趙海龍，林忠英，雷必成，陳志剛，陳 躍

（臺州學院 電子與信息工程學院，浙江 臺州 318000）

1 引言

電氣工程基礎是電氣類相關專業(yè)的基礎課程，主要內容包括電能的生產、輸送、變配等相關的電力系統(tǒng)工程基礎理論和計算方法。課程教學目的是使學生具有基本的電力專業(yè)理論基礎知識和較強的工程計算分析應用能力，同時為后續(xù)的電力系統(tǒng)專業(yè)課程的學習奠定基礎［1-3］。

國務院辦公廳印發(fā)的《關于深化教育體制機制改革的意見（2017—2020）》指出，要完善提高教育質量的體制機制，強調工學結合的長效機制。為進一步深化臺州學院“校企協(xié)同、雙核強化、學做相融”的人才培養(yǎng)模式，“電氣工程基礎”課程教學在夯實學生電力基礎知識的前提下，以提高學生應用素質為核心，深入改革教學方法和手段，取得了較好的教學效果。但也存在著不足之處，尚需進一步改進與完善。隨著應用型人才、工程化人才需求的逐年增加，臺州學院急需進一步加強教學改革，擴大教學改革的范圍，并鞏固課程改革的成果。

2 教學現(xiàn)狀分析

2.1 教材內容與生產實際脫節(jié)

電力系統(tǒng)的發(fā)展速度非?？欤滤惴?、新技術、新設備更新?lián)Q代較快，而教材更新的速度卻較慢，造成部分內容和現(xiàn)代社會的電力實際脫離。實踐實訓條件是應用型人才培養(yǎng)的重要保障，是提升應用型人才培養(yǎng)的關鍵，目前基本教學實驗條件雖能得到保障，但是在創(chuàng)新平臺建設上投入還不夠。電氣工程強電類實驗室、實訓平臺還不夠完善，實踐場地空間不夠，導致相關實驗室建設滯后，不能形成對授課內容的補充與提高。

人才培養(yǎng)方案已經完成“應用型”人才培養(yǎng)版本修訂。目前教學內容急需大膽改革、優(yōu)化，案例教學、工程教學、實訓實操等內容需要不斷的提煉與設計，以滿足應用型人才培養(yǎng)需要［1-3］。

2.2 教學方法傳統(tǒng)低效

當前，電氣工程基礎課程的教學方法仍然以“填鴨”式講授教學為主，教學方法傳統(tǒng)低效。在課堂教學中以教師為主體，學生為客體。教師只向學生講授理論知識，實驗部分亦多為驗證性實驗，且實驗設備多為傻瓜式成套設備，學生知其然而不知其所以然，嚴重缺乏學習積極性和主動性，對于知識的理解和掌握不夠深入，理論與實踐嚴重脫節(jié)，實際動手能力較低。這種傳統(tǒng)、陳舊單一的教學方法嚴重影響教學質量，制約了學生的應用能力和創(chuàng)新能力培養(yǎng)，不適用于我校應用型人才培養(yǎng)的目標。因此，急需改變思路，變學生為主體，主動參與教學過程，對知識的掌握由表入里，靈活運用理論知識，達到解決實際問題的目的［4-5］。

2.3 評價考核方式落后

考試是檢驗學習效果的重要手段，目前電氣工程基礎課程考核方式單一，還是以傳統(tǒng)的考試作為評價標準，學生在運用知識解決問題的能力訓練方面做得不夠，平時針對性訓練較少。沒有相應的實驗與實踐內容，不能有效地提高學生的學習興趣和對電力知識的牢固掌握能力。另外，因為課程內容多，學時少，導致講授過程中速度有些過快，學生理解的不夠深入，教學效果不高［6-7］。

3 課程改革思路與實現(xiàn)

華東地區(qū)具有電網(wǎng)結構復雜、能源構成多樣、用電負荷密集、新技術與新設備集中示范應用等特點，因此，國家、地方和行業(yè)均迫切需要大量的電氣工程及其自動化專業(yè)應用型人才，進一步提升科技創(chuàng)新水平，促進經濟發(fā)展和技術進步。結合浙江省培育發(fā)展戰(zhàn)略性新興產業(yè)行動計劃（2017—2020年）中列出的新興產業(yè)中與電氣工程專業(yè)密切相關的信息，從傳統(tǒng)的單一傳授型教學模式轉變?yōu)橐詫W生為中心，以應用能力培養(yǎng)為主軸，以提高應用型工程師素質為目的的新模式。

3.1 積極推進課堂教學與實踐教學相結合，完善教學內容

電氣工程基礎課程中包含潮流計算、優(yōu)化計算、短路計算、穩(wěn)定計算等大量的計算知識，授課過程枯燥、繁瑣，教師難以調動學生的學習積極性。為此，在講解電力系統(tǒng)工程運算過程中，結合目前流行的電力系統(tǒng)仿真軟件，如 Power World Simulator（PWS）、EMTP、MATLAB、PSASP 等，同時運用虛擬現(xiàn)實技術、3D建模技術及多媒體技術，將電力系統(tǒng)的基本概念、電力設備圖形的認知、發(fā)電廠及變電站一次設備、發(fā)電廠及變電站的電氣間隔、變配電主接線有機結合在一起，構建具有3D可視效果的，可用于交互培訓教學的三維仿真模型和虛擬場景。解決電氣工程圖的繪制與實際設備之間的脫節(jié)問題，幫助學生將零散的知識點系統(tǒng)的組建起來，并且可靈活反復進行學習和操作［8］。如以五節(jié)點網(wǎng)絡潮流計算為例進行仿真研究，基于PWS牛頓—拉弗遜法五節(jié)點系統(tǒng)的仿真結果，如圖1所示，計算結果與手算結果完全一致。

圖1 仿真結果圖

3.2 運用云教學手段開發(fā)案例式教學，激發(fā)學生的求知欲

教師在課堂上講深講透基本概念、基本原理、基本方法，點明教材中的重點和難點內容，講清楚關鍵問題。充分應用當前先進的云教學手段及翻轉課堂模式激發(fā)學生思維，活躍課堂氣氛，調動學生學習積極性。在教學過程中，每個知識點以工程設計案例的形式進行，課堂中提出問題，學生思考、討論、操作、總結，這樣學生的求知欲被調動，相對應的理論知識也得以掌握［9-11］。

（1）引導階段。針對設計的某一工程案例，以教師講授為主，學生自學、思考和提問為輔，讓學生掌握實驗涉及的知識點、實驗器材的選擇與使用方法，以及實驗操作中的注意事項，實現(xiàn)激發(fā)學生思考和進一步學習的興趣，使學生盡快進入學習狀態(tài)的引導目的。

（2）交流階段。在掌握基礎知識和相關實驗項目內容的基礎上，由教師引導學生通過閱讀教材和補充材料發(fā)現(xiàn)問題（或者教師結合學生興趣和意見提出問題），通過小組討論、分工合作等方式查閱相關資料，關聯(lián)知識點，通過多次討論驗證提升學生的積極性，促進師生之間、學生之間的交流和思維碰撞，激發(fā)學生的創(chuàng)造力和想象力。

（3）實施應用階段。在前兩階段的基礎上，先由教師演示虛擬仿真實驗平臺的使用方法，再讓學生在虛擬仿真實驗平臺上進行虛擬實驗，加強學生對理論知識的形象化理解與認知，并鼓勵學生積極參與各種社會實踐活動，運用課堂知識觀察生活，分析現(xiàn)實，解決問題和反思，促使學生在實踐和反思過程中提高自己的操作技能和實踐能力，進而鞏固課堂知識。

3.3 數(shù)字虛擬實驗的引入，提高學生的感官認識與理解

電力系統(tǒng)3D虛擬仿真系統(tǒng)平臺增加電力設備的形象感，直觀性強，便于學生學習電氣工程圖相關知識和掌握電力系統(tǒng)網(wǎng)絡構成。包括：發(fā)電廠、變電站主要電氣設備、主變間隔，出線間隔等4類電氣間隔、單母分段接線、單母線帶旁路母線接線和雙母線分段接線等電氣主接線學習等內容；解決高壓危險環(huán)境下的操作及安全規(guī)范考核等，增強學生現(xiàn)實感，提高學生學習積極性、高效性。

同時，有效解決電氣工程圖的繪制與實際設備之間的脫節(jié)問題，幫助學生將零散的知識點系統(tǒng)地組建起來，并且可靈活反復進行學習和操作，鞏固相關知識，對提高電力類相關專業(yè)的課程教學與電力職業(yè)能力培養(yǎng)具有重要意義。高電壓技術中的高壓耐壓試驗在很多高校都是無法進行，本課程中將數(shù)字虛擬實驗引入課堂，解決了實驗室環(huán)境存在涉及高?；驑O端環(huán)境，高成本、高消耗、不可逆操作、大型綜合訓練等問題。以斷路器交流耐壓試驗為例，采用的虛擬高壓發(fā)生裝置如圖2所示，試驗現(xiàn)場如圖3所示。

圖2 虛擬高壓發(fā)生裝置

圖3 仿真試驗現(xiàn)場

斷路器的交流耐壓實驗是指通過實驗變壓器在被試斷路器（試品）上施加交流電壓，斷路器在經過一定的耐壓時間后，即可判斷斷路器的耐壓性能是否合格。斷路器的交流耐壓實驗一般采用交流耐壓操作箱和實驗變壓器進行。經過調整自耦調壓器的輸出電壓，實現(xiàn)實驗變壓器額定電壓范圍內的工作電壓調節(jié)。同時操作箱內裝有高壓電壓表、電流表，可方便地讀出實驗電壓值、電流值。該控制箱具有過流保護、過壓保護、耐壓計時報警等功能。同時操作箱結構緊湊，工作可靠，使用簡便。

3.4 加大校企聯(lián)合培養(yǎng)，提高學生工程應用能力

當前實踐環(huán)節(jié)中，學生到企業(yè)實習實訓人數(shù)較少，不能形成規(guī)模，應用型人才培養(yǎng)效果不顯著。而將企業(yè)生產過程與實際產品生產流程引入教學過程，推進教學內容及方式改革，著力提升學生工程應用能力勢在必行［1］。以產業(yè)行業(yè)對人才的多樣化崗位需求為導向，以學生為中心，根據(jù)學生的個性、特長，探索教學組織新模式，開展分層次、分崗位培養(yǎng)；主動對接臺州電力電子、泵與電機等相關企業(yè)，開設有利于本課程校企聯(lián)合實踐環(huán)節(jié)課程，由企業(yè)技術人員授課。臺州學院近年來在該方面做了大量的工作，與ABB公司共建ABB智能電力技術工程中心，與浙江優(yōu)億醫(yī)療器械有限公司聯(lián)建校內實驗室，先后分別與臺州市依伽電子科技有限公司、溫嶺先導電機技術研究所、浙江尤里卡機電有限公司等7家企業(yè)合作共建校企合作培養(yǎng)基地等。校企合作充分體現(xiàn)了臺州學院“地方性、應用性、綜合性”的辦學定位及“校企協(xié)同、雙核強化、學做相融”的培養(yǎng)模式。

另外，電氣工程基礎課程中的內容涵蓋國家電網(wǎng)考試與注冊電氣工程師考試大綱中的內容，因此，教師在授課過程中可結合國家電網(wǎng)考試和注冊電氣工程師的考試內容，以范例的方式來講解。這不僅會讓學生對電氣工程中涉及的規(guī)范有一定了解，也能夠了解到將來參加的這種考試中的題型、難度及需要注意的事項，對學生今后考證有很大幫助。同時，還應該鼓勵學生參與各種與電氣工程專業(yè)方向相關的多項競賽，如“大學生物理競賽”、“大學生電子設計競賽”、“大學生數(shù)學建模挑戰(zhàn)賽”等，通過這些競賽，能讓學生更加明白和把握一個項目從設計到最終完成所需的全部任務。

4 結語

近年來，臺州學院電氣工程基礎教學建設已經取得了良好的成果，在引進了電力系統(tǒng)實驗設備及虛擬實驗手段后，教學質量及學生的應用動手能力有了穩(wěn)步的提高，為后續(xù)電力系統(tǒng)方向的專業(yè)課學習奠定了堅實的基礎。教學過程中運用本文中的改革思路及虛實結合的教學手段，學生的積極性得到了極大的調動，畢業(yè)生進入工作單位后的滿意度評價也明顯提高。下一步教學中將繼續(xù)加大虛擬實驗的建設，優(yōu)化案例式教學方法和手段，并逐步將本課程改革的思路和方法推廣到其他應用型專業(yè)的課程中實施。