唐曉玲

摘要：文章以電氣工程及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)的畢業(yè)要求和教學(xué)目標(biāo)為基本原則，提出了成果為導(dǎo)向的教學(xué)改革理念，以數(shù)字仿真平臺(tái)為工具的案例教學(xué)法的實(shí)施，符合工程教育認(rèn)證和卓越計(jì)劃的培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)。

關(guān)鍵詞：案例教學(xué)；電自專(zhuān)業(yè)教學(xué)；成果導(dǎo)向

中圖分類(lèi)號(hào)：G642.0；TM621 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2019）24-0176-02

一、引言

大學(xué)教育活動(dòng)中，教學(xué)內(nèi)容（教什么）和教學(xué)方法（如何教）的合理組合直接影響學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極性以及教學(xué)的效率和質(zhì)量，也關(guān)系到教學(xué)目標(biāo)能否實(shí)現(xiàn)，教學(xué)任務(wù)能否完成。對(duì)于電氣工程及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)的專(zhuān)業(yè)課教學(xué)，專(zhuān)業(yè)性強(qiáng)，理論基礎(chǔ)和課程的承接性要求高，如果仍然采用傳統(tǒng)的“滿(mǎn)堂灌”講授模式[1]，雖然有利于教師主導(dǎo)作用的發(fā)揮和教學(xué)目標(biāo)的完成，但學(xué)生一味被動(dòng)接受，自主學(xué)習(xí)、自主探究的過(guò)程被忽視，學(xué)習(xí)效果較差。

二、電自專(zhuān)業(yè)教學(xué)改革理念

將電氣工程專(zhuān)業(yè)課程的教學(xué)模式改革為基于成果導(dǎo)向，教學(xué)實(shí)施的目標(biāo)是學(xué)生通過(guò)教育過(guò)程最后所取得的學(xué)習(xí)成果，并通過(guò)“成果是什么—為什么是這個(gè)成果—如何有效幫助學(xué)生取得成果—如何知道學(xué)生取得成果的效果”的教學(xué)設(shè)計(jì)，采用案例教學(xué)，利用既適應(yīng)工程實(shí)踐又滿(mǎn)足教學(xué)的數(shù)字仿真平臺(tái)（CEES供電網(wǎng)計(jì)算分析及輔助決策軟件），滿(mǎn)足本專(zhuān)業(yè)“能夠?qū)?shù)學(xué)、自然科學(xué)、工程基礎(chǔ)和專(zhuān)業(yè)知識(shí)用于解決復(fù)雜電氣工程問(wèn)題”、“能夠應(yīng)用數(shù)學(xué)、自然科學(xué)和工程科學(xué)的基本原理，識(shí)別、表達(dá)、并通過(guò)文獻(xiàn)研究分析復(fù)雜電氣工程問(wèn)題，以獲得有效結(jié)論”、“能夠基于科學(xué)原理并采用科學(xué)方法對(duì)復(fù)雜電氣工程問(wèn)題進(jìn)行研究，包括設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、分析與解釋數(shù)據(jù)、并通過(guò)信息綜合得到合理有效的結(jié)論”、“能夠針對(duì)復(fù)雜電氣工程問(wèn)題，開(kāi)發(fā)、選擇與使用恰當(dāng)?shù)姆抡婕夹g(shù)、設(shè)計(jì)工具、和信息技術(shù)工具，包括對(duì)復(fù)雜電氣工程問(wèn)題的分析與模擬，并能夠理解其局限性”等畢業(yè)要求。

三、案例教學(xué)法及仿真平臺(tái)

案例教學(xué)是一種以案例為基礎(chǔ)和引導(dǎo)的教學(xué)方法，教師提出多個(gè)案例供學(xué)生分析，案例解決的答案并不唯一。教師于教學(xué)中扮演設(shè)計(jì)者和激勵(lì)者的角色，鼓勵(lì)學(xué)生積極參與討論。案例教學(xué)中的案例是真實(shí)存在的，具有很強(qiáng)的綜合性，這就要求學(xué)生不僅要具備基本的理論知識(shí)，還應(yīng)能審時(shí)度勢(shì)、決策果斷、權(quán)衡應(yīng)變?？梢怨膭?lì)學(xué)生獨(dú)立思考，綜合運(yùn)用各種知識(shí)和靈活的技巧來(lái)處理并提出解決問(wèn)題的方案。另外，案例重視雙向交流，從而取長(zhǎng)補(bǔ)短。[2]

CEES供電網(wǎng)計(jì)算分析及輔助決策軟件能夠幫助電氣工程師進(jìn)行便捷的電網(wǎng)方針、分析、規(guī)劃、設(shè)計(jì)和運(yùn)行維護(hù)計(jì)算，是具有集成化、智能化和交互式的圖形化輔助計(jì)算工具，包括一次接線(xiàn)圖輔助設(shè)計(jì)環(huán)境、計(jì)算模塊、報(bào)表模塊、數(shù)據(jù)交換模塊、工程數(shù)據(jù)庫(kù)、設(shè)備信息庫(kù)等部分。系統(tǒng)具有潮流計(jì)算分析、短路電流計(jì)算分析、配電網(wǎng)可靠性評(píng)估、理論線(xiàn)損計(jì)算分析、繼電保護(hù)協(xié)調(diào)、配網(wǎng)無(wú)功優(yōu)化計(jì)算、空間負(fù)荷預(yù)測(cè)及配電網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃等專(zhuān)業(yè)計(jì)算分析功能。CEES供電網(wǎng)計(jì)算分析及輔助決策軟件教學(xué)版可以建立不超過(guò)30個(gè)節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)架，模擬實(shí)際的縣級(jí)高壓配電網(wǎng)，使用繪圖編輯、參數(shù)選取、潮流計(jì)算、報(bào)表生成等功能，能夠滿(mǎn)足教學(xué)目標(biāo)中要求學(xué)生掌握基本的網(wǎng)架搭建、設(shè)備參數(shù)選擇與計(jì)算、潮流計(jì)算與分析、優(yōu)化潮流分布等要求。

四、基于仿真平臺(tái)的案例教學(xué)實(shí)施

在教學(xué)實(shí)踐中，教師將基于仿真平臺(tái)的案例教學(xué)實(shí)施分解為以下幾個(gè)主要部分：

1.任務(wù)引入：將學(xué)生進(jìn)行隨機(jī)分組，提供給每組學(xué)生不同的縣級(jí)35kV及以上高壓配電網(wǎng)地理接線(xiàn)圖、網(wǎng)架和負(fù)荷運(yùn)行參數(shù)等基礎(chǔ)資料，要求學(xué)生通過(guò)團(tuán)隊(duì)合作的形式，利用CEES供電網(wǎng)計(jì)算分析及輔助決策軟件，搭建該地區(qū)高壓配網(wǎng)電氣接線(xiàn)圖并進(jìn)行潮流計(jì)算，對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析并對(duì)該地區(qū)潮流的優(yōu)化提出解決辦法。

2.案例導(dǎo)讀：根據(jù)任務(wù)引入時(shí)提出的要求，教師引導(dǎo)學(xué)生按個(gè)人特點(diǎn)在組內(nèi)進(jìn)行任務(wù)的分解，并要求學(xué)生首先梳理完成任務(wù)所需的相關(guān)教材內(nèi)容、關(guān)鍵知識(shí)點(diǎn)，明確案例需要達(dá)到的目的，并提出存在的疑問(wèn)。

3.仿真平臺(tái)教學(xué)：教師根據(jù)學(xué)生已有的作圖和電力系統(tǒng)分析基礎(chǔ)，使用一個(gè)實(shí)例演示CEES供電網(wǎng)計(jì)算分析及輔助決策軟件作圖、搭建網(wǎng)架、選取元件參數(shù)、進(jìn)行潮流計(jì)算，使學(xué)生在理解并掌握完成案例任務(wù)的方法和步驟后，舉一反三，再進(jìn)入具體實(shí)施。

4.學(xué)生實(shí)踐：學(xué)生做好案例基礎(chǔ)資料分析、相關(guān)知識(shí)準(zhǔn)備后，開(kāi)始利用CEES供電網(wǎng)計(jì)算分析及輔助決策軟件的繪圖編輯面板，進(jìn)行電氣接線(xiàn)單線(xiàn)圖的繪制，并通過(guò)軟件設(shè)備信息庫(kù)中的架空線(xiàn)路數(shù)據(jù)、電纜數(shù)據(jù)、變壓器數(shù)據(jù)等設(shè)定接線(xiàn)圖中包含的所有元件參數(shù)。單線(xiàn)圖及網(wǎng)架信息完善后，軟件支持多種潮流計(jì)算方法（快速分解法、前推回推法、牛頓法等）并實(shí)現(xiàn)最優(yōu)算法的自動(dòng)選擇，可以實(shí)現(xiàn)母線(xiàn)、支路潮流，電壓、有功無(wú)功損耗，無(wú)功補(bǔ)償?shù)鹊挠?jì)算分析。根據(jù)潮流計(jì)算的初步結(jié)果，再適當(dāng)選擇改變網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行方式、變壓器分接頭、調(diào)節(jié)無(wú)功補(bǔ)償?shù)绒k法，確保網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的設(shè)備傳輸功率不越限、線(xiàn)路和母線(xiàn)電壓水平合格、網(wǎng)絡(luò)損耗降低。

5.教師指導(dǎo)：教師在學(xué)生實(shí)踐過(guò)程中，需要對(duì)學(xué)生進(jìn)行引導(dǎo)和啟發(fā)，對(duì)實(shí)踐過(guò)程中反映出來(lái)的共性的相關(guān)理論問(wèn)題和實(shí)際問(wèn)題要進(jìn)行重點(diǎn)分析和講解，并作出理論總結(jié)歸納和升華。對(duì)于個(gè)性化問(wèn)題和非原則性問(wèn)題，鼓勵(lì)學(xué)生積極動(dòng)手和創(chuàng)新，打破桎梏。

6.成果評(píng)價(jià)：案例教學(xué)最終需按組提交優(yōu)化后的潮流計(jì)算結(jié)果的電氣接線(xiàn)圖一張，潮流計(jì)算和分析說(shuō)明書(shū)一份。成果的考核評(píng)價(jià)的導(dǎo)向應(yīng)該符合工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)的專(zhuān)業(yè)人才的培養(yǎng)方向；評(píng)價(jià)的標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)該與教學(xué)目標(biāo)及畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)保持一致；評(píng)價(jià)過(guò)程應(yīng)客觀科學(xué)；評(píng)價(jià)方式與教學(xué)過(guò)程應(yīng)該相適應(yīng)；評(píng)價(jià)形式應(yīng)該簡(jiǎn)單易行；評(píng)價(jià)方式和評(píng)價(jià)內(nèi)容需持續(xù)改進(jìn)。小組成果由教師給每個(gè)小組進(jìn)行統(tǒng)一評(píng)分的同時(shí)，小組成員自行根據(jù)承擔(dān)任務(wù)量和完成質(zhì)量確定組內(nèi)成員的貢獻(xiàn)系數(shù)，綜合教師分?jǐn)?shù)和個(gè)人貢獻(xiàn)系數(shù)得到個(gè)人成績(jī)。教師根據(jù)成果提交時(shí)間（按時(shí)、遲交或未交）、完成態(tài)度（認(rèn)真或敷衍）、完成質(zhì)量（達(dá)到基本要求、有個(gè)人思考、有獨(dú)到見(jiàn)解、有較高創(chuàng)新性）、提交報(bào)告及圖紙的規(guī)范性（符合國(guó)家規(guī)范、較規(guī)范、不規(guī)范）等多個(gè)維度對(duì)每組成果進(jìn)行評(píng)判。

五、實(shí)施效果評(píng)價(jià)

在電氣工程及其自動(dòng)化的專(zhuān)業(yè)教學(xué)中利用仿真平臺(tái)實(shí)施案例教學(xué)，增強(qiáng)了教學(xué)的趣味性和實(shí)踐性，學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性被充分調(diào)動(dòng)。案例教學(xué)的應(yīng)用拉近了課堂教學(xué)與系統(tǒng)實(shí)際情境的距離，有助于按照卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃進(jìn)行人才培養(yǎng)，學(xué)生逐步學(xué)會(huì)通過(guò)動(dòng)手摸索和主動(dòng)思考來(lái)分析和解決問(wèn)題，不再一味等待教師講解灌輸。團(tuán)隊(duì)合作的任務(wù)安排，組內(nèi)和組間的交流討論充分讓學(xué)生體會(huì)取長(zhǎng)補(bǔ)短的共贏合作模式以及良性的競(jìng)爭(zhēng)氛圍。教師和學(xué)生能夠共同感覺(jué)到，案例教學(xué)法和仿真平臺(tái)的使用有利于培養(yǎng)學(xué)生的主動(dòng)性、提高學(xué)生解決問(wèn)題的能力、增加學(xué)生之間的溝通合作、促使學(xué)生開(kāi)拓視野、活躍思維。[3]這些優(yōu)勢(shì)與以成果為導(dǎo)向的專(zhuān)業(yè)課程目標(biāo)、畢業(yè)要求、卓越工程師和工程教育專(zhuān)業(yè)認(rèn)證的培養(yǎng)理念均十分契合。

六、結(jié)論

研究明確了電氣工程及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)畢業(yè)要求和教學(xué)目標(biāo)，并以此為依據(jù)確定了教學(xué)改革的基本原則和理念，以利用仿真平臺(tái)的案例教學(xué)法作為教學(xué)改革的實(shí)際操作手段進(jìn)行了研究和實(shí)踐，取得了較好的實(shí)踐效果。但在具體實(shí)施過(guò)程中，也發(fā)現(xiàn)了一些亟待解決的問(wèn)題。其中最為突出的，是案例導(dǎo)向的教學(xué)方法給任課教師提出了新的挑戰(zhàn)。教師不僅必須具有專(zhuān)業(yè)知識(shí)和豐富的交叉學(xué)科的相關(guān)知識(shí)，還必須具備豐富的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)、輔助平臺(tái)使用經(jīng)驗(yàn)、工程實(shí)際實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，要具有強(qiáng)大的提出問(wèn)題和分析解決問(wèn)題的能力以及良好的組織管理能力。另外，在互聯(lián)網(wǎng)充分發(fā)達(dá)的今天，學(xué)生獲取知識(shí)的渠道早就不限于課堂，甚至獲取新知識(shí)的方法和能力還超過(guò)了教師，這就要求教師需要在課前花費(fèi)更大的精力備課，才能在課堂上幫助學(xué)生在海量的互聯(lián)網(wǎng)資源中進(jìn)行篩選和甄別。基于數(shù)字仿真平臺(tái)的案例教學(xué)在電氣工程及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)的教學(xué)中探索剛剛開(kāi)始，教學(xué)方法、評(píng)價(jià)體系的完善還需進(jìn)一步探索，學(xué)科組教師將在工作中不斷充實(shí)、完善，提高教學(xué)質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

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