电力工程基础课程教学改革研究

1、电力工程基础课程教学改革研究   本文关键词：    本文简介：摘要：基于CDIO工程教育理念，针对电力工程基础理论课的教学进行改革。通过改革课程内容、教学方法、手段和资源，建立了“教学研”深度融合的载体，即“项目竞赛软件平台”，形成了CDIO工程模式下的解题路线。教改实践表明，学生的成绩得到显著提高，竞赛技能得到增强，教师的教学能力得到提升，教改实践对    本文内容：   ：基于CDIO工程教育理念，针对电力工程基础理论课的教学进行改革。通过改革课程内容、教学方法、手段和资源，建立了“教学研”深度融合的载体，即

2、“项目竞赛软件平台”，形成了CDIO工程模式下的解题路线。教改实践表明，学生的成绩得到显著提高，竞赛技能得到增强，教师的教学能力得到提升，教改实践对提高学生能力和提升教师教学水平起到了双重催化作用。   ：电力工程基础；工程教育理念；教学方法   电力工程基础是电气工程及自动化专业的一门专业基础课，其前导课程包括电路分析、电机学，后续课程包括电力系统分析、电力系统继电保护等。课程内容包括电力系统相关概念和供配电一/二次系统的计算和运行操作，以及防雷接地保护等。课程内容覆盖面广、信息量大，是一门理论性和实践性都很强的课程。该课程培养目标是学生的认知和理解能

3、力、逻辑思维能力、工程计算和   1.1CDIO模式下“教学研”融合的必要性   电力工程基础课程在以往的教学内容设置上，教师围绕教材进行通篇讲授，没有对教材知识结构进行梳理和重构，导致讲授过多、学时不足，教学内容重点不突出，学生所学知识多、杂、难的现象。课上教师仅仅采用单一的讲授法完成课堂教学任务，仅在必要的章节讲授中使用多媒体辅助教学，缺乏教学方式、方法的设计；课下布置的作业单单是为了巩固知识点的记忆，作业題的设置缺乏综合性、设计性。学生听课效果欠佳，对于较难理解的知识，多数学生放弃对该知识点的深入理解，造成在后续课程中跟不上，头脑中无法建立完善的知

4、识体系，学生的期末成绩普遍偏低，不及格率增加。更重要的是，由于实验条件的限制，本课程缺乏实验环节的设置，尤其是潮流分析的问题，学生无法实验练习，造成学生所学仅仅停留在理论层面上，无法内化和实践；同时，教师也缺乏深入科研的条件，科研进度缓慢。以上所言诸多问题说明，该课程现有的模式无法适应工程教育大背景下培养专业人才的需求。CDIO教育理念要求学生对工程问题能够构思、设计，并加以实现和运行。这种能力的培养离不开教学模式的改革，用工程教育的理念指导教学，促使理论与实践深入结合；而工程问题的解决又离不开深入的研究。所以，基于CDIO教育理念，在师生之间建立起“教学研”深度融合的教育与发展模式，是解决以

5、往教学中突出问题的有效途径，能高质量地培养电力工程人才，是电气工程学科适应时代发展的必然趋势。   1.2“教学研”融合的具体措施   1.2.1教学内容的增减为了使本门课程知识体系连贯，便于教师讲授和学生学习，促进教师科研与学生参与的融合，对现有电力工程基础课程教学的知识章节进行重构。以电能的“生产、输送、分配和使用”为主线，形成了六个模块的讲授内容，即发电厂及电力系统基本概念、电力网等值电路、电力网潮流分析、高压开关电器、一次系统主接线设计和电力设备的选择应用。教材中的陈旧与偏难知识点，不利于学生理解，不影响教学主线的形成，可以删除，如复杂闭式网的潮

6、流分析与计算、矩阵算法的潮流理论分析等。重构后的知识体系有鲜明的主线贯穿始终，教师能较好地对教学内容前后衔接并突出讲授重点；并且学生按照这条主线学习能更便捷，易加深对知识的理解与掌握；同时这种知识体系模块化重构，与教师科研的方向有利融合，学生掌握基础知识后便于参与科研。1.2.2课下实践指导环节的强化基于CDIO工程教育理念，为培养学生发现问题并解决的能力，注重课下实践指导环节的强化，如辅导答疑、布置作业和开放实验室项目。教师每周进行一次辅导答疑，并对每章节重点知识精心布置，呈现难易度不同的梯度作业，从中掌握学生对基础知识的理解与运用程度，以此反馈于教学，对教学进度与讲授程度进行合理调整。教师

7、对学生提出的问题进行归纳，   1.3“教学研”融合的载体   我们在CDIO工程教育理念的引领下，以教师和学生为双重出发点，对电力工程基础课程的讲授、学生对知识的学习与师生科研进行有效融合的载体“项目竞赛软件平台”，如图1所示。   1.4“项目-竞赛-软件平台”的作用   实验室开放性项目的开展，能够建立起教师课堂讲授内容与学生学习知识之间的联系，该项目是对课题知识的验证与巩固。大学生科技竞赛与创新项目的进行，能够建立起教师科研与学生学习知识之间的联系。将教师的科研内容形成创新项目或参与科技竞赛，既是对学生学习

8、知识的良好运用，也是学生参与科研的有力途径。借助仿真软件构筑软件平台教学，能够建立起教师科研与课堂讲授内容之间的联系10。将教师科研中使用的工程软件对学生进行讲授，如Origin数据处理软件、AutoCAD绘图软件、MATLAB/Simulink仿真软件等，既是对理论课程实践化的强化环节，又是科研反哺教学的体现。   2.1实验室开放性项目   在CDIO工程教育模式的引导下，学生对电力工程领域研究分析产生了浓厚兴趣。借此，针对教学辅导答疑环节中的问题进行总结并凝聚几个典型问题模块，结合教师的科研方向及处理方法，借助仿真实验分室、电力电子技术实验分室和供

9、配电技术模拟平台，在2016-2017学年度两个学期内开展了9个实验室开放性项目：电力工程网络模块化建设、基于Simulink的电力网潮流分布建模与仿真、基于Origin8.0的电容器介质性能数据分析处理、SPWM逆变电路的建模与仿真、架空线路的三相自动重合闸系统仿真研究、基于MATLAB电力系统短路故障仿真实验、基于C51的电力风光互补发电系统的设计、基于C51的智能插排设计、MPU6050在四轴飞行器中的应用。每个项目参与学生人数均在15人以上，教师共讲授36学时，学生利用业余时间共学习108学时。这些项目涵盖电力工程基础教学各个章节，难度由浅入深，均借助工程分析处理方法加以解决。

10、60; 2.2大学生科技竞赛与创新项目   在电力工程基础课程多章节的讲授、讨论中融入了CDIO工程教育理念，使学生头脑中形成了从工程角度出发的CDIO思维模式，但缺少实际运用的机会。因此，本课程以课外大学生科技竞赛与创新项目为外延，提供给学生锻炼的机会，在竞赛和项目中培养CDIO工程教育理念下的掌握知识能力、个人能力和人际团队能力。各类竞赛或科技创新项目多数来源于工程实际中急需攻关的难题，学生以竞技团队或科研团队形式展开研究，设计出一套解决问题的方法，具体路线如图2所示。   2.3软件平台   我们在本课程改革中，基于“

11、教学研”深度融合的具体实施构建了软件平台，包括MATLAB/Simulink仿真软件、Origin8.0数据分析处理软件以及AutoCAD电气绘图软件等，用以辅助实验室开放性项目和竞赛的开展。在“基于Simulink的电力网潮流分布建模与仿真”项目中，利用MATLAB/Simulink软件对典型电力网进行建模仿真，并利用Origin8.0科学处理软件对仿真后的数据进行分析处理，从而指导电力网的设计改造，对改造结构可利用AutoCAD软件进行绘制出图。教师在项目与竞赛中对软件进行教学指导，软件平台的运行更好地辅助了项目与竞赛，使得“教学研”更好地融合。   3.1学生学习成绩

12、得到提高   对电力工程基础课程教学改革前后学生成绩分布进行对比分析，其结果如图3所示。从图3(a)与(c)的对比可见，改革后学生总成绩明显提高，优秀率增加，由改革前的2.16%增加到6.29%，不及格率降低，由改革前的16.55%降低到12.58%。根据图3(b)与(d)对比可知，改革后学生卷面成绩明显提高，及格率和优秀率均有所增加。   3.2学生比赛竞技能力得到增强   理论课程实践化改革中，CDIO工程教育理论引入及辅助教学环节中实验室开放性项目的锻炼，使得学生理论与实践结合能力得到提升，对工程实际问题解决的思维得到开发，也促

13、进了学生在后续各类比赛中取得更好的佳绩。如学生在2016年获全国大学生TI杯电子设计竞赛黑龙江赛区二等奖；2017年获第八届“蓝桥杯”全国软件和信息技术专业人才大赛黑龙江赛区一等奖和全国总决赛优秀奖，第十三届“博创杯”全国大学生设计大赛东北赛区一等奖。   3.3教师教学能力得到提升   在电力工程基础课程教学改革的进行中，教师的教学能力也得到了进一步的提升。在CDIO的教育理念下，教师对现有教材进行了改编，教材更具有实用性，教学水平得到提高。教学经验丰富了，教学方法多样了，两名教师分别在青年教师教学技能竞赛中获得一等奖和二等奖，并在一轮教学实践后，获得教学新秀奖。3.4教改的双重催化作用教学改革推动了教师科研项目的进行，加大了教师科研成果产出，自2015至2017年该课程教师团队共申报并授权实用新型专利5件。同时，开放性项目的开展为学生参加竞技类比赛提供了锻炼机会，学生工程分析能力