應(yīng)用創(chuàng)新與就業(yè)驅(qū)動(dòng)下“發(fā)電廠電氣部分”課程實(shí)踐教學(xué)改革研究

李 維,詹習(xí)生,涂 建,韓 濤,高紅亮,楊青勝

(湖北師范大學(xué) 電氣工程與自動(dòng)化學(xué)院,湖北 黃石 435002)

0 引言

黨的十九大報(bào)告中強(qiáng)調(diào),創(chuàng)新是引領(lǐng)發(fā)展的第一動(dòng)力,是建設(shè)現(xiàn)代化經(jīng)濟(jì)體系的戰(zhàn)略支撐。習(xí)總書記在全國教育大會(huì)上指出要“推進(jìn)產(chǎn)學(xué)研協(xié)同創(chuàng)新,積極投身實(shí)施創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展戰(zhàn)略,著重培養(yǎng)創(chuàng)新型、復(fù)合型、應(yīng)用型人才”。在“新工科”大背景下,“發(fā)電廠電氣部分”作為電類工科專業(yè)的一門專業(yè)的核心課程,綜合性、理論實(shí)踐應(yīng)用結(jié)合緊密,在培養(yǎng)電力行業(yè)應(yīng)用創(chuàng)新復(fù)合型人才顯得尤為重要[1,2]。

1 電氣專業(yè)應(yīng)用創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的必要性

1.1 社會(huì)發(fā)展需求

有數(shù)據(jù)顯示,我國的工程教育規(guī)模已位居世界第一。2018年11月,教育部高等教育司司長吳巖[3]在“新工科:高等工程教育的未來——對(duì)高等教育未來的戰(zhàn)略思考”中指出,我國高等工程教育占整個(gè)本科教育在校生的的1/3,且工科專業(yè)畢業(yè)生占全世界總數(shù)1/3以上。整體來看,我國工程人才儲(chǔ)備量非?？捎^,中國已形成了世界上最大的工程教育供給體系[4]。

在目前國際社會(huì)經(jīng)濟(jì)形勢(shì)的驅(qū)動(dòng)下,創(chuàng)新復(fù)合型人才對(duì)于國家發(fā)展起著至關(guān)重要的作用,而高等教育肩負(fù)著培養(yǎng)國家創(chuàng)新型、復(fù)合型、應(yīng)用型人才的重任。目前傳統(tǒng)的高等教育模式已經(jīng)不能滿足國際社會(huì)的人才需求,而鑒于我國工程教育的規(guī)模優(yōu)勢(shì),培養(yǎng)高等教育人才的模式亟待轉(zhuǎn)變。

1.2 學(xué)科教學(xué)現(xiàn)狀

對(duì)于地方高等院校(特別是師范類院校),容易受到教學(xué)實(shí)驗(yàn)條件、學(xué)生態(tài)度及教學(xué)模式等因素的影響。目前,國內(nèi)高校的教學(xué)模式多為傳統(tǒng)的授課模式,并且地方高校電氣專業(yè)的課程,如“發(fā)電廠電氣部分”這門課程的教學(xué)仍明顯存在以下問題:

1)教學(xué)模式單一。教學(xué)模式主要是傳統(tǒng)理論教學(xué)和設(shè)計(jì),由于這門課程的特殊性對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)備及場(chǎng)地要求很高,大多數(shù)地方高校,特別是師范類高校存在實(shí)驗(yàn)條件缺乏的問題,所以很多同學(xué)對(duì)相關(guān)內(nèi)容缺乏感性認(rèn)知,實(shí)踐環(huán)節(jié)開展不順利,造成學(xué)生對(duì)理論知識(shí)點(diǎn)無法形象地理解,學(xué)習(xí)的興趣不高、重視程度不夠等問題。

2)教學(xué)方式較落后。課堂多以“灌輸式”教學(xué)講授為主,大多存在教師“一言堂”現(xiàn)象,以傳統(tǒng)的PPT 進(jìn)行講授,較少使用討論式,案例式,翻轉(zhuǎn)課堂等教學(xué)方式,學(xué)生只是被動(dòng)接受,缺乏自主學(xué)習(xí)和創(chuàng)新思維能力。

3)課程思政孤立化?，F(xiàn)有的課堂教學(xué)目標(biāo)相對(duì)單一,課程思政的地位邊緣化;教學(xué)內(nèi)容剖析不徹底,課程思政的切入孤立化;教學(xué)方法手段不豐富,課程思政的效果乏味化,導(dǎo)致學(xué)生缺乏興趣,工科人才缺乏家國情懷和開拓視野。

1.3 我校實(shí)際問題

湖北師范大學(xué)是我國一所以服務(wù)基礎(chǔ)教育為主體的省屬綜合性重點(diǎn)師范類本科院校,是培養(yǎng)教學(xué)型人才的重要基地之一。電氣工程與自動(dòng)化學(xué)院原名“機(jī)電與控制工程學(xué)院”,為國家培養(yǎng)了一大批電氣類專業(yè)人才。但是在大環(huán)境影響下,我校電氣專業(yè)仍存在教學(xué)方式較落后、高壓設(shè)備實(shí)驗(yàn)條件不足、自主創(chuàng)新能力訓(xùn)練條件有限等諸多問題,如發(fā)電廠電氣部分實(shí)驗(yàn)中的多以高壓設(shè)備場(chǎng)地、資金等方面要求高而無法建立實(shí)驗(yàn)室。這些因素均會(huì)使學(xué)生的自主創(chuàng)新能力及應(yīng)用實(shí)踐訓(xùn)練等受到限制,因而很難滿足國家電力行業(yè)對(duì)電氣專業(yè)創(chuàng)新復(fù)合型人才的需求。

2 電氣專業(yè)創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的教學(xué)改革舉措

2.1 引入虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)

針對(duì)這門課程實(shí)驗(yàn)條件要求高的特殊性及學(xué)校的實(shí)際情況,開發(fā)適合于本課程的虛擬仿真教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。虛擬的仿真平臺(tái)實(shí)驗(yàn)教學(xué)可以解決大部分地方高校的實(shí)踐教學(xué)受限問題,比如因發(fā)電廠變電站實(shí)驗(yàn)室高資金、占地面積大、學(xué)生操作危險(xiǎn)系數(shù)大等建設(shè)難度大的相關(guān)限制因素。

為此,學(xué)校深入企業(yè)進(jìn)行調(diào)研,合作開展發(fā)電廠變電站虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)并建立了虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室,并將虛擬仿真資源引入教學(xué)課堂,借助虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)資源,可以使學(xué)生直觀形象地理解理論知識(shí)中的重難點(diǎn)內(nèi)容。研究理論與虛擬仿真實(shí)踐相結(jié)合的多種新穎教學(xué)方式,并組織學(xué)生到學(xué)校附近的發(fā)電廠及變電站參觀見習(xí),增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,提高學(xué)生的工程實(shí)踐能力與創(chuàng)新能力。虛擬仿真教學(xué)與傳統(tǒng)的線下面對(duì)面授課形式相比較,更具靈活性、交互性、共享性、開放性等特點(diǎn)[5]。利用虛擬仿真教學(xué)系統(tǒng),發(fā)電廠、變電站中進(jìn)行倒閘操作及檢修時(shí)接地掛牌虛擬仿真教學(xué)系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 發(fā)電廠、變電站接地掛牌虛擬仿真教學(xué)系統(tǒng)

該系統(tǒng)可以直觀地將發(fā)電廠、變電站中的高壓電氣設(shè)備倒閘操作,設(shè)備檢修維護(hù)操作前需要進(jìn)行的接地掛牌操作等形象展現(xiàn)出,利用虛擬的3D模擬視圖場(chǎng)景、虛擬的各類高壓仿真實(shí)驗(yàn)等形式,學(xué)生可以全方位地身臨其境學(xué)習(xí)體驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)操的場(chǎng)景,包括可全景體驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)倒閘操作、故障診斷、檢修等。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的引入,極大程度上激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,鍛煉學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手操作及團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力,并可很好地解決地方高校因場(chǎng)地及資金問題帶來的高壓實(shí)驗(yàn)室建設(shè)問題,同時(shí)也在很大程度上避免了學(xué)生因進(jìn)行高壓實(shí)驗(yàn)誤操作所帶來的安全隱患問題,幫助學(xué)生理解安全實(shí)驗(yàn)操作的重要性以及清晰自己以后電力行業(yè)的職業(yè)目標(biāo)。

2.2 構(gòu)建混合理論教學(xué)模式

首先上好第一堂課,往往第一次課會(huì)給學(xué)生對(duì)這門課以及相關(guān)的任課老師形成一個(gè)總體印象,這一印象直接影響著學(xué)生接下來學(xué)習(xí)這門課的總體態(tài)度。因此,任課老師在第一門課上可以采取新穎的教學(xué)模式,對(duì)這門課程的總體框架做個(gè)簡(jiǎn)單描述,把每部分內(nèi)容間的聯(lián)系與相關(guān)的后續(xù)課程內(nèi)容及培養(yǎng)方案聯(lián)系起來,并在相關(guān)的工程實(shí)例中、未來的就業(yè)中起到什么作用等為學(xué)生講解清楚,吸引同學(xué)的注意力,能夠增加課堂的活躍性,激發(fā)學(xué)生的興趣,培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際,制定清晰學(xué)習(xí)目標(biāo)計(jì)劃的能力。

同時(shí)積極推動(dòng)線上與線下教學(xué)相融合,并注重提升課堂話語傳播的有效性,采用多種教學(xué)方法相結(jié)合。大多數(shù)地方高校采取傳統(tǒng)的PPT講授教學(xué)方式,學(xué)生被動(dòng)接受,這樣的教學(xué)特點(diǎn)無法發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性。因此,教師可以借助學(xué)習(xí)通、慕課(MOOC)、智慧樹等網(wǎng)絡(luò)資源建立課堂,讓學(xué)生提前進(jìn)入線上課堂,將發(fā)電廠電氣部分相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)視頻教學(xué)資源發(fā)給學(xué)生先自主選擇時(shí)間學(xué)習(xí),提前預(yù)習(xí)了解相關(guān)的學(xué)習(xí)內(nèi)容,并跟老師進(jìn)行線上互動(dòng),教師可以通過后臺(tái)的賬號(hào)平臺(tái)看到學(xué)生的學(xué)習(xí)情況并進(jìn)行打分,還可集中回復(fù)學(xué)生問及的相關(guān)突出的問題,以學(xué)生相互討論為主,強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)的互助性和計(jì)劃性。為打破傳統(tǒng)PPT課堂教學(xué)的沉悶氣氛,可在課堂上引入“學(xué)習(xí)通”線上資源如圖2所示。借助“學(xué)習(xí)通”投屏功能跟學(xué)生互動(dòng),還可用多種方式簽到學(xué)習(xí)等,多種方式融合可增加學(xué)生學(xué)習(xí)的樂趣,讓學(xué)生樂在其中。

圖2 發(fā)電廠電氣部分“學(xué)習(xí)通”線上資源引入課堂

課程后期還可采取“翻轉(zhuǎn)課堂”的形式,以學(xué)生為主導(dǎo),同時(shí)引導(dǎo)學(xué)生對(duì)相關(guān)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行自學(xué)和討論,激發(fā)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)和創(chuàng)新思維能力,將主要知識(shí)點(diǎn)貫穿起來,強(qiáng)調(diào)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的理解性與綜合性。比如,在講解電氣主接線中的重難點(diǎn)內(nèi)容,無母線接線中的橋形接線時(shí),可先向?qū)W生展示單母線分段接線與橋形接線的對(duì)比,從結(jié)構(gòu)形式上來看區(qū)別,并給學(xué)生提出問題:橋形接線與單母線分段接線的區(qū)別?外橋接線與內(nèi)橋接線的區(qū)別?橋形接線中的倒閘操作步驟?穿越功率對(duì)外橋和內(nèi)橋接線的影響?先給根據(jù)之前給大家講解的有母線接線的思路,讓大家思考并進(jìn)行引導(dǎo)講解,讓學(xué)生在已掌握理論知識(shí)基礎(chǔ)上進(jìn)行理解補(bǔ)充,學(xué)生也會(huì)主動(dòng)發(fā)言,這樣可以在教學(xué)中使課堂氛圍更加活躍,達(dá)到良好的教學(xué)效果。

2.3 項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)調(diào)整教學(xué)內(nèi)容

本課程教學(xué)內(nèi)容較多,包含發(fā)電、變電和輸電中的電氣部分、電氣主接線及廠用電接線的設(shè)計(jì)、導(dǎo)體和電氣設(shè)備的選型、配電裝置、發(fā)電機(jī)及變壓器的運(yùn)行等內(nèi)容,各部分內(nèi)容相對(duì)較獨(dú)立,無法讓學(xué)生在自主學(xué)習(xí)中具備工程設(shè)計(jì)思想。為此,可與相關(guān)的工程設(shè)計(jì)類單位進(jìn)行校企合作,在課堂教學(xué)中,引入一些工程代表性的實(shí)際的案例分析視頻,并舉例進(jìn)行講解,以項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué),讓學(xué)生學(xué)會(huì)運(yùn)用實(shí)際工程設(shè)計(jì)意識(shí)來主動(dòng)學(xué)習(xí),從而避免出現(xiàn)學(xué)生只是硬生生去背記其中的概念,但遇到實(shí)際的工程問題不知從何入手的情況。

在具體教學(xué)實(shí)施過程中,可以將本課程內(nèi)容劃分為“電弧基本理論及短路電流計(jì)算預(yù)備知識(shí)、電氣主接線及廠用電接線設(shè)計(jì)、電氣設(shè)備選型及布置、防雷保護(hù)”等四大板塊內(nèi)容。按照工程設(shè)計(jì)思路“原始資料分析及現(xiàn)場(chǎng)勘察——負(fù)荷及無功功率補(bǔ)償計(jì)算——主變壓器的選型——電氣主接線方案擬定——短路電流計(jì)算——電氣設(shè)備選擇與校驗(yàn)——廠用電接線設(shè)計(jì)——二次接線部分設(shè)計(jì)——電氣設(shè)備布置——防雷保護(hù)與接地”的工程設(shè)計(jì)流程來進(jìn)行調(diào)整授課順序并擴(kuò)充講解工程設(shè)計(jì)內(nèi)容,培養(yǎng)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)并靈活運(yùn)用工程思維來解決工程項(xiàng)目中實(shí)際問題的能力。

2.4 巧妙融入課程思政教育

在專業(yè)課授課過程中,要學(xué)會(huì)巧妙融入思政到專業(yè)課程知識(shí)講授中,讓學(xué)生潛移默化中受到思政教育,避免孤立加入一些思政知識(shí)。為此,在授課中可靈活加入思政案例式教學(xué),例如在講授我國電力工業(yè)的發(fā)展問題時(shí),可重點(diǎn)引入我國建造的世界最大水電站——“三峽水電站”,幫助學(xué)生了解電力工業(yè)發(fā)展的艱難,培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新求實(shí)的思想意識(shí),激發(fā)學(xué)生國家榮譽(yù)感及自豪感;在介紹電氣主接線、廠用電接線時(shí),可引入講解典型的因受新冠疫情影響建立的方艙醫(yī)院的主接線形式,促使學(xué)生關(guān)注國家的時(shí)事熱點(diǎn),培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)的熱情和興趣,激發(fā)學(xué)生的愛國之情。另外,在授課中可利用“學(xué)習(xí)通”將線上資源引入課堂,例如在講授滅弧原理及主要開關(guān)電器時(shí),可將電弧的產(chǎn)生過程視頻通過線上“學(xué)習(xí)通”軟件投屏引入教學(xué)環(huán)節(jié),讓學(xué)生對(duì)未知的電氣世界產(chǎn)生好奇,激發(fā)學(xué)生探索的意識(shí);在講授主接線設(shè)計(jì)、導(dǎo)體和電氣設(shè)備選擇時(shí),可通過“學(xué)習(xí)通”線上資源引入電氣特高壓電力工人現(xiàn)場(chǎng)施工案例的教學(xué)視頻,從而增強(qiáng)學(xué)生對(duì)電力行業(yè)職業(yè)的認(rèn)知,并學(xué)會(huì)利用所學(xué)知識(shí)綜合分析解決復(fù)雜的工程實(shí)際問題,樹立學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí),建立初步的工匠精神。

3 取得的成效

目前本學(xué)院與校外企業(yè)聯(lián)合建立了電力系統(tǒng)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室,設(shè)立多個(gè)電氣專業(yè)課程的綜合實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,為電氣相關(guān)專業(yè)學(xué)生搭建了必要的高壓實(shí)驗(yàn)操作平臺(tái)。這為我國培養(yǎng)工程應(yīng)用創(chuàng)新型人才提供了有力保障,同時(shí)為國家能源電力行業(yè),如國家電網(wǎng)、南方電網(wǎng)、電力設(shè)計(jì)院等單位輸送了大量人才。

本專業(yè)學(xué)生注重創(chuàng)新能力培養(yǎng),積極參加專業(yè)相關(guān)的各類競(jìng)賽及科研項(xiàng)目等創(chuàng)新實(shí)踐環(huán)節(jié),并積極參與專業(yè)見習(xí)、社會(huì)實(shí)踐、企業(yè)實(shí)習(xí)等工程實(shí)踐環(huán)節(jié),培養(yǎng)了學(xué)生的專業(yè)創(chuàng)新能力及工程實(shí)際應(yīng)用能力。近幾年,我院電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)畢業(yè)生一次性就業(yè)率在98%左右,考研過線率平均達(dá)30%,考取國家電網(wǎng)比例約達(dá)30%.學(xué)生參加多項(xiàng)高水平專業(yè)競(jìng)賽,如全國大學(xué)生數(shù)學(xué)建模、“互聯(lián)網(wǎng)+”“挑戰(zhàn)杯”“西門子杯”中國智能制造挑戰(zhàn)賽、智能車競(jìng)賽等并獲全國一等獎(jiǎng)、二等獎(jiǎng)、三等獎(jiǎng)若干項(xiàng),參與導(dǎo)師科研項(xiàng)目、發(fā)表論文和專利并結(jié)題多項(xiàng),為以后進(jìn)一步發(fā)展并為國家做貢獻(xiàn)奠定了良好的基礎(chǔ)。

4 結(jié)語

應(yīng)用創(chuàng)新與就業(yè)驅(qū)動(dòng)是國家培養(yǎng)應(yīng)用型人才的一項(xiàng)發(fā)展戰(zhàn)略。本文以工程專業(yè)背景要求,結(jié)合湖北師范大學(xué)電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)的實(shí)際情況,綜合分析目前地方高校關(guān)于“發(fā)電廠電氣部分”課程普遍存在的問題,并通過一系列教學(xué)方法、模式等改革后,增加了課堂的活躍性、激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,培養(yǎng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性,樹立了學(xué)生的創(chuàng)新思維意識(shí),達(dá)到了良好的教學(xué)和實(shí)踐效果。