電氣類專業(yè)教材更新與交流機制的重構與實踐

季振亞?胡秦然?馬剛

摘 要：教材是育人育才的核心資源，教材更新是人才培養(yǎng)理念更新和模式革新的必要路徑，面向教材更新的交流是促進建設和共享資源的重要抓手。隨著新型電力系統(tǒng)的建設和“雙碳”工作的推進，電氣類專業(yè)人才培養(yǎng)日益呈現(xiàn)出知識更新快速、學科交叉凸顯、工程問題復雜等特點，傳統(tǒng)教材逐步落后于新工科建設的人才培養(yǎng)需求。分析了當前教材更新與交流存在的問題，提出了以“教材內(nèi)容創(chuàng)新提升、教材體系拾遺補闕、教材形式守正創(chuàng)新”為徑，以“教材交流以虛強實”為翼的“三徑一翼”重構思路，介紹了通過聚合多所高校、出版社和電力行業(yè)企業(yè)，圍繞電氣類專業(yè)教材更新與交流開展的系列實踐。

關鍵詞：新工科；電氣類專業(yè)；教材；四問四改；虛擬教研室

隨著電力能源生產(chǎn)、傳輸和利用朝著清潔化、數(shù)字化、智能化、透明化和電氣化方向發(fā)展的逐步深入，電氣工程技術領域從傳統(tǒng)電力技術轉變?yōu)殡娏?、電子、控制、信息、人工智能等先進技術交叉融合的復合技術領域，因而使得主要服務于電力能源行業(yè)的電氣類專業(yè)人才培養(yǎng)面臨著巨大挑戰(zhàn)[1]。在這一形勢下，結合構建新型電力系統(tǒng)、“雙碳”目標下的清潔低碳轉型等國家重大戰(zhàn)略需求，對電氣類專業(yè)人才應具備的知識和能力提出了更高的要求[2]。

近年來，我國積極推動包括電氣學科在內(nèi)的新工科建設，教育部于2017年和2020年分別發(fā)布了《關于推薦新工科研究與實踐項目的通知》和《關于推薦第二批新工科研究與實踐項目的通知》，進一步明確為深化新工科建設，主動布局未來戰(zhàn)略必爭領域人才培養(yǎng)，加強新興領域教材研究，提高新興領域教材建設質(zhì)量。

在上述背景下，各高校電氣類專業(yè)紛紛更新原有課程體系，調(diào)整知識結構，并強調(diào)新興領域和交叉領域課程[3]。但總體上，傳統(tǒng)教材本身面臨著知識層次更新緩慢、工程案例匱乏等問題，新的課程更缺乏成熟的配套教材。因此，探索構建高效的教材建設、出版、應用的更新與交流機制，推動電氣類專業(yè)教材的高質(zhì)量建設，已經(jīng)刻不容緩。

近年來，國內(nèi)多所高校通過聯(lián)合高等教育出版社、電力行業(yè)企業(yè)等單位，調(diào)研和分析了電氣類專業(yè)的課程教材更新和教材交流平臺存在的問題，提出了教材更新與交流機制的重構思路，并取得了一系列具體的實踐成果。

一、教材更新與交流的現(xiàn)有問題與分析

1．教材更新存在的問題與分析

現(xiàn)階段，電氣類專業(yè)課程教材建設和更新方面存在的問題集中表現(xiàn)在以下幾個方面。

（1）教材選用內(nèi)容滯后電氣行業(yè)發(fā)展。國內(nèi)高校一般傾向于選用已有一定市場占有率的成熟教材，相關教材往往出版較早，雖然也經(jīng)歷了多次改版，但修訂周期一般較長，且還是更注重傳統(tǒng)電氣行業(yè)理論知識點的傳授，容易導致知識陳舊；與此同時，不少教材不夠重視大工程觀[4]，缺乏從實踐中提取的工程實例和前沿成果，會導致學生缺乏廣闊視野，以及習得的知識容易落后于電氣行業(yè)的快速發(fā)展。

（2）教材體系難以覆蓋交叉前沿技術。國內(nèi)電氣類專業(yè)教材體系主要圍繞電力系統(tǒng)、電力電子、電機等傳統(tǒng)方向，而大量新興領域，諸如多端柔性輸電、綜合能源利用、分布式資源管理等，以及大量交叉領域如人工智能、大數(shù)據(jù)、電工材料、機器人等技術在電氣行業(yè)的應用，雖然近年來涌現(xiàn)出一些優(yōu)秀的學術專著，但相關課程和教材尚未得到充分系統(tǒng)的開發(fā)。

（3）教材出版形式缺乏數(shù)字化競爭力。電氣類專業(yè)課程教材涉及大量的電子元器件、電氣裝置設備和復雜工程問題原理，單純把扁平、單一的紙質(zhì)教材作為載體，既不能滿足教與學的需要，也無法適應教育數(shù)字化轉型的格局。以高等教育出版社為代表的出版社已在一些新形態(tài)教材中引入多媒體、數(shù)字化的立體出版方案[5]，各種在線教育平臺也更加重視多元信息化表現(xiàn)形式，但相對電氣類專業(yè)課程教材總量，更新的數(shù)量仍然較少。如何可持續(xù)地推動大量教材的立體化升級，是一項亟須發(fā)動教師廣泛參與的系統(tǒng)工程。

2．教材交流存在的問題與分析

電氣類專業(yè)教材的更新，涉及專業(yè)教學指導委員會、全國不同高校的專業(yè)教學團隊、出版部門等，高效的教材交流機制能夠保證不同主體緊密銜接，提高教材更新建設的效率，并促進已有教材的推廣使用，避免重復建設，實現(xiàn)教材更新的正向循環(huán)。筆者調(diào)研了現(xiàn)有的涉及電氣類專業(yè)教材更新與交流的平臺建設情況，部分平臺如表1所示。

這些平臺一般以名師示范引領、在線課程建設、教學資源發(fā)布等為主要任務，聚焦教材更新與交流的功能并不完善，以下幾方面制約著這些平臺發(fā)揮出推動教材更新建設的作用。

（1）平臺管理分散，缺少聚商聚管的引擎。盡管上述部分平臺的直管單位比較一致，但管理模式仍較為分散，不利于商議制訂教材更新的頂層規(guī)劃和貫徹手段，且各平臺更側重課程在線化、教材數(shù)字化等目標，與教材更新這一目標不完全一致。

（2）平臺數(shù)據(jù)割裂，缺少互聯(lián)互通的鏈路。上述平臺往往存有豐富的課程和交流數(shù)據(jù)，但常被約束在單個平臺，導致了數(shù)據(jù)壁壘，而不同平臺中又分別存有海量信息，既浪費了教師找到合適教材資源的時間，也容易加劇資源尤其是新興和交叉領域教材資源的信息孤島現(xiàn)象。

（3）平臺交流無序，缺少領雁領航的指引。許多教師尤其是青年教師，對教材選用和更新具有自發(fā)的熱情，但缺少一個能夠組織名師與專家跨越時空幫助這些教師更好地熟悉相關教材的建設歷程、梳理教材更新的需要、探討協(xié)作共建開展的交流平臺。

二、教材更新與交流機制的重構思路

為系統(tǒng)地克服上述電氣類專業(yè)教材更新與交流中存在的問題，我們提出以“教材內(nèi)容創(chuàng)新提升、教材體系拾遺補闕、教材形式守正創(chuàng)新”的教材更新為徑，以“教材交流以虛強實”的交流平臺為翼，依托“三徑一翼”體系重構教材更新與交流機制，重點開展相應工作。

（1）教材內(nèi)容創(chuàng)新提升。明確電氣類專業(yè)教材定位，以滿足新工科背景下人才培養(yǎng)的核心要求為指導，增強教材內(nèi)容中的理論知識與實踐應用的有機結合，知識點、案例等應緊跟人才培養(yǎng)需求和社會發(fā)展進行主動更新，及時增加電氣工程學科的新領域、新實踐和新技術，實現(xiàn)教材內(nèi)容與學科前沿、工程實踐、科學研究的“三同步”。

（2）教材體系拾遺補闕。隨著電氣類專業(yè)新興領域與交叉技術的不斷出現(xiàn)，僅面向現(xiàn)有教材內(nèi)容進行創(chuàng)新提升，或僅依托電氣類課程實施編寫，不足以補全電氣類專業(yè)人才素質(zhì)知識能力圖譜下的知識體系，必須有組織地策劃緊缺教材的編寫，并充分利用學科發(fā)展優(yōu)勢，將教師的科研前沿探索和工程實踐積累，及時轉化為各種形式的一線教學資源，豐富和完善符合新工科建設需要的電氣類專業(yè)教材體系。

（3）教材形式守正創(chuàng)新。新形態(tài)教材和教學形式的開發(fā)，是對新一代信息革命的主動適應，也是以學生發(fā)展為中心這一學習范式的重要體現(xiàn)，學生不僅能夠繼續(xù)通過傳統(tǒng)平面教材學習扎實的理論知識，還能夠利用多類型的習題和答疑互動及時溫故知新，更能夠借助沉浸式教學資源體驗復雜電氣工程項目原理和實景，教師也能夠在這些新形態(tài)教材的一體化建設過程中反思反哺、完善教學，師生都能夠教研相融、學用相長。

（4）教材交流以虛強實。一套良好運轉的教材交流機制，能夠更有效地收集教學反饋、加速知識更新、促進教材創(chuàng)新，以電氣名師大講堂、電氣類專業(yè)教改研討會等線下已有平臺為基礎，進一步通過虛擬教研室等數(shù)字化交流平臺，將教師、企業(yè)專家、出版社編輯等跨時空、全周期、全過程地匯集起來，通過資源分享、任務主領、跨區(qū)研討等功能模塊，進行集中組織、互聯(lián)互通、有序指導，實現(xiàn)以虛強實，促進教材更新的探索和落地。

三、教材更新與交流機制的重構實踐

在“問行業(yè)需求改培養(yǎng)目標、問技術發(fā)展改教學內(nèi)容、問工程實踐改教學方法、問用人滿意度改質(zhì)量標準”（“四問四改”）人才培養(yǎng)改革思路指導下，結合上述“三徑一翼”教材更新與交流重構體系，東南大學、南京師范大學等高校共同組織，并充分聯(lián)合高等教育出版社等出版單位、南瑞集團等電力行業(yè)企業(yè)，重點開展了以下具體實踐探索。

1．面向“理實融通”的教材內(nèi)容創(chuàng)新提升

面向教材內(nèi)容創(chuàng)新提升的需求，我們以不斷更新的人才培養(yǎng)方案和課程體系設置為基礎，提出了“核心課程群優(yōu)質(zhì)化、專業(yè)課程群深度化、交叉課程群靈活化”的總要求，面向不同課程群，以“理實融通”為方針，更新和完善了一批教材內(nèi)容，具體包括以下三個方面。

（1）專業(yè)教材編著與更新。教材內(nèi)容應及時充分地反映學科和行業(yè)技術進步，以教學團隊和教研室為落點，以已出版的一批國家級和省部級重點規(guī)劃教材為繼承，不斷豐富深化相關教材的創(chuàng)新性內(nèi)容，持續(xù)推進教材的編著和更新，比如《現(xiàn)代電力系統(tǒng)中的電力電子技術》《供配電技術》《光伏發(fā)電系統(tǒng)建模與仿真》等，夯實學生專業(yè)基礎。

（2）交叉領域課程群開發(fā)。注重學科交叉課程的開發(fā)與建設，依托科研團隊承擔的最新科研項目，設計了“優(yōu)選教材、補充講義、強調(diào)探索、側重實踐”的課程教材內(nèi)容組織形式，增設了“雙碳目標驅動的數(shù)字化新型電力系統(tǒng)”“電力系統(tǒng)人工智能新技術”“儲能與綜合能源系統(tǒng)”等交叉課程群，并進一步探索建立交叉復合創(chuàng)新課程體系下的卓越班形式，提升學生解決電氣領域復雜工程和交叉學科問題的能力。

（3）工程技術案例庫建設。針對目前教材中重理論、輕實踐的問題，充分利用各類產(chǎn)學研條件，比如，緊密聯(lián)系南瑞集團由院士領銜的行業(yè)領軍人才和高水平專家，利用其學科門類齊全、工程經(jīng)驗豐富的優(yōu)勢，校企資源共享，圍繞數(shù)字化電力系統(tǒng)、電力大數(shù)據(jù)、分布式能源、儲能、充電設施、電力芯片、電力機器人等高新技術領域，共建了行業(yè)最新研究成果和工程技術案例庫，將不同深度和廣度的工程案例引入各年級的課程教學，實現(xiàn)了教學內(nèi)容的“三同步”。

2．融合“立體映射”的教材體系拾遺補闕

教材體系拾遺補闕的需求在新工科背景下的教學改革和交叉領域課程開發(fā)的過程中尤為迫切。我們研究形成了“教材體系—知識圖譜—教材定制”的分層思路，啟動了電氣學科交叉領域教材的編寫計劃，具體包括以下實施步驟。

（1）承上啟下的教材體系拾遺。向上以國家戰(zhàn)略為綱，向下以行業(yè)發(fā)展為根，提出了電氣學科教材體系的完善應以前沿學科交叉融合為導向，需要進一步與人工智能、大數(shù)據(jù)、新能源、機器人、軌道交通、智能制造等交叉領域融合的工作思路，并制訂了多本交叉領域教材或講義的年度編寫計劃。

（2）立體映射的知識圖譜索引。確定了教材體系中教材拾遺的具體需求后，組織構建動態(tài)更新的電氣類專業(yè)人才培養(yǎng)能力圖譜，以能力圖譜映射知識圖譜，發(fā)現(xiàn)所需補充的新興領域和交叉領域的知識點，使得每本教材切分的知識點進一步與索引鏈接于需補充的專業(yè)知識圖譜，從而補完知識圖譜之下的專業(yè)教材立體網(wǎng)絡，進而明確了需定制編寫教材的對應課程性質(zhì)、知識節(jié)點屬性等組織建設標準。

（3）多校聯(lián)動的教材講義定制。在鼓勵教材更新的積極氛圍下，通過自上而下的組織統(tǒng)籌或自下而上的自組織聚合等形式，充分連接學緣、地緣、業(yè)緣，形成了多校聯(lián)動的教材建設團隊，并利用虛擬教研室、合作辦學平臺等資源，與更多境內(nèi)外高校的教學名師、教研團隊開展深度交流，促成了一批教材或數(shù)字化講義的出版或在編，如《分布式能源聚合管理技術》《電力博弈優(yōu)化設計與應用》《電動汽車與電網(wǎng)互動原理與工程應用》等。

3．踐行“教研相融”的教材形式守正創(chuàng)新

教材形式守正創(chuàng)新的需求，也是新工科要求下對教師創(chuàng)新實踐和交叉學科研究能力的綜合考驗。充分動員經(jīng)驗型教師擔任青年教師的教學導師，在傳幫帶的教學指導下，鼓勵和幫助教研相融。通過持續(xù)改進，近年來教材形式發(fā)生了以下幾點顯著變化。

（1）教材資源立體化。鼓勵教師將電氣學科的前沿技術與交叉內(nèi)容融入工程案例化教學，以教師為主體，不斷為現(xiàn)有教材配置外延的教學資源，使課程中原有的單一紙質(zhì)教材拓展為立體數(shù)字化的資源包[6]，包括在線課件、教學視頻、互動習題測評等，幫助學生更好地掌握知識。教材講授時，各章節(jié)之前既介紹知識圖譜下的概念節(jié)點，又根據(jù)學生所在年級的知識特點，優(yōu)選與各章內(nèi)容相關的虛擬仿真實驗、工程案例，激發(fā)學生自主深入思考。

（2）互動設計場景化。以立體化的教材資源為基礎，教學導師與青年導師能夠開展更多層次的課堂和課后互動。比如，“電路原理”課程建立了覆蓋每節(jié)課的在線課件、預習和復習指南、互動答疑庫等自編立體化資源，教師課前發(fā)布、師生課中使用、學生課后自檢，并以特高壓輸電技術為工程案例，將涉及的具體技術分解對應到電路的各章節(jié)知識點，幫助學生建立起從電路原理到電力系統(tǒng)復雜工程問題的映射[7]。再比如，在“電力系統(tǒng)分析”課程中，通過教師錄制的教學微課，學生能夠觀摩和分析利用文心一言、ChatGPT等大語言模型回答電力系統(tǒng)基礎問題的準確性，既引導學生充分使用現(xiàn)代工具，又引發(fā)學生產(chǎn)生人工智能是否替代人類的辯證思考，并激發(fā)出學生終身學習的緊迫感。

（3）資源使用標準化。教材形式的守正也是創(chuàng)新的根基，為了在標準化的前提下充分利用立體化教學資源，我們制訂了相關規(guī)范和過程性檢查流程，成立了課程負責人、教研室組長、教學副院長的分級審核制度，以審核后的立體化資源包為共享數(shù)據(jù)庫，要求每門課程緊扣對應的畢業(yè)要求指標點和課程目標，合理選擇相關教學資源，推動教案從靜態(tài)轉變?yōu)樾问蕉嘣討B(tài)更新，且教師能夠通過每月學情記錄等形式，及時反饋使用情況。

4．基于“虛擬教研室+”的教材教研交流

面向教材交流以虛強實的需求，提出了“教學名師+企業(yè)專家+教材編輯+青年教師”的教材教研組織模式，并利用教育部新興領域教材研究與實踐項目、電氣工程及其自動化專業(yè)虛擬教研室、虛擬教研室工學電類學科協(xié)作組等資源，打造了含虛擬教研室教材建設分室、教材數(shù)據(jù)在線交流平臺等在內(nèi)的“虛擬教研室+”，建立了覆蓋教師、行業(yè)專家和出版社編輯等在內(nèi)的教材教研生態(tài)圈，開展試點試驗，并重點發(fā)揮以下三種效用。

（1）展示推廣效用。對于電氣類專業(yè)教材尤其是新興領域教材的編著者，通過主動發(fā)布教材特點、出版信息、配套資源等素材，能夠更廣泛地向全國電氣類專業(yè)的高校教師宣傳相關教材，既有助于提高教材的使用面，也有助于其他教師發(fā)現(xiàn)所需要的新教材，從而優(yōu)化了教材資源的利用率，進而持續(xù)推進資源立體共建。

（2）資源共享效用。充分挖掘教育部“虛擬教研室”平臺軟件的使用方法，設計了教材建設資料的發(fā)布制度，實現(xiàn)教材建設類資源的共建共享，提高了教材更新的搜索密度。而在線交流、信息發(fā)布等功能模塊，還為電氣類專業(yè)教師提供了共同研討的公共空間，大家圍繞教材建設，探究新工科背景下電氣類專業(yè)人才培養(yǎng)目標、探討教材使用方式、研究教材更新手段，擴大了教材更新的交流廣度，提高了交流的時效性。

（3）專家引領效用。充分結合全國高等學校電氣名師大講堂、國家高等教育智慧教育平臺、數(shù)字課程出版平臺等現(xiàn)有形式，以“虛擬教研室+”為引擎，調(diào)動教學名師的優(yōu)質(zhì)資源，定期組織線上線下混合形式的教材交流沙龍，為電氣類專業(yè)的校企專家提供講臺，共享學科發(fā)展和教材更新的前沿動態(tài)，并更好地鼓勵青年教師能夠主動結合科研特長與教學心得，推動電氣類專業(yè)教材更新的可持續(xù)發(fā)展。

參考文獻：

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[7]季振亞，胡秦然.多維度評價驅動的電氣類電路課程改進探索[J].電氣電子教學學報，2023，45（1）：42-45.

[本文得到了教育部高等教育司新興領域教材研究與實踐項目“電氣類專業(yè)教材更新與交流機制”的支持，項目在高等教育出版社、東南大學、南京師范大學等單位眾多同仁努力下共同完成，在此一并致謝]

[責任編輯：余大品]