基于“工程思維和學習能力培養”的 ES MES教學實踐

摘要：本文以大類招生的背景下“發電廠變電站電氣部分”課程為例，秉承“教師為主導，學生為主體”的教育理念，提出了ESMES教學模型。該模型以樹立工程思維（E，EngineeringThinking）和培養自主學習能力（S，StudyAbility）為目標，結合多組合學習（M，Multilearning）、多元評價（E，Evaluate）、總結改進（S，Summary）三個環節推行課程改革，構建師生學習共同體。實施改革以來，學生的積極主動性和自信心得到了明顯增強。

關鍵詞：大類招生；工程思維；課程改革

隨著我國教育現代化進程的加速，國務院和教育部多次發布有關深化高等教育綜合改革的文件，強調培養創新型、復合型人才的必要性。很多高校采用大類招生，通過一年的通識教育和大類基礎課程學習，給予學生充分的時間去了解各個專業，再根據個人興趣、學習表現等進行專業選擇，從而提升學生的學習主動性和適應性。我校2020開始將電氣工程及其自動化、智能電網信息工程、電氣工程與智能控制三個專業實行電氣大類招生，電氣工程及其自動化是學校的首批本科專業、省級一流本科專業、河北省應用型轉型示范專業，積淀較深厚。智能電網信息工程和電氣工程與智能控制專業是融合電氣工程、信息技術與自動化控制的綜合性學科專業，建設年限較短，尚處在發展階段，專業建設經驗還不足，社會影響力還不大。

“發電廠變電站電氣部分”課程是電氣類專業的核心專業課程，開設于第五學期，共40學時。通過該課程的學習，學生能描述發電廠變電站一次設備作用與結構、主接線形式、配電裝置類型；具有變電站電氣主接線、配電裝置、設備選型初步設計能力，培養工程思維和素質，為今后從事電氣運行、設計及工程管理打下良好的基礎。在大類招生的背景下，結合課程特點和教學資源，課程團隊提出了ESMES教學創新理念。基于教學內容、教學方法、教學環境、思政建設、考評方式等方面開展創新實踐，并充分融入了人工智能、虛擬仿真等現代化技術，實現線上、線下、理論、實踐、虛擬、現實的有機融合，全面打造一流本科課程。

一、課程存在的問題與改進措施

為了有針對性地進行教學改革，我們認真分析本課程的學情和課程現狀，總結出以下幾個“痛點”問題，并提出了應對策略。

（1）學生學習主動性不高，習慣于被動學習。我校為應用技術型本科院校，學生高考分數不高，缺乏自信心，習慣于傳統的灌輸式學習，缺乏自主學習、思辨和獨立思考能力。部分學生忙于國家電網入職考試和研究生考試等，對課堂學習的主動性和積極性不高，只重視課本知識學習，而忽視工程意識和實踐能力的培養。針對這個問題，課程組采用混合式教學，明確課前、課中、課后的教學任務，并融合翻轉課堂、項目驅動、案例教學等教學方法，引導學生全方位參與教學。

（2）師生交流較少，重視知識傳授，缺乏整體工程思維的培養。以往課程目標集中在知識點的覆蓋和理論講解上，學生大多處于被動接受的狀態，雙方缺乏深層次互動；課程設計中缺少系統的實踐與應用環節的訓練，使得學生在面對實際問題時，無法將所學知識靈活應用。針對以上問題，本文提出了以實際工程問題為導向，建立案例庫，將工程實例引入課堂，邀請工程技術人員現場指導、現場教學，并增設工程能力綜合訓練，通過案例教學、分析討論、實操等，對學生進行綜合實踐能力培養。

（3）思政體系的構建有待完善。在教學中嘗試融入思政元素，但內容較為單一，缺乏課程思政系統化設計，無法真正內化核心理念，育人效果大打折扣。為此，團隊提出“四維度，八要素”課程思政導向圖，建立思政元素庫，細化思政案例，潤物無聲地對學生進行思想價值引領。

（4）課程評價方式單一，重結果輕過程。過于注重期末考試成績，而忽視了學生在學習過程中的進步、參與度和技能提升，導致學生也將重點放在最終成績，而不重視學習過程中的體驗和成長。為此，將過程性考核和期末考試的成績占比進行了調整，并細化了過程性考核的評分，明確了課前、課中、課后各項任務的成績占比，并對期末考試進行改革，從傳統的閉卷考試改為開卷、閉卷結合的形式，豐富考試題型，增設與工程實際相關的案例分析題，引導學生理論聯系實際，活學活用。

二、ESMES創新探索與實踐

針對課程改革存在的真實問題，課程團隊整理、歸納解決方案，并提出了ESMES教學創新理念，以樹立工程思維和培養自主學習能力為目標，結合多組合學習、多元評價、總結改進三個環節推行課程改革。ESMES模式構建圖如下圖所示。

圍繞該教學模式，本文主要從以下六個方面進行了改革創新與探索。

（一）重構教學內容，挖掘教學深度

緊扣人才培養與課程目標，融合新工科理念，引入前沿技術、真實案例及思政元素，重構教學內容為電氣工程基礎、電氣設備等，又增加了綜合訓練模塊，并優化線上線下學時分配。圍繞各模塊深掘內容，構建思維導圖，清晰梳理課程脈絡。采用動畫、視頻、網絡資源，結合工程案例與技術前沿，拓寬視野。融入思政教育，引導學生價值觀。拓展知識，鼓勵學生自主查閱資料、討論，提升解決問題能力。

（二）革新教學方法，激發學生熱情

結合不同教學模塊的內容特點和教學條件，采用多組合教學方法。

（1）“互聯網+教學”，自建數字化資源與公開資源相結合。將真實場景和案例引入課堂，拉近課堂與現場的距離，形成多樣化教學。

（2）現場教學，仿真實操相結合。邀請工程技術人員現場指導，真情實境下開展教學，使學生感受到實際操作的復雜性和嚴謹性，規范學生操作，提高工程意識和職業素養。

（3）項目驅動教學。通過專項項目驅動訓練，鍛煉學生對復雜問題的分析能力，培養學生電氣一次系統設計能力，提高工程思維。

（4）啟發式、討論式教學，引導學生實現自主學習、合作學習、探究學習。

本文采用了漸進式手段進行教學改革，實現從內容到形式的徹底革新。為改變學生被動學習的模式，課程的改變需要從轉變其思想入手逐漸推行。教學轉變分為思想轉變、行為轉變、習慣轉變三階段。

第一階段是思想的轉變，教師在課上拋出有一定深度的引導性問題，學生圍繞問題討論，教師參與討論并適時點評。通過師生、生生互動，拉近距離，增強學生自信心，激發其發表觀點的熱情。以“電氣主接線”部分為例，在講解線路停電操作時，教師引出問題“為什么停電要先斷負荷側隔離”，由于該問題較難，將其細化為“如果斷路器確實斷開了會怎么樣？沒有真正斷開，又會怎么樣”。學生有針對性地進行討論，得出結論。經過教師提問→學生討論→學生總結發言→教師點評、學生互評的模式，大大提高了學生的參與度和教學效果。

第二階段是行為的轉變。在課前將課程內容分成若干主題并分配給各組學生，提供多種課前資源，學生根據自主學習和小組討論，得出解決思路，對重點知識以小組方式進行匯報，教師做提問、補充和點評，同學之間互相評價打分。將更多的自主權交給學生并引入評分機制，實現了學生由被動學習向主動學習的轉變。

第三階段是習慣的轉變，在學生習慣了前面的“討論—分享”模式后，根據教師布置的線下拓展題目自主展開討論與探索。例如，在講解斷路器結構時，布置線下擴展題目，學生通過查閱論文、公眾號、網頁的資料進行問題探索，了解我國斷路器制造技術的現狀，逐步培養學生自主學習、積極思考的習慣。

以上三個階段充分尊重了學生的發展規律，不一味強調“改”，也不強迫學生改，整個過程中以教師為主導，以學生為主體。教師根據學生的適應程度適時調整改革的階段方案，同時兼顧類比教學法、問題教學法、啟發教學法等多種教學手段，理論聯系實際，構建師生學習共同體。

（三）創設多方環境，打通線上線下

充分利用信息化教學手段，打造線上線下、課內課外一體化的混合式教學模式。

課前，發布雨課堂預習報告，并進行智慧課程平臺、網站、MOOC、網絡視頻等資源的推送。學生帶著任務進行線上學習，并回答問題，有些內容將不在課堂中講解。例如，在講解主接線和配電裝置時，教師利用仿真實訓室的變電站虛擬場景錄制微課并上傳至B站，學生觀看視頻并發送彈幕。

課中，借助雨課堂、動畫視頻、MOOC等資源將變電站真實場景引入課堂，將工程案例與教學內容相結合。教學中著重化解重點、難點問題，例如，在講解成套配電裝置時，部分授課內容在電力培訓中心進行現場講解，結合學生在變電站、學校配電室的參觀學習，使學生有更深入的了解。

課后，借助雨課堂發布復習報告。學生利用百度文庫等查找資料，進行問題探討并完成課程復習報告。借助雨課堂討論區進行課程的反饋和提問。

（四）深挖思政主題，隱性顯性結合

本課程理論性和工程實踐性都非常強，結合教學內容和特點，認真分析課程思政的主要元素，提出了“四維度，八要素”課程思政導向圖，從工程意識、職業素質、科學精神、家國情懷四個維度入手，進一步從辯證思維、敬畏職業、愛國報國、探索求是等八個要素深入挖掘課程思政案例，并建立課程思政案例庫，將課程思政設計系統化、規范化。認真進行思政教學設計，包括切入點和切入方式的設計，添加與之對應的PPT內容，編寫講稿并提前演練，確保思政教學過程能夠自然地進行，將隱性教育與顯性教育相結合、課內育人和課外育人相結合，潤物細無聲地對學生進行思想和價值引導，對學生的人格培養和塑造起到了積極促進作用。

（五）理論聯系實際，樹立工程意識

為引導學生理論聯系實際，樹立工程意識，主要從以下幾方面入手。

（1）開展案例教學，例如，在講解主接線設備配置時，將實際工程中的案例引入課堂，引導學生結合實際工程圖紙進行分析，將課本上條文規定與規程規范的使用場景緊密結合。

（2）在實驗實訓室進行現場教學，例如講解電氣設備、高低壓開關柜的結構、使用及配電裝置等部分內容。

（3）利用外出實習的機會，參觀變電站和電氣設備制造廠家，將課本知識與工程現場緊密結合。

（4）充分利用學校仿真資源，將課本中著墨不多的電氣設備運行和維護部分以錄制微課的形式展現，使學生了解實際工作的復雜性和嚴謹性，啟發學生認識到課本與實際之間的區別與聯系。

（5）以實際工程為例，對學生進行主接線選擇、設備的選型、配電裝置初步設計等綜合能力訓練。鍛煉學生查閱分析相關的規程規范及參考資料、計算、設計的能力。

（6）邀請校外行業企業專家進校進行現場實踐教學指導。規范了實踐教學操作，培養了學生職業能力和素養。

（六）豐富考評方式，過程結果并重

采用多元考核方式對成績進行綜合評定，總評成績=平時成績×40%+期末筆試成績×60%。其中，平時成績的評定包括線上數據、小組評價、作業、實操、綜合實踐共同構成，分別占總成績的10%、5%、5%、5%和15%。期末考試以開卷、閉卷結合的方式進行，各占50分。

三、教學創新效果與應用

提出ESMES創新模式以來，“發電廠變電站電氣部分”課程已初步形成了獨具特色的知識體系。經過三個周期的實踐，學生線上討論參與率逐步提高，積極完成教師布置的各項作業，有效地解決了師生交流不充分、考評方式單一等問題。通過課程滿意度等數據統計，學生對于改革較為滿意。此外，學生對于知識的掌握和自信心有了明顯提高，學習態度逐漸轉變，積極參與“互聯網+”“挑戰杯”等競賽，取得了優異成績。同時，課程教學質量的提升也推動了高質量就業，大量畢業生與大中型國有企業簽訂就業協議，行業認可度和影響力較高。近三年，考取國家電網的學生數目逐步提升。課程組申報省教改課題5項，發表教改論文7篇，教學競賽獲獎10余項，教學能力得到了顯著提升。該模式也已推廣至電氣類其他專業課程，實現了資源共享。此外，推廣至兄弟院校，獲得了積極的用課反饋。

結語

本文分析總結了大類招生背景下，“發電廠變電站電氣部分”課程的ESMES教學創新實踐。針對課程改革存在的真實問題進行了深入剖析，并從重構教學內容、革新教學方法、創設多方環境、融入課程思政等六個方面展開介紹了改革實施的具體路徑。通過實施ESMES模式，學生的學習積極性和自信心得到了提升，教學質量明顯改善，就業質量也得到了顯著提高。未來，將繼續深入探索線上線下混合式教學模式，借助人工智能、知識圖譜等技術，不斷創新開拓。

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基金項目：2022年度河北省高等教育教學改革研究與實踐項目“電氣大類招生下專業融合及特色發展的研究與實踐”（2021GJJG400）；河北省應用技術大學研究會課題，課程思政融入案例式教學的研究與實踐——以“發電廠變電站電氣部分”課程為例（JY2024140）

作者簡介：路文梅（1965—），女，漢族，河北南宮人，研究生，教授，研究方向：電氣工程及其相關教學。