1、電力工程基礎課程教學改革研究   本文關鍵詞：    本文簡介：摘要：基于CDIO工程教育理念，針對電力工程基礎理論課的教學進行改革。通過改革課程內容、教學方法、手段和資源，建立了“教學研”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，學生的成績得到顯著提高，競賽技能得到增強，教師的教學能力得到提升，教改實踐對    本文內容：   ：基于CDIO工程教育理念，針對電力工程基礎理論課的教學進行改革。通過改革課程內容、教學方法、手段和資源，建立了“教學研”深度融合的載體，即

2、“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，學生的成績得到顯著提高，競賽技能得到增強，教師的教學能力得到提升，教改實踐對提高學生能力和提升教師教學水平起到了雙重催化作用。   ：電力工程基礎；工程教育理念；教學方法   電力工程基礎是電氣工程及自動化專業的一門專業基礎課，其前導課程包括電路分析、電機學，后續課程包括電力系統分析、電力系統繼電保護等。課程內容包括電力系統相關概念和供配電一/二次系統的計算和運行操作，以及防雷接地保護等。課程內容覆蓋面廣、信息量大，是一門理論性和實踐性都很強的課程。該課程培養目標是學生的認知和理解能

3、力、邏輯思維能力、工程計算和   1.1CDIO模式下“教學研”融合的必要性   電力工程基礎課程在以往的教學內容設置上，教師圍繞教材進行通篇講授，沒有對教材知識結構進行梳理和重構，導致講授過多、學時不足，教學內容重點不突出，學生所學知識多、雜、難的現象。課上教師僅僅采用單一的講授法完成課堂教學任務，僅在必要的章節講授中使用多媒體輔助教學，缺乏教學方式、方法的設計；課下布置的作業單單是為了鞏固知識點的記憶，作業題的設置缺乏綜合性、設計性。學生聽課效果欠佳，對于較難理解的知識，多數學生放棄對該知識點的深入理解，造成在后續課程中跟不上，頭腦中無法建立完善的知

4、識體系，學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，本課程缺乏實驗環節的設置，尤其是潮流分析的問題，學生無法實驗練習，造成學生所學僅僅停留在理論層面上，無法內化和實踐；同時，教師也缺乏深入科研的條件，科研進度緩慢。以上所言諸多問題說明，該課程現有的模式無法適應工程教育大背景下培養專業人才的需求。CDIO教育理念要求學生對工程問題能夠構思、設計，并加以實現和運行。這種能力的培養離不開教學模式的改革，用工程教育的理念指導教學，促使理論與實踐深入結合；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“教學研”深度融合的教育與發展模式，是解決以

5、往教學中突出問題的有效途徑，能高質量地培養電力工程人才，是電氣工程學科適應時代發展的必然趨勢。   1.2“教學研”融合的具體措施   1.2.1教學內容的增減為了使本門課程知識體系連貫，便于教師講授和學生學習，促進教師科研與學生參與的融合，對現有電力工程基礎課程教學的知識章節進行重構。以電能的“生產、輸送、分配和使用”為主線，形成了六個模塊的講授內容，即發電廠及電力系統基本概念、電力網等值電路、電力網潮流分析、高壓開關電器、一次系統主接線設計和電力設備的選擇應用。教材中的陳舊與偏難知識點，不利于學生理解，不影響教學主線的形成，可以刪除，如復雜閉式網的潮

6、流分析與計算、矩陣算法的潮流理論分析等。重構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內容前后銜接并突出講授重點；并且學生按照這條主線學習能更便捷，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，與教師科研的方向有利融合，學生掌握基礎知識后便于參與科研。1.2.2課下實踐指導環節的強化基于CDIO工程教育理念，為培養學生發現問題并解決的能力，注重課下實踐指導環節的強化，如輔導答疑、布置作業和開放實驗室項目。教師每周進行一次輔導答疑，并對每章節重點知識精心布置，呈現難易度不同的梯度作業，從中掌握學生對基礎知識的理解與運用程度，以此反饋于教學，對教學進度與講授程度進行合理調整。教師

7、對學生提出的問題進行歸納，   1.3“教學研”融合的載體   我們在CDIO工程教育理念的引領下，以教師和學生為雙重出發點，對電力工程基礎課程的講授、學生對知識的學習與師生科研進行有效融合的載體“項目競賽軟件平臺”，如圖1所示。   1.4“項目-競賽-軟件平臺”的作用   實驗室開放性項目的開展，能夠建立起教師課堂講授內容與學生學習知識之間的聯系，該項目是對課題知識的驗證與鞏固。大學生科技競賽與創新項目的進行，能夠建立起教師科研與學生學習知識之間的聯系。將教師的科研內容形成創新項目或參與科技競賽，既是對學生學習

8、知識的良好運用，也是學生參與科研的有力途徑。借助仿真軟件構筑軟件平臺教學，能夠建立起教師科研與課堂講授內容之間的聯系10。將教師科研中使用的工程軟件對學生進行講授，如Origin數據處理軟件、AutoCAD繪圖軟件、MATLAB/Simulink仿真軟件等，既是對理論課程實踐化的強化環節，又是科研反哺教學的體現。   2.1實驗室開放性項目   在CDIO工程教育模式的引導下，學生對電力工程領域研究分析產生了濃厚興趣。借此，針對教學輔導答疑環節中的問題進行總結并凝聚幾個典型問題模塊，結合教師的科研方向及處理方法，借助仿真實驗分室、電力電子技術實驗分室和供

9、配電技術模擬平臺，在2016-2017學年度兩個學期內開展了9個實驗室開放性項目：電力工程網絡模塊化建設、基于Simulink的電力網潮流分布建模與仿真、基于Origin8.0的電容器介質性能數據分析處理、SPWM逆變電路的建模與仿真、架空線路的三相自動重合閘系統仿真研究、基于MATLAB電力系統短路故障仿真實驗、基于C51的電力風光互補發電系統的設計、基于C51的智能插排設計、MPU6050在四軸飛行器中的應用。每個項目參與學生人數均在15人以上，教師共講授36學時，學生利用業余時間共學習108學時。這些項目涵蓋電力工程基礎教學各個章節，難度由淺入深，均借助工程分析處理方法加以解決。

10、60; 2.2大學生科技競賽與創新項目   在電力工程基礎課程多章節的講授、討論中融入了CDIO工程教育理念，使學生頭腦中形成了從工程角度出發的CDIO思維模式，但缺少實際運用的機會。因此，本課程以課外大學生科技競賽與創新項目為外延，提供給學生鍛煉的機會，在競賽和項目中培養CDIO工程教育理念下的掌握知識能力、個人能力和人際團隊能力。各類競賽或科技創新項目多數來源于工程實際中急需攻關的難題，學生以競技團隊或科研團隊形式展開研究，設計出一套解決問題的方法，具體路線如圖2所示。   2.3軟件平臺   我們在本課程改革中，基于“

11、教學研”深度融合的具體實施構建了軟件平臺，包括MATLAB/Simulink仿真軟件、Origin8.0數據分析處理軟件以及AutoCAD電氣繪圖軟件等，用以輔助實驗室開放性項目和競賽的開展。在“基于Simulink的電力網潮流分布建模與仿真”項目中，利用MATLAB/Simulink軟件對典型電力網進行建模仿真，并利用Origin8.0科學處理軟件對仿真后的數據進行分析處理，從而指導電力網的設計改造，對改造結構可利用AutoCAD軟件進行繪制出圖。教師在項目與競賽中對軟件進行教學指導，軟件平臺的運行更好地輔助了項目與競賽，使得“教學研”更好地融合。   3.1學生學習成績

12、得到提高   對電力工程基礎課程教學改革前后學生成績分布進行對比分析，其結果如圖3所示。從圖3(a)與(c)的對比可見，改革后學生總成績明顯提高，優秀率增加，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%。根據圖3(b)與(d)對比可知，改革后學生卷面成績明顯提高，及格率和優秀率均有所增加。   3.2學生比賽競技能力得到增強   理論課程實踐化改革中，CDIO工程教育理論引入及輔助教學環節中實驗室開放性項目的鍛煉，使得學生理論與實踐結合能力得到提升，對工程實際問題解決的思維得到開發，也促

13、進了學生在后續各類比賽中取得更好的佳績。如學生在2016年獲全國大學生TI杯電子設計競賽黑龍江賽區二等獎；2017年獲第八屆“藍橋杯”全國軟件和信息技術專業人才大賽黑龍江賽區一等獎和全國總決賽優秀獎，第十三屆“博創杯”全國大學生設計大賽東北賽區一等獎。   3.3教師教學能力得到提升   在電力工程基礎課程教學改革的進行中，教師的教學能力也得到了進一步的提升。在CDIO的教育理念下，教師對現有教材進行了改編，教材更具有實用性，教學水平得到提高。教學經驗豐富了，教學方法多樣了，兩名教師分別在青年教師教學技能競賽中獲得一等獎和二等獎，并在一輪教學實踐后，獲得教學新秀獎。3.4教改的雙重催化作用教學改革推動了教師科研項目的進行，加大了教師科研成果產出，自2015至2017年該課程教師團隊共申報并授權實用新型專利5件。同時，開放性項目的開展為學生參加競技類比賽提供了鍛煉機會，學生工程分析能力