以能力培養(yǎng)為導向的電氣安全工程課程 教學改革與實踐

張雷林 石必明 鐘 珍

（安徽理工大學 能源與安全學院，安徽 淮南 232001）

1 課程改革的目標

高等院校安全工程專業(yè)開設電氣安全工程課程的目的主要有兩方面：一方面研究各類電氣事故，即研究電氣事故發(fā)生原因、特點、規(guī)律和防護措施；另一方面研究利用電氣知識解決各種安全生產(chǎn)問題，即研究運用電氣監(jiān)測、電氣檢查和電氣控制的方法來評價系統(tǒng)的安全性或解決生產(chǎn)中的安全問題[1]。該課程著重培養(yǎng)學生3個層次的能力：首先是基礎知識能力，它是培養(yǎng)學生電氣安全素養(yǎng)的基礎；其次是電氣應用和電氣安全管理能力，它是利用電氣知識解決安全問題和具備電氣安全管理工作的能力；最后是自主創(chuàng)新能力，它是在具備電氣安全素養(yǎng)和電氣應用、電氣安全管理能力基礎上的進一步強化提升。為了提高學生的電氣安全專業(yè)技能，培養(yǎng)學生的分析和解決問題能力，電氣安全工程課程教學有必要改“知識傳授為導向”為“能力培養(yǎng)為導向”[2]，綜合運用多元化的教學模式，在知識、技能傳授的基礎上，最大限度地發(fā)揮課程潛能，實現(xiàn)育人的目的。

基于此，電氣安全工程課程的教學改革目標為：以實際工程為背景，以工程技術為主線，以能力培養(yǎng)為核心，綜合運用多元化教學模式，著力培養(yǎng)學生的電氣安全工程意識、電氣安全工程素質(zhì)和電氣安全工程實踐能力、自主創(chuàng)新能力與自我學習能力。

2 課程改革的思路與策略

2.1 以能力培養(yǎng)為導向的課程體系構(gòu)建

隨著科學技術的飛速發(fā)展，社會電氣化程度不斷提高，電氣安全問題無處不在。據(jù)統(tǒng)計，2018年，全國共發(fā)生電氣傷亡事故40起，造成41人死亡、3人重傷，給國家造成了巨大的經(jīng)濟損失。因此，在高等院校的安全工程專業(yè)中開設電氣安全工程課程十分有必要。該課程是以電子電工學、工程技術學、電磁學、系統(tǒng)管理學等課程為基礎，涉及電工技術、檢測技術、控制技術、電磁技術和安全管理等相關的綜合性專業(yè)技術，屬于安全工程與電氣工程的交叉技術領域，涉及多門學科基礎知識，是一門綜合性很強的課程。課程內(nèi)容主要來源于工程實踐，強調(diào)將理論應用于實際并指導實踐，是一門實踐性很強的課程。因此，電氣安全工程課程體系的構(gòu)建必須凸顯“面向工程應用、突出專業(yè)實踐、著眼創(chuàng)新能力”的特點[3]，并且做到將電氣安全素養(yǎng)和應用技術能力的培養(yǎng)貫穿于本科教育始終，實現(xiàn)四年不間斷。

課程體系構(gòu)建的指導思想是根據(jù)我校安全工程專業(yè)現(xiàn)有的基礎和條件，堅持“以行業(yè)需求設課程，以崗位需求練技能”的理念，對課程體系進行改革與創(chuàng)新。具體而言，根據(jù)我校安全工程專業(yè)對學生應用電氣知識解決安全問題和具備電氣安全管理工作能力的要求，確定與能力要求相對應的知識結(jié)構(gòu)，構(gòu)建基于能力培養(yǎng)為導向的電氣安全工程課程體系。

電氣安全工程課程體系分為3個部分，如下圖。第一部分為電氣安全基礎理論，通過對該部分內(nèi)容學習達到培養(yǎng)學生電氣安全素養(yǎng)和提高電氣應用能力的目標。第二部分為電氣應用與安全管理，該部分內(nèi)容為重點，通過該部分課程達到培養(yǎng)學生運用電氣知識解決安全問題以及具備從事電氣安全管理工作能力的目標。第三部分為實踐教學課程，創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力培養(yǎng)，通過該課程達到培養(yǎng)學生利用電氣知識解決專業(yè)問題和研究創(chuàng)新能力的目標。通過上述內(nèi)容的學習，使學生深入理解電氣安全的基本理論，具備理論聯(lián)系實際，能夠運用相關理論分析電氣事故，查明原因，提出相應防護措施和解決問題的能力。

圖 電氣安全工程課程體系圖Fig. The course system of electrical safety engineering course

2.2 “電氣安全基礎理論”部分的課程教學改革

電氣安全工程課程作為一門全國高校安全工程專業(yè)本科規(guī)劃課程。2015年起，安徽理工大學從教學方法、學習模式和作業(yè)方式等方面對電氣基礎理論部分進行了全面改革。

（1）教學方法改革。

電氣安全基礎理論部分主要介紹工業(yè)企業(yè)供配電的基本知識，講述電氣事故概要、觸電事故的類型及分布規(guī)律，論述電流對人體的作用。該部分課程主要采用“章節(jié)引入法+案例分析法”的教學模式。即在講授前，列舉出與本章節(jié)課程有關的工程應用案例，提出案例中涉及的專業(yè)問題并給出解決這些問題的基本方法，以及涉及到的基本專業(yè)知識。使學生明確本節(jié)課的重點、難點以及學習目標。通過該部分學習有意識地培養(yǎng)學生對電氣安全工程的學習興趣和良好的學習習慣。

（2）多元化的學習模式。

多元化是相對于單一來說的，包括多元化教學方式、多元化課堂教學以及多元化教學資源等。傳統(tǒng)的學習模式為“教師講授，學生被動學習”。多元化學習模式打破傳統(tǒng)的單一講授法，多種學習模式共同使用，打破僅在課堂中學習的模式，讓學生走出課堂步入實踐。多元化學習模式，適應學生的個性特征，給學生充分的發(fā)揮空間，張揚學生個性，拓展學生思維，在實踐操作中鍛煉學生的能力。

（3）改變作業(yè)方式。

改變傳統(tǒng)的作業(yè)方式，多聯(lián)系實際，不再局限于書本知識，將作業(yè)多樣化，貼近實際，將書本知識應用到日常生活中，達到學以致用的目的。例如課后作業(yè)可布置學生拍攝一些電氣安全事故（或隱患）的照片或錄像，并運用所學知識解釋其原理。通過該方式，任課老師經(jīng)過幾年的教學實踐，也得以積累大量電氣安全素材，使課件更貼近生活。與此同時又培養(yǎng)了學生自主學習能力和動手能力。

通過“電氣安全基礎”部分的課程教學改革，達到了如下目標：激發(fā)了學生學習該課程的興趣；充分發(fā)揮教師的主導作用，全方位、高質(zhì)量、多層次的引導學生主動參與、自主學習。在保證教學質(zhì)量的重要前提下，使學生的電氣安全素養(yǎng)和自主學習能力得到較好的培養(yǎng)和提升。

2.3 “電氣應用與安全管理”部分的課程建立

“電氣應用與安全管理”部分為電氣安全工程課程體系的重點核心部分。根據(jù)全國安全工程教學指導委員會安全工程專業(yè)課程設置體系的指導意見，結(jié)合我校安全工程學科的特色（專業(yè)方向分為礦山通風與安全、安全技術與管理兩個方向），兼顧其他行業(yè)領域，確定了直接接觸電擊防護、間接接觸電擊防護、兼防直接接觸電擊和間接接觸電擊的防護措施、電氣線路安全、電氣設備安全、電氣防火防爆、雷電防護、靜電防護和電氣安全管理等9個章節(jié)為主要學習內(nèi)容，其知識結(jié)構(gòu)涉及通用防觸電技術、電氣線路和電氣設備安全技術、電氣防火防爆、雷電和靜電安全以及電氣安全管理等5個方面。每章節(jié)的知識結(jié)構(gòu)均包括基礎知識、基本理論、基本技能和相關工程技術等，以此來確定課程的教學內(nèi)容。

2.4 實踐教學體系的構(gòu)建

實踐教學是電氣安全工程課程的重要組成部分。以高級應用型專門人才培養(yǎng)為目標，構(gòu)建以工程實踐和技術應用能力培養(yǎng)為核心的實踐教學體系，增強學生對電氣安全知識的了解和認知，擴寬學生視野，鞏固專業(yè)理論知識，提高學生綜合實踐能力[4]。減少演示性、驗證性、重復性實驗，開設跨專業(yè)、跨學科的綜合性、設計性、探索性大實驗[5]，努力體現(xiàn)學生對實驗方案、實驗過程的思考和設計，使學生畢業(yè)后從事相關行業(yè)具備運用所學知識與技術解決專業(yè)問題的能力。

對應電氣安全工程課程體系的3個部分，同時結(jié)合我校安全工程專業(yè)特色，構(gòu)建了一套涵蓋課程單項性實驗、課程綜合性實驗和跨課程綜合性實驗等3個層次的實踐教學體系（課程單項性實驗和課程綜合性實驗為實驗教學課、跨課程綜合性實驗為課程設計）。第一層次為基本技能層，它是以基本原理驗證為代表的基礎實驗，如電氣設備絕緣電阻和吸收比測試實驗。第二層次為綜合實踐能力層，它是以綜合性、設計性實驗為代表進行專業(yè)性綜合應用能力的培養(yǎng)，如低壓電氣設置及故障狀態(tài)排查實驗、中性線絕緣系統(tǒng)低壓漏電保護實驗等。第三層次為創(chuàng)新能力層，它是以跨課程綜合性大實驗為代表的創(chuàng)新能力層，如建筑物及施工現(xiàn)場的電氣安全設計、煤礦采區(qū)變電所供電系統(tǒng)設計等。

依照電氣安全課程3部分的改革特點，設計本課程總學時長為40學時，其中電氣安全基礎理論部分10學時，電氣應用與安全管理部分20學時，實踐教學10學時；設計考核模式為“期末考試+課堂匯報+課后作業(yè)+創(chuàng)新實踐”四位一體的考查標準，其中期末考試成績占總成績的40%，課堂匯報占比20%，課后作業(yè)占比15%，創(chuàng)新實踐占比25%。

2.5 多元化教學模式的應用

為了充分體現(xiàn)教育以學生為本，更好地激發(fā)學生自主學習的主動性和積極性，提高學生電氣安全素養(yǎng)，有必要探索以能力為導向、與專業(yè)相融合的多元化教學模式。

（1）分組合作式教學模式。

為了提高教學質(zhì)量，讓學生最大限度地參與到教學過程中，組織學生開展分組合作式學習，以增強學生的團隊協(xié)作能力和個人創(chuàng)新能力。具體根據(jù)班級人數(shù)，將全班分為8-10小組（3-4人一組），每小組確定1名組長，組長負責將老師布置的研究課題進行分解。課程學習過程中，結(jié)合學習進度、學習內(nèi)容和學習目標，全組共同收集、整理相關資料，完成開題報告、階段性報告；課程結(jié)束后，提交總結(jié)報告，并制作PPT進行課題演講。

（2）任務驅(qū)動式教學模式。

這種教學模式是在總體學習目標的框架下，將總目標細分為一個個小目標，并把每一個學習模塊細化為一個容易掌握的“小任務”。在教學過程中，圍繞任務展開學習，以任務的完成結(jié)果檢驗和總結(jié)學習過程等，通過改變學生的學習狀態(tài)，達到掌握學習內(nèi)容，提高專業(yè)技能的目的[6]。

（3）案例式教學模式。

案例式教學模式比較多，如描述性案例、課題型案例、主體型案例和綜合型案例等，這些模式各有優(yōu)缺點。在教學過程中如何應用案例教學，可由授課老師根據(jù)具體情況靈活把握，既可以用來引出要講解的知識點，也可以用來講述理論知識的應用[7]。另外，精選的案例要求生動、形象并貼近生活。

（4）概念圖式教學模式。

在每章節(jié)教學完成后，從提高思維記憶質(zhì)量和效率出發(fā)，要求教師繪制涵蓋本章節(jié)知識點的概念圖。采用概念圖進行學習，使所學知識模塊形象化、結(jié)構(gòu)化、可視化和清晰化，幫助學生更好地整合、記憶、理解、歸納、演繹和優(yōu)化知識。與此同時，概念圖非常有利于開發(fā)學生的空間智能，對安全工程專業(yè)人才培養(yǎng)也十分有利。

通過靈活運用多元化教學模式，有效地激發(fā)學生的學習興趣，培養(yǎng)學生的自主學習能力和團隊協(xié)作能力[8]。同時對學生掌握如何應用電氣知識解決安全問題，培養(yǎng)電氣安全素養(yǎng)起到十分重要的作用。

2.6 多元化教學資源平臺的建設

多元化教學資源平臺集成了基于網(wǎng)絡環(huán)境的在線學習系統(tǒng)、在線答疑系統(tǒng)和智能測評系統(tǒng)等，包括教學資源（教材、案例、視頻、圖片和課件等）的上傳下載、視頻學習、網(wǎng)上答疑、在線討論、在線測評等模塊。通過教學平臺可以將電氣安全工程課程體系中所有的學習資源集中在一起，為教師和學生提供一個教與學的網(wǎng)絡互動平臺，以在線方式為教師提供在線輔導和網(wǎng)絡答疑服務，為學生提供自主學習、在線討論、課程測試和綜合測評環(huán)境[2]，實現(xiàn)網(wǎng)上教、學、練、考、評等功能。學生進入教學平臺后，按照個人需要選擇想要學習的系列課程，學生可以一邊學習課程內(nèi)容，一邊與老師或同學在線討論重點和難點。學習完成后，可以進入作業(yè)智能測評系統(tǒng)，以檢驗學習效果。作業(yè)智能測評系統(tǒng)包括試題庫管理模塊、試卷生成模塊、測試模擬和評閱分析模塊等。測試完成后，及時為學生反饋成績，包括詳細的答案解析，有助于學生的錯誤糾正。

自2015年課程改革以來，2016-2018年安徽理工大學安全工程專業(yè)學生在電氣安全工程課程期末考試過程中，一次性通過率分別為92.2%、97.0%和100%。從中可以看出通過率在逐年提高，尤其2018年課程測試中，通過率為100%，見下表。由此，說明了我?！耙阅芰ε囵B(yǎng)為導向的電氣安全工程課程改革”效果顯著。同時，通過電氣安全工程課程的教學改革，提高了學生的自主學習能力和個人創(chuàng)新能力，3年來累計獲得省部級以上電氣類科技作品競賽一等獎12項、二等獎38項、三等獎40項，取得了不俗成績。

表 近3年來我校電氣安全課程學生成績統(tǒng)計表Tab. The statistical table of student's grade in past three years

3 結(jié)論

《電氣安全工程》作為安全工程專業(yè)的一門核心課程，是該領域技術人員知識結(jié)構(gòu)中必不可少的重要組成部分，也是體現(xiàn)安全工程專業(yè)工學屬性的一項工程學專業(yè)技術。筆者結(jié)合講授該課程時的教學體會，對電氣安全基礎理論、電氣應用與安全管理以及實踐教學體系等部分分別進行了改革和構(gòu)建；并提出了多元化的教學模式以及建設了多元化的教學資源平臺。通過這些方法改革，有效地激發(fā)學生的學習興趣，顯著地提高了教學效果。