專業(yè)認(rèn)證背景下發(fā)電廠課程沉浸式教學(xué)方法應(yīng)用與實(shí)踐研究

于 穎 李艷東 劉正亮 崔 弘

齊齊哈爾大學(xué)計(jì)算機(jī)與控制工程學(xué)院 黑龍江齊齊哈爾 161006

工程教育專業(yè)認(rèn)證是工程教育質(zhì)量保障制度,是中國高等教育認(rèn)證的重要組成部分,也是實(shí)現(xiàn)工程教育國際互認(rèn)和工程師資格國際互認(rèn)的重要基礎(chǔ)[1]。工程教育認(rèn)證核心就是要確認(rèn)工科專業(yè)畢業(yè)生達(dá)到國際行業(yè)認(rèn)可的既定質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求[2]。電力工業(yè)是中國國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要支撐,在建設(shè)與發(fā)展“新工科”的大背景下,對電氣工程及其自動化專業(yè)高素質(zhì)卓越工程人才的專業(yè)理論、工程能力和職業(yè)素質(zhì)提出了更新的要求。

根據(jù)電氣工程及其自動化專業(yè)學(xué)生的特點(diǎn),結(jié)合本校應(yīng)用型大學(xué)的辦學(xué)定位,將沉浸式教學(xué)法引入“發(fā)電廠及變電所電氣部分”課程教學(xué)過程中,開發(fā)設(shè)計(jì)了“發(fā)電廠及變電所電氣部分模擬操作系統(tǒng)”。通過模擬操作系統(tǒng),提升學(xué)生學(xué)習(xí)過程中的感性認(rèn)知[3],引導(dǎo)學(xué)生對課程內(nèi)容產(chǎn)生興趣,從而愿意在課內(nèi)與課外投入更多的時間去學(xué)習(xí)和鉆研,增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)的積極性,同時也能提高學(xué)生的職業(yè)能力[4]。

1 發(fā)電廠現(xiàn)有教學(xué)方式的不足

“發(fā)電廠及變電所電氣部分”課程是電氣工程專業(yè)一門非常重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程,是理解和學(xué)習(xí)電力系統(tǒng)運(yùn)行和維護(hù)的基礎(chǔ),也是后續(xù)專業(yè)課的重要基礎(chǔ)知識內(nèi)容。課程內(nèi)容在國家電網(wǎng)招聘筆試考試中約占總成績的20%,課程中的“電氣主接線”和“配電裝置”部分,是國家電網(wǎng)新員工培訓(xùn)和員工考核的重要組成部分,也是電氣工程專業(yè)學(xué)生求職和就業(yè)所必須掌握和熟悉的基本技能。

發(fā)電廠課程理論教學(xué)過程中,基本的教學(xué)方法為采用板書與PPT相結(jié)合的方式,這種方式大多通過文字與圖片的結(jié)合展示知識內(nèi)容,課堂上對主接線各種運(yùn)行方式以及運(yùn)行方式的切換、線路故障及保護(hù)的切換、設(shè)備的結(jié)構(gòu)和動作過程,設(shè)備之間的配合運(yùn)行等知識,缺乏動態(tài)的和隨機(jī)的過程展示。學(xué)生往往能夠簡單掌握教師課堂上講解的運(yùn)行方式等基本知識,對于基本知識點(diǎn)的變換內(nèi)容,往往掌握得不夠熟練和深入。學(xué)生在課堂上缺少電氣設(shè)備和電力系統(tǒng)工作狀態(tài)和工作環(huán)境的體驗(yàn)感。板書與PPT相結(jié)合的方式往往忽略了對學(xué)生感知能力的培養(yǎng),對職業(yè)環(huán)境的感性認(rèn)識的培養(yǎng)薄弱[5],教學(xué)與實(shí)際能力需求割裂,學(xué)生大多數(shù)掌握理論知識較多而缺乏實(shí)際工作能力。

2 沉浸式教學(xué)在課程中的應(yīng)用

沉浸式教學(xué)主要是指在教學(xué)過程中,教師要以學(xué)生為主體,讓學(xué)生進(jìn)入一種特定的場景中學(xué)習(xí),將知識融入具體的實(shí)際工作情境中,從而提高學(xué)生的專注度和理解程度[6]。為了增強(qiáng)學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的感性認(rèn)知,讓學(xué)生在課堂學(xué)習(xí)中有機(jī)會能在實(shí)際工作環(huán)境中更好地體驗(yàn)式學(xué)習(xí),以發(fā)電廠及變電所電氣部分的工作過程為背景,采用C#語言、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、組態(tài)軟件等技術(shù)相結(jié)合,開發(fā)設(shè)計(jì)了“發(fā)電廠及變電所電氣部分模擬操作系統(tǒng)”,將沉浸體驗(yàn)式教學(xué)引入發(fā)電廠課程的教學(xué)過程中。

“發(fā)電廠及變電所電氣部分模擬操作系統(tǒng)”可以在課程教學(xué)過程中配合教師教學(xué)使用,講解理論知識的同時,采用模擬系統(tǒng)動態(tài)地演示設(shè)備的動作過程、主接線切換過程、二次系統(tǒng)信號的傳遞過程等知識,增強(qiáng)學(xué)生工作過程與工作環(huán)境的體驗(yàn)感,有效提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性,提升授課質(zhì)量[7]。也可以課后由學(xué)生自己操作,通過教學(xué)模擬系統(tǒng)了解自己對課堂學(xué)習(xí)知識的掌握情況以及掌握相關(guān)知識體系的完整程度。針對自己的問題查缺補(bǔ)漏,輔助學(xué)生的課后復(fù)習(xí),增加了知識的覆蓋面和課程容量,使教學(xué)活動課上和課下貫穿起來,實(shí)現(xiàn)教學(xué)時間和教學(xué)空間的深度融合[8]。模擬操作系統(tǒng)的登錄界面如圖1所示,系統(tǒng)功能選擇界面如圖2所示,倒閘操作模擬如圖3所示,500kV變電所主接線模擬如圖4所示。

圖1 模擬操作系統(tǒng)登錄界面

圖2 模擬操作系統(tǒng)功能選擇界面

圖4 500kV變電所主接線模擬界面

“發(fā)電廠及變電所電氣部分模擬操作系統(tǒng)”配合教材的章節(jié)設(shè)置,為了督促學(xué)生使用和熟悉模擬操作系統(tǒng),也為了驗(yàn)證模擬操作系統(tǒng)對同學(xué)的學(xué)習(xí)幫助的效果,每完成一個章節(jié)的教學(xué)工作,會依據(jù)“發(fā)電廠及變電所電氣部分模擬系統(tǒng)”進(jìn)行階段性考核,要求同學(xué)根據(jù)階段考核題目,屏幕錄像操作過程,教師根據(jù)學(xué)生的操作熟練程度和操作結(jié)果給予成績,計(jì)入期末總成績當(dāng)中,既能督促學(xué)生課后復(fù)習(xí)鞏固課堂知識,也能提高學(xué)生對模擬操作系統(tǒng)的熟練程度。

3 沉浸式教學(xué)在教學(xué)中的效果

基于“發(fā)電廠及變電所電氣部分模擬操作系統(tǒng)”的沉浸式教學(xué)方法引入課程教學(xué)當(dāng)中,經(jīng)過兩年的教學(xué)實(shí)踐,為了驗(yàn)證操作系統(tǒng)對教學(xué)效果的影響,對發(fā)電廠課程學(xué)生期末成績進(jìn)行分析,選取2018—2020級三個年級進(jìn)行對比分析,2018級采用板書與PPT結(jié)合的傳統(tǒng)教學(xué)方式,2019—2020級兩個年級將基于“發(fā)電廠及變電所電氣部分模擬操作系統(tǒng)”的沉浸式教學(xué)應(yīng)用于課程教學(xué)中,三個年級分別選取兩個班級合計(jì)60人的期末考試卷面成績進(jìn)行分析,成績分析對比如圖5所示。分析結(jié)果表明,2019—2020兩級同學(xué)的期末成績在平均成績和成績分布上,均有大幅度的提高。另外對模擬操作系統(tǒng)進(jìn)行問卷調(diào)查(兩級共268名學(xué)生),反饋結(jié)果中,認(rèn)為對課程學(xué)習(xí)有幫助的占97%(260人),認(rèn)為對專業(yè)的其他課程學(xué)習(xí)有幫助的占87%(233人),認(rèn)為對求職有幫助的占76%(120人,此項(xiàng)調(diào)查針對2019級同學(xué))。

實(shí)踐結(jié)果表明,基于“發(fā)電廠及變電所電氣部分模擬操作系統(tǒng)”的沉浸式教學(xué)方法,強(qiáng)調(diào)學(xué)生對知識的理解,注重培養(yǎng)學(xué)生的思維能力、創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力的培養(yǎng),實(shí)現(xiàn)了理論教學(xué)、沉浸式教學(xué)與現(xiàn)場實(shí)操的有機(jī)融合,有利于提高課堂效率,增強(qiáng)課堂的趣味性,加速了理論到實(shí)踐的一體化教學(xué),在提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性、增強(qiáng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力[9]、培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力等方面能起到促進(jìn)作用,可為工程教育專業(yè)認(rèn)證背景下教學(xué)模式改革提供有力支持[10]。