“電力系統(tǒng)分析”線上+線下混合式教學(xué)模式的探索與實踐

李佳佳 殷軍光 朱更輝 孫炳海

摘 要：《電力系統(tǒng)分析》是電氣工程及其自動化專業(yè)的核心課程，本文通過分析傳統(tǒng)授課中存在的問題，以“中國大學(xué)生MOOC”網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺為抓手，通過重整教學(xué)資源、改革教學(xué)方式和變革考核形式，探索出了一套實用的線上+線下混合式的教學(xué)模式。同時，課程組成員堅持將“立德樹人”理念貫穿至課程講授的全過程，達(dá)到了全過程、全方位育人的目的。通過對學(xué)生調(diào)研，發(fā)現(xiàn)本文所提出的線上+線下混合式教學(xué)模式能較好地滿足新時代“金課”的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，符合新一代青年的學(xué)習(xí)要求。

關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng)分析;課程改革;線上+線下混合式教學(xué)模式;“金課”

一、緒論

2018年6月，教育部部長陳寶生在新時代全國高等學(xué)校本科教育工作會議上明確指出，要對當(dāng)代大學(xué)生合理“增負(fù)”，讓課程難度合理增加、課程深度得到拓展、課程可選擇性增強，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動力和專業(yè)志趣，號召全國教師努力打造“金課”、消滅“水課”。“金課”的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)滿足“高階性”“創(chuàng)新性”和“挑戰(zhàn)度”。《電力系統(tǒng)分析》作為電氣工程及其自動化專業(yè)的專業(yè)核心課程，具有理論與實踐并重的特點，主要講授電力系統(tǒng)建模方法、潮流計算、短路計算、最優(yōu)化運行及電力系統(tǒng)穩(wěn)定性等知識。該課程共計4學(xué)分，64學(xué)時，其中理論講授64，實驗0學(xué)時，為培養(yǎng)學(xué)生的工程實踐能力，另外設(shè)2周的課程設(shè)計。根據(jù)本課程的課程屬性，結(jié)合“金課”的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，依托“學(xué)習(xí)通”網(wǎng)絡(luò)平臺，課程團隊摸索出了一套基于電力系統(tǒng)課程的線上+線下混合式教學(xué)的改革模式，以期對工科專業(yè)的課程建設(shè)起到借鑒作用。

二、“電力系統(tǒng)分析”傳統(tǒng)教學(xué)中存在的問題

對于全國大部分高校，“電力系統(tǒng)分析”課程開設(shè)于大三下學(xué)期，學(xué)生前期已經(jīng)學(xué)習(xí)了《高等數(shù)學(xué)》《大學(xué)物理》《電路》《電機學(xué)》等專業(yè)基礎(chǔ)課程，對建模方法、電磁原理、電路分析等有一定的基礎(chǔ)。但通過調(diào)研發(fā)現(xiàn)，65.73%左右的學(xué)生僅能夠做到在課堂上聽懂教師講授，在課下獨立分析問題時仍感到茫然。課程組教師通過對學(xué)生學(xué)情進行分析發(fā)現(xiàn)，具體的原因有如下兩個方面：

（一）課程內(nèi)容知識點較多，需要學(xué)生有較強的學(xué)習(xí)能力

“電力系統(tǒng)分析”課程有較強的理論性，知識點繁多且瑣碎，主要可概括為三類。其一，數(shù)學(xué)模型的建立，如電力線路、變壓器和電力網(wǎng)絡(luò)數(shù)學(xué)模型的建立。其二，大量的公式推導(dǎo)和理論計算，如電力系統(tǒng)潮流計算，電力系統(tǒng)頻率/電壓調(diào)整和優(yōu)化，電力系統(tǒng)短路計算等。其三，運行狀況分析，如電力系統(tǒng)穩(wěn)定性分析（靜穩(wěn)定性和動穩(wěn)定性），同步發(fā)電機穩(wěn)態(tài)分析和發(fā)生短路故障時的磁場分析等。大部分學(xué)生對所學(xué)知識的消化能力僅停留在簡單的記憶、理解和掌握，理論聯(lián)系實際的能力不足。比如：學(xué)生很容易理解電力系統(tǒng)的基本概念及運行要求，但若需同學(xué)們結(jié)合實際用電案例去提取課程相關(guān)的知識點，學(xué)生仍覺得困惑，感覺無從下手。同時，本課程需要多學(xué)科、多課程交叉運用，而學(xué)生對多課程之間的融會貫通，前后課程的銜接能力仍需進一步提高。比如：“電力系統(tǒng)潮流計算”是對建模后的電力網(wǎng)進行功率和電壓的分析，雖然學(xué)生在《電路》課程中已學(xué)習(xí)過交、直流電路的分析方法，但涉及將該方法運用到電力系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的分析中，學(xué)生仍感覺困難重重;尤其是“計算機法潮流計算”，需要學(xué)生具有扎實的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，對于部分基礎(chǔ)較差的同學(xué)，達(dá)到“能聽懂”的目標(biāo)亦是難事。

（二）傳統(tǒng)的授課模式不能滿足新形勢下的授課要求

傳統(tǒng)的教學(xué)模式堅持“以教師為中心”，以“教”為主要原則。然而隨著全國教育大會的召開，為豐富學(xué)生的“第二課堂”，新修訂的人才培養(yǎng)方案中，課程學(xué)時普遍壓縮，若仍采用傳統(tǒng)授課模式，繁重的教學(xué)任務(wù)使得教師在課堂上僅傳授知識，“填鴨式”地進行授課，而忽略了對學(xué)生綜合運用能力的培養(yǎng)。此外，新一代的青年具有更為獨立的思考能力、更強的認(rèn)知能力，傳統(tǒng)的授課方式不能滿足新的學(xué)情。再者，隨著線上授課資源的增多，學(xué)生有更為靈活的學(xué)習(xí)方法，傳統(tǒng)的授課方式不能吸引學(xué)生的注意力，使得授課效果較差。

三、《電力系統(tǒng)分析》線上+線下混合式教學(xué)模式的探索

為全面落實全國教育大會精神，結(jié)合工程教育認(rèn)證的12條畢業(yè)要求，以“金課”的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)為目標(biāo)，“電力系統(tǒng)分析”課程建立了線上+線下的混合式教學(xué)模式，利用“超星學(xué)習(xí)通”和“中國大學(xué)MOOC”網(wǎng)絡(luò)平臺，從教學(xué)資源、教學(xué)方法和考核方式三個方面進行改革，具體如下：

（一）重整教學(xué)資源，力求高階

教學(xué)資源是課程建設(shè)是核心，教學(xué)資源的高階性是奠定“金課”的基礎(chǔ)。本課程的教學(xué)資源改革具體如下：

1.教學(xué)資源體現(xiàn)前瞻性

結(jié)合電力系統(tǒng)的發(fā)展前言，將最新的知識融入課程資源中，如特（超）高壓交/直流輸電、能源互聯(lián)網(wǎng)、泛在電力物聯(lián)網(wǎng)等，同時運行先進的信息技術(shù)，重新改進授課PPT，使其更能吸引學(xué)生。

2.教學(xué)資源體現(xiàn)多學(xué)科交叉

重整教學(xué)資源時要注重不同課程的交叉內(nèi)容，要注重哲學(xué)思想在工科課程中的運用，要注重對學(xué)生融會貫通能力的培養(yǎng)，同時將具體的工程案例融入課程資源中，幫助學(xué)生提取復(fù)雜工程問題中的電力元素。比如：交叉內(nèi)容：電力電子技術(shù)與電力系統(tǒng)（新能源發(fā)電、無功功率發(fā)生器、虛擬同步發(fā)電機等）、電機學(xué)與電力系統(tǒng)（同步發(fā)電機、變壓器、異步電動機負(fù)荷等）、工程電磁場與電力系統(tǒng)（發(fā)生短路故障時同步發(fā)電機的短路電流分析）、電路與電力系統(tǒng)（電力系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型中電參量的計算和分析）等。哲學(xué)思想：矛盾的普遍性和特殊性（電力系統(tǒng)的運行要求、無功負(fù)荷的最優(yōu)補償）、抽象和具體（電力網(wǎng)絡(luò)數(shù)學(xué)模型的建立方法）等。具體的工程案例（工廠供配電，火神山醫(yī)院的供配電設(shè)計，PSASP仿真案例等）。通過將不同知識融入到課程教學(xué)資源中，使該課程更立體化，幫助學(xué)生完成從理論知識—實踐能力—人文素養(yǎng)的升華。

3.教學(xué)資源線上運行

課程組成員錄制課程知識點視頻和典型例題講解視頻，組建課程習(xí)題庫，上傳至“中國大學(xué)MOOC”網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺，學(xué)生可在課外觀看視頻，查閱課程資料，自學(xué)和復(fù)習(xí)教學(xué)內(nèi)容，為“電力系統(tǒng)分析“課程線上+線下混合式教學(xué)模式的開展奠定基礎(chǔ)。

（二）升華教學(xué)方式，追逐創(chuàng)新

本課程探索的混合式教學(xué)模式將傳統(tǒng)的“以教師為主”轉(zhuǎn)變?yōu)椤耙詫W(xué)生為主”“以教為主”轉(zhuǎn)變?yōu)椤耙詫?dǎo)為主”。牢牢把控課前、課中、課后三個教學(xué)環(huán)節(jié)，具體的改革過程如下：

1.課前預(yù)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生自學(xué)能力

教師課前發(fā)布課程預(yù)習(xí)內(nèi)容、預(yù)習(xí)要求和與知識點相關(guān)的討論話題，并提前在網(wǎng)絡(luò)平臺上傳對應(yīng)的視頻資源和授課內(nèi)容講義（PPT、教案、教學(xué)設(shè)計等），促使學(xué)生自學(xué)。根據(jù)預(yù)習(xí)內(nèi)容的不同，實施的教學(xué)方式也略有不同。有些章節(jié)概念性的知識點比較多（如：電力系統(tǒng)基本概念、電力系統(tǒng)無功平衡和優(yōu)化等），需要學(xué)生理解與記憶，教師會同時發(fā)放隨堂測試，以檢驗學(xué)生的學(xué)習(xí)效果;有時也要求學(xué)生根據(jù)自己對知識點的把控，自行出題。有些章節(jié)推導(dǎo)計算類的知識點比較多（如：電力系統(tǒng)潮流計算、短路計算等），教師會對學(xué)生進行分組，要求學(xué)生課下分組討論，并將梳理的公式及總結(jié)的計算技巧以“組”為單位反饋給教師，以幫助教師了解學(xué)情。有些章節(jié)主要是分析類的知識點（如電力系統(tǒng)穩(wěn)定性分析、電力系統(tǒng)改善潮流的方法等），教師會要求學(xué)生搜集一些相關(guān)的生活實例，不同分組間交叉分享、分析這些例子，并以小論文的形式做出分析總結(jié)。學(xué)生在自學(xué)過程中，也可將自己的困惑發(fā)布到網(wǎng)絡(luò)平臺“討論區(qū)”或者是課程的QQ群，由教師和其他同學(xué)幫忙解答，增強師—生交流和生—生交流。具體的課程環(huán)節(jié)實施如下圖：

2.課中教學(xué)，實現(xiàn)全方位育人

課堂上，教師有選擇地使用提問法、引入法、翻轉(zhuǎn)課堂法等進行授課，主要講授章節(jié)重、難點，并解決學(xué)生自學(xué)和鞏固過程中遇到的問題。有些知識點涉及工程案例，則以引入法為主;有些知識點理論性較強，需要較強的邏輯性，則以教師講授為主。有些知識點涉及不同課程的交叉內(nèi)容，則以引導(dǎo)學(xué)生思考為主。以電力系統(tǒng)中樞點調(diào)壓為例將一節(jié)課（90分鐘、2課時）規(guī)劃如下：前10～20分鐘，梳理知識點，解決學(xué)生自學(xué)中存在的問題;中間30～80分鐘，教師講授中樞點的概念、中樞點電壓曲線的編制方法、中樞點的調(diào)壓方式以及電力系統(tǒng)的電壓調(diào)整措施。后10分鐘，學(xué)生分組討論，針對課堂講授內(nèi)容繪制思維導(dǎo)圖。課堂授課主要是教會學(xué)生學(xué)習(xí)方法和學(xué)習(xí)思路，教師線下授課時所采用的“中國大學(xué)生MOOC”中的慕課堂功能，可以記錄學(xué)生在課堂上的表現(xiàn)，并根據(jù)教師所設(shè)置的課堂環(huán)節(jié)權(quán)重，給予評分。

此外，教師堅持把“立德樹人”作為課堂授課的中心環(huán)節(jié)，通過添加思政元素，實現(xiàn)全過程、全方位育人。根據(jù)所講授知識點的不同，教師會有選擇性的加入國家電網(wǎng)的前沿知識，國家標(biāo)志性的電力網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和發(fā)電工程，宣傳電力工程師的優(yōu)秀事跡，達(dá)到弘揚正能量，弘揚社會主義核心價值觀的目的。同時，將習(xí)總書記提出的“綠水青山就是金山銀山”這一思想貫徹至課程的全部知識點中，提倡同學(xué)們用發(fā)展的眼光去看待電力系統(tǒng)中的“節(jié)能減排”問題。另外，通過講解電力系統(tǒng)的具體分析方法，引入哲學(xué)的基本原理，幫助學(xué)生客觀的看待世界，建立科學(xué)合理的評價體系，從而具有正確的世界觀、價值觀和人生觀。通過本課程的講授，一方面培養(yǎng)學(xué)生具有扎實的理論知識，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)研究精神和創(chuàng)新思維，另一方面使學(xué)生具有人文素養(yǎng)，德智體美勞全面發(fā)展。

3.課后鞏固，強化學(xué)生綜合能力

為了鞏固學(xué)生的理論知識，鍛煉學(xué)生整合知識的能力，課后作業(yè)涵蓋基礎(chǔ)題、綜合計算題、思維導(dǎo)圖、課程總結(jié)等題型，學(xué)生利用網(wǎng)絡(luò)平臺提交作業(yè)，開展形式多樣，或分組完成、或個人講解，學(xué)生時刻充滿新鮮感，提高了學(xué)生的作業(yè)完成率。

（三）變革課程考核模式，強化挑戰(zhàn)

傳統(tǒng)的考核模式更加注重結(jié)果，主要通過期末試卷對學(xué)生進行知識點掌握情況的考查，考核理念比較陳舊，對過程的重視和占比不夠。因此，線上+線下混合式的考核模式要更多地注重學(xué)生過程性的考核，注重學(xué)生自學(xué)能力的培養(yǎng)，注重學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、解決問題能力的培養(yǎng)，要合理分配課程學(xué)習(xí)過程中各個環(huán)節(jié)的占比，重點支撐課程對學(xué)生能力掌握的考核，特別是有挑戰(zhàn)度的課程知識的考核。本課程考核形式是平時成績（50%）+期末成績（50%），其中平時成績包含出勤（5%）、課程互動（10%）、線上作業(yè)（20%）、單元測試（20%）和線下自學(xué)情況（45%）等。課程互動包含課堂討論、提問等;線下自學(xué)情況涵蓋課前預(yù)習(xí)、開放性課題討論等。平時成績數(shù)據(jù)來源于“中國大學(xué)生MOOC”網(wǎng)絡(luò)平臺對學(xué)生學(xué)習(xí)情況的記錄。

四、線上+線下混合式教學(xué)的實施效果

“電力系統(tǒng)分析”線上+線下混合式教學(xué)模式，著力改革了課程的教學(xué)內(nèi)容和整體設(shè)計，充分發(fā)揮了線上網(wǎng)絡(luò)平臺的優(yōu)勢，達(dá)到了“金課”創(chuàng)新性、教學(xué)形式先進性和互動性、學(xué)習(xí)結(jié)果探究性和個性化的要求，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)了學(xué)生的高階能力。通過發(fā)放課程調(diào)查問卷，98.73%的學(xué)生滿意本課程的授課方式;95.65%的學(xué)生認(rèn)為本課程的學(xué)習(xí)提高了對本專業(yè)的認(rèn)識和興趣;99.23%的學(xué)生認(rèn)為本課程的線上資源豐富，能夠滿足線下自學(xué)、預(yù)習(xí)和鞏固復(fù)習(xí);90.73%的學(xué)生認(rèn)為本課程線上和線下結(jié)合緊密，希望將本課程的教學(xué)模式運用于其他課程的講授中。

參考文獻：

[1]習(xí)慧丹，譚一曲，陳果，劉霜霜.基于在線教學(xué)平臺的線上教學(xué)探索與實踐[J].計算機時代，2020（11）：120-123.

[2]姜丹.后疫情背景下《食品原料安全控制》線上線下教學(xué)的探索[J].安徽農(nóng)學(xué)通報，2020，26（20）：170-171+177.

[3]文靜.線上線下混合式教學(xué)模式在《機械制圖》課程中的研究與實踐[J].內(nèi)燃機與配件，2020（10）：218-221.

[4]曹紅翠，馬成海，孫春艷，李長順.“線上+線下”混合式教學(xué)模式在物理化學(xué)實驗中的應(yīng)用[J].廣東化工，2020，47（16）：198+197.

[5]趙夢奇，廖銀念.疫情之下《材料科學(xué)與工程》課程教學(xué)改革模式初探[J].廣東化工，2020，47（14）：181+199.

[6]孫秋野，黃雨佳，高嘉文.工科專業(yè)課課程思政建設(shè)方案——以《電力系統(tǒng)分析》課程為例[J].中國電機工程學(xué)報，2020，7：1-13.

基金：河南省教學(xué)改革研究與實踐項目（2019SJGLX418）;河南城建學(xué)院教學(xué)改革研究與實踐項目（J2019102）全國大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃（202011765007）

作者簡介：李佳佳（1990— ），女，河南平頂山人，碩士，講師，研究方向：電力系統(tǒng)及其自動化。