新工科背景下電氣類課程教學方法改革探索
——以架空輸電線路設計為例

尹偉華 林海立 涂成恩 陳云志

（1.邵陽學院電氣工程學院，湖南 邵陽422000；2.北京世紀百合科技有限公司，北京100091）

1 背景

第四次工業革命風起潮涌，新冠肺炎疫情席卷全球，大國博弈加劇演變，當今世界正身處百年未有之大變局，其疊加效應影響下的深度和廣度，前所未見[1]，這對新時代工程科技人才的培養提出了新的更高要求，高等工程教育是工業領域在高等教育中的映射，面臨新的歷史機遇和嚴峻挑戰。站在歷史的十字路口，高校教師、電力行業企業應勇于使命擔當，深挖產教融合協同育人模式，創新教學方法。新工科建設的扎實推進，是培養復合型卓越工程科技人才的新路徑，是適應新時代發展的新要求。邵陽學院（以下簡稱“我校4”）電氣工程及其自動化專業的工程教育認證工作已經通過前面兩輪自評，目前正處于認證專家入校現場考查前的關鍵階段。切實提升我校架空輸電線路設計課程的教學水平和質量，對于我校培養高素質應用型新工科人才具有重要作用。

2 O B E教學模式

OBE（Outcomes-Based Engineering Education）是以成果產出為導向的工程教育人才培養模式。OBE教育模式緊緊圍繞明確的人才培養目標開展教學活動，注重培養的成果和效益，注重對成果達成的評價，其實施的關鍵有：（1）學生在學習過程中主體地位的體現，學生是學習第一要素；（2）教師角色的切換，教師應從傳統的“嚴師”轉化為學生學習過程的引導者、協助者、合作者；（3）要有過程評價、成果評價且不斷優化調整教學策略、方法，閉環運行機制。

3 傳統教學方法之主要弊端

傳統的教學方法主要有以下弊端：

（1）以“教”為中心，學生參與程度低，有悖于現代教育以人為本的時代要求，有悖于新工科以學生發展為中心的理念要求，無法滿足“網絡原生居民”大學生的個性化需求，無法滿足新工科綜合型、高素質人才培養的根本要求。

（2）以課件為第一資源，忽視現代優質資源的課程導入，深陷課程“信息孤島”危機，無力調動學生的學習熱情和參與積極性，無法滿足信息化數字化時代對生動、高效、共享型教育資源的要求。

（3）以課堂為主要學習場景，忽視了學習場景時空的折疊性，無法滿足探究式學習中自主問題分析、問題解決的個性化訴求，忽視了在電力工業快速轉型升級的新業態下，架空輸電線路工程設計專業知識領域跨多學科的寬廣性和相互深度交叉融合的復雜性特征[2]。

（4）以教師為中心，教師成“演員”，學生變“觀眾”，“觀眾”欣賞“演員”的“表演”，卻忽視了教學活動中應有的思想火花碰撞、智慧感悟啟迪。教與學嚴重失衡。架空輸電線路設計課程教學新模式如圖1所示。

圖1 架空輸電線路設計課程教學新模式

4 架空輸電線路設計課程教學方法改革探索

基于OBE理念的線上線下混合式教學，是以學生的綜合素養和全面發展為目標的新型教學模式，是教學模式朝深度學習范式螺旋遞進升級的有效路徑，注重問題導向，注重情境建立，注重知識遷移，注重教學方法優化，注重形成性評價，注重“全過程”人才培養。新工科背景下基于OBE理念的課程教學方法模型如圖2所示。

圖2 新工科背景下基于OBE理念的課程教學方法模型

4.1 數字化、信息化教學平臺的應用

教育部原部長陳寶生強調要改革傳統的教學方式，應把培養人才的高超水平和熟練運用現代技術方法的能力作為對教師素質要求的標尺，廣泛開展多種形式的教學[3]。

數字化、信息化教育技術在疫情時代日趨成熟，“停課不停學”“線下”“線上”全面切換成為現實。架空輸電線路設計課程教學新方法，應深入挖掘釘釘、騰訊課堂、學習通等數字化、信息化教學軟件在同步、異步教學當中的突出優勢。開展架空輸電線路設計課程教學改革、探索與實踐，探索數字化、信息化技術與課程的全面深度融合，突破教學中的時空桎梏，展現知識的“演化邏輯”，切實解決知識要素與工程實踐、教學、科研相互脫節的現象。

百合輸電線路數字化設計平臺融合了地理信息、數字化協同、三維建模等技術，是數字化新一代輸電線路設計平臺。平臺以三維GIS數字地球為工程設計和管理窗口，數字化重構了航測數據、電網專題數據、工程測量數據和地物建模、路徑優化、桿塔建模、桿塔內力分析、金具組裝、電氣設計和基礎設計等專業功能，實現了設計過程可視化、設計信息一體化、設計成果數字化。為學生的數字化應用能力建設開辟了新路徑，響應電網企業的“數字新基建”號召[4]。

4.2 課堂教學翻轉化

課前自主學習，將基礎性理論知識前置，讓學生能夠從“心”預備，為主動建構式學習做好心理準備；打破傳統課堂的時空囹圄，重構課程運行機制，騰出更多課堂時間，激活課堂學習氛圍，激發了學生的學習興趣，讓學生能夠從“心”參與，為探究式學習做好要素儲備，提高學習效率；突破傳統教師的角色焦慮，重構教師角色，以學生學習的輔助者、引導者、合作者身份，讓學生能夠從“心”體驗，愉悅感知，為深度學習做好情感價值引領，潤物般激發學生的發散性思維。在實施過程中影響其效果的關鍵環節有：

教師要精心設置課程資源，“好馬配好鞍”，為課程目標匹配合適的教學內容，從而激發學生興趣、提高學生參與度、提升學習效果，達到人才培養的目標，是高校教師的使命擔當。主要以問題化+情境化、三維化+可視化、科學化+趣味化、脈絡化+地圖化等方式為切入點，反向設計、優化課程資源，充分展示架空輸電線路設計課程的魅力，提高人才培養效益，激發學生的學習熱情，為應用型高素質新工科人才培養開辟新路徑、創造新方法。

學生要突出在學習過程中的主體地位，進一步明確課程目標，積極參與互動與協作，激發對輸電線路專業領域知識學習的興趣，強化信息意識，強化知識的遷移性，培養自主學習能力和探究能力，從而提高課堂效率。

真正打破傳統課堂中教師“自編”“自導”“自演”的窘境，教師變身“導演”，學生變身“演員”，從機制上盤活架空輸電線路設計課程教學全過程。

4.3 實驗教學模塊化

以架空輸電線路工程設計知識應用能力培養為核心，依托北京百合輸電線路設計系統+信息化教學平臺，圍繞解決輸電線路工程實際問題，加強理論與實踐相結，開展以“三性”實驗為主的實驗項目探索改革，各實驗模塊既相互獨立，又關聯統一，完成應用能力內化，破除傳統實驗“重結果、輕過程”的弊端，豐富和充實邵陽學院“五大模塊”實踐教學體系內涵。

4.4 實踐教學項目化

以架空輸電線路工程設計實踐能力培養為核心，產教融合，校企雙方以共建真實工程實踐為環境，培養學生的工程實踐應用能力，是閉環新工科人才培養的有效途徑。

依托北京百合輸電線路設計系統+信息化教學平臺，將電氣工程師崗位標準與培養目標相融合，將輸電線路設計過程與教學項目相融合，將百合輸電線路設計系統技術推廣與人才培養相融合，讓學生在實際工程項目中鉆研歷練，逐步構建知識體系，鍛煉技術技能，激活發散思維，綜合能力快速成長升級，并自我肯定，獲得成就感，促使教育+培訓+創新創業協同化實施，最終實現學生“個性化、數字化、信息化、職業化全面和諧發展”，立體化提升人才培養質量。

5 結語

本課程改革旨在通過課堂教學翻轉化、實驗教學模塊化和實踐教學項目化等途徑，對新工科理念下架空輸電線路工程人才培養的教學方法改革進行探索，力求突破教學機制瓶頸，營造“個性化、數字化、信息化、職業化全面和諧發展”的教學模式。為培養適應電力工業快速轉型升級背景下，多學科深度交叉融合的高素質綜合型工程技術人才不斷探索和優化。