案例教學(xué)法在專業(yè)學(xué)位碩士課程中的應(yīng)用探索
——以《新能源應(yīng)用及其控制技術(shù)》課程為例

陳 艷 鄭 永 楊 佳 胡曉倩

（1.重慶理工大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院 重慶 400054；2.重慶理工大學(xué)機(jī)械檢測(cè)技術(shù)與裝備教育部工程研究中心 重慶 400054）

引言

21世紀(jì)是圍繞新能源技術(shù)革命和產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展的關(guān)鍵期，新能源發(fā)電與控制方向相關(guān)課程緊扣新能源主題，重點(diǎn)圍繞光伏發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電兩個(gè)最具潛力的能源發(fā)電形式，突出新能源發(fā)電、電力電子技術(shù)、控制技術(shù)與智能電網(wǎng)的有機(jī)結(jié)合。該課程需要工程實(shí)踐能力以加深對(duì)新能源發(fā)電及控制技術(shù)的理解，且教學(xué)內(nèi)容隨技術(shù)的發(fā)展需要不斷更新，實(shí)踐內(nèi)容也隨之更新，從而為實(shí)際工程應(yīng)用奠定一定的基礎(chǔ)。然而，當(dāng)前該課程的教學(xué)明顯存在課堂教學(xué)與實(shí)踐應(yīng)用相互脫節(jié)的問題，學(xué)生對(duì)講授內(nèi)容僅限于書面，沒有實(shí)踐機(jī)會(huì)，無法進(jìn)行更深入地理解，這也無法滿足專業(yè)學(xué)位碩士對(duì)工程能力方面的要求。因此，亟需引入創(chuàng)新型教學(xué)方法，對(duì)課程體系、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段等進(jìn)行全方位改革[1]。

專業(yè)學(xué)位碩士研究生培養(yǎng)是針對(duì)不同領(lǐng)域需求，培養(yǎng)具有較強(qiáng)專業(yè)能力和職業(yè)素養(yǎng)，能掌握專業(yè)技能創(chuàng)造性地解決實(shí)際問題的高層次應(yīng)用型人才。2013年《教育部、國(guó)家發(fā)展改革委、財(cái)政部關(guān)于深化研究生教育改革的意見》和《教育部、人力資源社會(huì)保障部關(guān)于深入推進(jìn)專業(yè)學(xué)位研究生培養(yǎng)模式改革的意見》等文件明確提出：“構(gòu)建符合專業(yè)學(xué)位特點(diǎn)的課程體系，改革教學(xué)內(nèi)容和方式，加強(qiáng)案例教學(xué)，探索不同形式的實(shí)踐教學(xué)”[2]。2015年教育部發(fā)文《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》，指出了“深化專業(yè)學(xué)位研究生改革”工作的重要任務(wù)就是進(jìn)一步提高專業(yè)學(xué)位研究生教育質(zhì)量，要在實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)有限的情況下，加強(qiáng)案例教學(xué)，精心選擇教學(xué)案例內(nèi)容是提高工程碩士研究生工程實(shí)踐能力的重要途徑[3]。目前，針對(duì)專業(yè)碩士的培養(yǎng)所開設(shè)的課程偏重理論方面的居多，甚至有些課程沿用本科教學(xué)內(nèi)容。而工程學(xué)科特有的注重工程應(yīng)用、項(xiàng)目實(shí)施的鮮明學(xué)科屬性決定了工程實(shí)踐在其教學(xué)中的基礎(chǔ)地位。因此，加強(qiáng)案例庫(kù)建設(shè)，提倡案例教學(xué)，注重學(xué)生實(shí)踐能力的培養(yǎng)成為了高等工程教育的基本。

案例教學(xué)是以案例為載體，涵蓋知識(shí)的內(nèi)容，通過幾個(gè)案例的相互聯(lián)系貫穿課程知識(shí)體系，將實(shí)際問題與理論知識(shí)相結(jié)合以案例的方式呈現(xiàn)。教學(xué)過程以學(xué)生為中心，教師為主導(dǎo)，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題，分析問題，解決問題，從而掌握理論，形成觀點(diǎn)，在這個(gè)過程中學(xué)生全程參與思考、動(dòng)手，對(duì)知識(shí)的掌握更加牢固，能力得以提升，該教學(xué)方法已成為世界各知名高校的一種有效教學(xué)方法[4-5]。

一、新能源應(yīng)用及其控制技術(shù)課程案例教學(xué)的必要性

本課程是工程碩士（電氣工程領(lǐng)域）方向課程。該門課程希望學(xué)生重點(diǎn)把握太陽能光伏發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電的基本原理及系統(tǒng)的構(gòu)成，熟悉目前光伏和風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)變換器常用的結(jié)構(gòu)、調(diào)制策略和控制方法，了解光伏和風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)與電網(wǎng)的相關(guān)技術(shù)，掌握光伏和風(fēng)力發(fā)電的并網(wǎng)變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、光伏系統(tǒng)的孤島檢測(cè)方法、電網(wǎng)同步技術(shù)，以及變換器在電網(wǎng)不對(duì)稱故障下的高性能同步技術(shù)及相關(guān)控制方法。本課程的工程實(shí)踐性質(zhì)及對(duì)前沿內(nèi)容不斷更新的要求更適合案例教學(xué)法。

案例庫(kù)建設(shè)是以現(xiàn)實(shí)中的經(jīng)典案例或是教師科研項(xiàng)目中出現(xiàn)的實(shí)例作為素材，集合項(xiàng)目組教師各自擅長(zhǎng)的研究領(lǐng)域課題，整合了課本相關(guān)理論知識(shí)開放的。選取的實(shí)例是教師根據(jù)課程教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行設(shè)計(jì)的具有一定難度與挑戰(zhàn)性，且與學(xué)生當(dāng)前知識(shí)結(jié)構(gòu)、技能水平與學(xué)習(xí)時(shí)間相匹配，綜合型案例稍有拔高。案例能夠引導(dǎo)學(xué)生掌握課程設(shè)計(jì)的基本概念、理論、方法，學(xué)生通過深度參與，激發(fā)其探究精神與創(chuàng)新能力，在這個(gè)過程中學(xué)生自主學(xué)習(xí)的興趣和積極性明顯提高。

本課程在案例教學(xué)法實(shí)施過程中教師與學(xué)生、學(xué)生與學(xué)生除了在課堂進(jìn)行討論，課后的溝通也非常頻繁，這種氛圍密切了師生關(guān)系，培養(yǎng)了學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作精神。同時(shí)案例教學(xué)法的實(shí)施又是一個(gè)教學(xué)相長(zhǎng)的過程，它對(duì)師生都提出了更高的要求，既增加了教師“教”與學(xué)生“學(xué)”的壓力，又反向促進(jìn)了教師教學(xué)水平的提高與學(xué)生學(xué)習(xí)能力的提高。

二、新能源應(yīng)用及其控制技術(shù)課程案例教學(xué)過程實(shí)施

（一）案例庫(kù)建設(shè)

新能源發(fā)電與控制方向案例涵蓋專業(yè)性、實(shí)踐性均較強(qiáng)的核心課程，其主要包含新能源應(yīng)用及其控制技術(shù)、現(xiàn)代電氣控制系統(tǒng)建模與仿真、智能電網(wǎng)及其控制、現(xiàn)代電力電子技術(shù)、智能控制理論與應(yīng)用、現(xiàn)代控制理論等，內(nèi)容涉及光伏逆變器、單相功率變換器的電網(wǎng)同步、孤島檢測(cè)、風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)變換器、三相功率變換器的電網(wǎng)同步、風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)變換器控制、電網(wǎng)故障情況下的并網(wǎng)變換器控制以及并網(wǎng)電流控制等。

案例的選取應(yīng)滿足相關(guān)行業(yè)對(duì)專業(yè)碩士的教學(xué)需求，其素材的選取應(yīng)具有先進(jìn)性，創(chuàng)新性，代表性。案例應(yīng)立足專業(yè)碩士生實(shí)踐能力的培養(yǎng)，對(duì)其創(chuàng)新能力具有啟發(fā)性，且具有一定的深度和綜合性?！缎履茉磻?yīng)用及其控制技術(shù)》課程已建成20個(gè)案例，均為項(xiàng)目組教師原創(chuàng)性編寫，其內(nèi)容融合了教師科研及行業(yè)熱點(diǎn)，具體的內(nèi)容（典型）包含300W微逆變器Z源非隔離型變換器設(shè)計(jì)，300W反激微逆變器設(shè)計(jì)；300W光伏微逆變器直流母線電壓PI控制器設(shè)計(jì)；300W光伏微逆變器直流母線電壓滑?？刂破髟O(shè)計(jì)；主動(dòng)式光伏系統(tǒng)孤島檢測(cè)算法實(shí)例；雙饋異步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)網(wǎng)側(cè)變流器的控制仿真；電網(wǎng)下L型并網(wǎng)逆變器穩(wěn)定運(yùn)行控制仿真；弱電網(wǎng)下LCL型并網(wǎng)逆變器穩(wěn)定運(yùn)行控制仿真；光伏發(fā)電獨(dú)立/并網(wǎng)模式切換控制器設(shè)計(jì)；分布式光伏逆變器多模式控制器設(shè)計(jì)；局部陰影下的光伏最大功率跟蹤控制器設(shè)計(jì)等。其中，綜合課程案例4個(gè)、單一課程案例12個(gè)，知識(shí)點(diǎn)案例4個(gè)。

（二）研討式教學(xué)

①課前準(zhǔn)備。在開課之前教師需要做充分的準(zhǔn)備，包括教學(xué)內(nèi)容的分配，主題的確定，對(duì)選課學(xué)生學(xué)習(xí)背景的調(diào)研，以及具體的課堂教學(xué)步驟。同時(shí)在第一節(jié)課上需要向?qū)W生傳達(dá)研討式課堂的理念，告知學(xué)生在研討式課堂中教師與學(xué)生的分工與職責(zé)所在，向?qū)W生介紹每一個(gè)案例，指導(dǎo)學(xué)生選題，以及如何進(jìn)行小組交流與分工，需要說明何時(shí)進(jìn)行階段性匯報(bào)及最終的考評(píng)。

②課堂研討交流。課堂研討環(huán)節(jié)是課堂的關(guān)鍵階段，學(xué)生分組后以組為單位進(jìn)行案例課題的研究，前幾周需要對(duì)自己組的課題進(jìn)行基本知識(shí)的介紹，隨著課題的深入，在每次課堂上將階段性成果進(jìn)行分享，可以是PPT的形式，也可以直接展示仿真或者實(shí)作，學(xué)生在分享期間提出問題引發(fā)思考，分享結(jié)束后展開討論，教師對(duì)討論的質(zhì)量進(jìn)行評(píng)判同時(shí)對(duì)時(shí)間進(jìn)行把控，當(dāng)出現(xiàn)冷場(chǎng)時(shí)教師需要進(jìn)行引導(dǎo)性提示，課堂分享需要進(jìn)行記錄，便于課后總結(jié)歸納。在課程中期和結(jié)束階段需要進(jìn)行小組答辯，教師在每節(jié)課結(jié)束時(shí)進(jìn)行總結(jié)和點(diǎn)評(píng)，對(duì)中期和結(jié)題匯報(bào)進(jìn)行公正評(píng)價(jià)。

③課后研究。課后研究階段是課程的重要組成部分，由各研究小組在課下自習(xí)完成，不限時(shí)間不限地點(diǎn)不限方式，課下環(huán)節(jié)中教師輔助參與，組員要及時(shí)與教師進(jìn)行溝通避免研究出現(xiàn)主題偏離，教師需要在內(nèi)容與方法上提供建設(shè)性指導(dǎo)，小組的任務(wù)分配及合作方式由小組自行確定，在研究過程中遇到難題可以采用小組討論解決，也可以將問題帶到課堂討論環(huán)節(jié)中進(jìn)行，教師需要調(diào)動(dòng)每位同學(xué)積極參與。

（三）合理評(píng)價(jià)學(xué)習(xí)成果

打破傳統(tǒng)單一的標(biāo)準(zhǔn)化評(píng)價(jià)的不足，基于學(xué)生的綜合表現(xiàn)采用替代性評(píng)價(jià)對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)和工程能力進(jìn)行綜合評(píng)估。評(píng)價(jià)不僅注重學(xué)生學(xué)習(xí)結(jié)果，更關(guān)注學(xué)生學(xué)習(xí)過程，目的不是單純給學(xué)生一個(gè)分?jǐn)?shù)或等級(jí)，而是為了促進(jìn)學(xué)生的學(xué)習(xí)和發(fā)展，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造性，讓學(xué)生有信心面對(duì)真實(shí)的工程環(huán)境，使其全面了解自我。具體地，就是用案例給學(xué)生思考和批判的空間，替代傳統(tǒng)的正確答案；學(xué)習(xí)過程通過信息搜索和評(píng)估替代知識(shí)的簡(jiǎn)單獲取；從真實(shí)問題出發(fā)替代理想的模擬環(huán)境；注重培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)隊(duì)協(xié)作意識(shí)及全球化思維。引入多元化評(píng)價(jià)，使課程成績(jī)能夠更加客觀反映學(xué)生真實(shí)學(xué)習(xí)水平，同時(shí)也能夠促進(jìn)其改進(jìn)學(xué)習(xí)方法或習(xí)慣。

三、結(jié)束語

案例庫(kù)作為教學(xué)的引擎對(duì)于整合課程體系、鍛煉學(xué)生實(shí)踐能力、啟發(fā)學(xué)生批判性思維等具有重要的意義。案例庫(kù)的建立源于科學(xué)研究和實(shí)際工程應(yīng)用，將教學(xué)內(nèi)容融入具體案例，有針對(duì)性地引導(dǎo)學(xué)生參與思考、分析和討論，有助于學(xué)生了解能源發(fā)展的國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀，掌握電能變換與控制技術(shù)的基本原理，掌握光伏發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電的系統(tǒng)構(gòu)成和控制技術(shù)，提高學(xué)生對(duì)該課程的學(xué)習(xí)興趣，通過案例課題使學(xué)生通過協(xié)作研究、PPT展示、研究報(bào)告撰寫等方式理解并掌握新能源發(fā)電與控制的相關(guān)分析和系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本工具、原理實(shí)現(xiàn)方法，能夠進(jìn)行系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)，從而培養(yǎng)學(xué)生分析和解決實(shí)際工程問題的能力。