能源與動力工程專業(yè)學(xué)位課程的案例教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)踐

潘虹 周大慶

摘要：案例教學(xué)是專業(yè)學(xué)位教育中促進(jìn)理論與實(shí)踐融合的重要途徑。本文以能源與動力工程專業(yè)“機(jī)組與設(shè)備測試與診斷”課程為例，針對教學(xué)過程中存在的案例數(shù)量短缺、案例選擇普適性不強(qiáng)等問題，提出了對接行業(yè)需求、共享科研成果、拓寬教師團(tuán)隊(duì)的案例研制思路，并形成了完整的案例建設(shè)與評價體系。教學(xué)實(shí)踐表明自主研制的案例教學(xué)可以有效提高學(xué)生對知識點(diǎn)的理論理解能力，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和批判學(xué)習(xí)能力。

關(guān)鍵詞：案例教學(xué)；能源與動力工程；機(jī)組與設(shè)備測試與診斷

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2019）33-0134-03

案例教學(xué)是一種以案例為教學(xué)主要元素實(shí)現(xiàn)知識傳遞的教學(xué)方法，通過啟發(fā)式教學(xué)和探究式學(xué)習(xí)相結(jié)合，可以有效提高學(xué)生的知識吸收和情境決策能力。由于這種方法在教學(xué)情境構(gòu)建、師生互動等方面的顯著優(yōu)勢，被廣泛地應(yīng)用于法學(xué)、醫(yī)學(xué)、公共管理學(xué)科的教學(xué)過程中。20世紀(jì)90年代，我國專業(yè)學(xué)位教育引入案例教學(xué)法，掀起了一陣教學(xué)改革的熱潮。案例教學(xué)被認(rèn)為是“推進(jìn)專業(yè)學(xué)位教學(xué)改革的重要途徑”“推動專業(yè)學(xué)位研究生培養(yǎng)模式改革的重要手段”，不僅可以大大增加學(xué)生知識獲取的信息量，而且能夠有效調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性，同時在案例教學(xué)的獨(dú)立研究和交互討論過程中，學(xué)生的創(chuàng)新思維、語言表達(dá)、團(tuán)隊(duì)合作能力都能得到有效的鍛煉和提高。

2013年，工商管理、公共管理、會計(jì)、教育、法律、醫(yī)學(xué)六個教指委開始大力推廣案例教學(xué)，截至目前，稅務(wù)、出版、獸醫(yī)、工程管理、漢語國際教育、體育、風(fēng)景園林、國際商務(wù)等教指委也加入了案例教學(xué)改革的隊(duì)伍。但是就能源與動力工程相關(guān)專業(yè)而言，還停留在工程造價、水利工程測量等部分課程的教學(xué)嘗試階段，系統(tǒng)性的、針對性的教學(xué)應(yīng)用未見報道。即便是已有報道的課程案例教學(xué)也多為在課堂講授中舉些實(shí)例作為理論佐證，或者由實(shí)例來引出所要講述的問題，教學(xué)環(huán)節(jié)中缺乏完整系統(tǒng)的案例文本，也未形成課前分發(fā)案例文本、課間開展研討與分析的教學(xué)模式，都不能真正定位為案例教學(xué)。為此，本文以能源與動力工程專業(yè)“機(jī)組與設(shè)備測試與診斷”課程為例，針對實(shí)際教學(xué)過程中存在的案例數(shù)量短缺、案例選擇普適性不強(qiáng)等問題，提出了對接行業(yè)需求、共享科研成果、拓寬教師團(tuán)隊(duì)的案例研制思路，并形成了完整的案例建設(shè)與評價體系。

一、案例教學(xué)的設(shè)計(jì)原則

“機(jī)組與設(shè)備測試與診斷”課程案例教學(xué)應(yīng)以具體工程案例為基礎(chǔ)，立足對接行業(yè)需求、共享科研成果、拓寬教師團(tuán)隊(duì)的建設(shè)理念，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題，從而鞏固基礎(chǔ)理論、解決實(shí)際問題、提高解決問題的能力。

案例應(yīng)具有代表性，能夠?qū)铀婎I(lǐng)域機(jī)組與設(shè)備測試與診斷的行業(yè)需求，體現(xiàn)狀態(tài)監(jiān)測、故障診斷、系統(tǒng)研發(fā)等重點(diǎn)問題，應(yīng)對研究生就業(yè)后開展職業(yè)生涯和進(jìn)一步深造學(xué)習(xí)具有啟發(fā)性和引領(lǐng)性，難度適宜、大小合適；案例來源于理論研究、工程實(shí)踐和產(chǎn)品研發(fā)等不同渠道，符合客觀實(shí)際，數(shù)據(jù)真實(shí)有效，涉及個人隱私或企業(yè)秘密時應(yīng)征得同意，隱去保密信息；案例不僅適合在能源與動力工程專業(yè)課程教學(xué)中應(yīng)用，還可在相關(guān)專業(yè)范圍內(nèi)共享；定期開展教學(xué)實(shí)踐，評價案例教學(xué)效果并提出改進(jìn)措施。

案例課程應(yīng)以視頻案例、文字案例等多種形式進(jìn)行呈現(xiàn)，其中視頻案例可選擇錄屏形式、手寫講解、出境講解、實(shí)景講授、動畫演示、對話式講解、訪談等呈現(xiàn)形式，構(gòu)建數(shù)字化案例資源平臺，網(wǎng)絡(luò)共享整個案例與附件資源。

二、案例選擇及編制

1.教學(xué)案例的選擇。根據(jù)上述案例教學(xué)的設(shè)計(jì)原則，本著注重理論與實(shí)踐結(jié)合、典型與普適結(jié)合的建設(shè)思路，“機(jī)組與設(shè)備測試與診斷”課程共選擇了幾個案例，分別為《桐柏及仙居穩(wěn)定性檢測診斷及能量特性研究》《敘利亞迪什林電站轉(zhuǎn)輪動應(yīng)力測試》《國家電網(wǎng)水電機(jī)組全景信息建模及開放式監(jiān)測平臺》《水口水電站故障案例分析》《三峽水電站傳感器選擇與布置》《華科同安TN8000狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)用》《非平穩(wěn)信號處理在水電機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷中的應(yīng)用》《水電機(jī)組測試與診斷中的人工智能方法》和《三峽左岸電站VGS機(jī)組穩(wěn)定性試驗(yàn)》。

2.教學(xué)案例的編制。每個教學(xué)案例都由案例封面、案例正文、案例教學(xué)指導(dǎo)書和附件（視頻、文字等材料）組成。案例正文具備兩種敘述方式，一種為對教學(xué)案例從頭到尾進(jìn)行敘述，如《水口水電站故障案例分析》，包括水電站基本背景、故障發(fā)現(xiàn)及導(dǎo)致后果情況、故障診斷具體過程（含測試數(shù)據(jù)、信號處理方法、模式識別方法）、案例可應(yīng)用的場景等；另一種為將多個具有共同特性的事件集中到一起形成案例，如《非平穩(wěn)信號處理在水電機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷中的應(yīng)用》，通過非平穩(wěn)信號處理技術(shù)從傅里葉變換、小波變換、經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解到局域均值分解的演進(jìn)過程，通過多個水電站信號處理與分析案例的串聯(lián)，強(qiáng)化學(xué)生對于水電站機(jī)組和設(shè)備測試信號分析的教學(xué)內(nèi)容。

案例教學(xué)指導(dǎo)書是為教師提供教學(xué)時的指導(dǎo)性參考材料。說明中包括案例教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)提問設(shè)計(jì)及時間安排、延伸討論內(nèi)容及參考文獻(xiàn)等內(nèi)容。以《三峽左岸電站VGS機(jī)組穩(wěn)定性試驗(yàn)》案例為例，安排4個課時，每課時45分鐘。教學(xué)設(shè)計(jì)步驟如下：（1）課前計(jì)劃。安排學(xué)生閱讀案例及相關(guān)參考資料，熟悉整個案例，對案例中提出的問題進(jìn)行思考。（2）課中計(jì)劃。介紹教學(xué)目的，明確討論主題；分組討論問題，整合意見，組織發(fā)言；小組代表發(fā)言，提出解決措施，并對其他小組意見進(jìn)行評述。（3）課后計(jì)劃。布置學(xué)生課后進(jìn)一步細(xì)化了解穩(wěn)定性試驗(yàn)及運(yùn)行區(qū)域劃分方法，并結(jié)合具體電站現(xiàn)有分析結(jié)構(gòu)，提出改進(jìn)思路。

學(xué)生需要提前思考并課上交互討論的問題包括：（1）水電站振動、擺度、水壓脈動的評價標(biāo)準(zhǔn)如何確定？是否存在普適性？（2）水力機(jī)組運(yùn)行區(qū)域劃分方法對指導(dǎo)機(jī)組運(yùn)行有何幫助？現(xiàn)有劃分方法是否存在不當(dāng)之處？（3）三峽電站出現(xiàn)的高負(fù)荷振動帶是否有其他個案？你對該區(qū)域的產(chǎn)生機(jī)理深入研究有什么建議？

三、案例教學(xué)的實(shí)踐應(yīng)用

1.案例教學(xué)視頻制作。案例的呈現(xiàn)方式多種多樣，除了常規(guī)的文字、圖片、動畫等方式外，教學(xué)視頻是一種更為新穎、表現(xiàn)力強(qiáng)的傳播媒介，也更加契合“機(jī)組與設(shè)備測試與診斷”課程實(shí)踐性強(qiáng)、工程色彩濃厚的特點(diǎn)。案例視頻可以呈現(xiàn)更加豐富的內(nèi)容，真實(shí)的案例場景再現(xiàn)，有效地解決了學(xué)生由于工程經(jīng)驗(yàn)不足導(dǎo)致的教學(xué)效果不佳，同時在普及推廣案例教學(xué)方面也具有不可替代的優(yōu)勢。本課程在案例教學(xué)視頻制作環(huán)節(jié)中也針對性地節(jié)選了其中3個案例進(jìn)行拍攝，分別是《三峽水電站傳感器選擇與布置》《華科同安TN8000狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)用》和《桐柏及仙居穩(wěn)定性檢測診斷及能量特性研究》，力求全面覆蓋水電機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷的關(guān)鍵實(shí)踐環(huán)節(jié)。

2.案例教學(xué)的評價標(biāo)準(zhǔn)。為更好地促進(jìn)案例教學(xué)，完善案例教學(xué)課程設(shè)計(jì)，本課程也建立了相應(yīng)的案例教學(xué)評價標(biāo)準(zhǔn)：（1）案例符合教學(xué)需要，涉及知識點(diǎn)可覆蓋機(jī)組與設(shè)備的信號采集、信號分析、故障機(jī)理、故障診斷系統(tǒng)等主要教學(xué)內(nèi)容。（2）案例具備多角度、普遍性特色，能夠涵蓋常規(guī)水電、抽水蓄能電站、泵站中主要機(jī)組與設(shè)備的典型故障和市場占有份額較高的狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷產(chǎn)品。（3）案例響應(yīng)工程實(shí)踐需求，對電站運(yùn)行中需求最多的穩(wěn)定性試驗(yàn)、能量性能試驗(yàn)和空化空蝕試驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行系統(tǒng)介紹。為了提高教學(xué)效果，還定期召開教學(xué)研討會，邀請資深教師進(jìn)行課堂監(jiān)督與考評；開展學(xué)生評教等調(diào)研活動，及時向任課教師反饋學(xué)生對教學(xué)效果的意見與建議；設(shè)置多渠道的網(wǎng)絡(luò)留言通道，集中來自各方面的課程學(xué)習(xí)人員對教學(xué)案例和教學(xué)資源的意見，根據(jù)教學(xué)反饋及時更新教學(xué)內(nèi)容，調(diào)整案例文案與呈現(xiàn)方式。

3.案例教學(xué)的教學(xué)方法。學(xué)生需求是案例教學(xué)的基本出發(fā)點(diǎn)，在教學(xué)過程中為更好地實(shí)現(xiàn)案例教學(xué)的目標(biāo)，需要采用多元化的教學(xué)方法。案例教學(xué)與傳統(tǒng)教學(xué)最大的區(qū)別就在于，案例教學(xué)不僅僅是告訴學(xué)生正確的答案和方法，而是重在引導(dǎo)，通過案例幫助學(xué)生了解分析問題的思路，解決問題的理論和方法，提出針對性的對策和措施。在整個教學(xué)過程中，師生間的良性互動是案例教學(xué)成功與否的關(guān)鍵。為此，“機(jī)組與設(shè)備測試與診斷”課程案例教學(xué)主要采取了以下做法來加強(qiáng)師生的“雙向”交流：（1）采用研究、創(chuàng)新調(diào)研式教學(xué)、交流式教學(xué)等全新教學(xué)方式，實(shí)現(xiàn)面向應(yīng)用的多元教學(xué)方式。（2）設(shè)計(jì)相對簡單、實(shí)戰(zhàn)型的教學(xué)案例，幫助學(xué)生通過親身參與來迅速有效地理解特定的場景。（3）對于部分教學(xué)案例，將學(xué)生分為正反兩方進(jìn)行學(xué)術(shù)討論，采用角色扮演的教學(xué)方法使學(xué)生在掌握知識要點(diǎn)之余，培養(yǎng)學(xué)術(shù)批判精神，鍛煉語言表達(dá)能力。

4.案例教學(xué)的師資隊(duì)伍。師資隊(duì)伍是教學(xué)活動開展的靈魂和核心。案例教學(xué)師資隊(duì)伍的建設(shè)更是課程成功開展的關(guān)鍵。對于“機(jī)組與設(shè)備測試與診斷”課程而言，師資隊(duì)伍不僅要能夠選擇合適的案例、收集案例資料，還要靈活地應(yīng)用各種教學(xué)方法來提高教學(xué)效果。這就要求教師既具備豐富的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，又具有較強(qiáng)的科研攻關(guān)能力和社會實(shí)踐能力。這對教師隊(duì)伍的培養(yǎng)也提出了更高的要求。根據(jù)目前的教學(xué)現(xiàn)狀，這種“雙師型”的師資數(shù)量較少，在教師培養(yǎng)方面任重而道遠(yuǎn)。現(xiàn)階段可采取兩種方法解決這個困境：（1）分工合作制，安排科研攻關(guān)能力強(qiáng)、社會影響力大的教師完成教學(xué)案例的編制工作，安排教學(xué)經(jīng)驗(yàn)豐富、時間相對充裕的教師完成課堂教學(xué)與網(wǎng)絡(luò)答疑環(huán)節(jié)。（2）外來合作制，邀請相關(guān)研究領(lǐng)域的兄弟院校、科研院所的校友或合作伙伴等充當(dāng)課程校外導(dǎo)師，不僅可以豐富課程案例的獲取途徑，還為后期開展實(shí)習(xí)、課題研究等其他形式的課程教學(xué)提供了便利。目前本課程已邀請了國網(wǎng)新源技術(shù)中心、國網(wǎng)湖南省電力公司電力科學(xué)研究院的校外專家參與課程建設(shè)。同時，對于學(xué)生而言，要建立案例共享的意識，在大學(xué)就讀階段，他們是案例的“學(xué)習(xí)者”，等到工作以后，他們是案例的“生產(chǎn)者”，鼓勵學(xué)生分享工作過程中遇到的各種問題，使學(xué)生變成一個取之不竭的具有真實(shí)性和豐富性的案例來源群體。當(dāng)然，課程師資隊(duì)伍的培養(yǎng)與建設(shè)是解決“雙師型”師資隊(duì)伍短缺的根本途徑，需要持之以恒、長期建設(shè)。

四、結(jié)語

機(jī)組與設(shè)備測試與診斷是工程性較強(qiáng)的一門課程，需要學(xué)習(xí)者通過大量的實(shí)踐與應(yīng)用逐漸培養(yǎng)。案例教學(xué)“重實(shí)踐、重互動、重能力”的教學(xué)特點(diǎn)正好契合該課程的教學(xué)需求。在教學(xué)過程中，課程以案例教學(xué)為主要形式，設(shè)計(jì)編制了十個典型的體現(xiàn)水電機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷領(lǐng)域核心實(shí)踐環(huán)節(jié)的教學(xué)案例，并構(gòu)建了案例教學(xué)網(wǎng)絡(luò)平臺，共享了教學(xué)視頻、教學(xué)案例等資源。通過案例教學(xué)，有效激發(fā)了學(xué)生志趣，推動了學(xué)習(xí)方式的變革，培養(yǎng)了學(xué)生的科學(xué)精神、創(chuàng)造性思維和實(shí)踐創(chuàng)新能力，營造了創(chuàng)新人才培養(yǎng)的良好環(huán)境。在案例編制和課程教學(xué)實(shí)踐中，依托學(xué)校水利特色和學(xué)科優(yōu)勢，將社會資源、科研成果轉(zhuǎn)化為課程建設(shè)資源，為能源與動力工程專業(yè)學(xué)位的人才培養(yǎng)提供了更為廣闊的發(fā)展空間，形成了鮮明的水利人才培養(yǎng)特色。

參考文獻(xiàn)：

[1]任宗強(qiáng).創(chuàng)業(yè)案例情境教學(xué)的課程設(shè)計(jì)與實(shí)踐[J].大學(xué)教育，2018，（2）：18-20.

[2]李太平，戴迎峰，黃富琨.案例教學(xué)困境及其超越的文化思考[J].高等工程教育研究，2017，（4）：165-169.

[3]孫軍業(yè).案例教學(xué)[M].天津：天津教育出版社，2004.

[4]教育部.關(guān)于加強(qiáng)專業(yè)學(xué)位研究生案例教學(xué)和聯(lián)合培養(yǎng)基地建設(shè)的意見[EB/OL].http：//www.moe.edu.cn/publicfiles/business/htomlfiles/moe/moe-824/201505/187792.html