓、電力系統自動化實訓、電力電子與電氣傳動實訓、自控系統綜合實習、調速系統綜合設計、供配電系統綜合設計等實訓。同時為了突出應用型本科的特點,增加了“Protel DXP實用教程”和“電氣工程CAD”與實訓環節聯系緊密的課程。實訓課內容如表1所示。
通過該課程體系使學生能夠初步了解機電工程的基本研究領域,具備電氣基本操作技能,掌握電機及拖動系統的類型、組成和控制方法,掌握控制理論及自動控制系統的組成,具備對一般機電控制系統的安裝、分析和維護技能,掌握常用電力電子器件的特性,并能根據要求設計出實用電路,掌握可編程控制器和變頻器的使用方法,具有一定的電氣控制系統開發能力,在本專業領域內具備一定的科學研究、科技開發和組織管理能力,具有較強的工作適應能力。
四、結論
電氣工程及其自動化專業自2005年在成都理工大學成立以來,針對本學校學生的入學基礎和就業的實際情況對實踐方面的教學課程體系不斷調整,增加了“Protel DXP實用教程”和“電氣工程CAD”與實訓環節聯系緊密的課程,增加了綜合創新訓練課程,已經形成了完整、科學的實訓體系。從目前的實際運行情況來看,通過實訓,學生的就業率得到提高,同時學生到企業后熟悉崗位的時間縮短,得到了用人單位的好評。
參考文獻:
[1]賈文超.電氣工程導論[M].西安:電子科技大學出版社,2007.
[2]范瑜.電氣工程概論(第1版)[M].北京:高等教育出版社,2012.
作者簡介:李俊峰(1978-),男,河南南陽人,浙江理工大學機械與自動控制學院,副教授;潘海鵬(1965-),男,河南濮陽人,浙江理工大學機械與自動控制學院,教授。(浙江 杭州 310018)
基金項目:本文系2009年浙江理工大學電氣工程及其自動化新專業建設項目(項目編號:xzy200905)、2012年浙江理工大學電氣工程系列課程建設項目(項目編號:XLKC1203)的研究成果。
中圖分類號:G642.0 文獻標識碼:A 文章編號:1007-0079(2013)05-0059-03
隨著社會的發展,其對學生的能力、素質要求越來越高,《國家中長期教育改革和發展規劃綱要(2010-2020年)》又一次明確要求學校在人才培養上堅持“德育為先,能力為重,全面發展”。[1]目前,我國高等教育長期形成的以傳承知識為中心的觀念使教師注重傳授知識,忽視工程能力,使學生滿足于對知識的學習和記憶,注重模仿和重復以應付考試,缺乏解決實際問題的能力和創新能力。社會更看重的是學生的工程應用能力與創新能力,而對學生能力素質的培養需要相適應的培養方案、課程體系。[2-4]
浙江理工大學(以下簡稱“本?!保╇姎夤こ碳捌渥詣踊瘜I2009年經教育部批準開始招生,本校的電氣專業主要有兩個培養方向:電機與電器和電力系統自動化。由于是新專業,這兩個方向并沒有嚴格分開,也就是說,這兩個方向的課程學生都要學習。與國內清華大學、上海交通大學、西安交通大學、浙江大學及東南大學等高校的電氣專業相比,本校的電氣專業剛起步,辦學經驗不足,專業建設更處于較低水平。為了避免電氣專業學生在起步階段與其他名校學生拉開差距,本校汲取其他高校在電氣專業辦學上的經驗和長處,結合該專業的培養目標及培養特色,開展面向工程創新人才培養的“電氣工程”系列課程建設,這對電氣新專業的建設將起到舉足輕重的作用。
一、建立教授為首的系列課程
本校以實際工程為背景,以工程素質和工程創新能力培養為目的,構建電氣工程及其自動化專業的知識體系和課程體系。電氣工程系列課程主要包括電力電子與電氣傳動、電力系統自動化、嵌入式系統及自動控制四個系列課程。電力電子與電氣傳動系列課程包含的課程有“電機及電力拖動基礎”、“電力電子技術”、“電機設計”、“運動控制系統”、“MATLAB與系統仿真”及“電氣傳動大型綜合設計”;電力系統自動化系列課程包含的課程有“電力系統分析”、“繼電保護技術”、“電力系統自動化”、“高電壓工程”、“供變電技術”及“建筑電氣與自動化”;嵌入式系統系列課程包含的課程有“單片機原理與應用”、“電源技術”、“ARM嵌入式系統技術及應用”、“現場總線技術”、“DSP技術及應用”及“單片機原理與應用”課程設計;自動控制系列課程包含的課程有“自動控制原理”、“現代控制理論”、“智能控制導論”、“計算機控制技術”、“紡織電氣控制”及“控制系統組態設計”。
以本校電力系統自動化系列課程建設為例,探討一下電力系統自動化系列課程的改革情況以及建設特色、建設成效。
二、系列課程建設改革
1.加強教學隊伍的建設
為了建設電力系統自動化系列課程,保證教學質量,提高教學水平,不斷深化教學體系和教學內容的改革,本校建立了一個電力系統自動化課程教學團隊。該教學團隊共有教師9人,其中教授2人(博士生導師1名),副教授5人,講師2人;具有博士學位6人,在讀博士1人;45周歲以上2人,其余均為35周歲以下的青年教師。成員學歷與職稱層次高,年齡、知識、學緣結構合理,團隊意識強,合作出色,另外,還聘請了5名相關專業指導教師。
電力系統自動化系列課程建設組的職責、功能、任務是:制定課程體系;整合課程內容;修訂教學大綱;相互隨課堂聽課;開展教改和教學法研究;規劃和編寫教材建設;教學與檢查實驗;培養青年教師。
2.教學內容與課程體系改革
(1)課程體系科學化。以電力系統分析精品課程的建設為龍頭,按照整體優化、突出特色的原則,圍繞本校紡織電氣特色,形成一整套科學的、具有鮮明特色的專業課程體系和建立一套適應性更強的“421”全方位教學新體系,即通過理論教學、CAI技術、實踐教學、參與科研等環節,促進教學質量和教師學術水平的提高,最終促進學科建設的發展。而學科建設的發展是否達到預定目標,還要和預定目標進行比較,根據比較結果改進教學方法與手段保證目標的實現。同時,根據各課程之間的內容銜接完善現有教學計劃,從時間上順序相連,從內容上環環相扣,使課程體系科學化。
(2)教學內容現代化。根據本校電氣工程及其自動化專業的培養目標和特色,修訂面向21世紀、科學合理、嚴格規范的電氣工程系列課程教學大綱和教學方案,更新教學內容,使教學內容現代化;選用面向21世紀課程教材、“十一五”國家級規劃教材或國家級優秀教材等,注重教材的先進性與前瞻性;講課時引入教師科研中運用的新技術、新方法、新設備等,使學生不僅能夠掌握基礎理論與實際應用,而且能夠關注學科前沿。
3.實驗(實踐)教學的改革與建設
電氣工程及其自動化專業是工科專業,培養的是工程人才,必須以工程實踐為基礎,以實踐作為立足的根本。[5]目前,本校電氣工程專業開設的實驗都是驗證性的實驗,學生只要按照實驗指導書上的實驗步驟按部就班地操作就可完成實驗。但是,電力安全生產具有一定的特殊性和重要性,對于電氣設備的操作、電氣設備事故和異常情況分析處理等電力生產運行的主要內容,需要學生動手操作,要求學生有工程實踐體驗,不能只紙上談兵?;谝陨系恼J識,本校在以下幾個方面進行了改革和建設:
(1)根據電氣工程行業特點結合本校的實際情況,通過軟、硬件開發改造實踐教學平臺,使實驗過程接近于實際的工作環境,為課程設計、畢業設計和學生科技創新提供一個良好的實踐場所。
(2)開發電力系統分析實驗平臺,精心設計實驗教學內容并修訂實驗指導書,增加創新性、綜合性、設計性實驗的內容。綜合性實驗要體現專業課程間的整體性和連貫性,打破單個課程進行實踐教學的界限,實現一體化實踐教學體系。例如在“微機保護”實踐教學中,可以綜合“單片機原理”、“電力系統分析”、“電力系統調度自動化”、“電力系統仿真”等多門課程知識。此外,鼓勵學生積極參與實驗室的建設和設備開發,綜合訓練學生的自學能力、獨立思考能力、實踐動手能力及對所學知識的綜合應用能力等,提高學生的科技創新能力。
(3)選擇教師科研過程中的生產實踐問題作為教學案例,使學生將實踐教學與工業現場相結合,從而鍛煉學生解決生產實際問題的能力,同時可以為生產企業提供技術支持。
(4)編寫電氣工程大型課程設計任務書,課程設計來自教師的工程設計課題,與實際應用相結合。例如35kV或110kV變電站的設計等,讓學生通過大型課程設計,熟練掌握變電所設計主要內容及設計流程,把電氣工程系列課程知識串在一起,形成系統化,使學生得到一次綜合性應用鍛煉,有利于他們對知識的掌握、鞏固、以及對知識的綜合應用。同時將課程實驗、畢業設計、課程設計、科研實訓多個環節相結合,充實教學內容和提高教學效果及本科生畢業設計質量。
(5)對學生開放實驗室,開展預約實驗、興趣實驗,力爭實現網上實驗。這個開放包括兩個方面:一是實驗時間開放,實驗室安排一個時段完成某一個或某一類實驗,由學生自己來預約實驗時間和實驗內容;二是實驗內容開放,即實驗指導書只提出實驗的基本要求,由學生自己來設計實驗的具體內容、步驟和實驗線路。
(6)利用MATLAB電力系統仿真工具箱開發潮流計算軟件、負荷計算軟件、短路電流計算軟件、微機保護算法等,搭建電力系統仿真平臺,進行電力系統各種短路、變壓器勵磁涌流、變壓器保護、線路保護等各種仿真研究。并將開發的各種軟件移植到電力系統自動化實驗裝置中,檢驗這些軟件和算法的實用性。
4.教學方法與手段的改進
(1)提問式教學與啟發式教學相結合。在課堂教學中,應以教師為主導,學生為主體。學生可以自由發表意見,對有見地的學生發言要充分肯定,鼓勵創新思維,鼓勵個性發展。對理解有失偏頗甚至理解錯誤的學生,不要挫傷他們的學習積極性,要給以鼓勵,給予正確引導。教師要潛心研究、精心備課,做好課堂教學策劃,營造一個和諧寬松的課堂氛圍,讓學生懷著輕松愉快的心情參與學習,調動學生學習專業知識的興趣和學習的主動性;教師結合課題進行案例分析,把研究性學習的方法貫穿在專業課程的教學中。
(2)互動式教學與討論式教學相結合。在課堂教學中,教師充分調動起學生“參與”的興趣,引導學生積極思考并提出問題和解決問題,與學生形成互動。此外,在教學結束時,教師可以給學生提出一些問題,讓學生在課外準備,留作下次課進行討論。學生為了準備這些問題,事先必須對本章節進行學習,查閱相關資料。這種方法促使學生積極地思考,提高學生的自學能力和創新意識。
(3)多媒體教學與傳統教學方法相結合。多媒體教學具有信息量大、速度快、圖文并茂、聲形相應、生動逼真等特點,可以使教學過程更加生動、直觀,使學生全方位地接受信息。例如,繼電保護的動作過程、控制回路的動作過程、高壓電器的工作原理等內容都可以開發和制作成FLASH動畫,教師在講課過程中反復操作,既可以吸引學生又使該內容容易被學生接受。但是,多媒體教學也有不足之處,例如會使學生來不及記筆記,或為記筆記而不注意聽課。課堂上全部采用多媒體教學,效果往往也不理想。因此,可以將多媒體教學與傳統的理論教學結合起來,一方面通過多媒體讓學生了解更多的知識,擴大信息量;另一方面,學生也可向教師直接提問,形成互動以解決學生在學習過程中遇到的問題。
(4)充分利用網絡。目前,本校已經開通了無線上網功能,學生可以非常方便地通過手機等在校園和生活區上網,這為加強教師與學生的互動提供了條件。學生有問題時可以利用網絡將問題發往郵箱,教師通過回復郵件來解答學生的問題;此外本校建立了4A網絡教學平臺,“電力系統分析”、“供變電技術”等已經申請了網絡課程,學生可以在課程網站直接下載許多學習資源。教師也可以通過“網上答疑”系統與學生在線交流,解答學生的疑問,探討共同關心的問題,了解學生的學習和其他方面的動態,及時調整教學方法和進度。
(5)教學與科研互動。本校提倡“雙師制”教學模式,將理論講解和工程實踐相結合。以教學帶科研,以科研促教學,實現教學科研雙贏。
(6)采用案例教學、現場教學。采用現場教學手段不僅使教學內容形象化而且可以加大教學信息量,使學生能以工程為背景,理論聯系實際,加探對知識的掌握,做到學以致用。
(7)數字虛擬實驗。隨著電力系統的發展,現有的純物理的動模實驗室已經難以滿足現代電力系統實驗教學要求;而且,本校電氣工程及其自動化專業是新專業,實驗儀器數量不足,實驗場地和教學經費有限。數字虛擬實驗可以使學生在計算機上仿真電力系統的各種穩態和暫態過程,例如利用LabVIEW中的Prony分析工具對三相短路電流進行分析,得到各個模態的信息。此外,出于安全性的要求,很難將純物理的實驗做到開放性和設計性,數字虛擬實驗可以實現實驗的開放性和設計性,對于培養學生的實踐能力、創新意識和創新能力大有裨益。
5.考試改革
學校應注重對學生平時學習狀況與效果的考查,將其按適當比例計入期末總成績,其中卷面考查占50%,綜合性、設計性實驗占20%,平時成績占10%,案例分析占10%,機動獎勵分(、參與項目)占10%。逐步實現教、考、評分離,使考試更加科學、規范、公平??己朔绞讲捎枚嘣C合考查法,同時鼓勵學生參與教師的項目,發表研究論文。
6.教材建設
教材編寫必須整體考慮系統性和學習的漸進性。教材與課程以及與課程體系乃至知識體系密不可分,因此在編寫教材時必須要注重教材與課程、課程與課程體系、課程體系與知識體系的銜接。本校相關課程組針對電氣工程及其自動化專業培養目標和特色,結合電氣工程系列課程建設情況,編寫了《電力系統綜合實驗原理與指導》實驗教材一部。內容涵蓋“電力系統分析”、“電力系統自動化”、“電力系統繼電保護”、“電力系統分析”“供變電技術”、“建筑電氣與自動化”等課程的主要實驗項目、實驗原理和實驗方法,增加設計性、綜合性及創新性實驗內容,并計劃出版一本符合本校電氣工程及其自動化專業特點與定位的《電力系統綜合自動化》教材。
7.教學文件的制訂與完善
這一環節由相關部門輔助完成,主要包括:修訂教學計劃、教學大綱,突出實踐性環節;制定實踐教學的各項規章制度,對教學過程實施動態監控,建立實踐教學的質量評價指標體系,定期由教師和學生填寫,對檢查的結果進行分析和綜合并形成反饋,再根據反饋的信息調整教學計劃,以此形成良性循環;將教學大綱、教學計劃、教學日歷等相關教學文件裝訂成冊,規范管理。
三、結束語
本系列課程的建設通過“優化理論課程、強化實踐環節”,形成一系列頗具特色的教學理念、內容、方法和手段。主要課程教學特色如下:進行了理論課程的優化重組,形成了課內研究型授課方法、課外自選研究專題、數字化實驗平臺、研究型實驗等系列研究性教學方法。總結和補充國內外科研重大成果和學科前沿;加強實踐教學環節的作用,通過建設可由以前單一的基礎性實驗模式發展為基礎實驗、設計型實驗及綜合開發型實驗,并對綜合設計型、創新型實驗實行開放式教學;綜合運用多媒體課件、Flas、數字化實驗新技術等多種現代化教學手段。突出網絡教學特色,可實現網上課件演示、習題提交解答、制定網上學習活動等,對加強教學效果,激發學生的學習熱情,將起到積極的促進作用;建立實驗教學網站、構建網絡實驗教學平臺,推進學生自主學習、合作學習、研究性學習的實驗教學新模式;將教師的最新的科研成果轉化為教學資源,開發先進的電力系統動模數字化實驗平臺,同時教學研究也可以帶動科學研究,促進數字化實驗平臺的研究。
參考文獻:
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熱愛是最好的老師
7年前,作為電子信息與電氣工程學院的新生,我踏入了交大的校園。入學的第一周,我通過面試轉入密西根學院,成為了密西根學院的第一屆本科生。密西根學院在大二的時候進行了專業的選擇,在電氣信息工程和機械工程兩個選項中,我選擇了后者。我的選擇在當時有很多人難以理解,一個從電子信息與電氣工程學院轉過來的學生為什么沒有選擇本專業?為什么選擇機械工程?其實答案很簡單。大一時候,我們有一門課,名叫《工程導論課》,授課老師是一名外教,名叫Jason Daida,老師說,醫生一次辛勤的努力只能挽救一個生命,而工程師的辛勤工作卻能拯救千萬人,使我們生活得更加美好。有了工程師的辛勞,才有了高聳入云的大樓,才有了跨越大江大河的堅固大橋,才有了通達世界各地的信息網……工程師所創造的產品已成為我們每日必備的生活用品,深入我們生活的每一個角落,徹底地改變了世界。這番話讓我受到了強烈的震撼。而現在,談及我最喜歡的電視節目,莫過于美國國家地理頻道的《空中浩劫》。這個節目記錄了全球重大的空難事故以及工程師們對這些空難的調查,從中人們吸取教訓,不斷改善和發展航空工程。正是有了這許許多多工程師不懈地努力和調查,才有了我們今天最為安全可靠的交通工具,縮短了人們之間的距離。這是工程師的偉大之處,也正是我選擇機械工程的重要原因之一。
出于對機械工程的熱愛,我的學習生活變得輕松快樂。平時,我總是學院里最早完成課程作業的,因為我把課程學習當成一種快樂的生活方式,課程學習給我的生活增添了無盡的樂趣。也正因如此,我在平時便掌握了課程知識,考試之時,我無需突擊,便可輕松地取得優異的成績。這也使得我本科的課程成績排名學院機械工程專業第一。同時,我也獲得了許多殊榮,從學院頒發的院長獎和杰出學術成就獎,到學校頒發的交大優秀獎學金,再到上海市頒發的上海高校優秀畢業生和國家頒發的國家獎學金等。在輕松快樂的本科學習生活之余,我積極投身科研活動中。我本科時設計的供血管內微型手術機器人使用的微型電動機獲得了密西根學院設計展示金獎。正由于我本科優異的學習和科研表現,我順利地直升本學院碩士研究生,繼續著我輕松快樂的學習生活。
一支筆和一張紙的科研
談到科研,人們總是首先想到碩大無比的實驗臺架和實驗室里忙忙碌碌的實驗人員。然而,科研并不僅僅局限于此。實驗固然重要,然而,人們對科研問題的思考和探索卻更為關鍵。我的導師Robert G.Parker教授曾經說過,我們科研所需的其實并不太多,一支筆和一張紙足矣。機械工程雖然是工科學科,但是進入了更專業的碩博學習階段,同樣需要大量的理論研究,我所從事的就是機械工程專業理論研究。每當有人問起我的科研方向,我總會回答他,我的科研就是數學加上物理。Parker教授所做的科研項目大量地應用了數學和物理知識對機械系統的動力學和振動問題進行推導研究,這正是我所喜愛的科研方向,也正因如此,我在三年前選擇了留在學院讀碩,在Parker教授的指導下進行我的科研工作。
我并不像許多刻苦工作的人那樣起早貪黑,相反的,我總是工作日才來到實驗室,而且每天總是“朝九晚五”。在同學們眼中,我的學習和科研生活是輕松的。這樣輕松的科研生活得益于我一根筆和一張紙的科研。正因為我的科研無需笨重的實驗器材,我可以隨時隨地進行著我的科研,即使我不在實驗室中。
據說英國牛津大學的洗手間里放置著許多的紙張。這些紙張不僅是為了人們使用衛生間所用,同時也讓大家在想到一些新的想法時能夠寫下來,據說有不少科研問題就是在這樣的紙上解決的。研一的時候,也曾聽其他學院的一位學姐說過,她曾經被+錯誤的推導結果困擾了很久,卻在一次夢中推導出了正確的結果。夢中推導結果雖然有些夸張,但我卻真曾躺在床上想通了一個困擾了我一周的科研問題。思考是科研最為關鍵的步驟,而思考隨時隨地皆可,正因有了思考,我們的生活才充滿了樂趣,科研也因而融入我們的生活中,使我們得以享受科研的快樂。只要我們身邊有一支筆和一張紙,我們可以隨時隨地拿起筆,寫下我們思考的問題,推導出我們思考的結論,解決我們所遇到的科研問題。
一、引言
翻轉課堂譯自英文“Flipped Classroom”或“Inverted Classroom”,指重新調整課堂內外時間,將教學中心由教師轉向學生的教學模式。無論是美國“翻轉課堂”取得的經驗,還是我國各高等院校在本科教育中進行的探索和實驗,都證明翻轉課堂可以有效提升學生自主學習能力,發展學生思維能力,最終實現學習成績提升。
二、教學方法和教育思想
中西高等教育中本科生教學方法和教育思想存在本質區別。國內是“填鴨”式教育方式,而國外是“放羊”式教育方式。國外高校課堂教學除教師講授外,有一半時間是課堂討論,即專題討論課。教師結合課本中的教學內容給出目前學科中一個專題,組織學生開展討論。由于課前布置,讓學生廣泛閱讀講義、參考書籍和科研論文,學生準備充分、各抒己見,課堂教學活躍,對該主題目前國內外發展狀況進行了討論,從中學到了許多知識。因此,通過課程學習,學生深入理解知識理論體系,并注重學生分析能力和解決問題能力等素質培養。同時培養學生團隊意識。
另一方面,國外高校每門專業課程分有習題課、實驗課和輔導課。通過習題課講解,加深對知識和理論體系的認識。如悉尼科技大學電氣工程專業的“電氣工程技術”課程(包含電子學與電路課程內容),總學時78h,其中,課堂講授26h,實驗16h,習題課26h,輔導課10h。而國內高校課程越開越多,但課程學時數越來越少。清華大學自動化專業的“模擬電子技術”課程,總學時64h,其中,課堂講課56h,自學交流2h,課堂討論4h,實驗輔導2h,課外實驗20h。因此,國內高校課程教學以課堂講授為主,為了完成教學任務,幾乎沒有更多時間進行習題講解和專題討論。導致學生學習興趣下降,教學效果較差。
通過近幾年課程教學發現,國內教師和學生以考試及格、獲得學分為教育目的,而國外則以實用的知識傳授(教師)和求知實用(學生)為教育目的。
在課堂教學方面,國內、外高等院校都在運用“翻轉課堂”教學模式進行教學,但西方課堂氣氛非?;钴S,學生隨時打斷老師的講課與提問,教師必須回答。由于學生對授課內容有充分的了解,甚至有些問題與教師的觀點不同。而中國課堂幾乎是教師的一言堂,學生幾乎沒有問題可問。因為,他們平時很少看書,只有期末考試前用功一下,如有問題也是尋求考題之類的。
在學習主動性方面,國內學生較差,課程學習是為了得到學分,而不是獲取知識。而西方學生一旦進入本科學習,就能制定學習目標,形成自己的學習觀點,選擇好的學習方法。
三、課程內容和教材
國內專業課程及內容設置較細。如自動化專業分別設置“電路”、“模擬電子技術”、和“數字電子技術”;而國外高等院校分類較粗,將上述課程設置為“電子學與電路”和“電路分析”兩門課程。另外,國內自動化專業基礎課“控制理論”分為“自動控制理論1”和“自動控制理論2”,而國外設置為“控制導論”和“高級控制”兩門課程。
課程內容上國內外高校也有差異。國內高?;A課程內容多,國外基礎課程內容少而淺,但國外可通過選修課加強基礎課程內容,如“模擬電子學”和“數字電子學”單獨作為選修課,可彌補基礎課學習的不足。
其次,國內外高等院校本科生課程教材內容差異較大。國內課程有各種各樣的教材,不同院校和不同地區均有各自教材,甚至有些是所謂的“精品課程”,一本教材可以使用多年;國外除基礎課“數學”、“物理”和“化學”等有材外,其他專業基礎課和專業課都是自編講義。國外高校要求老師每年根據學科發展增加新內容,這樣,教師每年工作量較大,要花大量時間備課,但教學效果較好,可結合學科前沿發展授課??傊?,國外課程內容自由靈活,注重實踐。
四、結語
通過國內外高等教育中本科生培養的對比,兩者存在較大差異。造成差異的原因是,一方面,中西方高等教育起步時間不同,中國高等教育受前蘇聯教育的影響,以及教育投入匱乏等因素,導致高等教育及課程設置趨于專業化,而不是系統科學化。另一方面,由于中西教學理念不同,中國以“灌入式”教育為主,雖然基礎較扎實,但缺乏創新意識,而西方更注重實踐及實踐過程中的創造性思維。因此,中國高等教育除保持基礎扎實特點外,應結合中西方教育的優點,遵從高等教育自然規律,積極借鑒西方高等教育模式和方法,創造更能適應中國乃至世界發展需要的高等教育制度和模式,即減少必修課程數量,改進專業化培養模式,實施“工程師”培養模式。同時,采取自主學習、專業靈活選擇、注重實踐的方式,以通才教育(通識教育)為主,培養應用型人才,使培養出來的學生具有獨立思考、勇于創新、大膽創造的精神。
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1 背景
隨著傳統能源的枯竭和環境的惡化,全世界逐步達成共識,要大力開發新技術,使用清潔能源。各種能源最終以電能的形式被人們使用,電力行業對于節能減排至關重要。同時人們開始思考如何提高大電網的安全性穩定性并使電網具有堅強和自愈的特性。智能電網是21世紀重大科技創新和發展趨勢,相比于傳統電網,智能電網可以提高電網效率,提高能源安全,改善電能質量,提高電網的穩定性與安全性,完善電力市場,促進社會經濟發展,實現低碳環保可持續發展。與此同時,現代通信、信息、計算機、微電子和電力電子技術的迅速發展并引入電網應用,為電網自動化提供了有力工具。
2 智能電網的概念和特點
2.1 智能電網的概念
智能電網不是一個單獨的設備、應用、系統或網絡,甚至不是一個單獨的理念。對于什么是智能電網這個問題,學術上沒有一個統一的定義。美國能源部和電力公司普遍遵循一個主題:智能電網利用通信技術和信息技術來優化從供應者到消費者的電力傳輸和配電。圖1所示為智能電網的基本概念。
天津大學余貽鑫認為:智能電網是自動的和廣泛分布的能量交換網絡,它具有電力和信息雙向流動的特點,同時它能夠監測從發電廠到用戶電器之間的所有元件,它將分布式計算和提供實時信息的通信的優越性用于電網,并使之能夠維持設備層面上即時的供需平衡。
2.2 智能電網的特點
目前國際上對智能電網的特點基本達成共識,即自愈、安全、兼容、交互、協調、高效、優質集成等。
2.2.1 堅強和智能是現代智能電網發展的本質
堅強意味著電網具有很強的安全性,穩定性,有極強的抵御風險的能力。智能意味著高度自動化和自愈能力。
2.2.2 自愈
對電網的運行狀態進行連續的在線自我評估,并采取預防性的控制手段,消除故障隱患;故障發生時,在沒有或少量人工干預下,能夠快速隔離故障、自我恢復。
2.2.3 互動
使電力供應商與消費者建立實時信息聯系,及時向用戶通知電價、停電消息以及其他一些服務信息,而用戶也可以將自己的用電計劃及時反饋給供應商,平衡供需關系,有力于電網穩定性。同時通過市場交易激勵電力市場主體參與電網安全管理,提升電力系統的安全運行水平。
2.2.4 優質電能供應
用戶對電能質量越來越重視。智能電網可以根據不同的電力價格提供不同等級的電能。隨著電力電子技術、測控技術和通信技術的發展,智能電網可以實現電能質量問題的快速診斷和解決方案,對于線路故障等故障引起的質量波動,它的高級組件可以使用最新的超導、儲能、電力電子等方面的研究成果提高電能質量。
2.2.5 兼容各種發電和儲能系統
智能電網不僅可以兼容大規模集中式的電廠,還將兼容不斷增多的分布式能源(DER)。分布式能源包括分布式電源和儲能。表1顯示了分布式發電與傳統發電單元的關鍵差異。
2.2.6 活躍市場
智能電網對電力市場有推進作用。智能電網實現了用戶與供電商“雙向通信”和“雙向電力傳輸”,使普通用戶參與進電力市場,甚至有部分用戶可實現自給自足。智能電網為實時電力市場提供完善的技術,發電側與用戶的互動性增強,電網的運行效率更高??梢晕嗟碾娏κ袌鰠⑴c者,分散市場風險,使電力生產、輸送、銷售等環節更高效,更公平。同時消費者通過與生產商的“雙向通信”可以獲得實時電價,制定用電計劃并反饋給供電商,使電力市場價格更合理。
3 智能電網的驅動因素
建設智能電網的價值和效益是綜合的,如圖2所示,主要包括以下方面:
(1)改善系統可靠性。
(2)改善電網可信賴性。
(3)改善電網運行的經濟性。
(4)改善電網運營效率。
3.1能源需求不斷增加
全世界正面對著人口不斷增加和不可再生能源不斷遞減的嚴峻挑戰。目前的傳統能源只夠維持幾十年到200年之間,圖3所示為不斷減少的能源。能源是經濟社會發展的保證,從國家層面上講,必須提高能源利用效率,走能源更安全,環境更友好的道路。新世紀以來電能成為越來越重要的能源,中國電能占終端能源消費的比重每提高1個百分點,單位GDP能耗可下降4%。我們必須處理好可靠的能源供給、環境的可持續發展以及經濟的不斷發展之間的矛盾。智能電網可以實現安全、高效、清潔的能源目標。
3.2 電網復雜度越來越高
隨著電力系統的范圍和復雜度的不斷增加,各個電力系統之間的互連也更加迫切。為了降低大規模電力系統發生故障的可能性,對電網的安全性,穩定性提出了新的更高的要求,要求用更加智能化的電力系統來滿足不斷發展的電力需求。2003年美國東北地區大停電引起全世界的關注,這場停電給該區域造成了約60億美元的損失。這場停電充分反映了大規模電網的脆弱性。智能電網通過實時采集數據,經過數據優化分析完成自我診斷,采取預防性控制,極大的保證電力的可靠運行。
3.3 電力用戶的需要
電力用戶對電網的可靠性和電能質量提出越來越高的要求。建設智能電網后,電網可靠性和電能質量將會有很大的提高。智能電網的高可靠性不僅可以減小未來停電事故發生的頻率,還能使電網從事故中更快的恢復。
3.4 分布式能源(DER)的接入
智能電網將允許不同類型的發電及儲能系統接入電網,分布式發電(DER)有利于高效的連接發電側和用戶側,使雙方同時參與電力系統的優化運行,同時可以擺脫對單一能源的依賴,提高電網可靠性。風能和太陽能是目前大力發展的清潔能源,它們具有間歇性,無法預測。大規模風電和太陽發電的接入給電網安全穩定運行帶來極大的挑戰,也極大的制約了它們的并網。智能電網技術可提高電網管理大規模間接性可再生能源發電的能力,對間歇性能源發電的峰和谷作出即刻的反應,從而吸納更多的可再生能源。
4 構建智能電網的技術體系
智能電網主要由4部分構成:高級量測體系(AMI);高級配電體系(ADO);高級輸電體系(ATO);高級資產管理(AAM)。智能電網4個部分之間是密切相關的,表現在以下方面:
(1) AMI同用戶建立通信聯系提供帶時標的系統信息。
(2)ADO使用AMI的通信收集配電信息改善配電運行。
(3) ATO使用ADO信息改善輸電系統運行和管理輸電阻塞,使用AMI讓用戶能夠訪問市場。
(4) AAM使用AMI,ADO和ATO的信息與控制改善運行效率和資產使用。綜合文獻,圖4表示了智能電網技術組成。
4.1 高級量測體系(AMI)
智能電網按一定順序建設可以降低成本,減小難度。一般把AMI視為實現智能電網的第一步。AMI不是一個獨立的技術體系,它包括家庭網絡系統,智能表計,本地通信網絡,連接電力公司數據中心的通信網絡,表計數據管理系統和數據集成平臺。智能表計可將耗能情況和電網實時信息傳給本地用戶,電力公司利用AMI的歷史數據和實時數據來幫助優化電網運行。AMI通過網絡將電網、用戶、電商聯成一個整體,是用戶直接參與到電力市場的同時,也將大力提高電力企業的運行機制。
4.2 高級配電體系(ADO)
通常110kV及以下電力網絡屬于配電網絡,配電網絡直接面向用電用戶,是保證電網運行穩定,電能質量和提高運行效率的關鍵環節。我國要實現智能電網的要求,智能配電要重點研究。ADO的技術組成主要包括:高級配電自動化、智能通用變壓器、DER運行、微網運行和需求響應。ATO具有自愈和不間斷供電功能;將設備進行可視化管理,為運行人員調度決策提供技術支持;實現與用戶的雙向互動;實施狀態檢修與在線監測,延長設備壽命。
4.3 高級輸電體系(ATO)
ATO強調阻塞管理和降低大規模停運的風險,通過新型電力電子裝置和超導研發裝置研發實現優化電力系統的運行參數或網絡參數,提高交流電力系統線路的輸電能力。其技術組成主要有:(1)變電站自動化;(2)輸電的地理信息系統;(3)廣域量測系統;(4)高速信息處理;(5)高級保護與控制;(6)模擬、仿真和可視化工具;(7)高級的輸電網絡元件,如電力電子(靈活交流輸電,固態開關等)、先進的導體和超導裝置;(8)先進的區域電網運行。
4.4 高級資產管理(AAM)
AAM是智能電網主要技術之一,功能包括優化資產使用運行、輸配電網規、基于條件的維修、工程設計與建造、顧客服務、工作與資產管理及模擬仿真。實現AAM需要在系統中裝設大量可以提供系統參數和設備“健康”狀況的高級傳感器。AAM的應用使電力資產時刻處于最佳工作狀態,從而對電力資產的優化和科學管理起到積極作用。
5 智能電網的關鍵技術
實現智能電網,需要研發和應用一系列技術。綜合文獻,這些技術可以被歸納為以下5個關鍵技術領域:
(1)集成通信。
(2)傳感與測量
(3)高級電力設施
(4)高級控制方法
(5)決策支持。
5.1 集成通信
集成通信技術是5個關鍵技術中的基礎,也是整個智能電網所必須的。集成通信技術包括:(1)電力寬頻通信。(2)無線通信技術。(3)其它通信技術。
5.2 傳感與測量
5.2.1 智能電表
智能電表既可以收集,檢測信息,又可以作為連接供電側和用電側的橋梁。在智能電網架構下,要求智能電表具有實時計量的功能,以提供帶時標的電量信息,為電網高效節能管理提供了有用的實時信息,同時也要求它具有雙向通信的功能
5.2.2 廣域測量系統(WAMS)
廣域測量系統是由基于全球定位系統(GPS)的同步相量測量裝置PMU 群及其通信系統組成。它可以動態地測量和計算電力系統的運行狀態相量和發電機功角。
5.2.3 電網設備的在線監測
該技術包括電氣量以及非電氣量的監測。采用先進的傳感器通過對以上各狀態量的監視,可完成電網設備的在線診斷,為實施電網設備的狀態檢修和管理提供必要的信息。
5.3 高級電力設施
高級電力設施在電網中起著非常重要的作用,可以實現更高輸電容量、更優系統穩定性和電能質量、增強電力效率和實時的系統診斷。高級電力設施主要包括:(1)電力電子裝置;(2)超導裝置;(3)分布式發電及儲能裝置;(4)電網友好型裝置等。
5.4 高級控制方法
現代控制理論、優化理論和人工智能技術在控制領域的綜合應用形成了先進的控制技術。高級控制方法是用來分析、診斷和預測智能電網狀況的裝置和算法,并決策和采取合適正確的動作去排除、緩解或者避免電力短缺和電能質量問題。
5.5 決策支持
很多情況下,給予管理人員思考的時間是很少的。管理人員需要實時的電力設備信息和工具來快速做出決定。決策支持系統可識別和確定電網中的實時問題及發展趨勢,然后運用知識庫和科學推理方法進行分析,以提出解決問題和決策支持的方案,并將相應的系統情況、多種選擇以及每種選擇的可行性等展示給運行人員。
6 結語
智能電網在世界范圍內尚屬于新生事物,不同國家具有不同的現實情況和關注焦點,因而發展的重點也有所不同。但智能電網在世界范圍內已成為電網發展的總趨勢,同傳統電網相比智能電網具有更寬廣的安全穩定分析與控制,可以利用的信息更多更準確。它可以保證電力系統高安全、高可靠、高質量、高效率和電力價格合理,提高國家的能源安全和環境保護。
我國智能電網的發展應立足于國情需要,制定一個適合中國國情的目標,以便少走彎路,盡快實現智能電網的目標。歐美國家將重點放在發展智能配電網上,而我國在重視ATO的同時,也應對AMI、ADO和AAM予以足夠的重視??紤]到新能源發電的特點及其發展遠景, 我國也應該把新能源的利用作為我國智能電網發展的重心。
參 考 文 獻
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作者簡介
李昂(1994-),男,山東省菏澤市人?,F就讀于四川大學大學電氣信息學院。專業為電氣工程及其自動化。
趙彥一(1993-),男,遼寧省鞍山市人?,F就讀于四川大學大學電氣信息學院。專業為電氣工程及其自動化。
作者簡介:倪良華(1966-),男,江蘇南京人,南京工程學院電力工程學院,副教授;楊志超(1960-),男,江蘇南京人,南京工程學院電力工程學院院長,副教授。(江蘇 南京 210013)
基金項目:本文系南京工程學院重點教改項目(項目編號:JG201104)的研究成果。
中圖分類號:G642.3 文獻標識碼:A 文章編號:1007-0079(2014)03-0062-02
進入21世紀以來,經濟發展低碳化席卷全球,綠色能源利用蓬勃興起,智能電網發展方興未艾,電力行業迎來了一個嶄新的發展時期,發展特高壓和智能電網,已成為我國能源戰略的重要內容。隨著電力行業的快速發展和電力體制改革的不斷深入,特別是特高壓遠距離輸電網的規劃與建設,對具有高水平的專業背景人才的需求日益迫切,這為輸配電工程專業人才培養帶來了機遇和挑戰。結合電力行業發展與改革的大背景,為培養行業需要的高素質復合型人才,主動適應行業對專業人才需求變化,更新人才培養理念,開展輸配電工程專業的人才培養模式和培養方式方法的改革與實踐,具有重要的現實意義。
應從輸配電工程專業應用型本科人才培養目標出發,定位好新形勢下人才培養目標和規格,整合優化現有教學資源,構造完善的理論和實踐教學體系,實施教學方式方法改革,打造新的實踐教學基地及現場實習基地,促進教學科研相互融合,完善教學質量評估體系與方法;同時根據學生發展特點,結合課堂理論教學和現場實踐,讓學生學習掌握新的理論、技術和方法,提升學生的動手實踐能力及創新能力,使學生的知識水平和綜合素質得到全面提高,這是目前輸配電工程專業改革的主要內容和亟待解決的問題。
一、輸配電工程專業人才培養過程中存在的主要問題
當前輸配電工程專業人才培養和教學過程中存在的主要問題包括以下四個方面:
第一,專業人才培養目標和規格與行業發展不相適應。國家電網發展特高壓輸電和新能源技術,新設備、新技術、新材料、新工藝、新方法不斷涌現,現有輸配電專業人才培養目標和人才培養規格的定位沒能很好地與時俱進,從知識、能力和素質等方面進一步明確輸配電工程專業人才培養的具體要求。
第二,原有課程知識體系中,理論課程中部分課程存在交叉重復現象,部分理論教材內容未能及時反映行業領域發展的新理論和新技術,滯后于現場工程實際,不利于學生學習系統知識和跟蹤學科前沿知識,不利于學生從系統角度思考問題,不利于學生未來較快適應現場工作。
第三,教學方式方法手段單一,現主要以課堂灌輸式講授為主,尊重學生的個性發展不夠,現代化教學手段運用和信息技術資源利用不充分,單一的教學模式無法實現教與學的互動,教學效果不甚理想,甚至導致部分學生產生厭學情緒。
第四,教學評估體系不完善,難以全過程監控教學過程,考核手段單一,往往以一份考卷或一份報告的形式考查學生對一門課程的掌握情況,不能多元化檢驗、評價學生的綜合水平,更無法考查學生的創新能力。
二、專業教學改革的具體措施與實踐
“十一五”期間,通過承擔教學改革立項課題的研究和教改試點,經過多年專業教學改革實踐,探索了一條新時代背景下輸配電工程專業人才培養之路,取得了頗為豐富的教學成果。專業教學改革的具體措施與實踐歸納總結如下。
1.緊跟電力行業發展,定位好人才培養目標
當前電力系統及自動化技術發展日新月異,新技術、新設備、新方法不斷涌現,國家電網正朝著大區域、大規模電網方向發展,同時電力行業需要多種層次的專業人才。認清并明確輸配電工程本科專業所培養人才的層次,是形成人才培養理念的關鍵。為此,深入到電力公司、送變電公司、電力設計院、電力監理公司、地鐵公司等單位進行廣泛調研,虛心聽取用人單位對輸配電專業人才的需求意見,是確定人才培養目標的第一要務。目前現場方面的人才層次不高,而用人單位對高層次專業人才需求量較大,要求所培養的人才綜合素質較高,專業方面不僅要具備完備的電工理論基礎、機械工程知識、電力工程知識、輸電線路工程知識,還要求具備實踐動手能力強、現場適應能力強、管理能力突出、團隊合作意識好等綜合素質。
認清形勢,緊密跟蹤社會發展對專業人才的需求,調整輸配電工程專業發展方向,合理設計人才培養方案,突出專業建設特色,采取有效可行的人才培養措施,努力提高教學質量,培養出個性健全、情操高尚、基礎扎實、知識面廣、面向生產第一線、工程實踐能力強、能夠跟蹤本領域新理論新技術、具有創新精神的應用型高端專業人才,是南京工程學院輸配電工程專業的人才培養目標。
2.走校企合作之路,共建先進實踐基地
打造有特色的實踐教學基地是進行輸配電工程專業改革與建設的目標之一。經過多年努力,在增加實驗室建設投資的同時,通過與電力公司和送變電公司等單位合作,在原有已建實習基地的基礎上,共同建設了“輸變電工程實習中心”、輸電線路施工實訓基地、輸變電虛擬仿真實驗室、輸電線路測量實驗室、電纜故障測試實驗室、輸電線路金具陳列室、桿塔模型室等實踐基地。實驗基地及實驗室配置的設備種類齊全,功能全面,技術先進,處于國內領先水平。同時,為解決學生畢業現場實習問題,與地方市供電公司大力合作,設立了校企合作培訓實習基地,通過校內實踐基地的訓練和現場實踐活動,提高了學生的實踐動手能力。
3.緊扣行業需求,修訂人才培養方案,重組優化課程體系
制定出好的人才培養方案是培養高質量人才的關鍵因素。專業改革中修訂人才培養方案,結合教育部對工科院校人才培養的基本要求,電力行業對崗位職責及知識點的具體要求,以及高等院校同類專業人才培養方案的特點,突出以理論知識扎實工程應用能力強為培養主線,重組專業基礎課、專業課、專業選修課及實踐課等不同層次專業課程體系。專業基礎課方面,通過開設“電氣工程導論”課程,讓學生初步感知電力系統,培養學生的工程意識。通過開設三大力學課程和電路、電機和電子技術等電類課程,將力學和電工類課程巧妙融合,為培養學生的專業素養打下了良好基礎。專業方向課方面,為突出專業特色,優化相關課程,將“架空線路設計”與“輸電桿塔設計”課程合并,將“架空線路施工機具”與“架空輸配電線路施工技術”課程合并,增加“電力電纜”課程課時數和電纜故障測試技術相關內容,增加開設“配網技術”課程。專業選修課方面,開設能反映新技術、新設備在專業領域的應用類課程,比如“特高壓電網”、“遠距離輸電技術”、“輸電線路概預算”、“GIS在電力系統中的應用”、“智能輸電技術”、“配電網靈活自愈技術”等課程,以開闊學生的視野,拓展學生的專業知識面。實踐課方面,利用優質的校內外實踐教學基地,讓學生參加輸電線路施工現場實訓,輸變電虛擬仿真實驗室基地實習,參加一次、二次系統設計和到企業現場進行設備安裝調試,并將課程設計、畢業設計及大學生科技創新與工程設計、科研項目相結合,以提高學生的綜合能力和適應社會的能力。
4.以“九個結合”為指導,改革教育教學方法
將輸配電工程專業的教學方式方法改革的具體措施歸納為“九個結合”:理論教學與工程實踐相結合;校內教師課堂講授與校外專家專題講座相結合;傳統教學方式與現代化教學手段運用相結合;產、學、研相結合;畢業設計與現場工程設計相結合;畢業實習與企業實踐相結合;編寫或選用教材與企業培訓要求相結合;大學生科技創新實踐與科研課題相結合;仿真實驗室虛擬培訓與現場具體實踐相結合。
以“九個結合”為指導思想的教學模式,常規課堂教學中輔助運用高級多媒體課件教學,將理論知識和現場知識結合,提高了課堂教學效果。聘請高水平的專家到學校作專題講座,與師生共交流,拓寬了專業視野。學生畢業設計選題選自實際工程中的項目,做到真題真做,將所學專業理論知識運用于具體工程實踐,為學生將來就業打下良好的基礎?,F場實訓與在輸配電虛擬仿真實驗室培訓互相結合,學生的工程實踐效果明顯增強。
5.重視科研進修實踐,提升師資隊伍素質
為了不斷更新教師隊伍的知識結構,提高教師的專業能力和教學水平,應倡導教師積極參加高校進修讀碩讀博,積極申報并承擔科研項目,并深入到電力企業現場參加工程實踐活動。經過幾年來的努力,大部分專業教師達到了“雙師型”標準,一部分教師隊伍達到了“雙師型”加“科研型”標準,多名教師成為相關電力企業的特聘專家和顧問。教師的教學、工程實踐和科研能力亦得到了明顯提升。教師先后承擔省級、校級教研教改及橫向縱向項目多項,發表高質量的專業學術論文多篇,指導的本科畢業設計獲省級優秀畢業設計個人和團隊獎勵,學科研究形成了明確的有特色的研究方向,科技服務方面,承擔了多個變電站及線路工程二次線設計。
6.突出電力特色,邀請企業專家共同精編適用教材
為了突出輸配電工程專業的特色,編寫出能反映電力系統自動化新技術、新方法、新標準、新工藝的系列化適用教材,特地邀請企業專家和工程技術人員共同參與。幾年來共編寫出版各類規劃教材8本,其中《輸配電線路施工技術》、《輸電線路設計基礎》等為“十一五”規劃教材。
7.改革課程考核手段,多樣化地評價學生的水平
過去僅憑一張試卷或一份報告的課程考核手段無法全面反映學生對課程的掌握情況和能力,不能客觀、多樣化地評價學生。為此,應改革課程考核辦法,推行期末考試與平時出勤、課堂提問、課后作業、實驗報告、小論文相結合的考核制度,以確保更公正、更公平、更科學地評價學生的水平。
三、總結
以上是主動適應電力行業發展,著力改造傳統輸配電工程專業,通過一系列在人才培養方案制定、課程體系組合、先進實踐基地打造、教學方法與手段運用、教師隊伍建設、教材建設、考核方法多樣化等方面進行的教學改革與實踐活動。經過改革,學生的專業理論水平、工程實踐能力和創新能力得到了培養,適應社會的能力增強,就業率提高,取得的效果令人滿意,為培養適應電力行業需求的應用型本科高級人才作出了貢獻,具有很好的示范作用。
參考文獻:
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學校依托軌道交通類國家重點學科、國家特色專業、國家級人才培養模式創新實驗區以及一批國家級實踐教學平臺和科研平臺,以行業前沿理論和先進技術為引領,通過學科專業交叉、教學科研協同、學校企業聯合,深化課程平臺、精品教材、實踐平臺和師資隊伍內涵建設,為軌道交通特色拔尖創新人才培養奠定堅實基礎。
1.構建軌道交通特色拔尖創新人才培養課程體系
以行業先進技術為引領,鼓勵教師積極將高水平的科研成果和前沿技術帶入課堂和實驗室,轉化為課堂教學內容和實驗教學項目,建設了一批與前沿技術接軌的特色專業課程群。在課堂教學中加大雙語教學課程比重,拓寬學生的國際視野,提高學生的國際競爭力。
2.編寫軌道交通特色教材
以精品教材建設為核心,吸收最新科技成果和前沿理論,不斷加強軌道交通特色系列教材建設,編寫出版了《交通運輸》《車輛工程》《鐵道工程》《鐵道信號》《軌道牽引電氣化》等特色專業系列教材,保持專業課程教學內容和教材內容的先進性。
3.搭建科研教學一體化實踐平臺
學校在現有的科研平臺、實驗教學平臺和校外基地建設的基礎上,及時將科研最新成果轉化為實驗教學內容與實驗教學系統,自主研制一批與軌道交通關鍵技術發展同步的實驗系統,實現了校內優質科研資源、行業企業先進技術條件和實驗教學資源的深度融合與共享,為軌道交通拔尖創新人才培養奠定了堅實的實踐基礎。
4.培養一支掌握軌道交通前沿理論與先進技術的師資隊伍
通過引進與培養相結合、承擔學科前沿理論研究課題與行業先進技術項目開發相結合等方式,培育了一批掌握軌道交通前沿理論與先進技術、學歷層次高、結構合理、教學科研一體化的高水平師資隊伍,為拔尖創新人才培養提供了師資保障。聘請長江學者、杰出青年基金獲得者、教學名師和學科帶頭人等優秀教師為拔尖創新人才培養試點班授課,讓學生感受大師風范,在拔尖創新人才培養過程中發揮了重要作用。
拓展途徑,營造氛圍,探索多元化拔尖創新人才培養模式
學校在原有拔尖創新人才培養試點改革建設基礎上,持續探索“研究型、復合型和工程型”三類拔尖創新人才培養模式,不斷拓展拔尖創新人才培養途徑。
1.通過“2+2理科試驗班”“通信工程本碩及本碩博連讀班”“土木工程茅以升班”,開展專業特色鮮明的研究型人才培養模式探索實踐
“2+2理科實驗班”是從全校新生中選拔優秀學生,招生規模由原來的60人擴展到現在的180人,這些學生在理學院完成2年深厚理科基礎培養后,于第3年根據其興趣進入相應專業學習;土木工程專業每年從本專業選拔優秀本科生30人進入“茅以升班”;通信工程專業每年從本專業選拔70人進入“本碩博一體化實驗班”。這些實驗班通過加強基礎學科學習和配備學業導師個性化指導,培養基礎理論扎實、知識結構合理、專業興趣濃厚、科研創新能力突出的具有學術帶頭人素質的拔尖創新人才。
2.通過“軌道交通復合型實驗班”開展“運―電、運―控、運―建、運―車”等主學科專業交叉的復合型人才培養探索與實踐
該實驗班依托北京市級“軌道交通復合型工程拔尖人才培養模式創新實驗區”建設,每年從相關專業選拔優秀本科生30余人,從集成線橋隧站、機車車輛、供電傳動、信號控制于一體的軌道交通規劃與運營管理復合型拔尖人才培養要求出發,實施“3+1+2”本碩連讀人才培養模式探索,即在土木工程、車輛工程、電氣工程、自動化、通信工程、計算機等專業進行3年的專業教育,選拔優秀學生進行1年軌道交通綜合理論與實踐學習,再進行2年研究生階段學習,培養基礎寬厚、特色鮮明、視野開闊、個性突出、發展潛力大、創新意識強、綜合素質優秀、具有國際競爭能力的“運―建”“運―車”“運―電”“運―控”等軌道交通復合型工程拔尖人才,滿足軌道交通關鍵技術領域的高端人才需求。
3.通過“卓越工程師產學聯合培養試點班”校企聯合開展工程型拔尖創新人才培養探索與實踐
依托教育部“卓越工程師培育計劃”試點項目和“探索行業高校產學聯合培養人才的模式和機制”國家教育體制改革試點項目,從全校工科專業選拔100余人,通過校企雙導師制,開展“3+1+2”卓越工程師產學聯合人才試點培養,要求學生1年在企業開展本科畢業實習與畢業設計,后2年研究生論文要在指定企業進行實習和工程項目研究,突出了學生工程素質、工程實踐能力和創新能力的培養,為企業培養了急需的卓越工程人才。
科教融合,注重實踐,建立一套系統的科研訓練方法
通過開設研究方法論課程群、主干課程研究型教學、自主創新實驗、專題講座等,及時將科研成果和前沿技術引進課堂、引進實驗、引進教材和引進畢業設計;通過將大學生創新創業計劃項目、學科競賽、企業實踐等固化到培養方案中,引導學生早進課題、早進實驗室、早進團隊、早進企業,形成了“四引進”和“四早進”的科研訓練方法。
1.研究方法課程群
包括專業導論課程、科技文獻檢索課程、學科專業研究方法論課程、產品創意設計與實踐課程等,是指導學生認識學科、了解專業、明確專業取向的引導課,是吸引學生了解學科前沿、參與科研項目、探究未知領域、激發科研興趣的探索課,是培養學生具有嚴謹的科學態度、系統的研究方法、務實的科研作風和活躍的創新思維的訓練課。
2.推行主干課程研究型教學模式
研究性教學載體內容主要來自教師實際科研項目或專題研究項目,在教學內容與科研充分融合的同時,也將科研方法融入教學活動,激發學生的科研興趣,提升學生的實踐能力和科技創新能力。
3.創建了貫穿人才培養全過程的科研訓練體系
以大學生創新性實驗計劃項目、學科競賽、專題研究和自主創新實驗為載體,設立了3個層次的科研訓練內容,通過學生創新實踐給予自主教育學分,引導學生系統參與科研訓練,參與到導師的科研實踐中,培養學生掌握專業研究技能和科學的研究方法,不斷提升學生的實踐能力、研究能力與創新精神。
完善制度,提供保障,形成拔尖創新人才培養長效機制
〔中圖分類號〕G250.252 〔文獻標識碼〕A 〔文章編號〕1008-0821(2012)10-0153-06
隨著科學和科學勞動的社會化以及學科專業化程度提高,不同學科之間、領域、學者之間的合作日益廣泛化、密切化,科研合作日趨頻繁。反映在科學論文中,則是學者之間的合著現象越來越多,規模越來越大。所以研究合著現象對于了解學科領域概況是必要的。
國外關于合著現象的研究大部分以構建跨學科、跨領域的合著網絡為基礎,進行網絡特征及對比分析。Yoshikane,F.從合作模式的增長和改變兩個角度對比分析了電氣工程、信息處理、高分子及生物化學4個領域的合著網絡變化[1];Sun,Y.從學術出版物的合著角度研究了日本工業和高校之間合作的狀態和趨勢[2];Newman,M.E.J.基于生物學,物理學,數學的數據,各自構建了網絡,通過研究網絡來解釋合作模式,例如合作的規模、著者之間的距離、合作模式隨時間的變化等[3]。國內研究以期刊為對象,選取某一學科領域為研究范圍(科學學、圖書情報、管理信息系統等),采用文獻計量學的方法,主要關注合著網絡的結構特征,陳悅、劉澤淵等通過合著率變化趨勢、合著者年齡結構和合著地域分布等分析了中國管理科學的合著現象[4];溫芳芳、李佳靚等選取情報學的五種核心期刊從合著率、合作度、合作范圍以及不同作者數的論文分布情況等幾個角度對合著網絡進行了分析[5]。經過文獻分析,我們發現國內外的研究差距不大,只是研究角度略微不同,國外的研究具有更廣闊的視野,而國內比較微觀。雖然關于合著現象研究角度各異,但目的不盡相同,都是探索學科發展趨勢,為知識共享提供便利。究其本質合著就是研究者為了生產新的科學知識這一共同目的而一起工作,所以要研究合著現象,就是研究作者之間的關系。而社會網絡分析方法(Social Network Analysis,簡稱SNA)正是對社會網絡中行為者之間的關系以及關系的結構進行量化研究,以研究關系見長的一種方法。本文擬采用社會網絡分析法分析《中國圖書館學報》著者的合著現象。
1 數據來源與方法介紹
1.1 數據來源
本文選擇南京大學中國社會科學研究評價中心的數據庫中文社會科學引文索引(CSSCI)。該數據庫收錄的文獻時間范圍為1998-2011年,所以僅選用1998-2011年的數據。1998-2011年《中國圖書館學報》共刊載論文1 984篇,合著文獻752篇。圖1是1998-2011年《中國圖書館學報》刊載論文數量及合著率的變化趨勢??梢钥闯?,雖然文獻量的變化呈現倒“U”型,但從總體看合著率呈現上升趨勢。
1.2 研究方法概述
社會網絡研究發端于上世紀二三十年代英國人類學的研究,其基本事實是每個行動者都與其它行動者有或多或少的聯系,社會網絡分析就是要建立這些關系的模型,力圖描述群體關系的結構,研究這種結構對群體功能或者群體內部個體的影響[6]。美國社會心理學家Moreno創立的社會測量法為社會網絡分析奠定計量分析基礎。發展至今,社會網絡分析已經被廣泛的用于社會關系挖掘、支配類型發現(關鍵因素)以及信息流跟蹤,通過社會網絡信息來判斷和解釋信息行為和信息態度。而且作為一種跨學科的研究方法,在多學科的共同努力之下,使得社會網絡分析從一種隱喻成為一種現實的研究范式[7]。
所謂“社會網絡”指的是社會行動者及其間的關系的集合[8]。而社會網絡分析(Social Network Analysis,簡稱SNA)就是要對社會網絡中行為者之間的關系進行量化研究,是社會網絡理論中的一個具體工具[9]。社會網絡有兩種表示方法:圖論法和矩陣法。圖論法是利用圖論的概念,在網絡圖中,節點表示社會行動者,而節點之間的連線表示社會行動者之間的關系。矩陣法是在矩陣中,行和列表示社會行動者,而矩陣元素值表示社會行動者之間的關系。
本文在構建合著網絡時,用1、2等數字表示兩位作者之間的合著次數,用0表示兩位作者之間不存在合著關系。在1 984篇論文中,刪除1 232篇獨立完成的文獻,是孤立的點,因此在構建合著網絡時排除這1 232篇文獻的著者,僅對752篇文獻的著者構建合著網絡。
1.2.1 社會網絡分析法的分析角度
社會網絡分析方法已經比較成熟,可以從多個不同的角度構建社會網絡進行分析,包括中心性及中心勢分析,成分、核、派系分析,網絡中的位置及角色分析等。
(1)中心度和中心勢
中心度(Centrality)是社會網絡分析的重點之一,一些社會學家對中心度的形式特征以及測量進行了研究,出現了大量的中心度的概念,因此造成了一定的混亂,而“點度中心度”能夠把大多數這種研究結合起來。所以在本文中心度指的是點度中心度(Point Centrality),測量的是個體處于網絡中心的程度,反映了該點在網絡中的重要性程度[10]。中心度包括局部中心度和整體中心度,局部中心點指的是該點在其緊鄰的環境中與很多點有關聯;總體中心點指的是該點在網絡的總體結構上占據戰略上的重要地位。局部中心度指的是局部某點對其鄰點而言的相對重要性,而整體中心度指的是該點在整體網絡中的戰略重要性[11]。中心勢(Centralization)是與中心度相關的一個概念,指的是作為一個整體的圖的中心度,關注的是整個圖的凝聚力和整合度。在中心勢這個概念背后隱藏的是圖的結構中心,它是中心化的圖所圍繞的一個點或者點集合[11]。根據計算方法的不同,中心度和中心勢都可以分為3種:點度中心度/點度中心勢,中間中心度/中間中心勢,接近中心度/接近中心勢。
(2)成分、核、派系
成分、核、派系都是對網絡中子群的關注,在現實中隨機網絡是不可能存在的,網絡中的成員之間總有親疏遠近,那么這些關系密切的行動者就形成了一個團體,這種團體可以是非正式組織也可以是正式組織。關于子群的各種理論不斷涌現,例如“派系(Cliques)”、“聚類(Clusters)”、“成分(Components)”、“核(Cores)”、“圈子(Circles)”等。這些概念的本質是探討圖本身的結構特征,分析子圖與子圖之間的關系及子圖內部各節點的關系。
(3)位置角色分析
在社會網絡中假設群體的角色結構以及個體在群體中的位置,都可借助于體現關系的一組網絡數據來加以測量。每個行動者都占據社會位置,那些具有相似關系模式的行動者在關系上是等價的,他們構成了一個等價的階級,在網絡中占有等價的位置,可以互換。位置分析的主要目的之一是簡化社會網絡資料包括依據等價性定義的位置去說明網絡,并分析這些位置之間的關系。
本文將從這3個角度對構建的合著網絡進行分析,具體選擇了中心性、子群分析、結構洞分析。
1.2.2軟件工具介紹
社會網絡分析軟件有多種,在國際社會網絡分析網(INSNA)的網站以及中國社會科學院社會學研究所主辦的中國社會學網都列出了一些常用的社會網絡分析軟件,主要包括:Inflow、Fatcat、Multinet、Pajek、Stocnet和Ucinet等。其中,Ucinet是研究者使用較多的社會網絡分析軟件。Ucinet是由borgatti、Everett和freeman開發的。他們3人在社會網絡分析領域都取得了很大的成就。Ucinet是一個用來處理社會網絡數據的軟件包。它能讀取多種不同形式的數據,如文本文件(text files)和Excel文件。它能處理的網絡節點是32 767個,從實際操作來看,當節點數達到5 000~10 000之間時,一些程序的運行就會較慢。此外,該軟件包有很強的矩陣分析功能,如矩陣代數和多元統計分析。Ucinet 6還集成了Netdraw、Pajek等,既可以識別Pajek的數據文件,同時可以繪制社會網絡圖表。Ucinet是一款開源的軟件,本文主要使用此軟件進行分析。
2 分析與結果
本文采用Ucinet軟件對構建的合著網絡分別進行中心性分析、子群分析和結構洞分析。下面簡要列出分析結果并對其進行討論。
2.1 中心性分析
2.1.1 點度中心性
Ucinet中進行點度中心性分析的菜單路徑為 Network>Centrality>Degree。分析的結果如圖3(部分)。
在上述結果中,第一列、第二列分別是絕對點度中心度和相對點度中心度。點度中心度就是節點中心度,指的是在網絡中有多少個行動者與節點有關聯。從結果中我們可以看出,點度中心度最高的是邱均平,其絕對點度中心度是30,表明其與網絡中其他30個節點有直接聯系,也就是說,邱均平曾與30位作者合著發表過文獻。
對點度中心度排在前20的幾位作者的發文量進行對比,由表1可見,兩者具有相似性,說明發表文獻越多的人與別人的合作越廣泛。進一步分析合作論文發現,大部分的合作都是導師與研究生之間的合作,說明這種合作模式是目前主要的合作形式。除此之外,科研項目團隊成員之間的合作也占有很大的比例。
2.1.2 中間中心性
在Ucinet中進行中間中心性分析的菜單路徑是Network>Centrality>Betweenness>Nodes。分析的結果如圖4(部分)。
中間中心性是指在網絡中掌握比較多的資源的行動者,中間中心性越高表示占有的資源越多??梢钥闯?,只有少數著者的中間中心性大于1,分別是邱均平、夏立新、王偉軍等,他們占有了大部分的資源。同時,結果表明,68%的作者接近中心性為0,這些作者幾乎不具備控制資源的能力。兩者對比,可以發現在學科領域,學科資源掌握在少數人手里的,大部分的學者沒有控制資源的能力。
2.2 子群分析
2.2.1 k-核分析
k-核分析是一個建立在點度數基礎上的凝聚子群概念,在一個子圖中每個點都至少與其他k個點鄰接,即k-核中的所有點的度數至少為k,在具體的分析中可以通過調整k的大小形成不同的子群。在Ucinet中進行k-核分析的菜單路徑為Network>Regions>K-core。分析的結果如圖5(部分)。
可見在781個著者的合著關系中,可以進行5種分區,其度數分別為5,4,3,2,1。對于度數為5(即5-核)來說,它包含11個著者;度數為4的核(即4-核)中包含71個著者,其他的著者都集中在度數為3的核、度數為2的核、度數為1的核。說明大部分的著者都集中在度數比較低的子圖中,他們之間的聯系比較松散。
分析結果給出了上述5種k-核分區中包含的聚類數??梢?,這4類分區中的聚類數分別是179,477,675,744,776。聚類數非常多,說明聚類規模小。著者的合著僅限于小范圍內,根據收集數據的經驗,有些著者之間會多次合作,這樣勢必會造成小團體的形成。
2.2.2 子群的密度
子群的密度可以通過E-I指數測量。E-I指數的值越向1靠近,表明關系越趨向于發生在群體之外,意味著派系林立的程度越大。在Ucinet中進行分析的菜單路徑為Network>Cohesion>E-Iindex。通過分析,發現該網絡的凝聚子群密度為0.995,由此可見該網絡的子群內部的學者聯系比較密切,子群與外界之間的聯系比較疏遠。這樣就造成了處于核心群體之外的科研人員很難獲得足夠的信息和科研合作的機會。
2.3 結構洞(structure holes)分析
結構洞是指兩個關系人之間的非重復關系[12]。根據結構洞理論,在我們所認識的人中有重復關系人和非重復關系人,在建立關系網絡時,不必要把每一個人都是初級關系人,就是與我們有直接聯系的人,可以通過少量的直接聯系人與非重復關系人(間接關系人)保持利益聯系。映射到合著網絡中,可以識別網絡中是否存在過多的結構洞,如果存在,可以說某些著者是聯通網絡的關鍵,同時也說明整體網絡缺少交流。在Ucinet中進行結構洞分析的菜單路徑Network>Ego Networks>Structural Holes,分析結果如圖8所示(部分)。
這4個指標是根據伯特(Burt)的結構洞指標計算測量的,Burt的結構洞指標考慮4個方面:有效規模(Effective Size);效率(Efficiency);限制度(Constraint);等級度(Hierarchy),其中第3個指標最重要。對結果進行預處理,刪除限制度大于等于1的著者(共有781個著者,刪除463個,剩余318個),以限制度為主關鍵字對結果排序。由分析結果可以看出其中0.1~0.5之間的著者有97個,說明這些著者收到的限制越小,具有運用結構洞的能力。同時,這些受限度較低的著者都是學科領域內的權威,可以說是社會網絡中的“明星”。
3 結 論
合著分析一直是情報學研究的重要課題,本文采用社會網絡分析方法分別從中心性、子群分析和結構洞3個角度進行合著網絡分析,為合著分析提供了一個全新的視角。
中心性分析結果表明,點度中心性高的作者往往也是比較高產的作者,說明高產作者與別人的合作也最為密切。同時,經過中間中心性的分析,可以看出大部分作者中間中心性都比較低,說明學科資源掌握在少數人的手里,大部分人沒有資源的控制能力。
子群分析結果表明,子群的規模比較小, 說明合著網絡中作者的合著范圍比較小,通過對著者背后的文獻進行分析,得到目前大部分的合著都是研究生和導師以及項目團隊成員之間的合作。同時凝聚子群的密度非常顯著, 意味著各個子群之間聯系比較緊密,但是子群和群體以外的成員之間聯系比較松散,說明學科領域內合作比較欠缺。
結構洞理論分析的結構表明,只有少數的作者具有運用結構洞的能力,而且這些作者都是學科領域范圍內的權威性人物。根據結構動理論的兩類測量方法: Burt本人給出的結構洞指數以及中間中心性測量,對兩者的測量結果進行對比,結果具有一致性,學科領域的權威學者能夠最大化自己人際關系的收益,更好的發展人際關系的質量,獲得更多的信息和資源,但是這樣會影響學科領域知識交換,不利于知識共享。
參考文獻
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