電力工程基礎(chǔ)課程教學(xué)改革研究
摘要:基于CDIO工程教育理念,針對電力工程基礎(chǔ)理論課的教學(xué)進(jìn)行改革。通過改革課程內(nèi)容、教學(xué)方法、手段和資源,建立了“教—學(xué)—研”深度融合的載體,即“項目—競賽—軟件平臺”,形成了CDIO工程模式下的解題路線。教改實踐表明,學(xué)生的成績得到顯著提高,競賽技能得到增強(qiáng),教師的教學(xué)能力得到提升,教改實踐對提高學(xué)生能力和提升教師教學(xué)水平起到了雙重催化作用。
關(guān)鍵詞:電力工程基礎(chǔ);工程教育理念;教學(xué)方法
電力工程基礎(chǔ)是電氣工程及自動化專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課,其前導(dǎo)課程包括電路分析、電機(jī)學(xué),后續(xù)課程包括電力系統(tǒng)分析、電力系統(tǒng)繼電保護(hù)等。課程內(nèi)容包括電力系統(tǒng)相關(guān)概念和供配電一/二次系統(tǒng)的計算和運(yùn)行操作,以及防雷接地保護(hù)等。課程內(nèi)容覆蓋面廣、信息量大,是一門理論性和實踐性都很強(qiáng)的課程。該課程培養(yǎng)目標(biāo)是學(xué)生的認(rèn)知和理解能力、邏輯思維能力、工程計算和設(shè)計能力,但該課程內(nèi)容不系統(tǒng),知識點零散,計算復(fù)雜、難度大,缺少實踐性環(huán)節(jié),無配套實驗設(shè)備;傳統(tǒng)的講授法教學(xué)與工程實際缺少關(guān)聯(lián),學(xué)生沒有應(yīng)用工程技術(shù)的能力[1,2]。因此,為培養(yǎng)學(xué)生具備電力工程應(yīng)用能力,電力工程基礎(chǔ)課程教學(xué)亟待改革。CDIO(ConceivingDesigningImplementingOperation),即構(gòu)思、設(shè)計、實現(xiàn)、運(yùn)行,是一種國際創(chuàng)新型工程教育模式,由美國麻省理工學(xué)院和瑞典皇家理工學(xué)院等四所大學(xué)經(jīng)歷四年研究所得[3]。
CDIO工程教育模式以產(chǎn)品開發(fā)的全過程為載體,旨在培養(yǎng)學(xué)生工程基礎(chǔ)知識、個人、人機(jī)團(tuán)隊和工程系統(tǒng)四方面的能力[4]。該模式被國內(nèi)諸多高校引入課堂教學(xué)中[5-7],形成了各具特色的教學(xué)新模式,取得了很好的教學(xué)效果。如汕頭大學(xué)提出的個人、團(tuán)隊和系統(tǒng)調(diào)控三個能力的EIP-CDIO新型工程教育模式,建立了CDIO工程教育理念下適合自己的工程人才培養(yǎng)模式[5]。本文基于CDIO教育理念,對電力工程基礎(chǔ)課程教學(xué)研體系進(jìn)行深度融合,形成“項目—比賽—軟件平臺”載體,旨在提高教學(xué)效果。
1建立“教—學(xué)—研”融合的載體
1.1CDIO模式下“教—學(xué)—研”融合的必要性
電力工程基礎(chǔ)課程在以往的教學(xué)內(nèi)容設(shè)置上,教師圍繞教材進(jìn)行通篇講授,沒有對教材知識結(jié)構(gòu)進(jìn)行梳理和重構(gòu),導(dǎo)致講授過多、學(xué)時不足,教學(xué)內(nèi)容重點不突出,學(xué)生所學(xué)知識多、雜、難的現(xiàn)象。課上教師僅僅采用單一的講授法完成課堂教學(xué)任務(wù),僅在必要的章節(jié)講授中使用多媒體輔助教學(xué),缺乏教學(xué)方式、方法的設(shè)計;課下布置的作業(yè)單單是為了鞏固知識點的記憶,作業(yè)題的設(shè)置缺乏綜合性、設(shè)計性。學(xué)生聽課效果欠佳,對于較難理解的知識,多數(shù)學(xué)生放棄對該知識點的深入理解,造成在后續(xù)課程中跟不上,頭腦中無法建立完善的知識體系,學(xué)生的期末成績普遍偏低,不及格率增加。
更重要的是,由于實驗條件的限制,本課程缺乏實驗環(huán)節(jié)的設(shè)置,尤其是潮流分析的問題,學(xué)生無法實驗練習(xí),造成學(xué)生所學(xué)僅僅停留在理論層面上,無法內(nèi)化和實踐;同時,教師也缺乏深入科研的條件,科研進(jìn)度緩慢。以上所言諸多問題說明,該課程現(xiàn)有的模式無法適應(yīng)工程教育大背景下培養(yǎng)專業(yè)人才的需求。CDIO教育理念要求學(xué)生對工程問題能夠構(gòu)思、設(shè)計,并加以實現(xiàn)和運(yùn)行。這種能力的培養(yǎng)離不開教學(xué)模式的改革,用工程教育的理念指導(dǎo)教學(xué),促使理論與實踐深入結(jié)合;而工程問題的解決又離不開深入的研究。所以,基于CDIO教育理念,在師生之間建立起“教—學(xué)—研”深度融合的教育與發(fā)展模式,是解決以往教學(xué)中突出問題的有效途徑,能高質(zhì)量地培養(yǎng)電力工程人才,是電氣工程學(xué)科適應(yīng)時代發(fā)展的必然趨勢。
1.2“教—學(xué)—研”融合的具體措施
1.2.1教學(xué)內(nèi)容的增減為了使本門課程知識體系連貫,便于教師講授和學(xué)生學(xué)習(xí),促進(jìn)教師科研與學(xué)生參與的融合,對現(xiàn)有電力工程基礎(chǔ)課程教學(xué)的知識章節(jié)進(jìn)行重構(gòu)。以電能的“生產(chǎn)、輸送、分配和使用”為主線,形成了六個模塊的講授內(nèi)容,即發(fā)電廠及電力系統(tǒng)基本概念、電力網(wǎng)等值電路、電力網(wǎng)潮流分析、高壓開關(guān)電器、一次系統(tǒng)主接線設(shè)計和電力設(shè)備的選擇應(yīng)用。教材中的陳舊與偏難知識點,不利于學(xué)生理解,不影響教學(xué)主線的形成,可以刪除,如復(fù)雜閉式網(wǎng)的潮流分析與計算、矩陣算法的潮流理論分析等。重構(gòu)后的知識體系有鮮明的主線貫穿始終,教師能較好地對教學(xué)內(nèi)容前后銜接并突出講授重點;并且學(xué)生按照這條主線學(xué)習(xí)能更便捷,易加深對知識的理解與掌握;同時這種知識體系模塊化重構(gòu),與教師科研的方向有利融合,學(xué)生掌握基礎(chǔ)知識后便于參與科研。
1.2.2課下實踐指導(dǎo)環(huán)節(jié)的強(qiáng)化基于CDIO工程教育理念,為培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題并解決的能力,注重課下實踐指導(dǎo)環(huán)節(jié)的強(qiáng)化,如輔導(dǎo)答疑、布置作業(yè)和開放實驗室項目。教師每周進(jìn)行一次輔導(dǎo)答疑,并對每章節(jié)重點知識精心布置,呈現(xiàn)難易度不同的梯度作業(yè),從中掌握學(xué)生對基礎(chǔ)知識的理解與運(yùn)用程度,以此反饋于教學(xué),對教學(xué)進(jìn)度與講授程度進(jìn)行合理調(diào)整。教師對學(xué)生提出的問題進(jìn)行歸納,總結(jié)形成典型問題模塊,如電弧形成過程的理解模塊;并針對典型問題模塊開展實驗室開放性項目,如球隙放電實驗與電弧形成的動畫模擬,使學(xué)生能夠在實踐化練習(xí)中解決問題,對知識的鞏固與理解更加深刻。拓展與深化課下教學(xué)內(nèi)容,更加有利于課程講授、學(xué)生學(xué)習(xí)與師生科研的融合。
1.2.3教學(xué)方法、手段和資源的有機(jī)結(jié)合在CDIO工程教育理念指導(dǎo)下,根據(jù)整合后的課程教學(xué)內(nèi)容與各章節(jié)特點,借助圖片、動畫、微視頻等多媒體輔助教學(xué)手段,將工程案例討論法、理論分析與工程計算機(jī)分析對比法、翻轉(zhuǎn)課堂等多種教學(xué)方法融合,完成該課程的教學(xué)任務(wù)[8]。在第三章的“典型環(huán)網(wǎng)的潮流分布計算”一課中,教師引出課題“三角環(huán)網(wǎng)電力系統(tǒng)如何計算潮流”后,通過啟發(fā)式和討論式教學(xué),引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)思解題方法,形成解題路線,即先找功率分點再拆網(wǎng)計算。采用翻轉(zhuǎn)課堂的方法,讓學(xué)生對每一步理論計算進(jìn)行分析講解;結(jié)合分析對比的方法,將教師科研中的MatLab/Simulink計算機(jī)仿真軟件引入課堂教學(xué),構(gòu)建2機(jī)5節(jié)點系統(tǒng)建模與潮流分析。將軟件解題的結(jié)果與理論計算的結(jié)果進(jìn)行對比,總結(jié)兩種解題方式的優(yōu)缺點。
另外,在第四章的“電弧及其形成與熄滅”一課中,電弧的形成要從微觀理論進(jìn)行分析,借助“主觀能動性學(xué)習(xí)模式”[9],采取翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)方法,課前布置任務(wù),讓學(xué)生搜集電力上電弧形成的圖片、動畫以及滅弧的裝置,課上由學(xué)生主講電弧是什么?電弧如何形成?電弧用什么熄滅?教師進(jìn)行補(bǔ)充總結(jié)。從電力工程上的“飛弧傷人”事件引入,電弧形成機(jī)理由教師制作的動畫進(jìn)行補(bǔ)充演示,最后學(xué)生以多媒體圖片介紹電力滅弧器件。這種教學(xué)方式下,學(xué)生主講和教師點評相結(jié)合,能激發(fā)學(xué)生積極性。教學(xué)方法、手段和資源在不同課節(jié)中的有機(jī)融合,既能使復(fù)雜知識簡單化,又能加深學(xué)生的理解,也促進(jìn)了學(xué)生對教師科研的參與,提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和實踐能力。

責(zé)任編輯:電力交易小郭
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