吳淑群　武菲　江軍　張潮海

摘? 要：高電壓技術是電氣工程及其自動化專業(yè)的重要專業(yè)課。為了完善南京航空航天大學電氣工程學科，結合航空航天民航“三航”特色，首次開設了面向本科生的《高電壓技術》課程，且對該課程進了初步探索與實踐。該文立足于航空特色的本科生教學，以培養(yǎng)復合型電氣工程專業(yè)人才為目的，從教學內(nèi)容、教學手段、考核方法和教學效果反饋與改進方面對該課程的本科教學進了初步探索，為南京航空航天大學高電壓與絕緣二級學科的建立與發(fā)展奠定基礎。

關鍵詞：高電壓技術? 航空航天? 課程教學

中圖分類號：G642 ? ?文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2019）11（b）-0111-03

Abstract： High voltage technology is an important professional course of electrical engineering and automation. In order to perfect the subject of the electrical engineering in Nanjing University of Aeronautics & Astronautics， combining with aerospace aviation "Sanhang" characteristics， the curriculum of "high voltage technology" is offered for the first time for undergraduates， and carried on the preliminary exploration. Based on the undergraduate teaching with aviation characteristics， this work is aimed to cultivate professional talents in the field of electrical engineering. From the aspects of the content， teaching methods， teaching assessment methods， teaching feedback and further improvement， the course of "high voltage technology" is explored initially， which lays the foundation for the establishment and the development of the secondary subject of the high voltage and insulation in Nanjing University of Aeronautics & Astronautics.

Key Words： High voltage technology; Aeronautics and astronautics; Course teaching

高電壓與絕緣學科是電氣工程專業(yè)的一個二級學科，《高電壓技術》課程是該二級學科的核心基礎課程之一。國內(nèi)多所電氣領域較強的院校，如清華大學、西安交通大學、華中科技大學和重慶大學等，都開設了《高電壓技術》課程，并已形成較為完備的電氣工程學科體系。近年來，這些高校抓住了我國電網(wǎng)大力發(fā)展特高壓輸電工程的戰(zhàn)略需求，為我國電網(wǎng)輸送了大量專業(yè)人才。南京航空航天大學是一所具有航空航天鮮明特色的工科院校，并較早開設了電氣工程專業(yè)。經(jīng)過多年發(fā)展，南京航空航天大學電氣工程學科取得了長足進步，其中電力電子與電力傳動、電機與電器二級學科走在了全國前列。然而，由于種種原因，各個二級學科的發(fā)展并不均衡，特別是高電壓與絕緣學科還未建立，這嚴重制約了南京航空航天大學電氣工程一級學科的長遠發(fā)展。為了完善與壯大南京航空航天大學電氣工程學科、培養(yǎng)復合型專業(yè)人才，有必要開設《高電壓技術》課程及進行探索實踐。

我國的《高電壓技術》課程起始于20世紀50年代，主要面向電力系統(tǒng)專業(yè)，在電氣工程及其自動化專業(yè)本科培養(yǎng)方案中將該課程列為電氣工程核心課程中的必修課程[1，2]。該課程理論性和實踐性都比較強，內(nèi)容主要涉及4個方面：固、液、氣三類電介質(zhì)的放電理論，電氣特性和耐壓絕緣試驗，輸電線路和繞組中波過程。雷電和操作過電壓及保護。內(nèi)容十分豐富，是電氣工程技術人才必備的專業(yè)技能之一，更是從事高電壓輸電工程應用的一門專業(yè)技術。傳統(tǒng)高電壓技術主要是立足于研究電力系統(tǒng)過電壓，以便合理確定其絕緣水平[3-5]。2001年，西安交通大學的邱毓昌教授探討了面向21世紀的高電壓技術課程，回顧了高電壓技術課程的由來，對比了國內(nèi)外強電人才培養(yǎng)趨勢，分析了高電壓發(fā)展現(xiàn)狀，指出高電壓技術將在特高壓輸電工程得以大規(guī)模應用，并且在許多非電力領域也將起到重要作用，如電磁兼容、航空航天技術中的絕緣故障、脈沖功率技術等[1]。2006年，西安交通大學的周利軍、吳廣寧和高波細致分析了“教、學、研”一體化的教學理念，闡述了如何實現(xiàn)與國外高校合作開展課程教學工作和注重實踐、課內(nèi)外結合式教學手段，提出了采用多層次考核方法提高學生的學習興趣和學習效率[2]。2008年，南京工業(yè)大學的邵如平、方志、郝麗麗從課程特點、教學內(nèi)容、教學方法和實踐環(huán)節(jié)等方面探索該課程的教學改革，以擴大學生知識面和培養(yǎng)復合專業(yè)人才[3]。2012年，三峽大學的熊煒、粟世瑋針對《高電壓技術》課程教學內(nèi)容理論性強、與實踐結合緊密等特點，結合經(jīng)濟成本等問題，研究如何在教學中提高學生的學習興趣，并且教授學生如何從現(xiàn)象得到結論[4]。2014年，武漢大學的關偉民、藍磊針對《高電壓技術》課程的內(nèi)容特點和教學實際，充分利用學?，F(xiàn)有教學資源，因地制宜地對其課堂教學模式、教學方式和教學方法進行一系列改革與實踐，取得了良好的教學效果[5]。

然而，隨著高電壓技術在非電力領域應用的拓展，特別是航空領域，展現(xiàn)系列重大工程應用前景。如圖1所示，如飛行器防雷技術、飛行器靜電控制與防護、飛行器流動控制與隱身技術等[6-9]。因此，有必要在傳統(tǒng)《高電壓技術》課程中添加航空元素，以適應高電壓技術在航空領域的蓬勃發(fā)展，且充分體現(xiàn)南京航空航天大學特色。

基于上述原因，探索與實踐《高電壓技術》課程教學，不僅有利于發(fā)展與壯大南京航空航天大學電氣工程學科，而且有助于培養(yǎng)復合型電氣工程專業(yè)人才。如圖2所示，該文將從教學內(nèi)容、教學手段、考核方法和教學效果反饋與改進方面進行了探索。

1? 科學制定教學大綱和教學計劃

《高電壓技術》課程專業(yè)性較強，所涉及的專業(yè)內(nèi)容十分龐雜，比如大學物理、電路、電力工程及電磁場等。因此，要求對課堂教學內(nèi)容必須進行優(yōu)化，突出南京航空航天大學航空特色，讓學生抓住主要矛盾，掌握課程的核心知識點。將“高電壓”作為該課程的主要特色，將“髙電壓”與“絕緣”作為該課程要解決的主要矛盾，圍繞“特點”和“矛盾”來組織教學內(nèi)容。其次，將高電壓技術應用于航空航天領域的案例作為主要課題來進行講解分析，不僅可以傳授高電壓技術發(fā)展的最新前沿，突出了航空航天特色，而且可以將基礎理論知識與工程實踐相結合起來，做到有的放矢。例如，在傳授氣體放電基礎理論知識部分，結合最新高電壓技術將難懂的理論知識貫穿在航空應用中，加深學生對該部分的理解和認識。采用介質(zhì)阻擋放電電離空氣，在飛行器表面形成電離層，局部控制周圍流動，實現(xiàn)隱身、增升減阻效果。又如，在防雷部分，將飛行器的防雷當成一個重要課題來進行講解，結合傳輸線的波過程，讓學生了解飛行器防雷原理和相關措施，掌握飛行器雷電電荷釋放和電子設備電磁屏蔽的基本概念。最后，南京航空航天大學對高電壓技術課程設置32學時，不足以覆蓋高電壓技術教材的全部內(nèi)容，必須通過對各個教學內(nèi)容和環(huán)節(jié)的合理分配學時，對基礎理論和工程實踐內(nèi)容做到合理布局，讓學生能夠清晰地掌握整個課程的基礎與核心，以及各部分教學內(nèi)容之間的內(nèi)在聯(lián)系。

2? 綜合運用多種現(xiàn)代教學手段

眾所周知，現(xiàn)代多媒體教學具有生動形象、靈活、信息量大的突出優(yōu)點。為提高課堂教學質(zhì)量和講課效率，必須設計和建立一套較為完善的多媒體課件教學系統(tǒng)。但是，它也存在不足之處，如翻頁過快，學生來不及思考，概念不清晰。因此，必須恰當使用多媒體課件，跟傳統(tǒng)講課方法有機結合，實現(xiàn)優(yōu)勢互補，獲得最佳授課效果。例如，對基礎理論知識，適合在黑板上逐步推導，放慢節(jié)奏，有利于學生掌握概念和理論構建方法。但對復雜的圖表、曲線、結構、動畫，以及某些視頻則必須用多媒體表現(xiàn)。講述時注意語速快慢變化，有節(jié)奏感，板書要簡潔和清楚，才能充分體現(xiàn)講課藝術美感。綜合運用不同的教學手段和方法，使授課變得精彩，讓學生始終緊扣教學內(nèi)容，輕松愉快地步步跟進，對知識理解深透，記憶牢固。此外，高電壓技術具有很強的工程應用背景，采用豐富的工程應用實例講解抽象知識點，易于理解。例如，在講解提高氣體和液體擊穿電壓過程中，根據(jù)氣體的巴申定律，提高工作氣壓和采用強電負性氣體SF6，有助于增強氣體絕緣強度，并分析該原理如何應用于氣體絕緣金屬封閉開關GIS設備中。

3? 形成較為完備的教學考核方法

《高電壓技術》課程教學內(nèi)容龐雜，新概念較多，容易讓部分學生因概念難懂難記而產(chǎn)生畏學的心態(tài)。掌握新概念是學生學習新課程的第一道門檻，而往往是學生最為迫切解決的問題，而這是無法通過閉卷考試能夠解決的。因此，除了常規(guī)的閉卷考試之外，在課程開始部分，先采用集中練習的方式，設計5～10min的概念測試題，不僅可讓學生鞏理解新概念和新物理現(xiàn)象，而且可以增強師生互動，活躍課堂氣氛。采用隨堂測試的方式，通過設計小題測驗，有助于掌握重點教學內(nèi)容，而且方便學生上課考勤。通過課后作業(yè)可以系統(tǒng)全面了解學生掌握知識情況，有助于安排答疑和調(diào)整教學策略。對每部分進行合理的分配考核分數(shù)比例，如可采用226的原則，即集中練習和隨堂測驗占20%，課后作業(yè)占20%，閉卷考試占60%。采用多層次考核方式，靈活及時掌握學生學習情況，增強學生主動鞏固掌握知識，提高教學效果。

4? 教學效果反饋與改進

截止目前，選修《高電壓技術》課程的學生已覆蓋300余人，取得了較好的教學效果?！陡唠妷杭夹g》課程仍是南京航空航天大學開設的一門新課程，根據(jù)學生的教學效果反饋來進行檢驗和進一步持續(xù)改進是教學探索與實踐的依據(jù)，是形成教學、考核、反饋、改進的閉環(huán)教學過程的重要一環(huán)，是教好《高電壓技術》課程的重要保障。通過面對面談話、問卷或網(wǎng)上交流的形式，獲得學生教學效果反饋意見。其次，南京航空航天大學教學督導組是由教學經(jīng)驗豐富的名師組成，時常對新課程進行隨堂聽課，并提出寶貴的反饋意見，旨在提升青年教師的教學能力與教學效果。根據(jù)這些合理的意見，對該課程進行持續(xù)改進，有意識地進行調(diào)整和更新，不斷提高教學效果。最后，針對新課程、年輕教師，南京航空航天大學還時常組織教學沙龍和教學短期研修班等活動，以育人為本為核心思想，積極交流教學心得，幫助進一步完善教學方法和手段，掌握教學新理念和新方法。以上這些反饋與改進為《高電壓技術》課程建設的持續(xù)完善提供了重要的指導。

5? 結語

《高電壓技術》課程教學已在南京航空航天大學進行初步探索與實踐，得到以下幾點結論。

（1）教學以工程應用為目的，理論結合實際，以實際案例高度剖析“高電壓”與“絕緣”的矛盾體。

（2）以高電壓的前沿科技動態(tài)為引導，有目的精煉課程內(nèi)容，凸顯航空特色。

（3）增強師生互動，激發(fā)學生學習興趣是獲得良好教學效果的保證。

（4）教學效果反饋與改進是提升教學能力和教學效果的重要環(huán)節(jié)。

參考文獻

[1] 邱毓昌.對面向21世紀的高電壓技術課程的探討[J].電氣與電子教學學報，2001，23（2）：12.

[2] 周利軍，吳廣寧，高波.高電壓技術國家精品課程教學方法的研討[J].電氣電子教學學報，2006，28（6）：113.

[3] 邵如平，方志，郝麗麗.高電壓技術_教學改革的探索.中國電力教育，2008（110）：64.

[4] 熊煒，粟世瑋.基于“高電壓技術”課程特點的教學方法研究.中國電力教育，2012（27）：63.

[5] 關偉民，藍磊.“高電壓技術”課程課堂教學改革與實踐.中國電力教育，2014（6）：50.

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