电力工程基础课程教学改革研究
1.3“教—学—研”融合的载体
我们在CDIO工程教育理念的引领下,以教师和学生为双重出发点,对电力工程基础课程的讲授、学生对知识的学习与师生科研进行有效融合的载体——“项目—竞赛—软件平台”,如图1所示。
1.4“项目-竞赛-软件平台”的作用
实验室开放性项目的开展,能够建立起教师课堂讲授内容与学生学习知识之间的联系,该项目是对课题知识的验证与巩固。大学生科技竞赛与创新项目的进行,能够建立起教师科研与学生学习知识之间的联系。将教师的科研内容形成创新项目或参与科技竞赛,既是对学生学习知识的良好运用,也是学生参与科研的有力途径。借助仿真软件构筑软件平台教学,能够建立起教师科研与课堂讲授内容之间的联系[10]。将教师科研中使用的工程软件对学生进行讲授,如Origin数据处理软件、AutoCAD绘图软件、MATLAB/Simulink仿真软件等,既是对理论课程实践化的强化环节,又是科研反哺教学的体现。
2“教—学—研”融合载体的运行
2.1实验室开放性项目
在CDIO工程教育模式的引导下,学生对电力工程领域研究分析产生了浓厚兴趣。借此,针对教学辅导答疑环节中的问题进行总结并凝聚几个典型问题模块,结合教师的科研方向及处理方法,借助仿真实验分室、电力电子技术实验分室和供配电技术模拟平台,在2016-2017学年度两个学期内开展了9个实验室开放性项目:电力工程网络模块化建设、基于Simulink的电力网潮流分布建模与仿真、基于Origin8.0的电容器介质性能数据分析处理、SPWM逆变电路的建模与仿真、架空线路的三相自动重合闸系统仿真研究、基于MATLAB电力系统短路故障仿真实验、基于C51的电力风光互补发电系统的设计、基于C51的智能插排设计、MPU6050在四轴飞行器中的应用。每个项目参与学生人数均在15人以上,教师共讲授36学时,学生利用业余时间共学习108学时。这些项目涵盖电力工程基础教学各个章节,难度由浅入深,均借助工程分析处理方法加以解决。
2.2大学生科技竞赛与创新项目
在电力工程基础课程多章节的讲授、讨论中融入了CDIO工程教育理念,使学生头脑中形成了从工程角度出发的CDIO思维模式,但缺少实际运用的机会。因此,本课程以课外大学生科技竞赛与创新项目为外延,提供给学生锻炼的机会,在竞赛和项目中培养CDIO工程教育理念下的掌握知识能力、个人能力和人际团队能力。各类竞赛或科技创新项目多数来源于工程实际中急需攻关的难题,学生以竞技团队或科研团队形式展开研究,设计出一套解决问题的方法,具体路线如图2所示。
2.3软件平台
我们在本课程改革中,基于“教—学—研”深度融合的具体实施构建了软件平台,包括MATLAB/Simulink仿真软件、Origin8.0数据分析处理软件以及AutoCAD电气绘图软件等,用以辅助实验室开放性项目和竞赛的开展。在“基于Simulink的电力网潮流分布建模与仿真”项目中,利用MATLAB/Simulink软件对典型电力网进行建模仿真,并利用Origin8.0科学处理软件对仿真后的数据进行分析处理,从而指导电力网的设计改造,对改造结构可利用AutoCAD软件进行绘制出图。教师在项目与竞赛中对软件进行教学指导,软件平台的运行更好地辅助了项目与竞赛,使得“教—学—研”更好地融合。
3改革成效
3.1学生学习成绩得到提高
对电力工程基础课程教学改革前后学生成绩分布进行对比分析,其结果如图3所示。从图3(a)与(c)的对比可见,改革后学生总成绩明显提高,优秀率增加,由改革前的2.16%增加到6.29%,不及格率降低,由改革前的16.55%降低到12.58%。根据图3(b)与(d)对比可知,改革后学生卷面成绩明显提高,及格率和优秀率均有所增加。
3.2学生比赛竞技能力得到增强
理论课程实践化改革中,CDIO工程教育理论引入及辅助教学环节中实验室开放性项目的锻炼,使得学生理论与实践结合能力得到提升,对工程实际问题解决的思维得到开发,也促进了学生在后续各类比赛中取得更好的佳绩。如学生在2016年获全国大学生TI杯电子设计竞赛黑龙江赛区二等奖;2017年获第八届“蓝桥杯”全国软件和信息技术专业人才大赛黑龙江赛区一等奖和全国总决赛优秀奖,第十三届“博创杯”全国大学生设计大赛东北赛区一等奖。
3.3教师教学能力得到提升
在电力工程基础课程教学改革的进行中,教师的教学能力也得到了进一步的提升。在CDIO的教育理念下,教师对现有教材进行了改编,教材更具有实用性,教学水平得到提高。教学经验丰富了,教学方法多样了,两名教师分别在青年教师教学技能竞赛中获得一等奖和二等奖,并在一轮教学实践后,获得教学新秀奖。3.4教改的双重催化作用教学改革推动了教师科研项目的进行,加大了教师科研成果产出,自2015至2017年该课程教师团队共申报并授权实用新型专利5件。同时,开放性项目的开展为学生参加竞技类比赛提供了锻炼机会,学生工程分析能力得以提高。
4结语
电力工程基础课的改革探索,促进了教师和学生的双重发展。在CDIO工程教育理念指导下,教师从多角度综合运用教学方法、手段和资源,建立了“教—学—研”融合载体,即“项目—比赛—软件平台”;学生学会了运用CDIO工程思维模式来解题。该课程改革的实施,激发了学生对课程学习的兴趣,学习成绩显著提高,比赛竞技能力得以增强。
作者:高亮 刘彦辉 薛玉翠 单位:绥化学院 电气工程学院
责任编辑:电力交易小郭
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