案例教學在電氣工程控制系統仿真課程中的探索與實踐

摘" 要：隨著專業學位研究生培養規模的不斷擴大和國家對培養實踐創新型復合人才需求的變化，如何深化推進培養模式改革和創新教學方法，提升研究生培養質量成為目前高等教育的重要內容。案例教學倡導以學生為主體，凸顯問題情境，激發學生探索欲和創新思維，增強學生綜合實踐能力，為專業學位研究生人才培養增加內生驅動力。文章在電氣工程專業課程控制系統仿真課程中開展案例教學實踐，通過引入電氣工程領域真實案例，以開放、互動、啟發式的教學模式實現研究生實踐導向和強化能力培養的專業學位課程教學模式探索與實踐，旨在提高學生面對復雜系統工程問題的綜合實踐能力。

關鍵詞：專業學位研究生；案例教學；知識重建；綜合實踐能力；電氣工程

中圖分類號：G642" " 文獻標識碼：A" " 文章編號：1673-7164（2024）35-0118-04

隨著社會經濟的快速發展和產業結構的深化改革，國家對高水平、復合型應用人才的需求越來越大，高等教育中的研究生培養也逐步從學術型向專業型轉變。作為目前研究生培養體系當中重要的組成部分，專業學位研究生教育旨在培養具備扎實專業理論知識、較強解決實際工程問題，適應不同專業領域或行業需求的應用型專門高級人才。［1］結合當前高校專業學位人才培養質量的迫切要求，教育部就研究生培養出臺相關文件，明確指出專業學位研究生教育要從創新思維和創新實踐能力的培養入手，通過加強教學案例庫建設和案例教學實踐，切實推動高校人才培養在教學理念和方法的創新改革。［2］案例教學引導學生通過真實案例問題情境的呈現進行獨立思考，提高學生探索、分析、解決問題的自主能力，是研究生課程教學改革的重要嘗試。［3］

電氣控制系統仿真是電氣工程專業研究生的一門專業選修課，課程涉及多個學科內容交叉，融合了控制理論、信息技術、電力電子技術、電力系統分析、電機傳動等多門課程內容，借助數學方法和計算機仿真技術，研究各種控制策略、算法和技術在電氣工程實踐中的應用。［4］課程具有很強的理論性、實踐性與工程性，需要教師具備較為豐富的工程知識。傳統的教學模式以教師講授為主，教學過程中學生參與度不夠，主動學習和探索的求知欲受到限制，思維比較固化，在知識獲取和能力培養方面無法很好地銜接。文章針對案例教學在電氣控制系統仿真課程的作用，提出通過課程案例庫建設和案例教學實踐的設計，探索多學科融合背景下的課程案例設計和實施，不僅激發了學生積極自主探索問題的動力，而且有效鍛煉和提高了學生的創新思維和綜合應用實踐能力。

一、案例教學的意義

案例教學法自提出以來越來越受歡迎，成為目前高等教育推動系列人才培養模式改革，實現理論到實踐應用的有效途徑。電氣工程控制系統的仿真內容包括電氣系統的建模與分析、仿真與實驗的驗證，軟硬件的設計，科學的分析與優化等，既需要學生掌握電氣控制學科的理論知識，又需要應用相關理論解決電氣工程實際控制問題的能力。隨著專業學位研究生實踐能力培養越來越受到重視，在課程教學中授課教師已經開始有意識地嘗試通過科研項目驅動、工程案例探討的教學方法，積極開發教學案例融入課程教學實踐，通過實踐證明案例教學在電氣控制系統仿真課程中的開展有利于培養學生的工程實踐能力，能更好地實現從專業知識到實際應用的轉化。

（一）改變傳統教學模式，增強學生綜合實踐能力

單一、“灌輸式”的傳統教學模式下，教師側重于理論講授，學生只是被動地接受專業知識，缺乏靈活、全面互動的交流，缺乏工程實踐中的相關知識，跨學科知識的綜合運用能力相對薄弱。

電氣工程專業課程內容相對抽象、晦澀難懂，研究生雖然具備了一定的專業基礎理論知識和綜合學習的能力，由于理論知識學習與實踐應用之間沒能做到有效的融合，缺乏深入探索深層知識的積極性，遇到實際問題就會顯得手足無措。在案例教學中，工程應用和生產實踐的電氣控制工程實踐問題以真實案例的形式呈現，通過對真實案例進行具體分析，激發學生主動探索、挖掘案例蘊含的理論知識和技術應用，有助于拓寬學生的知識面和工程視野，進一步提高學生的綜合應用能力，為其未來的發展創造更多的機會和空間。

（二）采編高質量教學案例，提升教師教學水平

案例質量是影響案例教學的關鍵因素，收集、開發、編寫優質的案例是進行案例教學的前提。案例教學過程中不僅要融入新的教育理念，更要將新的研究成果和技術應用呈現在課堂教學中，這對教師提出了新的挑戰，需要不斷積累教學經驗和提升案例教學實踐能力，增強案例教學的目的性和有效性。

在日常的課堂教學中，教師所舉的電氣應用實例通常比較零散、相關知識不夠系統和完整，更多是取決于教師本身的知識面和教學科研經歷，有的甚至都已經被現場應用所淘汰，脫離實踐。案例教學則要求任課教師要善于利用更加廣闊的渠道、多元的信息化手段擴充教學案例資源，優選最典型的電氣工程類教學案例來支撐教學目標。在教學實踐中，一方面教師不僅須具有豐富的本專業及相關交叉學科領域的知識和工程應用知識，還要具備豐富的教學經驗，以組織課堂教學環節、掌控課堂節奏，從多角度、多層面調動學生對案例問題進行探討、爭辯、總結；另一方面任課教師需要親自躬身實踐去企業實地調研、訪談、交流合作，結合電氣行業的應用背景和相關資料積累貼合的案例資源，在更新豐富教學案例的同時促進其不斷優化課程教學內容和教學能力。［5］

（三）支持知識重建，促進學生深度學習

案例教學中的主體從教師轉向學生，學生的學習過程由之前的被動變為主動，教學情境的設定也為學生進行深度學習提供了外部條件，拓展了其自主思考、自覺調動知識儲備和補充探索未知知識的學習空間。電氣工程控制系統仿真要運用包括基礎理論、專業知識、軟件工具和跨學科專業知識等，相關的真實案例不是僅限于單個、局部知識點的理解和運用，更在于跨學科知識的深度理解和綜合運用。對于研究生來說雖然其已經具備了自學的能力，但是靈活運用所學知識解決電氣工程控制的應用問題仍然缺乏實踐經驗和相關的訓練。案例的科學分析與設計，拉近了理論到實踐的距離，把相對陌生的應用場景變得生動、具象，學生易于從自己的知識架構中關聯相關掌握的知識，并在教師的引導下有針對性地尋求探索案例蘊含的新知識，進行知識的重建和遷移。

二、案例庫的建設

高質量的教學案例庫是有效開展案例教學的基礎和保證，建設過程更是一個需要不斷完善、更新的系統工程。［6］案例的遴選應考慮工程應用背景下案例的典型性、時效性、啟發性、實用性，并能服務專業學位研究生培養目標，提升學生對知識的探索能力、在實踐中解決復雜工程問題的能力，為將來適應社會發展奠定扎實基礎。

（一）圍繞教學目標建設模塊化、系統化的案例庫

案例選題是確保案例質量的關鍵一環，依托電氣工程行業應用背景，在滿足電力系統運行、控制、優化過程中對研究生工程實踐能力和電氣工程領域和相關行業人才需求的前提下進行選題、收集素材和開發編寫案例。電氣工程相關領域控制技術和仿真技術發展迅速，教材的內容更新和案例庫的建設在一定程度上會滯后于實際現場技術的應用，要把案例、教材和專業培養目標結合成為相互支撐的有機整體。一方面對教學內容應采用系統化、模塊化的原則由淺入深、由易到難、循序漸進地構建基本型案例、鞏固型案例和拓展型案例。案例在層次性、功能性和綜合性上要有區分，特別是一些具有復雜性、系統性、動態性的綜合案例更加能夠突出學生專業知識應用、發散思維拓展、分析解決問題能力。另一方面需要深入現場進行廣泛調研，了解和收集課程內容在生產實踐中的應用，確定典型的電氣工程問題、技術應用難題，精選電氣工程行業前沿熱點問題，引入先進的解決方案、技術手段，擴寬學生視野，使其全面了解電氣控制學科的發展趨勢，激勵在電氣控制系統仿真建模中創新理論研究和方法，進一步提高參與研究的興趣和開展科研的能力。［7］案例庫的構建可以根據教學需要組合成功能不同的案例模塊，例如課程案例庫中新能源發電系統就是一個功能模塊，構建不同能源形式（光伏、風力、生物質）的發電系統的仿真建模，包括系統各個組成模塊的功能、系統的性能分析、新技術的利用等，既有專業知識的關聯性又體現不同的作用，不僅保證了案例教學資源庫內容的系統性，增加了其應用中的靈活性、豐富性。

（二）堅持問題驅動、產教融合的原則開發案例

校企合作、產教融合是目前專業學位研究生培養實踐創新能力的有效途徑，雙方在共同發展、合作共贏的基礎上，在人才、技術、需求方面進行交流、充分利用校企平臺和資源培養創新實踐型人才。很多高校和企業之間都建立了實踐教學基地和多方合作平臺，以及采用“雙師型”培養模式，都為研究生接觸實踐提供了更多的鍛煉機會。將企業在生產實踐中技術難題、需求和高校的研究成果進行對接，實現電力行業現場新技術、新方法的迭代更新和高校科研成果轉化，這都為案例的開發和更新提供了豐富的素材。案例庫建設應該充分處理好知識學習與實踐應用之間的關系，通過問題驅動將現場工程技術的改革方案、措施與學生構建的知識體系建立聯系，改善理論學習與實踐的脫節。［8］在跨單位、院校、專業間進行開發、編寫和應用等方面展開共享與合作可以拓寬研究生學術視野，增進互動，對于研究生后續的課題研究和將來從事相關領域工作都能起到很好的促進作用。

三、案例教學實施

所謂“師者，傳道授業解惑也”，教學過程不僅是教師傳遞知識的過程，更重要的是對學生各種能力的培養以及綜合素質的提升。特別是對于電氣工程相關學科的內容豐富、技術快速發展，應用廣泛深入，借助于案例教學的開展使學生能夠大量學習積累相關專業知識，在增加知識儲備的同時，能夠讓其保持對求知的渴望、對于未解問題的敏銳性和好奇心，真正做到學以致用、融會貫通。在課堂教學環節，教師針對課程特點，精心組織和設計案例教學實踐過程，通過真實案例情境的呈現實現研究生綜合能力的培養，如圖1所示。

結合案例教學的作用和仿真課程的特點，采用以“案例為主線、教師為主導、學生為主體”的思路設計以下教學過程。

（一）師生對案例教學的課前準備工作

課前教師針對課程教學目標精選典型的電氣工程實際應用的教學案例，準備所需課程的專業理論知識、討論的主題和拓展的問題。學生按教師提供的案例材料熟悉案例，提前查閱資料掌握工程領域的應用現狀以及準備討論的內容提綱等，為課上小組進行充分有效的交流、探討、爭辯及團隊協作做準備，以保證課堂教學效果。

（二）案例情境呈現及課堂討論組織

課上進行案例相關核心知識的講授和引入案例工程問題討論的組織。首先介紹案例主題，引導學生了解電氣工程應用專業知識和仿真技術結合所需要的知識，以文字、視頻、網絡資源呈現案例的問題情境，讓學生感悟實踐當中的問題和在實際應用中存在的知識困惑，并通過小組學生間相互啟發、集思廣益、共同協作探究解決遇到的問題。

（三）教師引導課堂研討，引出深層次的問題

師生圍繞案例涉及的內容在輕松、開放的氛圍中進行充分的互動、交流，教師根據課堂研討的情況引導啟發學生進行更為全面的思考，鼓勵學生進行理性的質疑、爭辯，激發進一步探索的興趣，完成新一輪的知識建構和創新思維能力的培養。

（四）反思案例教學效果，改進完善教學過程

教師組織學生反饋對案例教學的認識和看法，鼓勵學生真實表達對案例教學模式的感受和自身學習效能的影響，教師基于整個教學呈現過程，進行多方面總結，并根據學生反饋改進和完善案例教學設計。

教學團隊根據上述案例設計過程針對光伏發電控制系統仿真進行了案例教學實施，課前讓學生針對目前可再生能源利用、光伏發電系統的發展現狀、應用技術等相關材料做充分的查閱，對涉及的相關多學科專業知識進行整理，尤其對案例存在的疑惑、工程應用中的技術難題做好記錄和討論的準備；課上教師首先介紹光伏發電系統案例所用的知識體系，從系統的功能、拓撲結構、采用的算法、控制策略、技術難題讓學生分組進行討論，并結合光伏發電項目講解工程案例，引導學生對光伏發電系統應用過程中的電力系統運行的穩定、優化、故障診斷等一系列其他電氣學科的重要問題進行深入的探究。最后讓學生綜合所學專業知識和工程應用問題，通過構建光伏發電系統仿真模型分析對比不同解決方案形成結論并完成總結報告。在整個案例教學過程中，明顯感受案例教學情境下的學生在運用所學知識解決實際問題的過程中更為積極主動、思維更加開闊，解決問題目標更加明確。無論是在查閱文獻、仿真編程、論文寫作等專業素養方面還是語言表達、邏輯思維、團隊協作等個人能力方面都得到了鍛煉和提升。

四、結語

案例教學是對學生知識、能力、素質綜合訓練和培養的一個過程，需要多方協同和更加專業的團隊、更加完善的實踐教學評價體系為案例教學開展提供支撐。后續教學團隊仍然會通過不懈努力，充分借助各種教學資源，利用現代化信息教學手段持續更新完善案例庫建設和深入案例教學實踐為案例教學的優化和推廣積累經驗。

電氣工程專業課程應用性強，特別是隨著控制技術發展迅速，培養具有扎實理論和高素質創新實踐能力強的人才是未來專業學位研究生發展的趨勢，深入推進電氣工程專業學位研究生課程教學改革，以電氣工程控制系統應用實踐為導向的案例庫建設和案例教學的開展，無疑更能對接行業和社會需求，使學生能夠在將來更好的融入社會勝任相關領域的工作。

參考文獻：

［1］ 周玲. 工程碩士專業學位研究生實踐能力培養體系研究［J］. 長春工程學院學報，2014（04）：113-115.

［2］ 馮曉敏，張新平. 專業學位教學案例庫建設：內涵、價值與要點［J］. 現代大學教育，2020（04）：100-104.

［3］ 鹿帥，李鐸，燕良東，等. 資源與環境專業學位碩士研究生課程教學案例庫建設與教學實踐：以“同位素水文地質學”課程為例［J］. 唐山學院學報，2022，36（06）：102-103.

［4］ 孫軍偉，黃春. 建設研究生課程案例庫，保障高水平應用型人才培養［J］. 中國電力教育，2016（01）：78-81.

［5］ 王應密，張樂平. 全日制工程碩士案例教學資源庫建設探析［J］. 研究生教育，2013（04）：166-171.

［6］ 邵光輝. 專業學位研究生地基處理新技術教學案例庫建設與應用［J］. 教育教學論壇，2019（05）：47-49.

［7］ 楊樂，王正松，何大闊，等. 實踐能力驅動下的工程碩士研究生培養［J］. 印刷與數字媒體技術研究，2024（03）：81-88.

［8］ 劉聰科. 全日制專業學位研究生實踐教學體系研究［D］. 湘潭：湘潭大學，2017.

（責任編輯：陳華康）

基金項目：安徽省教育廳研究生專業學位教學案例庫建設項目“電氣工程專業學位控制系統仿真教學案例”（項目編號：2022 zyxwjxalk095）；安徽省教育廳省級質量工程教材建設項目“電氣工程與自動化控制系統的MATLAB仿真”（項目編號：2022jcjs034）；2023年度安徽省教育廳教學案例庫項目“電氣工程專業學位－電力傳動控制系統教學案例庫”（項目編號：2023zyxwjxalk080）。

作者簡介：石曉艷（1980—），女，碩士，安徽理工大學電氣與信息工程學院副教授，研究方向為自動控制及計算機仿真的教學；顧軍（1978—），男，博士，安徽理工大學電氣與信息工程學院副教授，研究方向為電力電子技術及應用；王賓（1979—），男，碩士，安徽理工大學電氣與信息工程學院副教授，研究方向為電力電子與電力傳動、檢測技術與自動化裝置。