能源與動力工程專業學位課程的案例教學設計與實踐

潘虹 周大慶

摘要：案例教學是專業學位教育中促進理論與實踐融合的重要途徑。本文以能源與動力工程專業“機組與設備測試與診斷”課程為例，針對教學過程中存在的案例數量短缺、案例選擇普適性不強等問題，提出了對接行業需求、共享科研成果、拓寬教師團隊的案例研制思路，并形成了完整的案例建設與評價體系。教學實踐表明自主研制的案例教學可以有效提高學生對知識點的理論理解能力，培養學生的創新思維和批判學習能力。

關鍵詞：案例教學；能源與動力工程；機組與設備測試與診斷

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2019）33-0134-03

案例教學是一種以案例為教學主要元素實現知識傳遞的教學方法，通過啟發式教學和探究式學習相結合，可以有效提高學生的知識吸收和情境決策能力。由于這種方法在教學情境構建、師生互動等方面的顯著優勢，被廣泛地應用于法學、醫學、公共管理學科的教學過程中。20世紀90年代，我國專業學位教育引入案例教學法，掀起了一陣教學改革的熱潮。案例教學被認為是“推進專業學位教學改革的重要途徑”“推動專業學位研究生培養模式改革的重要手段”，不僅可以大大增加學生知識獲取的信息量，而且能夠有效調動學生的學習主動性，同時在案例教學的獨立研究和交互討論過程中，學生的創新思維、語言表達、團隊合作能力都能得到有效的鍛煉和提高。

2013年，工商管理、公共管理、會計、教育、法律、醫學六個教指委開始大力推廣案例教學，截至目前，稅務、出版、獸醫、工程管理、漢語國際教育、體育、風景園林、國際商務等教指委也加入了案例教學改革的隊伍。但是就能源與動力工程相關專業而言，還停留在工程造價、水利工程測量等部分課程的教學嘗試階段，系統性的、針對性的教學應用未見報道。即便是已有報道的課程案例教學也多為在課堂講授中舉些實例作為理論佐證，或者由實例來引出所要講述的問題，教學環節中缺乏完整系統的案例文本，也未形成課前分發案例文本、課間開展研討與分析的教學模式，都不能真正定位為案例教學。為此，本文以能源與動力工程專業“機組與設備測試與診斷”課程為例，針對實際教學過程中存在的案例數量短缺、案例選擇普適性不強等問題，提出了對接行業需求、共享科研成果、拓寬教師團隊的案例研制思路，并形成了完整的案例建設與評價體系。

一、案例教學的設計原則

“機組與設備測試與診斷”課程案例教學應以具體工程案例為基礎，立足對接行業需求、共享科研成果、拓寬教師團隊的建設理念，引導學生發現問題、分析問題、解決問題，從而鞏固基礎理論、解決實際問題、提高解決問題的能力。

案例應具有代表性，能夠對接水電領域機組與設備測試與診斷的行業需求，體現狀態監測、故障診斷、系統研發等重點問題，應對研究生就業后開展職業生涯和進一步深造學習具有啟發性和引領性，難度適宜、大小合適；案例來源于理論研究、工程實踐和產品研發等不同渠道，符合客觀實際，數據真實有效，涉及個人隱私或企業秘密時應征得同意，隱去保密信息；案例不僅適合在能源與動力工程專業課程教學中應用，還可在相關專業范圍內共享；定期開展教學實踐，評價案例教學效果并提出改進措施。

案例課程應以視頻案例、文字案例等多種形式進行呈現，其中視頻案例可選擇錄屏形式、手寫講解、出境講解、實景講授、動畫演示、對話式講解、訪談等呈現形式，構建數字化案例資源平臺，網絡共享整個案例與附件資源。

二、案例選擇及編制

1.教學案例的選擇。根據上述案例教學的設計原則，本著注重理論與實踐結合、典型與普適結合的建設思路，“機組與設備測試與診斷”課程共選擇了幾個案例，分別為《桐柏及仙居穩定性檢測診斷及能量特性研究》《敘利亞迪什林電站轉輪動應力測試》《國家電網水電機組全景信息建模及開放式監測平臺》《水口水電站故障案例分析》《三峽水電站傳感器選擇與布置》《華科同安TN8000狀態監測系統應用》《非平穩信號處理在水電機組狀態監測與故障診斷中的應用》《水電機組測試與診斷中的人工智能方法》和《三峽左岸電站VGS機組穩定性試驗》。

2.教學案例的編制。每個教學案例都由案例封面、案例正文、案例教學指導書和附件（視頻、文字等材料）組成。案例正文具備兩種敘述方式，一種為對教學案例從頭到尾進行敘述，如《水口水電站故障案例分析》，包括水電站基本背景、故障發現及導致后果情況、故障診斷具體過程（含測試數據、信號處理方法、模式識別方法）、案例可應用的場景等；另一種為將多個具有共同特性的事件集中到一起形成案例，如《非平穩信號處理在水電機組狀態監測與故障診斷中的應用》，通過非平穩信號處理技術從傅里葉變換、小波變換、經驗模態分解到局域均值分解的演進過程，通過多個水電站信號處理與分析案例的串聯，強化學生對于水電站機組和設備測試信號分析的教學內容。

案例教學指導書是為教師提供教學時的指導性參考材料。說明中包括案例教學目標、教學內容、教學提問設計及時間安排、延伸討論內容及參考文獻等內容。以《三峽左岸電站VGS機組穩定性試驗》案例為例，安排4個課時，每課時45分鐘。教學設計步驟如下：（1）課前計劃。安排學生閱讀案例及相關參考資料，熟悉整個案例，對案例中提出的問題進行思考。（2）課中計劃。介紹教學目的，明確討論主題；分組討論問題，整合意見，組織發言；小組代表發言，提出解決措施，并對其他小組意見進行評述。（3）課后計劃。布置學生課后進一步細化了解穩定性試驗及運行區域劃分方法，并結合具體電站現有分析結構，提出改進思路。

學生需要提前思考并課上交互討論的問題包括：（1）水電站振動、擺度、水壓脈動的評價標準如何確定？是否存在普適性？（2）水力機組運行區域劃分方法對指導機組運行有何幫助？現有劃分方法是否存在不當之處？（3）三峽電站出現的高負荷振動帶是否有其他個案？你對該區域的產生機理深入研究有什么建議？

三、案例教學的實踐應用

1.案例教學視頻制作。案例的呈現方式多種多樣，除了常規的文字、圖片、動畫等方式外，教學視頻是一種更為新穎、表現力強的傳播媒介，也更加契合“機組與設備測試與診斷”課程實踐性強、工程色彩濃厚的特點。案例視頻可以呈現更加豐富的內容，真實的案例場景再現，有效地解決了學生由于工程經驗不足導致的教學效果不佳，同時在普及推廣案例教學方面也具有不可替代的優勢。本課程在案例教學視頻制作環節中也針對性地節選了其中3個案例進行拍攝，分別是《三峽水電站傳感器選擇與布置》《華科同安TN8000狀態監測系統應用》和《桐柏及仙居穩定性檢測診斷及能量特性研究》，力求全面覆蓋水電機組狀態監測與故障診斷的關鍵實踐環節。

2.案例教學的評價標準。為更好地促進案例教學，完善案例教學課程設計，本課程也建立了相應的案例教學評價標準：（1）案例符合教學需要，涉及知識點可覆蓋機組與設備的信號采集、信號分析、故障機理、故障診斷系統等主要教學內容。（2）案例具備多角度、普遍性特色，能夠涵蓋常規水電、抽水蓄能電站、泵站中主要機組與設備的典型故障和市場占有份額較高的狀態監測與故障診斷產品。（3）案例響應工程實踐需求，對電站運行中需求最多的穩定性試驗、能量性能試驗和空化空蝕試驗項目進行系統介紹。為了提高教學效果，還定期召開教學研討會，邀請資深教師進行課堂監督與考評；開展學生評教等調研活動，及時向任課教師反饋學生對教學效果的意見與建議；設置多渠道的網絡留言通道，集中來自各方面的課程學習人員對教學案例和教學資源的意見，根據教學反饋及時更新教學內容，調整案例文案與呈現方式。

3.案例教學的教學方法。學生需求是案例教學的基本出發點，在教學過程中為更好地實現案例教學的目標，需要采用多元化的教學方法。案例教學與傳統教學最大的區別就在于，案例教學不僅僅是告訴學生正確的答案和方法，而是重在引導，通過案例幫助學生了解分析問題的思路，解決問題的理論和方法，提出針對性的對策和措施。在整個教學過程中，師生間的良性互動是案例教學成功與否的關鍵。為此，“機組與設備測試與診斷”課程案例教學主要采取了以下做法來加強師生的“雙向”交流：（1）采用研究、創新調研式教學、交流式教學等全新教學方式，實現面向應用的多元教學方式。（2）設計相對簡單、實戰型的教學案例，幫助學生通過親身參與來迅速有效地理解特定的場景。（3）對于部分教學案例，將學生分為正反兩方進行學術討論，采用角色扮演的教學方法使學生在掌握知識要點之余，培養學術批判精神，鍛煉語言表達能力。

4.案例教學的師資隊伍。師資隊伍是教學活動開展的靈魂和核心。案例教學師資隊伍的建設更是課程成功開展的關鍵。對于“機組與設備測試與診斷”課程而言，師資隊伍不僅要能夠選擇合適的案例、收集案例資料，還要靈活地應用各種教學方法來提高教學效果。這就要求教師既具備豐富的教學經驗，又具有較強的科研攻關能力和社會實踐能力。這對教師隊伍的培養也提出了更高的要求。根據目前的教學現狀，這種“雙師型”的師資數量較少，在教師培養方面任重而道遠。現階段可采取兩種方法解決這個困境：（1）分工合作制，安排科研攻關能力強、社會影響力大的教師完成教學案例的編制工作，安排教學經驗豐富、時間相對充裕的教師完成課堂教學與網絡答疑環節。（2）外來合作制，邀請相關研究領域的兄弟院校、科研院所的校友或合作伙伴等充當課程校外導師，不僅可以豐富課程案例的獲取途徑，還為后期開展實習、課題研究等其他形式的課程教學提供了便利。目前本課程已邀請了國網新源技術中心、國網湖南省電力公司電力科學研究院的校外專家參與課程建設。同時，對于學生而言，要建立案例共享的意識，在大學就讀階段，他們是案例的“學習者”，等到工作以后，他們是案例的“生產者”，鼓勵學生分享工作過程中遇到的各種問題，使學生變成一個取之不竭的具有真實性和豐富性的案例來源群體。當然，課程師資隊伍的培養與建設是解決“雙師型”師資隊伍短缺的根本途徑，需要持之以恒、長期建設。

四、結語

機組與設備測試與診斷是工程性較強的一門課程，需要學習者通過大量的實踐與應用逐漸培養。案例教學“重實踐、重互動、重能力”的教學特點正好契合該課程的教學需求。在教學過程中，課程以案例教學為主要形式，設計編制了十個典型的體現水電機組狀態監測與故障診斷領域核心實踐環節的教學案例，并構建了案例教學網絡平臺，共享了教學視頻、教學案例等資源。通過案例教學，有效激發了學生志趣，推動了學習方式的變革，培養了學生的科學精神、創造性思維和實踐創新能力，營造了創新人才培養的良好環境。在案例編制和課程教學實踐中，依托學校水利特色和學科優勢，將社會資源、科研成果轉化為課程建設資源，為能源與動力工程專業學位的人才培養提供了更為廣闊的發展空間，形成了鮮明的水利人才培養特色。

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