“電力系統分析”線上+線下混合式教學模式的探索與實踐

李佳佳 殷軍光 朱更輝 孫炳海

摘 要：《電力系統分析》是電氣工程及其自動化專業的核心課程，本文通過分析傳統授課中存在的問題，以“中國大學生MOOC”網絡教學平臺為抓手，通過重整教學資源、改革教學方式和變革考核形式，探索出了一套實用的線上+線下混合式的教學模式。同時，課程組成員堅持將“立德樹人”理念貫穿至課程講授的全過程，達到了全過程、全方位育人的目的。通過對學生調研，發現本文所提出的線上+線下混合式教學模式能較好地滿足新時代“金課”的建設標準，符合新一代青年的學習要求。

關鍵詞：電力系統分析;課程改革;線上+線下混合式教學模式;“金課”

一、緒論

2018年6月，教育部部長陳寶生在新時代全國高等學校本科教育工作會議上明確指出，要對當代大學生合理“增負”，讓課程難度合理增加、課程深度得到拓展、課程可選擇性增強，激發學生的學習動力和專業志趣，號召全國教師努力打造“金課”、消滅“水課”。“金課”的建設標準應滿足“高階性”“創新性”和“挑戰度”。《電力系統分析》作為電氣工程及其自動化專業的專業核心課程，具有理論與實踐并重的特點，主要講授電力系統建模方法、潮流計算、短路計算、最優化運行及電力系統穩定性等知識。該課程共計4學分，64學時，其中理論講授64，實驗0學時，為培養學生的工程實踐能力，另外設2周的課程設計。根據本課程的課程屬性，結合“金課”的建設標準，依托“學習通”網絡平臺，課程團隊摸索出了一套基于電力系統課程的線上+線下混合式教學的改革模式，以期對工科專業的課程建設起到借鑒作用。

二、“電力系統分析”傳統教學中存在的問題

對于全國大部分高校，“電力系統分析”課程開設于大三下學期，學生前期已經學習了《高等數學》《大學物理》《電路》《電機學》等專業基礎課程，對建模方法、電磁原理、電路分析等有一定的基礎。但通過調研發現，65.73%左右的學生僅能夠做到在課堂上聽懂教師講授，在課下獨立分析問題時仍感到茫然。課程組教師通過對學生學情進行分析發現，具體的原因有如下兩個方面：

（一）課程內容知識點較多，需要學生有較強的學習能力

“電力系統分析”課程有較強的理論性，知識點繁多且瑣碎，主要可概括為三類。其一，數學模型的建立，如電力線路、變壓器和電力網絡數學模型的建立。其二，大量的公式推導和理論計算，如電力系統潮流計算，電力系統頻率/電壓調整和優化，電力系統短路計算等。其三，運行狀況分析，如電力系統穩定性分析（靜穩定性和動穩定性），同步發電機穩態分析和發生短路故障時的磁場分析等。大部分學生對所學知識的消化能力僅停留在簡單的記憶、理解和掌握，理論聯系實際的能力不足。比如：學生很容易理解電力系統的基本概念及運行要求，但若需同學們結合實際用電案例去提取課程相關的知識點，學生仍覺得困惑，感覺無從下手。同時，本課程需要多學科、多課程交叉運用，而學生對多課程之間的融會貫通，前后課程的銜接能力仍需進一步提高。比如：“電力系統潮流計算”是對建模后的電力網進行功率和電壓的分析，雖然學生在《電路》課程中已學習過交、直流電路的分析方法，但涉及將該方法運用到電力系統數學模型的分析中，學生仍感覺困難重重;尤其是“計算機法潮流計算”，需要學生具有扎實的數學基礎，對于部分基礎較差的同學，達到“能聽懂”的目標亦是難事。

（二）傳統的授課模式不能滿足新形勢下的授課要求

傳統的教學模式堅持“以教師為中心”，以“教”為主要原則。然而隨著全國教育大會的召開，為豐富學生的“第二課堂”，新修訂的人才培養方案中，課程學時普遍壓縮，若仍采用傳統授課模式，繁重的教學任務使得教師在課堂上僅傳授知識，“填鴨式”地進行授課，而忽略了對學生綜合運用能力的培養。此外，新一代的青年具有更為獨立的思考能力、更強的認知能力，傳統的授課方式不能滿足新的學情。再者，隨著線上授課資源的增多，學生有更為靈活的學習方法，傳統的授課方式不能吸引學生的注意力，使得授課效果較差。

三、《電力系統分析》線上+線下混合式教學模式的探索

為全面落實全國教育大會精神，結合工程教育認證的12條畢業要求，以“金課”的建設標準為目標，“電力系統分析”課程建立了線上+線下的混合式教學模式，利用“超星學習通”和“中國大學MOOC”網絡平臺，從教學資源、教學方法和考核方式三個方面進行改革，具體如下：

（一）重整教學資源，力求高階

教學資源是課程建設是核心，教學資源的高階性是奠定“金課”的基礎。本課程的教學資源改革具體如下：

1.教學資源體現前瞻性

結合電力系統的發展前言，將最新的知識融入課程資源中，如特（超）高壓交/直流輸電、能源互聯網、泛在電力物聯網等，同時運行先進的信息技術，重新改進授課PPT，使其更能吸引學生。

2.教學資源體現多學科交叉

重整教學資源時要注重不同課程的交叉內容，要注重哲學思想在工科課程中的運用，要注重對學生融會貫通能力的培養，同時將具體的工程案例融入課程資源中，幫助學生提取復雜工程問題中的電力元素。比如：交叉內容：電力電子技術與電力系統（新能源發電、無功功率發生器、虛擬同步發電機等）、電機學與電力系統（同步發電機、變壓器、異步電動機負荷等）、工程電磁場與電力系統（發生短路故障時同步發電機的短路電流分析）、電路與電力系統（電力系統數學模型中電參量的計算和分析）等。哲學思想：矛盾的普遍性和特殊性（電力系統的運行要求、無功負荷的最優補償）、抽象和具體（電力網絡數學模型的建立方法）等。具體的工程案例（工廠供配電，火神山醫院的供配電設計，PSASP仿真案例等）。通過將不同知識融入到課程教學資源中，使該課程更立體化，幫助學生完成從理論知識—實踐能力—人文素養的升華。

3.教學資源線上運行

課程組成員錄制課程知識點視頻和典型例題講解視頻，組建課程習題庫，上傳至“中國大學MOOC”網絡教學平臺，學生可在課外觀看視頻，查閱課程資料，自學和復習教學內容，為“電力系統分析“課程線上+線下混合式教學模式的開展奠定基礎。

（二）升華教學方式，追逐創新

本課程探索的混合式教學模式將傳統的“以教師為主”轉變為“以學生為主”“以教為主”轉變為“以導為主”。牢牢把控課前、課中、課后三個教學環節，具體的改革過程如下：

1.課前預習，培養學生自學能力

教師課前發布課程預習內容、預習要求和與知識點相關的討論話題，并提前在網絡平臺上傳對應的視頻資源和授課內容講義（PPT、教案、教學設計等），促使學生自學。根據預習內容的不同，實施的教學方式也略有不同。有些章節概念性的知識點比較多（如：電力系統基本概念、電力系統無功平衡和優化等），需要學生理解與記憶，教師會同時發放隨堂測試，以檢驗學生的學習效果;有時也要求學生根據自己對知識點的把控，自行出題。有些章節推導計算類的知識點比較多（如：電力系統潮流計算、短路計算等），教師會對學生進行分組，要求學生課下分組討論，并將梳理的公式及總結的計算技巧以“組”為單位反饋給教師，以幫助教師了解學情。有些章節主要是分析類的知識點（如電力系統穩定性分析、電力系統改善潮流的方法等），教師會要求學生搜集一些相關的生活實例，不同分組間交叉分享、分析這些例子，并以小論文的形式做出分析總結。學生在自學過程中，也可將自己的困惑發布到網絡平臺“討論區”或者是課程的QQ群，由教師和其他同學幫忙解答，增強師—生交流和生—生交流。具體的課程環節實施如下圖：

2.課中教學，實現全方位育人

課堂上，教師有選擇地使用提問法、引入法、翻轉課堂法等進行授課，主要講授章節重、難點，并解決學生自學和鞏固過程中遇到的問題。有些知識點涉及工程案例，則以引入法為主;有些知識點理論性較強，需要較強的邏輯性，則以教師講授為主。有些知識點涉及不同課程的交叉內容，則以引導學生思考為主。以電力系統中樞點調壓為例將一節課（90分鐘、2課時）規劃如下：前10～20分鐘，梳理知識點，解決學生自學中存在的問題;中間30～80分鐘，教師講授中樞點的概念、中樞點電壓曲線的編制方法、中樞點的調壓方式以及電力系統的電壓調整措施。后10分鐘，學生分組討論，針對課堂講授內容繪制思維導圖。課堂授課主要是教會學生學習方法和學習思路，教師線下授課時所采用的“中國大學生MOOC”中的慕課堂功能，可以記錄學生在課堂上的表現，并根據教師所設置的課堂環節權重，給予評分。

此外，教師堅持把“立德樹人”作為課堂授課的中心環節，通過添加思政元素，實現全過程、全方位育人。根據所講授知識點的不同，教師會有選擇性的加入國家電網的前沿知識，國家標志性的電力網絡架構和發電工程，宣傳電力工程師的優秀事跡，達到弘揚正能量，弘揚社會主義核心價值觀的目的。同時，將習總書記提出的“綠水青山就是金山銀山”這一思想貫徹至課程的全部知識點中，提倡同學們用發展的眼光去看待電力系統中的“節能減排”問題。另外，通過講解電力系統的具體分析方法，引入哲學的基本原理，幫助學生客觀的看待世界，建立科學合理的評價體系，從而具有正確的世界觀、價值觀和人生觀。通過本課程的講授，一方面培養學生具有扎實的理論知識，嚴謹的科學研究精神和創新思維，另一方面使學生具有人文素養，德智體美勞全面發展。

3.課后鞏固，強化學生綜合能力

為了鞏固學生的理論知識，鍛煉學生整合知識的能力，課后作業涵蓋基礎題、綜合計算題、思維導圖、課程總結等題型，學生利用網絡平臺提交作業，開展形式多樣，或分組完成、或個人講解，學生時刻充滿新鮮感，提高了學生的作業完成率。

（三）變革課程考核模式，強化挑戰

傳統的考核模式更加注重結果，主要通過期末試卷對學生進行知識點掌握情況的考查，考核理念比較陳舊，對過程的重視和占比不夠。因此，線上+線下混合式的考核模式要更多地注重學生過程性的考核，注重學生自學能力的培養，注重學生發現問題、解決問題能力的培養，要合理分配課程學習過程中各個環節的占比，重點支撐課程對學生能力掌握的考核，特別是有挑戰度的課程知識的考核。本課程考核形式是平時成績（50%）+期末成績（50%），其中平時成績包含出勤（5%）、課程互動（10%）、線上作業（20%）、單元測試（20%）和線下自學情況（45%）等。課程互動包含課堂討論、提問等;線下自學情況涵蓋課前預習、開放性課題討論等。平時成績數據來源于“中國大學生MOOC”網絡平臺對學生學習情況的記錄。

四、線上+線下混合式教學的實施效果

“電力系統分析”線上+線下混合式教學模式，著力改革了課程的教學內容和整體設計，充分發揮了線上網絡平臺的優勢，達到了“金課”創新性、教學形式先進性和互動性、學習結果探究性和個性化的要求，提高了學生的學習興趣，培養了學生的高階能力。通過發放課程調查問卷，98.73%的學生滿意本課程的授課方式;95.65%的學生認為本課程的學習提高了對本專業的認識和興趣;99.23%的學生認為本課程的線上資源豐富，能夠滿足線下自學、預習和鞏固復習;90.73%的學生認為本課程線上和線下結合緊密，希望將本課程的教學模式運用于其他課程的講授中。

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基金：河南省教學改革研究與實踐項目（2019SJGLX418）;河南城建學院教學改革研究與實踐項目（J2019102）全國大學生創新創業訓練計劃（202011765007）

作者簡介：李佳佳（1990— ），女，河南平頂山人，碩士，講師，研究方向：電力系統及其自動化。