参考-电气工程学科概述

第2章电气工程学科概述第2章电气工程学科概述2.1电气工程学科简介2.2专业分类情况2.3电气工程学科的知识体系与内涵2.4电气工程学科的主要研究领域和未来研究热点2.5国内大学电气工程领域研究生培养情况第2章电气工程学科概述2.1电气工程学科简介2.1.1电气工程学科的发展过程电气工程学科是一门历史悠久的学科，从世界范围来看，早在第二次工业革命时期，英、法、美等许多国家就已经开设了这一学科；对于我国来说，电气工程学科也已经有了近百年的历史。同时，电气工程学科是一门涉及范围很广，与其他学科联系较为密切的学科，其中电子信息、通信工程等许多学科都是由电气工程学科派生出来的。电气工程是研究电磁领域的客观规律及其应用的科学技术，是以电工科学中的理论和方法为基础而形成的工程技术。第2章电气工程学科概述人类从古代就注意到电和磁的现象。经过不断地探索和创造，直到19世纪60年代，麦克斯韦才首先以严格的数学形式对电磁场及其运动作了科学的概括，使之形成了完整的宏观电磁场理论，至此才正式建立了电工科学完整的科学基础。1832年，法国科学家匹克斯发明了世界上第一台直流发电机。1866年，德国科学家西门子制成了第一台自励式发电机。1885年，意大利物理学家加利莱奥·费拉里斯提出了旋转磁场原理，并研制出了二相异步电动机。1888年，俄国工程师多利沃-多勃罗沃利斯基研制成功第一台实用的三相交流异步电动机，并逐渐得到普遍的应用。电工理论的发展也促成了大量实用性的发明，如电弧灯、电报、电话等，使电能的应用走入了人类的日常生活中。第2章电气工程学科概述19世纪末期，由于电机制造技术的发展和实用变压器的出现，发电和输电事业得到了迅猛的发展。1883年在美国纽约建成了商业化的电厂、直流电力网系统和中心发电厂、水力发电站和火力发电站。1892年法国建成了第一座三相交流发电站，特别是随着斯坦迈等科学家提出和建立交流电路理论与符号法，为远距离交流输电奠定了成功的理论基础。随着电力的应用和发电、输电、配电技术的发展，不但有力地促进了电机、电器、照明、电力电子技术、电车等行业的发展，同时反过来又促进了电气工程学科研究内容的丰富。电气工程学科与其他学科相互交叉，相互融合，相互促进，现已形成了相对独立的电机与电器、电力系统及其自动化、高电压与绝缘技术、电力电子与电力传动、电工理论与新技术5门分学科。第2章电气工程学科概述电气工程正进一步从广度和深度上向前发展，客观世界也在不断提出新的挑战。例如：到处存在的工频电磁场对人体机能影响的研究；太阳活动周期所引起的地磁暴对电力设施的破坏作用；新型柔性输电技术和电动汽车技术所提出的多学科协同研究的新需要；人类从总体上对能源和环境的宏观评估，向更有效地利用太阳能、风能、水能等可再生能源方向发展而提出的新技术要求；CDM项目、电力驱动、电气节能和储能技术的新发展等。此外，电磁兼容技术、电工环境技术可能发展为新的共性分学科，信息管理自动化技术也在迅速发展。第2章电气工程学科概述2.1.2电气工程学科的战略地位和特点电气工程是与电能生产和应用相关的技术，同时它也是工程教育体系中的一个学科。电力工业是国民经济中重要的基础产业之一，电能是最清洁的能源，电是能量转换的枢纽和信息的载体，也是最便于远距离传输、分配和控制，最易于实现与其他能量相互转换，最便于进行能量时空分布变换的一种能量。所以电能已经成为人类现代社会最主要的能源形式。当代高新技术都与电能密切相关，并依赖于电能。电能是计算机、机器人的能源；电能为先进的工农业生产过程和大范围的金融流通提供了保证；电能使当代先进的通信技术成为现实；电能使现代化运输手段得以实现。第2章电气工程学科概述在现代人类生产、生活和科研活动中一刻也离不开电。许多情况是先将初始能量转换成电能，然后再转换成所需要的其他能量形式，电已经成为能量转换的枢纽。不仅如此，信息的处理和传输也要依靠电，计算机、通信网和无线电等无不以电作为信息的载体。现代高科技的发展也离不开电，从探索物质粒子的加速度到发射宇宙飞船和卫星，从研究微型电机、机器人到可作为未来能源技术的受控核聚变装置，都需要电气科学与技术的支撑。电气工程是21世纪社会生活、经济发展、国防安全、科学技术创新的重要支撑学科领域。第2章电气工程学科概述2.1.3电气工程专业在我国高等教育中的地位在我国高等学校的本科专业目录中，电气工程对应的专业是电气工程及其自动化或电气工程与自动化；在研究生学科专业目录中，包含电机与电器、电力系统及其自动化、高压电与绝缘技术、电力电子与电力传动、电工理论与新技术等5个二级学科。电气工程专业是一门历史悠久的专业。早在1908年，上海交通大学最先设置了电机专科，随之1912年同济大学、1920年浙江大学、1923年东南大学、1932年清华大学、1933年天津大学等都相继设立了电机科和电机工程系。经过近一个世纪的发展壮大，电气工程专业在我国高等教育中，特别是在高等工程教育中，一直占据着十分重要的地位，为我国培养了大批的电气工程技术人才。第2章电气工程学科概述1952年，我国在大学中学习前苏联经验，进行了院系调整。此后，在我国形成了一大批以工科为主的大专院校，其中还有相当大一部分院校以机电专业为主。这些学校数量多、影响大，在我国高等教育中占据着大半壁江山。迄今为止，在我国工科实力较强的大学，如清华大学、西安交通大学、浙江大学、华中理工大学、上海交通大学、哈尔滨工业大学、天津大学等，无不把电气工程专业作为学校的支柱性专业。第2章电气工程学科概述根据1994年6月国家教育委员会高等教育司编辑出版的《中国普通高等学校本科专业设置大全》统计，在电工类5个专业中，设置“电机电器及其控制”、“电力系统及其自动化”、“高电压与绝缘技术”、“工业自动化”和“电气技术”专业的大学分别有20所、37所、6所、157所和55所。其中清华大学设置的“电气工程及其自动化”专业大体覆盖了上述“电机电器及其控制”、“电力系统及其自动化”以及“高电压与绝缘技术”3个专业。第2章电气工程学科概述在1998年颁布的“普通高等学校本科专业目录”中，将原“电机电器及其控制”、“电力系统及其自动化”、“高电压与绝缘技术”、“电气技术”专业(部分)合并为“电气工程及其自动化”专业，将原“工业自动化”专业、“自动控制”专业、“电气技术”专业(部分)等合并为“自动化”专业。在同时颁布的“工科本科引导性专业目录”中，又把“电气工程及其自动化”专业和“自动化”专业(主要指“工业自动化”专业部分)合并为“电气工程与自动化”专业。按照1999年中华人民共和国教育部高等教育司编的《中国普通高等学校本科专业设置大全》的统计，在1999年，我国设有“电气工程及其自动化”的大学共有109所；设置工科引导性目录专业“电气工程与自动化”专业的大学共有14所。第2章电气工程学科概述根据2001年《中国普通高等学校本科专业设置大全》的统计，在2001年，我国设有“电气工程及其自动化”专业的大学达到149所，连同设置“电气工程与自动化”专业的14所学校，设置“电气工程”专业的大学已增加到163所。而到2003年，设置“电气工程及其自动化”和“电气工程与自动化”专业的高等学校已达到197所，2005年增到276所。可以看出，十余年来，我国设置电气工程专业的大学迅速增加，这一方面说明了我国对电气工程专业人才的需求相当旺盛，另一方面说明了电气工程专业在我国高等教育中占据着十分重要的地位。第2章电气工程学科概述2.1.4我国电气工程高等教育改革的趋势在1993年国家教育部颁布的专业目录中，工学门类中与电有关的专业被分为“电工类”和“电子信息类”两个分支，其中电工类包含5个专业，电子信息类包含14个专业。二者共计19个专业。1998年专业目录调整时，除把上述19个专业合并调整为7个专业外，还把“电工类”和“电子信息类”合并为“电气信息类”。电气信息类专业如表2-1所示。第2章电气工程学科概述表2-1电气信息类专业学科门类学科代码一级学科名称一级学科代码二级学科专业名称二级学科专业代码工学电气工程及其自动化080601自动化080602电子信息工程080603通信工程080604计算机科学与技术080605电子科学与技术08060608电气信息类0806生物医学工程080607第2章电气工程学科概述2001年教育部在设立新的教学指导委员会时，为“电气信息类”中的“计算机科学与技术”专业单独成立一个教学指导委员会，而把其他专业与理学门类中的“电子信息科学类”的有关专业合并成立了“电子信息与电气学科教学指导委员会”，下设“电气工程及其自动化专业教学指导分委员会”等5个分委员会。应该说，这些分类的变化在一定程度上反映了电气工程高等教育的发展趋势。第2章电气工程学科概述在很长一段时期内，习惯上把电类专业分为强电和弱电两大分支，强电专业即前述“电工类”，弱电专业即前述“电子信息类”。我国高等学校电类专业的历史已将近百年，在最初的几十年里，只有强电专业，后来才从强电专业相继派生出通信、无线电、电子、计算机、信息等专业。可以说，强电专业是所有电类专业的母体。在1993年的专业目录中，虽然把电类专业分为“电工类”和“电子信息类”，但二者已很难截然分开。例如，工业自动化专业已很难完全归入强电专业的范畴，而是一个典型的强弱结合的专业。目前，在国外发达国家的大学本科教育中，已很难找到完全意义上的强电专业，有关强电的教学内容只是电类专业教学内容的一部分。可以说，电类专业在分化为强电和弱电两个分支后，目前又在经历一个相互融合的过程。第2章电气工程学科概述从专业目录演变过程中可以看出，在我国高等工程教育的电类专业中，弱电专业是由强电专业逐步派生出来的，但强电部分所占比重越来越少，而弱电部分所占比重越来越大。弱电领域中新兴技术、新兴学科蓬勃发展，强电专业中需要的弱电知识越来越多。从国外大多数高等院校，尤其是从发达国家的高等院校来看，目前的专业口径比我国新的专业目录口径还要宽，我国目前高等学校的专业数是249个，还有进一步减少的趋势。随着我国电力工业和电工制造业的持续高速度发展，西电东送、南北互供和全国电网互联工程等正逐步展开，我国电气工程高等学校也将持续高速度发展，必将成为世界电气工程高等教育、科学研究和技术开发的中心。第2章电气工程学科概述2.2专业分类情况2.2.1学科和专业的区别与联系学科一般有两种含义。学科的第一个含义，是指学术的分类，即一定科学领域或一门科学的专业分支，如自然科学中的数学、物理学、生物学等。学科是与知识相联系的一个学术概念，是自然科学、社会科学、人文科学三大知识系统中知识子系统的集合概念，是分化的科学领域。第2章电气工程学科概述据统计，到20世纪80年代，自然科学学科种类已发展出约5500门学科，其中非交叉学科为2969门，交叉科学学科总量达2581门，占全部学科总数的46.58%。学科的第二个含义，是指高校教学、科研等的功能单位，是对高校人才培养、教师教学、科研业务隶属范围的相对界定。学科是高校的细胞组织。世界上不存在没有学科的高校，高校的各种功能活动都是在学科中展开的，离开了学科，不可能有人才培养，不可能有科学研究，也不可能有社会服务。我国目前普通高校的研究生教育和本科教育的学科划分均为哲学、经济学、法学、教育学、文学、历史学、理学、工学、农学、医学、管理学等11大门类。第2章电气工程学科概述专业一般指高校或中等专业学校根据社会分工需要而划分的学业门类，如自动化专业、电气工程及其自动化专业、测控技术与仪器专业等。我国高校现设有的专业是社会分工、学科知识和教育结构三位一体的组织形态，其中，社会分工是专业存在的基础，学科知识是专业的内核，教育结构是专业的表现形式。三者缺一不可，共同构成高校人才培养的基本单位。学科和专业二者既具有内在的统一性，又是不同范畴的概念。第2章电气工程学科概述学科是科学知识体系的分类，不同的学科就是不同的科学知识体系。构成一门独立学科的基本要素主要有三：一是研究的对象或研究的领域，即独特的、不可替代的研究