《建筑供配電與照明》課程研究性教學的探索與實踐

李建英 李建奇 楊民生

摘? ?要：研究性教學模式是以“自主、探究、合作”為特征的教學方式，本文以“建筑供配電與照明”課程為對象開展研究性教學的探索與實踐。文中首先闡述了該課程開展研究性教學的必要性、可行性和學習目標;然后重點探討了該課程研究性教學的實施方案，主要包括研究任務的設計，用于精講的研究性教學內容的確定以及教學過程中自主學習和小組研討方式的確定;最后探討了教學成果的評價形式和評價方法。本課程研究性教學體系的建構和方案的實施，對提高教學質量、培養研究型和創新型建筑電氣與智能化專業人才具有重要意義。

關鍵詞：研究性教學? 探索? 自主? 研討? 教學質量

1? 引言

《建筑供配電與照明》是建筑電氣與智能化專業的一門核心專業技術課，在專業教學安排中具有承前啟后的重要作用。該課程以建筑供配電設計為綱，著重基本理論并結合實際，全面、系統地闡述有關建筑供配電系統和電氣照明的基本原理、工程設計計算和運行維護等方面的基本知識。要求學生掌握負荷計算、短路電流計算、電氣設備和電力線路的選擇、過電流保護整定以及電氣照明設計等內容，了解二次回路、自動裝置、防雷接地和電氣安全等知識?！敖ㄖ┡潆娕c照明”具有較強的理論性、應用性和實踐性，與工程實際聯系緊密，它為建筑電氣與智能化專業學生學習專業技術知識、分析和解決工程實際問題打下必要基礎。

《建筑供配電與照明》課程內容較繁雜，所涉及的專業知識廣泛，因此學生在學習過程中往往感覺壓力較大。一直以來，學生對建筑供配電與照明的學習感覺是單個的知識點較易掌握，但是內容繁多，不易將所學知識綜合聯系起來運用于實際，對知識的掌握僅僅停留在孤立的概念性理解、公式的簡單套用，缺乏對知識內在聯系的發現以及將知識和實際工程問題緊密結合和轉換的能力;學生對這門課程的重要程度認識不足，一些學生疲于應付考試，學習積極性不高，從而導致該課程教學效果不理想。隨著高等教育體制的改革與深化以及新時代大學生專業素養的不斷提高，建筑供配電與照明的教學課時數、教學目標等有了較大的變化，傳統的教學方法、課程體系、教學大綱和考核方法等等都表現得與現實越來越不相適應，建筑供配電與照明研究性教學課程的開展勢在必行。

2 研究性教學目標

本課程研究性教學體系的建構和方案的實施，對提高教學質量、培養研究、創新型建筑電氣與智能化專業人才具有重要意義。通過對本課程開展研究性教學，達到如下目標：

（1）通過互動與討論，激發學生探究問題本源的主觀能動性，樹立探索性和研究性的學習風貌，實現建筑電氣與智能化專業教學從傳統的“師傅帶徒弟”的工匠培養模式向現代“問題探究”式的研究性人才培養模式的轉變，實現人才培養由應用型向研究型的跨越。

（2）通過研究性教學內容的建構和實施，強化教師的研究性教學理念，提高教師開展研究性教學的自覺性和主動性，改變傳統“接受性學習”的教學學習方式，實現教與學之間的互動，培養學生探究與創新意識。

（3）通過本課程研究性教學體系的建構和實施，構造“教學—科研—教學”相結合的良性循環系統，以教學促科研，以科研推教學，實現建筑電氣與智能化專業的“教學相長”。

3? 研究性教學內容設計

建筑供配電與照明課程計劃授課總課時數中理論課程只有40課時，但是內容非常繁多，如果按照傳統安排，以常規規劃步驟為主線索，進行灌輸式教學，那么課時數不夠，而且內容狹窄比較單調，很難調動學生的學習興趣。而研究性教學方法的構建則可以解決這方面的問題。本課程研究性教學需要經過三個階段：導學—準備階段;精講和研討—實施階段;展示—評價階段。

3.1 導學即設計研究任務

給出相關知識與問題的思考切入點與路徑，提供主要學習資料與資料獲取途徑，明確學習與研究的要求和評價的標準。這里研究任務即研討題目的確定是非常關鍵的一步，可以由教師或學生自己提出。根據課程教學內容和課程性質，在本課程研究性教學開展過程中設計了“某住宅樓供配電及電氣照明系統設計”這樣一個綜合性教學案例，此案例能夠貫穿整個建筑供配電與照明課程的全部內容，根據此案例，本課程可以確定下列研究任務：

（1）供配電系統負荷計算;

（2）供配電系統短路電流計算;

（3）變配電所主接線圖設計;

（4）導線和電纜截面的選擇及計算;

（5）供電系統的過電流保護;

（6）電氣照明設計。

3.2 精講即要求內容深入淺出

既有學科基本理論與基礎知識，又有一定學術深度，引導學生對相關學科前沿性問題的研究與思考。這是一個延展升華相關研究任務的過程。以上述6個問題作為切入點或是路徑，對建筑供配電與照明課程的研究性內容進行設計。

（1） 供配電系統負荷計算：負荷計算是設計建筑供配電系統的基本依據。課堂開始階段以某工廠機修車間380V線路的負荷計算為案例，通過提問的方式讓學生首先搞明白負荷計算的目的，引發學生的學習興趣，并引導學生了解負荷的分類、負荷的工作制，從而引出負荷持續率的概念，并講解不同負荷持續率下用電設備的容量換算方法，為負荷計算打下理論基礎;然后對負荷計算的兩種方法-需要系數法和二項式法的內涵進行講解，并以提出問題的形式讓學生思考兩種計算方法的特點和各自的應用場合，并引導學生探討單相用電設備組負荷計算時線負荷如何換算成相負荷;最后通過負荷計算結果，計算出系統功率因數，并引出無功功率補償這樣一個課題，讓學生主動思考系統功率因數過低的危害，如何提高系統功率因數，目前實際應用的無功功率補償裝置有哪些，無功功率補償的方式等。

（2） 供配電系統短路電流計算：短路電流計算是供配電系統設計中電氣設備選擇和校驗，以及繼電保護整定計算的理論依據。要求學生課前根據本研究任務的要求進行資料的收集和整理，在上課過程中通過提問和啟發的形式引導學生了解供電系統短路發生的原因，危害，以及短路的形式，并讓學生通過舉例討論短路電流計算的目的和應用領域，讓學生感覺到學有所用，從而激發學生對本研究任務的學習興趣;然后對無限大容量電力系統發生三相短路時的物理過程進行定性和定量分析，引出短路電流計算的相關物理量，并通過案例對短路電流計算的兩種方法-歐姆法和標么值法進行講解，引導學生對兩種方法進行對比分析，討論標么值法相對歐姆法的優越性，讓學生搞懂內涵;最后引導學生掌握利用短路電流計算結果完成電氣設備的動穩定度和熱穩定度的檢驗。

（3） 變配電所主接線圖設計：主接線圖是表示供電系統中電能輸送和分配路線的電路圖。此研究任務要求學生在課外通過查資料完成本研究性課程所設計的“某住宅樓供配電及電氣照明系統設計”這樣一個綜合性教學案例中子案例—“1號箱變主接線圖的CAD繪制”。在教學開展過程中，首先通過此案例引導學生掌握電力變壓器臺數和容量的選擇原則，電壓和電流互感器原理、接線方案和使用注意事項;其次通過啟發式教學方法，引導學生掌握電弧的產生和熄滅，高壓熔斷器、高壓斷路器、高壓負荷開關和高壓隔離開關等一次開關設備的功能和工作原理，并讓學生對上述幾種一次開關設備的功能特點和使用領域根據自已課前任務準備情況進行分組討論，加深學生對此知識點的掌握;然后結合實例對系統主接線方案進行分析和討論，對變配電所的所址選擇原則和總體布置方案進行分析;最后，根據上述理論知識的學習，分組討論每位學生所繪制1號箱變主接線圖中所存在的問題，并提出解決方案。

（4）導線和電纜截面的選擇及計算：導線和電纜截面的合理選擇是保證供配電系統安全、可靠、優質和經濟運行的前提。在本研究任務教學開展過程中，首先根據學生課前準備的資料，采用提問的方式引導學生了解選擇導線和電纜截面必須要滿足的4個條件-發熱條件、電壓損耗條件、經濟電流密度和機械強度，并通過公式推導讓學生掌握線路電壓損耗的計算方法;然后講解按發熱條件、經濟電流密度和電壓損耗條件實現導線和電纜截面選擇的具體過程，并討論如何根據設計經驗對不同類別線路中導線和電纜截面進行選擇，達到易于滿足要求，較少返工的效果，從而簡化校驗過程。

（5）供電系統的過電流保護：供電系統的過電流保護裝置是供配電系統安全運行的保障。在本研究任務教學開展過程中，首先通過實例引導學生了解供電系統的3種過電流保護裝置和各自的適用場合，了解保護裝置的基本要求，并掌握常用的幾種保護繼電器的功能、特點和使用方法;然后采用圖例講解的方式讓學生掌握電流速斷保護、定時限和反時限過電流保護的工作原理及動作電流整定原則;最后講解電力變壓器的繼電保護，著重講解變壓器差動保護的工作原理和動作電流的整定原則。

（6）電氣照明設計：電氣照明設計是建筑電氣設計的重要組成部分，合理的電氣照明有利于節約能源和保護環境，有益于提高人們生產、工作、學習效率和生活質量，保護身心健康。在教學開展過程中，首先引導學生掌握光的度量-光通量、發光強度、照度和亮度，并讓學生了解常用的幾種電光源的類型、特性及其選擇;然后采用實例對照度計算的幾種方法-利用系數法、概率曲線法和單位容量法進行講解;最后要求學生根據前面所學電氣照明的基礎理論知識，通過課外查資料對本研究課程所設計的綜合案例中的子案例—“住宅樓電氣照明設計”進行設計，完成照度計算和住宅樓照明平面圖及系統圖的CAD繪制，并通過課堂分組討論所繪制電氣照明平面圖及系統圖中所存在的問題，并提出解決方案。

4? 研究性教學形式

4.1 自主學習與小組研討

學生通過查閱相關研究文獻等形式，確定學習與研究性項目的選題和研究路徑，形成個人與小組的基本研究方案和思路，開展學習。學生以小組為單位，分成若干小組，教師通過前面事先給定的主題，各小組選出交流發言代表，進行課堂交流。教師要學會掌控學生在課堂上演示的時間，一般以2個小組的演示為限度，每個小組成果展示不超過10min。教師在考慮開展這類演示活動的同時，要兼顧教學的整體性。由于學時有限，問題不宜設置過多，要突出重點，自主學習與小組研討的課內課時控制在20～30min。

4.2 成果評價

小組之間開展成果交流，調整、提升學術觀點，共享學習經驗，形成研究性小論文、作品等成果。

實行多元評價與考核。加入了過程考核的概念，使考核方式更為全面，評價方式更加多元化。不僅教師對學生評價，也加入了學生互評、學生自評等環節，真正實現了定量與定性相結合、個人評價與小組評價相結合的評價模式，有助于學生正確認識自身在能力、態度等方面的問題，同時也有利于教師獲得反饋信息，進一步完善課程教學。

5? 結語

《建筑供配電與照明》是建筑電氣與智能化專業的一門核心專業課，具有較強的理論性、應用性和實踐性，與工程實際聯系緊密，著重培養學生分析和解決工程實際問題的能力，傳統的教學方法和課程體系難以達到預期效果。筆者根據多年在本課程教學實踐中所總結的經驗，嘗試構建和實施以“自主、探究、合作”為特征的研究性教學體系，激發學生探究問題本源的主觀能動性、樹立探索性和研究性的學習風貌，改變傳統“接受性學習”的教學學習方式，實現教與學之間的互動，培養學生創新意識，并實現“教學—科研—教學”相結合的良性循環系統。實踐證明，本課程研究性教學體系的建構和方案的實施，對提高教學質量、培養研究、創新型建筑電氣與智能化專業人才具有重要意義。

參考文獻

[1] 王曉麗.建筑供配電與照明[M].北京： 中國建筑工業出版社，2013.

[2] 劉介才.工廠供電[M].北京：機械工業出版社，2016.

[3] 曲繼方.研究性教學背景下教學方案創新設計[J].教學研究，2011，34（2）：20-26.

[4] 田霖.“工程熱力學”研究型教學方法改革與探索[J].教育教學論壇，2019（51）：105-106.

[5] 陳建偉，陳建輝.“建筑供配電與照明”課程建設問題分析與改革實踐[J].天津城建大學學報， 2017，23（3）：230-234.