摘要：基于CDIO工程教育理念，針對電力工程基礎(chǔ)理論課的教學進行改革。通過改革課程內(nèi)容、教學方法、手段和資源，建立了“教—學—研”深度融合的載體，即“項目—競賽—軟件平臺”，形成了CDIO工程模式下的解題路線。教改實踐表明，學生的成績得到顯著提高，競賽技能得到增強，教師的教學能力得到提升，教改實踐對提高學生能力和提升教師教學水平起到了雙重催化作用。

關(guān)鍵詞：電力工程基礎(chǔ);工程教育理念;教學方法

電力工程基礎(chǔ)是電氣工程及自動化專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，其前導課程包括電路分析、電機學，后續(xù)課程包括電力系統(tǒng)分析、電力系統(tǒng)繼電保護等。課程內(nèi)容包括電力系統(tǒng)相關(guān)概念和供配電一/二次系統(tǒng)的計算和運行操作，以及防雷接地保護等。課程內(nèi)容覆蓋面廣、信息量大，是一門理論性和實踐性都很強的課程。該課程培養(yǎng)目標是學生的認知和理解能力、邏輯思維能力、工程計算和設計能力，但該課程內(nèi)容不系統(tǒng)，知識點零散，計算復雜、難度大，缺少實踐性環(huán)節(jié)，無配套實驗設備;傳統(tǒng)的講授法教學與工程實際缺少關(guān)聯(lián)，學生沒有應用工程技術(shù)的能力[1,2]。因此，為培養(yǎng)學生具備電力工程應用能力，電力工程基礎(chǔ)課程教學亟待改革。CDIO(ConceivingDesigningImplementingOperation)，即構(gòu)思、設計、實現(xiàn)、運行，是一種國際創(chuàng)新型工程教育模式，由美國麻省理工學院和瑞典皇家理工學院等四所大學經(jīng)歷四年研究所得[3]。

CDIO工程教育模式以產(chǎn)品開發(fā)的全過程為載體，旨在培養(yǎng)學生工程基礎(chǔ)知識、個人、人機團隊和工程系統(tǒng)四方面的能力[4]。該模式被國內(nèi)諸多高校引入課堂教學中[5-7]，形成了各具特色的教學新模式，取得了很好的教學效果。如汕頭大學提出的個人、團隊和系統(tǒng)調(diào)控三個能力的EIP-CDIO新型工程教育模式，建立了CDIO工程教育理念下適合自己的工程人才培養(yǎng)模式[5]。本文基于CDIO教育理念，對電力工程基礎(chǔ)課程教學研體系進行深度融合，形成“項目—比賽—軟件平臺”載體，旨在提高教學效果。

1建立“教—學—研”融合的載體

1.1CDIO模式下“教—學—研”融合的必要性

電力工程基礎(chǔ)課程在以往的教學內(nèi)容設置上，教師圍繞教材進行通篇講授，沒有對教材知識結(jié)構(gòu)進行梳理和重構(gòu)，導致講授過多、學時不足，教學內(nèi)容重點不突出，學生所學知識多、雜、難的現(xiàn)象。課上教師僅僅采用單一的講授法完成課堂教學任務，僅在必要的章節(jié)講授中使用多媒體輔助教學，缺乏教學方式、方法的設計;課下布置的作業(yè)單單是為了鞏固知識點的記憶，作業(yè)題的設置缺乏綜合性、設計性。學生聽課效果欠佳，對于較難理解的知識，多數(shù)學生放棄對該知識點的深入理解，造成在后續(xù)課程中跟不上，頭腦中無法建立完善的知識體系，學生的期末成績普遍偏低，不及格率增加。

更重要的是，由于實驗條件的限制，本課程缺乏實驗環(huán)節(jié)的設置，尤其是潮流分析的問題，學生無法實驗練習，造成學生所學僅僅停留在理論層面上，無法內(nèi)化和實踐;同時，教師也缺乏深入科研的條件，科研進度緩慢。以上所言諸多問題說明，該課程現(xiàn)有的模式無法適應工程教育大背景下培養(yǎng)專業(yè)人才的需求。CDIO教育理念要求學生對工程問題能夠構(gòu)思、設計，并加以實現(xiàn)和運行。這種能力的培養(yǎng)離不開教學模式的改革，用工程教育的理念指導教學，促使理論與實踐深入結(jié)合;而工程問題的解決又離不開深入的研究。所以，基于CDIO教育理念，在師生之間建立起“教—學—研”深度融合的教育與發(fā)展模式，是解決以往教學中突出問題的有效途徑，能高質(zhì)量地培養(yǎng)電力工程人才，是電氣工程學科適應時代發(fā)展的必然趨勢。

1.2“教—學—研”融合的具體措施

1.2.1教學內(nèi)容的增減為了使本門課程知識體系連貫，便于教師講授和學生學習，促進教師科研與學生參與的融合，對現(xiàn)有電力工程基礎(chǔ)課程教學的知識章節(jié)進行重構(gòu)。以電能的“生產(chǎn)、輸送、分配和使用”為主線，形成了六個模塊的講授內(nèi)容，即發(fā)電廠及電力系統(tǒng)基本概念、電力網(wǎng)等值電路、電力網(wǎng)潮流分析、高壓開關(guān)電器、一次系統(tǒng)主接線設計和電力設備的選擇應用。教材中的陳舊與偏難知識點，不利于學生理解，不影響教學主線的形成，可以刪除，如復雜閉式網(wǎng)的潮流分析與計算、矩陣算法的潮流理論分析等。重構(gòu)后的知識體系有鮮明的主線貫穿始終，教師能較好地對教學內(nèi)容前后銜接并突出講授重點;并且學生按照這條主線學習能更便捷，易加深對知識的理解與掌握;同時這種知識體系模塊化重構(gòu)，與教師科研的方向有利融合，學生掌握基礎(chǔ)知識后便于參與科研。

1.2.2課下實踐指導環(huán)節(jié)的強化基于CDIO工程教育理念，為培養(yǎng)學生發(fā)現(xiàn)問題并解決的能力，注重課下實踐指導環(huán)節(jié)的強化，如輔導答疑、布置作業(yè)和開放實驗室項目。教師每周進行一次輔導答疑，并對每章節(jié)重點知識精心布置，呈現(xiàn)難易度不同的梯度作業(yè)，從中掌握學生對基礎(chǔ)知識的理解與運用程度，以此反饋于教學，對教學進度與講授程度進行合理調(diào)整。教師對學生提出的問題進行歸納，總結(jié)形成典型問題模塊，如電弧形成過程的理解模塊;并針對典型問題模塊開展實驗室開放性項目，如球隙放電實驗與電弧形成的動畫模擬，使學生能夠在實踐化練習中解決問題，對知識的鞏固與理解更加深刻。拓展與深化課下教學內(nèi)容，更加有利于課程講授、學生學習與師生科研的融合。

1.2.3教學方法、手段和資源的有機結(jié)合在CDIO工程教育理念指導下，根據(jù)整合后的課程教學內(nèi)容與各章節(jié)特點，借助圖片、動畫、微視頻等多媒體輔助教學手段，將工程案例討論法、理論分析與工程計算機分析對比法、翻轉(zhuǎn)課堂等多種教學方法融合，完成該課程的教學任務[8]。在第三章的“典型環(huán)網(wǎng)的潮流分布計算”一課中，教師引出課題“三角環(huán)網(wǎng)電力系統(tǒng)如何計算潮流”后，通過啟發(fā)式和討論式教學，引導學生構(gòu)思解題方法，形成解題路線，即先找功率分點再拆網(wǎng)計算。采用翻轉(zhuǎn)課堂的方法，讓學生對每一步理論計算進行分析講解;結(jié)合分析對比的方法，將教師科研中的MatLab/Simulink計算機仿真軟件引入課堂教學，構(gòu)建2機5節(jié)點系統(tǒng)建模與潮流分析。將軟件解題的結(jié)果與理論計算的結(jié)果進行對比，總結(jié)兩種解題方式的優(yōu)缺點。

另外，在第四章的“電弧及其形成與熄滅”一課中，電弧的形成要從微觀理論進行分析，借助“主觀能動性學習模式”[9]，采取翻轉(zhuǎn)課堂教學方法，課前布置任務，讓學生搜集電力上電弧形成的圖片、動畫以及滅弧的裝置，課上由學生主講電弧是什么?電弧如何形成?電弧用什么熄滅?教師進行補充總結(jié)。從電力工程上的“飛弧傷人”事件引入，電弧形成機理由教師制作的動畫進行補充演示，最后學生以多媒體圖片介紹電力滅弧器件。這種教學方式下，學生主講和教師點評相結(jié)合，能激發(fā)學生積極性。教學方法、手段和資源在不同課節(jié)中的有機融合，既能使復雜知識簡單化，又能加深學生的理解，也促進了學生對教師科研的參與，提高了學生的學習興趣和實踐能力。