摘要：基于CDIO工程教育理念，針對(duì)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(xiàng)目—競賽—軟件平臺(tái)”，形成了CDIO工程模式下的解題路線。教改實(shí)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(shí)踐對(duì)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(dòng)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(jì)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(shí)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(jì)算和設(shè)計(jì)能力，但該課程內(nèi)容不系統(tǒng)，知識(shí)點(diǎn)零散，計(jì)算復(fù)雜、難度大，缺少實(shí)踐性環(huán)節(jié)，無配套實(shí)驗(yàn)設(shè)備;傳統(tǒng)的講授法教學(xué)與工程實(shí)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(jì)、實(shí)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(shí)、個(gè)人、人機(jī)團(tuán)隊(duì)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(gè)人、團(tuán)隊(duì)和系統(tǒng)調(diào)控三個(gè)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(duì)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(xiàng)目—比賽—軟件平臺(tái)”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(duì)教材知識(shí)結(jié)構(gòu)進(jìn)行梳理和重構(gòu)，導(dǎo)致講授過多、學(xué)時(shí)不足，教學(xué)內(nèi)容重點(diǎn)不突出，學(xué)生所學(xué)知識(shí)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(jì);課下布置的作業(yè)單單是為了鞏固知識(shí)點(diǎn)的記憶，作業(yè)題的設(shè)置缺乏綜合性、設(shè)計(jì)性。學(xué)生聽課效果欠佳，對(duì)于較難理解的知識(shí)，多數(shù)學(xué)生放棄對(duì)該知識(shí)點(diǎn)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(shí)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(shí)驗(yàn)條件的限制，本課程缺乏實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的設(shè)置，尤其是潮流分析的問題，學(xué)生無法實(shí)驗(yàn)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(shí)踐;同時(shí)，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(duì)工程問題能夠構(gòu)思、設(shè)計(jì)，并加以實(shí)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(shí)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(shí)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(shí)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(duì)現(xiàn)有電力工程基礎(chǔ)課程教學(xué)的知識(shí)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(gè)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(jì)和電力設(shè)備的選擇應(yīng)用。教材中的陳舊與偏難知識(shí)點(diǎn)，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(jì)算、矩陣算法的潮流理論分析等。重構(gòu)后的知識(shí)體系有鮮明的主線貫穿始終，教師能較好地對(duì)教學(xué)內(nèi)容前后銜接并突出講授重點(diǎn);并且學(xué)生按照這條主線學(xué)習(xí)能更便捷，易加深對(duì)知識(shí)的理解與掌握;同時(shí)這種知識(shí)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(shí)后便于參與科研。

1.2.2課下實(shí)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(shí)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(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目。教師每周進(jìn)行一次輔導(dǎo)答疑，并對(duì)每章節(jié)重點(diǎn)知識(shí)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(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的理解與運(yùn)用程度，以此反饋于教學(xué)，對(duì)教學(xué)進(jìn)度與講授程度進(jìn)行合理調(diào)整。教師對(duì)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(duì)典型問題模塊開展實(shí)驗(yàn)室開放性項(xiàng)目，如球隙放電實(shí)驗(yàn)與電弧形成的動(dòng)畫模擬，使學(xué)生能夠在實(shí)踐化練習(xí)中解決問題，對(duì)知識(shí)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(diǎn)，借助圖片、動(dòng)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(jì)算機(jī)分析對(duì)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(jì)算”一課中，教師引出課題“三角環(huán)網(wǎng)電力系統(tǒng)如何計(jì)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(diǎn)再拆網(wǎng)計(jì)算。采用翻轉(zhuǎn)課堂的方法，讓學(xué)生對(duì)每一步理論計(jì)算進(jìn)行分析講解;結(jié)合分析對(duì)比的方法，將教師科研中的MatLab/Simulink計(jì)算機(jī)仿真軟件引入課堂教學(xué)，構(gòu)建2機(jī)5節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)建模與潮流分析。將軟件解題的結(jié)果與理論計(jì)算的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，總結(jié)兩種解題方式的優(yōu)缺點(diǎn)。

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(dòng)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(dòng)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(dòng)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(diǎn)評(píng)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(shí)簡單化，又能加深學(xué)生的理解，也促進(jìn)了學(xué)生對(duì)教師科研的參與，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和實(shí)踐能力。