《建筑供配電與照明》課程研究性教學(xué)的探索與實(shí)踐

李建英 李建奇 楊民生

摘? ?要：研究性教學(xué)模式是以“自主、探究、合作”為特征的教學(xué)方式，本文以“建筑供配電與照明”課程為對(duì)象開(kāi)展研究性教學(xué)的探索與實(shí)踐。文中首先闡述了該課程開(kāi)展研究性教學(xué)的必要性、可行性和學(xué)習(xí)目標(biāo);然后重點(diǎn)探討了該課程研究性教學(xué)的實(shí)施方案，主要包括研究任務(wù)的設(shè)計(jì)，用于精講的研究性教學(xué)內(nèi)容的確定以及教學(xué)過(guò)程中自主學(xué)習(xí)和小組研討方式的確定;最后探討了教學(xué)成果的評(píng)價(jià)形式和評(píng)價(jià)方法。本課程研究性教學(xué)體系的建構(gòu)和方案的實(shí)施，對(duì)提高教學(xué)質(zhì)量、培養(yǎng)研究型和創(chuàng)新型建筑電氣與智能化專業(yè)人才具有重要意義。

關(guān)鍵詞：研究性教學(xué)? 探索? 自主? 研討? 教學(xué)質(zhì)量

1? 引言

《建筑供配電與照明》是建筑電氣與智能化專業(yè)的一門核心專業(yè)技術(shù)課，在專業(yè)教學(xué)安排中具有承前啟后的重要作用。該課程以建筑供配電設(shè)計(jì)為綱，著重基本理論并結(jié)合實(shí)際，全面、系統(tǒng)地闡述有關(guān)建筑供配電系統(tǒng)和電氣照明的基本原理、工程設(shè)計(jì)計(jì)算和運(yùn)行維護(hù)等方面的基本知識(shí)。要求學(xué)生掌握負(fù)荷計(jì)算、短路電流計(jì)算、電氣設(shè)備和電力線路的選擇、過(guò)電流保護(hù)整定以及電氣照明設(shè)計(jì)等內(nèi)容，了解二次回路、自動(dòng)裝置、防雷接地和電氣安全等知識(shí)。“建筑供配電與照明”具有較強(qiáng)的理論性、應(yīng)用性和實(shí)踐性，與工程實(shí)際聯(lián)系緊密，它為建筑電氣與智能化專業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)專業(yè)技術(shù)知識(shí)、分析和解決工程實(shí)際問(wèn)題打下必要基礎(chǔ)。

《建筑供配電與照明》課程內(nèi)容較繁雜，所涉及的專業(yè)知識(shí)廣泛，因此學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中往往感覺(jué)壓力較大。一直以來(lái)，學(xué)生對(duì)建筑供配電與照明的學(xué)習(xí)感覺(jué)是單個(gè)的知識(shí)點(diǎn)較易掌握，但是內(nèi)容繁多，不易將所學(xué)知識(shí)綜合聯(lián)系起來(lái)運(yùn)用于實(shí)際，對(duì)知識(shí)的掌握僅僅停留在孤立的概念性理解、公式的簡(jiǎn)單套用，缺乏對(duì)知識(shí)內(nèi)在聯(lián)系的發(fā)現(xiàn)以及將知識(shí)和實(shí)際工程問(wèn)題緊密結(jié)合和轉(zhuǎn)換的能力;學(xué)生對(duì)這門課程的重要程度認(rèn)識(shí)不足，一些學(xué)生疲于應(yīng)付考試，學(xué)習(xí)積極性不高，從而導(dǎo)致該課程教學(xué)效果不理想。隨著高等教育體制的改革與深化以及新時(shí)代大學(xué)生專業(yè)素養(yǎng)的不斷提高，建筑供配電與照明的教學(xué)課時(shí)數(shù)、教學(xué)目標(biāo)等有了較大的變化，傳統(tǒng)的教學(xué)方法、課程體系、教學(xué)大綱和考核方法等等都表現(xiàn)得與現(xiàn)實(shí)越來(lái)越不相適應(yīng)，建筑供配電與照明研究性教學(xué)課程的開(kāi)展勢(shì)在必行。

2 研究性教學(xué)目標(biāo)

本課程研究性教學(xué)體系的建構(gòu)和方案的實(shí)施，對(duì)提高教學(xué)質(zhì)量、培養(yǎng)研究、創(chuàng)新型建筑電氣與智能化專業(yè)人才具有重要意義。通過(guò)對(duì)本課程開(kāi)展研究性教學(xué)，達(dá)到如下目標(biāo)：

（1）通過(guò)互動(dòng)與討論，激發(fā)學(xué)生探究問(wèn)題本源的主觀能動(dòng)性，樹(shù)立探索性和研究性的學(xué)習(xí)風(fēng)貌，實(shí)現(xiàn)建筑電氣與智能化專業(yè)教學(xué)從傳統(tǒng)的“師傅帶徒弟”的工匠培養(yǎng)模式向現(xiàn)代“問(wèn)題探究”式的研究性人才培養(yǎng)模式的轉(zhuǎn)變，實(shí)現(xiàn)人才培養(yǎng)由應(yīng)用型向研究型的跨越。

（2）通過(guò)研究性教學(xué)內(nèi)容的建構(gòu)和實(shí)施，強(qiáng)化教師的研究性教學(xué)理念，提高教師開(kāi)展研究性教學(xué)的自覺(jué)性和主動(dòng)性，改變傳統(tǒng)“接受性學(xué)習(xí)”的教學(xué)學(xué)習(xí)方式，實(shí)現(xiàn)教與學(xué)之間的互動(dòng)，培養(yǎng)學(xué)生探究與創(chuàng)新意識(shí)。

（3）通過(guò)本課程研究性教學(xué)體系的建構(gòu)和實(shí)施，構(gòu)造“教學(xué)—科研—教學(xué)”相結(jié)合的良性循環(huán)系統(tǒng)，以教學(xué)促科研，以科研推教學(xué)，實(shí)現(xiàn)建筑電氣與智能化專業(yè)的“教學(xué)相長(zhǎng)”。

3? 研究性教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)

建筑供配電與照明課程計(jì)劃授課總課時(shí)數(shù)中理論課程只有40課時(shí)，但是內(nèi)容非常繁多，如果按照傳統(tǒng)安排，以常規(guī)規(guī)劃步驟為主線索，進(jìn)行灌輸式教學(xué)，那么課時(shí)數(shù)不夠，而且內(nèi)容狹窄比較單調(diào)，很難調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。而研究性教學(xué)方法的構(gòu)建則可以解決這方面的問(wèn)題。本課程研究性教學(xué)需要經(jīng)過(guò)三個(gè)階段：導(dǎo)學(xué)—準(zhǔn)備階段;精講和研討—實(shí)施階段;展示—評(píng)價(jià)階段。

3.1 導(dǎo)學(xué)即設(shè)計(jì)研究任務(wù)

給出相關(guān)知識(shí)與問(wèn)題的思考切入點(diǎn)與路徑，提供主要學(xué)習(xí)資料與資料獲取途徑，明確學(xué)習(xí)與研究的要求和評(píng)價(jià)的標(biāo)準(zhǔn)。這里研究任務(wù)即研討題目的確定是非常關(guān)鍵的一步，可以由教師或?qū)W生自己提出。根據(jù)課程教學(xué)內(nèi)容和課程性質(zhì)，在本課程研究性教學(xué)開(kāi)展過(guò)程中設(shè)計(jì)了“某住宅樓供配電及電氣照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)”這樣一個(gè)綜合性教學(xué)案例，此案例能夠貫穿整個(gè)建筑供配電與照明課程的全部?jī)?nèi)容，根據(jù)此案例，本課程可以確定下列研究任務(wù)：

（1）供配電系統(tǒng)負(fù)荷計(jì)算;

（2）供配電系統(tǒng)短路電流計(jì)算;

（3）變配電所主接線圖設(shè)計(jì);

（4）導(dǎo)線和電纜截面的選擇及計(jì)算;

（5）供電系統(tǒng)的過(guò)電流保護(hù);

（6）電氣照明設(shè)計(jì)。

3.2 精講即要求內(nèi)容深入淺出

既有學(xué)科基本理論與基礎(chǔ)知識(shí)，又有一定學(xué)術(shù)深度，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)相關(guān)學(xué)科前沿性問(wèn)題的研究與思考。這是一個(gè)延展升華相關(guān)研究任務(wù)的過(guò)程。以上述6個(gè)問(wèn)題作為切入點(diǎn)或是路徑，對(duì)建筑供配電與照明課程的研究性內(nèi)容進(jìn)行設(shè)計(jì)。

（1） 供配電系統(tǒng)負(fù)荷計(jì)算：負(fù)荷計(jì)算是設(shè)計(jì)建筑供配電系統(tǒng)的基本依據(jù)。課堂開(kāi)始階段以某工廠機(jī)修車間380V線路的負(fù)荷計(jì)算為案例，通過(guò)提問(wèn)的方式讓學(xué)生首先搞明白負(fù)荷計(jì)算的目的，引發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，并引導(dǎo)學(xué)生了解負(fù)荷的分類、負(fù)荷的工作制，從而引出負(fù)荷持續(xù)率的概念，并講解不同負(fù)荷持續(xù)率下用電設(shè)備的容量換算方法，為負(fù)荷計(jì)算打下理論基礎(chǔ);然后對(duì)負(fù)荷計(jì)算的兩種方法-需要系數(shù)法和二項(xiàng)式法的內(nèi)涵進(jìn)行講解，并以提出問(wèn)題的形式讓學(xué)生思考兩種計(jì)算方法的特點(diǎn)和各自的應(yīng)用場(chǎng)合，并引導(dǎo)學(xué)生探討單相用電設(shè)備組負(fù)荷計(jì)算時(shí)線負(fù)荷如何換算成相負(fù)荷;最后通過(guò)負(fù)荷計(jì)算結(jié)果，計(jì)算出系統(tǒng)功率因數(shù)，并引出無(wú)功功率補(bǔ)償這樣一個(gè)課題，讓學(xué)生主動(dòng)思考系統(tǒng)功率因數(shù)過(guò)低的危害，如何提高系統(tǒng)功率因數(shù)，目前實(shí)際應(yīng)用的無(wú)功功率補(bǔ)償裝置有哪些，無(wú)功功率補(bǔ)償?shù)姆绞降取?/p>

（2） 供配電系統(tǒng)短路電流計(jì)算：短路電流計(jì)算是供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)中電氣設(shè)備選擇和校驗(yàn)，以及繼電保護(hù)整定計(jì)算的理論依據(jù)。要求學(xué)生課前根據(jù)本研究任務(wù)的要求進(jìn)行資料的收集和整理，在上課過(guò)程中通過(guò)提問(wèn)和啟發(fā)的形式引導(dǎo)學(xué)生了解供電系統(tǒng)短路發(fā)生的原因，危害，以及短路的形式，并讓學(xué)生通過(guò)舉例討論短路電流計(jì)算的目的和應(yīng)用領(lǐng)域，讓學(xué)生感覺(jué)到學(xué)有所用，從而激發(fā)學(xué)生對(duì)本研究任務(wù)的學(xué)習(xí)興趣;然后對(duì)無(wú)限大容量電力系統(tǒng)發(fā)生三相短路時(shí)的物理過(guò)程進(jìn)行定性和定量分析，引出短路電流計(jì)算的相關(guān)物理量，并通過(guò)案例對(duì)短路電流計(jì)算的兩種方法-歐姆法和標(biāo)么值法進(jìn)行講解，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)兩種方法進(jìn)行對(duì)比分析，討論標(biāo)么值法相對(duì)歐姆法的優(yōu)越性，讓學(xué)生搞懂內(nèi)涵;最后引導(dǎo)學(xué)生掌握利用短路電流計(jì)算結(jié)果完成電氣設(shè)備的動(dòng)穩(wěn)定度和熱穩(wěn)定度的檢驗(yàn)。

（3） 變配電所主接線圖設(shè)計(jì)：主接線圖是表示供電系統(tǒng)中電能輸送和分配路線的電路圖。此研究任務(wù)要求學(xué)生在課外通過(guò)查資料完成本研究性課程所設(shè)計(jì)的“某住宅樓供配電及電氣照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)”這樣一個(gè)綜合性教學(xué)案例中子案例—“1號(hào)箱變主接線圖的CAD繪制”。在教學(xué)開(kāi)展過(guò)程中，首先通過(guò)此案例引導(dǎo)學(xué)生掌握電力變壓器臺(tái)數(shù)和容量的選擇原則，電壓和電流互感器原理、接線方案和使用注意事項(xiàng);其次通過(guò)啟發(fā)式教學(xué)方法，引導(dǎo)學(xué)生掌握電弧的產(chǎn)生和熄滅，高壓熔斷器、高壓斷路器、高壓負(fù)荷開(kāi)關(guān)和高壓隔離開(kāi)關(guān)等一次開(kāi)關(guān)設(shè)備的功能和工作原理，并讓學(xué)生對(duì)上述幾種一次開(kāi)關(guān)設(shè)備的功能特點(diǎn)和使用領(lǐng)域根據(jù)自已課前任務(wù)準(zhǔn)備情況進(jìn)行分組討論，加深學(xué)生對(duì)此知識(shí)點(diǎn)的掌握;然后結(jié)合實(shí)例對(duì)系統(tǒng)主接線方案進(jìn)行分析和討論，對(duì)變配電所的所址選擇原則和總體布置方案進(jìn)行分析;最后，根據(jù)上述理論知識(shí)的學(xué)習(xí)，分組討論每位學(xué)生所繪制1號(hào)箱變主接線圖中所存在的問(wèn)題，并提出解決方案。

（4）導(dǎo)線和電纜截面的選擇及計(jì)算：導(dǎo)線和電纜截面的合理選擇是保證供配電系統(tǒng)安全、可靠、優(yōu)質(zhì)和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的前提。在本研究任務(wù)教學(xué)開(kāi)展過(guò)程中，首先根據(jù)學(xué)生課前準(zhǔn)備的資料，采用提問(wèn)的方式引導(dǎo)學(xué)生了解選擇導(dǎo)線和電纜截面必須要滿足的4個(gè)條件-發(fā)熱條件、電壓損耗條件、經(jīng)濟(jì)電流密度和機(jī)械強(qiáng)度，并通過(guò)公式推導(dǎo)讓學(xué)生掌握線路電壓損耗的計(jì)算方法;然后講解按發(fā)熱條件、經(jīng)濟(jì)電流密度和電壓損耗條件實(shí)現(xiàn)導(dǎo)線和電纜截面選擇的具體過(guò)程，并討論如何根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)對(duì)不同類別線路中導(dǎo)線和電纜截面進(jìn)行選擇，達(dá)到易于滿足要求，較少返工的效果，從而簡(jiǎn)化校驗(yàn)過(guò)程。

（5）供電系統(tǒng)的過(guò)電流保護(hù)：供電系統(tǒng)的過(guò)電流保護(hù)裝置是供配電系統(tǒng)安全運(yùn)行的保障。在本研究任務(wù)教學(xué)開(kāi)展過(guò)程中，首先通過(guò)實(shí)例引導(dǎo)學(xué)生了解供電系統(tǒng)的3種過(guò)電流保護(hù)裝置和各自的適用場(chǎng)合，了解保護(hù)裝置的基本要求，并掌握常用的幾種保護(hù)繼電器的功能、特點(diǎn)和使用方法;然后采用圖例講解的方式讓學(xué)生掌握電流速斷保護(hù)、定時(shí)限和反時(shí)限過(guò)電流保護(hù)的工作原理及動(dòng)作電流整定原則;最后講解電力變壓器的繼電保護(hù)，著重講解變壓器差動(dòng)保護(hù)的工作原理和動(dòng)作電流的整定原則。

（6）電氣照明設(shè)計(jì)：電氣照明設(shè)計(jì)是建筑電氣設(shè)計(jì)的重要組成部分，合理的電氣照明有利于節(jié)約能源和保護(hù)環(huán)境，有益于提高人們生產(chǎn)、工作、學(xué)習(xí)效率和生活質(zhì)量，保護(hù)身心健康。在教學(xué)開(kāi)展過(guò)程中，首先引導(dǎo)學(xué)生掌握光的度量-光通量、發(fā)光強(qiáng)度、照度和亮度，并讓學(xué)生了解常用的幾種電光源的類型、特性及其選擇;然后采用實(shí)例對(duì)照度計(jì)算的幾種方法-利用系數(shù)法、概率曲線法和單位容量法進(jìn)行講解;最后要求學(xué)生根據(jù)前面所學(xué)電氣照明的基礎(chǔ)理論知識(shí)，通過(guò)課外查資料對(duì)本研究課程所設(shè)計(jì)的綜合案例中的子案例—“住宅樓電氣照明設(shè)計(jì)”進(jìn)行設(shè)計(jì)，完成照度計(jì)算和住宅樓照明平面圖及系統(tǒng)圖的CAD繪制，并通過(guò)課堂分組討論所繪制電氣照明平面圖及系統(tǒng)圖中所存在的問(wèn)題，并提出解決方案。

4? 研究性教學(xué)形式

4.1 自主學(xué)習(xí)與小組研討

學(xué)生通過(guò)查閱相關(guān)研究文獻(xiàn)等形式，確定學(xué)習(xí)與研究性項(xiàng)目的選題和研究路徑，形成個(gè)人與小組的基本研究方案和思路，開(kāi)展學(xué)習(xí)。學(xué)生以小組為單位，分成若干小組，教師通過(guò)前面事先給定的主題，各小組選出交流發(fā)言代表，進(jìn)行課堂交流。教師要學(xué)會(huì)掌控學(xué)生在課堂上演示的時(shí)間，一般以2個(gè)小組的演示為限度，每個(gè)小組成果展示不超過(guò)10min。教師在考慮開(kāi)展這類演示活動(dòng)的同時(shí)，要兼顧教學(xué)的整體性。由于學(xué)時(shí)有限，問(wèn)題不宜設(shè)置過(guò)多，要突出重點(diǎn)，自主學(xué)習(xí)與小組研討的課內(nèi)課時(shí)控制在20～30min。

4.2 成果評(píng)價(jià)

小組之間開(kāi)展成果交流，調(diào)整、提升學(xué)術(shù)觀點(diǎn)，共享學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)，形成研究性小論文、作品等成果。

實(shí)行多元評(píng)價(jià)與考核。加入了過(guò)程考核的概念，使考核方式更為全面，評(píng)價(jià)方式更加多元化。不僅教師對(duì)學(xué)生評(píng)價(jià)，也加入了學(xué)生互評(píng)、學(xué)生自評(píng)等環(huán)節(jié)，真正實(shí)現(xiàn)了定量與定性相結(jié)合、個(gè)人評(píng)價(jià)與小組評(píng)價(jià)相結(jié)合的評(píng)價(jià)模式，有助于學(xué)生正確認(rèn)識(shí)自身在能力、態(tài)度等方面的問(wèn)題，同時(shí)也有利于教師獲得反饋信息，進(jìn)一步完善課程教學(xué)。

5? 結(jié)語(yǔ)

《建筑供配電與照明》是建筑電氣與智能化專業(yè)的一門核心專業(yè)課，具有較強(qiáng)的理論性、應(yīng)用性和實(shí)踐性，與工程實(shí)際聯(lián)系緊密，著重培養(yǎng)學(xué)生分析和解決工程實(shí)際問(wèn)題的能力，傳統(tǒng)的教學(xué)方法和課程體系難以達(dá)到預(yù)期效果。筆者根據(jù)多年在本課程教學(xué)實(shí)踐中所總結(jié)的經(jīng)驗(yàn)，嘗試構(gòu)建和實(shí)施以“自主、探究、合作”為特征的研究性教學(xué)體系，激發(fā)學(xué)生探究問(wèn)題本源的主觀能動(dòng)性、樹(shù)立探索性和研究性的學(xué)習(xí)風(fēng)貌，改變傳統(tǒng)“接受性學(xué)習(xí)”的教學(xué)學(xué)習(xí)方式，實(shí)現(xiàn)教與學(xué)之間的互動(dòng)，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)，并實(shí)現(xiàn)“教學(xué)—科研—教學(xué)”相結(jié)合的良性循環(huán)系統(tǒng)。實(shí)踐證明，本課程研究性教學(xué)體系的建構(gòu)和方案的實(shí)施，對(duì)提高教學(xué)質(zhì)量、培養(yǎng)研究、創(chuàng)新型建筑電氣與智能化專業(yè)人才具有重要意義。

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