王雪杰，葉 鵬，趙 毅，劉 峰

（沈陽工程學院 電力學院，遼寧 沈陽 110136）

5E教學模式是基于建構主義建立起來的探究性教學模式，該模式以學生為中心，重視學生知識和技能的自主學習和構建。設計該模式的重要環(huán)節(jié)分為：吸引（Engagemen）、探究（Exploration）、解釋（Explanation）、遷移（Elaboration）和評價（Evaluation）。因此，該模式又被簡稱為5E教學模式［1］。目前，5E教學模式成為國內外學者關注的熱點之一，探究如何將5E教學模式引入電力系統(tǒng)分析課程體系是本文研究的重點。

一、基于5E教學模式的課程教學

“電力系統(tǒng)分析”課程是電氣工程及其自動化專業(yè)的重要專業(yè)課程，起到承上啟下的作用。該課程理論性較強，計算相對復雜，概念較為抽象，與工程實際聯(lián)系緊密。電力系統(tǒng)分析分為電力系統(tǒng)的暫態(tài)分析和電力系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)分析。電力系統(tǒng)暫態(tài)分析分為機電暫態(tài)和電磁暫態(tài)的兩部分，分別研究運行穩(wěn)態(tài)性分析和短路故障分析；電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析分為穩(wěn)態(tài)運行基礎和運行優(yōu)化的兩部分［2］，研究穩(wěn)態(tài)建模及潮流計算、頻率電壓的調整和有功無功優(yōu)化。針對電力系統(tǒng)運行中遇到的基本工程問題，大致解決步驟如下：首先，針對問題構建相應的數學模型；其次，選取合適的計算方法進行分析求解；最后，通過對計算結果分析，歸納出基本規(guī)律。

采用5E教學模式有利于課程教學。在傳統(tǒng)教學到5E教學模式的轉變過程中，教師的教學思維和教學方法都發(fā)生了巨大的改變。與此同時，學生的學習方式也發(fā)生了根本轉變。教學方法由教師的單方面輸出轉變?yōu)榻處熞龑W生主動參與教學過程。

二、基于5E教學模式的教學環(huán)節(jié)設計

本文將介紹5E教學模式在“電力系統(tǒng)分析”課程教學中的應用。教學內容是“基于PSASP的電力系統(tǒng)潮流計算和復雜系統(tǒng)的短路計算”。電力系統(tǒng)的潮流計算是研究電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運行情況的一種基本電氣計算。它可以通過潮流計算結果確定整個系統(tǒng)的功率分布及損耗等。工作人員可以通過最終數據預想事故的發(fā)生狀況，并提前想出事故的解決方案。電力系統(tǒng)的短路計算是故障分析中的基礎計算。工作人員可以通過短路計算的最終結果判斷故障的程度和對系統(tǒng)的影響［3］。

隨著計算機技術的發(fā)展，仿真實驗在各種商業(yè)軟件的電力系統(tǒng)設計和仿真中得到了廣泛應用。為了更好地模擬整個系統(tǒng)，本次教學將使用PSASP軟件進行電力系統(tǒng)潮流計算和復雜系統(tǒng)的短路計算。PSASP是專門應用于電力系統(tǒng)分析的綜合程序，具有功能齊全、資源共享、使用便利的特點［4］。PSASP的體系結構分為三層，分別是公用數據和模型資源庫、應用程序包、計算結果和分析工具（見圖1）。

圖1 PSASP的結構體系

（一）教學環(huán)節(jié)的準備

5E教學由吸引、探究、解釋、遷移、評價五個環(huán)節(jié)構成。為了保證整個教學環(huán)節(jié)的完整性，教師需要仔細研究五個環(huán)節(jié)間的關系。在教學準備過程中，教師應該嚴格按照要求及學生的學習情況制定合理的教學計劃，保證所有學生都能參與其中，更好地培養(yǎng)學生的思維能力。

（二）教學環(huán)節(jié)的實施

1.吸引。此環(huán)節(jié)是5E教學的起始環(huán)節(jié)，目的是教師能夠通過設計教學問題或引起矛盾的方法吸引學生，促使學生將注意力集中在教學問題上，引出教學任務。激發(fā)學生對知識的渴望和興趣［5］。使得學生能主動了解整個教學活動的知識結構，讓學生帶著疑問探尋其中的奧秘。要知道潮流計算是分析和控制電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運行的基礎。在本次的教學設計中，學生首先要知道潮流計算的本質是求解節(jié)點功率方程，采用牛頓-拉夫遜法進行潮流計算。

2.探究。本環(huán)節(jié)是直接給學生提供探索教學問題的機會，教師不再是教學的領導者，而是引導者。在本次教學設計中，教師先給學生提供仿真的系統(tǒng)圖和各個元件的基本參數［6］；接下來，學生通過教師給的條件在PSASP軟件上進行系統(tǒng)圖的繪制，寫出仿真程序然后對其模擬的情況進行分析和探究；最后，教師可以適當引導學生進行本環(huán)節(jié)的總結。隨著探索程度的增加，學生逐漸提出對仿真過程的新觀點。學會舉一反三，在現有仿真程序基礎上進行修改，記錄結果，得出結論。這一環(huán)節(jié)是學生新知識建立的重要環(huán)節(jié)，學生能夠主動探究問題。此外，教師可以鼓勵學生以歸納整理、邏輯推理、合作的方式進行探究，并幫助學生打開思路。

3.解釋。本環(huán)節(jié)是在吸引和引導學生探究教學問題后，讓學生用自己的理解對結果進行闡述。在此過程中，教師通過學生的闡述掌握其對知識的理解情況，及時發(fā)現問題、指出問題，引導學生朝著正確的方向理解。同時，教師向學生說明對教學問題的觀點。然后，對此進行總結和比較，得出正確結論。此環(huán)節(jié)是五個環(huán)節(jié)中的關鍵環(huán)節(jié)，是學生自我思維構建的過程。學生通過前兩個環(huán)節(jié)理解了等值電路中的各個元器件的基本概念，熟練掌握了各個公式的用法。在教學實踐的過程中，教師需要將學生闡述的觀點進行總結。

4.遷移。本環(huán)節(jié)是在學生得出正確結論后，將理論知識應用到實際的教學問題中，進行進一步的深入研究。在此過程中，教師需要帶領學生逐步過渡到另外一個情景中并進行正確引導。從而使學生可以更快地達到教學目標［7］。在教學設計中，教師給學生提供短路計算的仿真系統(tǒng)圖和各個元件的基本參數。學生在PSASP軟件上進行系統(tǒng)圖的繪制，將初始條件輸入程序［8］。然后模擬三相短路、單相短路、兩相接地短路三種情況，并求出短路點及各電源支路的短路電流。最后，可得出短路計算報表。在教學實踐過程中，教師可以適當拓展延伸知識。

5.評價。一個科學合理的成績評價體系，不僅需要真實地反映學生對待實驗課程的態(tài)度和對實驗內容的掌握程度，公正客觀、真實有效地評價學生的實驗能力，還需要能培養(yǎng)學生從事科學研究的基本素養(yǎng)［9］。本環(huán)節(jié)是教師對學生的整個教學過程知識掌握的綜合評價，貫穿整個教學過程。學生通過教師評價對自己的分析過程進行反思和總結，完善自己對知識的理解。這個環(huán)節(jié)可以反映整個教學的效果，也是5E教學模式的最終體現。這一環(huán)節(jié)的評價方式有兩種，一種是形成性評價方式，另一種是總結性評價方式。這兩種評價方式可以了解學生在吸引、探究、解釋、遷移等環(huán)節(jié)知識的形成情況和發(fā)展情況。在整個教學過程中，教師會隨時發(fā)布任務和問題，隨時隨地掌握學生的了解狀況。在本環(huán)節(jié)，教師針對各個環(huán)節(jié)采用了總結性評價方式，反思探究階段的錯誤原因；考核學生在解釋階段潮流計算基本概念和其仿真結果的掌握情況；在遷移環(huán)節(jié)，教師根據學生對短路計算仿真程序的進一步探究情況，掌握學生的學習情況；最后，給學生提出開放性問題。在教學過程中，通過此環(huán)節(jié)可以了解學生是否達到了教學目標。教學評價的結果決定了5E教學模式是否有效。

（三）教學環(huán)節(jié)的重點

當教師提出問題情景后，引導學生思考：“為什么要進行潮流計算？”學生利用現有理論知識對教師提出的問題進行思考。同時，教師可以給學生提供一些不同的問題情景，吸引學生，增強興趣。探究環(huán)節(jié)是整個教學設計的重點環(huán)節(jié)。學生通過教師提供的知識概念和自己原有的理論基礎，能更好地為之后的理論形成奠定基礎。在此環(huán)節(jié)中，教師需要幫助學生對潮流計算和短路計算的探究方法有更深層次的理解。在解釋環(huán)節(jié)，教師鼓勵和引導學生將潮流計算的仿真結果進行闡述。同時，學生的語言表達也更加規(guī)范。學生可以在課堂上闡述自己的觀點，營造辯論的氛圍。

三、實踐效果與注意事項

（一）實踐效果

與往年的教學效果相比，本年度教學成果主要體現在學生學習“電力系統(tǒng)分析”課程的主動性提高、對知識點的理解更加深入等方面。期末考試中很多考題是需要對課本知識進行凝練才能求解的，很多學生能夠求解正確并給出完整的推導過程。因此，可以看出將5E教學模式應用在“電力系統(tǒng)分析”課程教學中，能大大提高學生的學習主動性和積極性。教師達到了教學目標，取得了預期的教學效果。與之前的教學模式相比，5E教學模式更能激發(fā)學生的學習興趣。同時，在教師的正確引導下，學生的知識結構更加清晰，一步一步地達到教學目標。

（二）注意事項

“電力系統(tǒng)分析”是電氣工程及其自動化專業(yè)的基礎課之一，在整個專業(yè)課程體系中，具有承上啟下的作用。由于課程的內容較多，存在課時不足的情況，限制了新型教學模式的開展。為了能夠傳授更多知識，教師需要在課程教學過程中采用傳統(tǒng)講授方式與新型教學模式相結合的方式，并不斷更新教學方法，提升學生對課程的興趣，將課程內容變得簡單易懂。教師可以安排學生學習與電力系統(tǒng)相關的實驗課程，提供一些實踐機會。學生只有親身探究和不斷思考，才能更加扎實地學好專業(yè)課程。

與此同時，教師要預留出學生適應與接受這種教學模式的時間，讓學生循序漸進地適應新的教學模式，切勿操之過急。在5E教學模式的設計和應用中，教師應當合理選擇教學內容，更多地選擇概念明確、推導方式多樣化、結論具有概括性的知識點進行設計。在課程設計中，教師需注意不要停留在課程知識表面，要將知識點進行深入地銜接、延伸與拓展，將實際工程應用案例引入相關的理論知識點中，幫助學生構建較為全面的知識體系。

結語

隨著教育的發(fā)展，涌現出越來越多新的教學模式，但5E教學模式無疑是教學效果最明顯的。本文通過查閱其他領域的5E教學模式應用，找到其中可以借鑒的思路，將其與潮流計算和短路計算相結合，展開并實施了在5E教學模式下的“電力系統(tǒng)分析”課程教學。

在學生專業(yè)素養(yǎng)培養(yǎng)方面，5E教學模式具有積極作用。經過對5E教學模式的驗證，可知學生對此教學模式的接受度較高。雖然在實踐過程中，有很多需要注意的細節(jié)，但在構建知識體系方面，對學生的幫助是毋庸置疑的。5E教學模式可以較好地解決教師和學生在教學中遇到的問題，具有較強的實踐意義。最重要的是這種教學模式可以大大增強學生對專業(yè)知識的興趣，提高學習效率。因此，5E教學模式在“電力系統(tǒng)分析”課程教學中的應用，可以很大程度上解決教學中存在的問題，收到良好的教學效果。