以能力培养为导向的电气安全工程课程 教学改革与实践

张雷林 石必明 钟 珍

（安徽理工大学 能源与安全学院，安徽 淮南 232001）

1 课程改革的目标

高等院校安全工程专业开设电气安全工程课程的目的主要有两方面：一方面研究各类电气事故，即研究电气事故发生原因、特点、规律和防护措施；另一方面研究利用电气知识解决各种安全生产问题，即研究运用电气监测、电气检查和电气控制的方法来评价系统的安全性或解决生产中的安全问题[1]。该课程着重培养学生3个层次的能力：首先是基础知识能力，它是培养学生电气安全素养的基础；其次是电气应用和电气安全管理能力，它是利用电气知识解决安全问题和具备电气安全管理工作的能力；最后是自主创新能力，它是在具备电气安全素养和电气应用、电气安全管理能力基础上的进一步强化提升。为了提高学生的电气安全专业技能，培养学生的分析和解决问题能力，电气安全工程课程教学有必要改“知识传授为导向”为“能力培养为导向”[2]，综合运用多元化的教学模式，在知识、技能传授的基础上，最大限度地发挥课程潜能，实现育人的目的。

基于此，电气安全工程课程的教学改革目标为：以实际工程为背景，以工程技术为主线，以能力培养为核心，综合运用多元化教学模式，着力培养学生的电气安全工程意识、电气安全工程素质和电气安全工程实践能力、自主创新能力与自我学习能力。

2 课程改革的思路与策略

2.1 以能力培养为导向的课程体系构建

随着科学技术的飞速发展，社会电气化程度不断提高，电气安全问题无处不在。据统计，2018年，全国共发生电气伤亡事故40起，造成41人死亡、3人重伤，给国家造成了巨大的经济损失。因此，在高等院校的安全工程专业中开设电气安全工程课程十分有必要。该课程是以电子电工学、工程技术学、电磁学、系统管理学等课程为基础，涉及电工技术、检测技术、控制技术、电磁技术和安全管理等相关的综合性专业技术，属于安全工程与电气工程的交叉技术领域，涉及多门学科基础知识，是一门综合性很强的课程。课程内容主要来源于工程实践，强调将理论应用于实际并指导实践，是一门实践性很强的课程。因此，电气安全工程课程体系的构建必须凸显“面向工程应用、突出专业实践、着眼创新能力”的特点[3]，并且做到将电气安全素养和应用技术能力的培养贯穿于本科教育始终，实现四年不间断。

课程体系构建的指导思想是根据我校安全工程专业现有的基础和条件，坚持“以行业需求设课程，以岗位需求练技能”的理念，对课程体系进行改革与创新。具体而言，根据我校安全工程专业对学生应用电气知识解决安全问题和具备电气安全管理工作能力的要求，确定与能力要求相对应的知识结构，构建基于能力培养为导向的电气安全工程课程体系。

电气安全工程课程体系分为3个部分，如下图。第一部分为电气安全基础理论，通过对该部分内容学习达到培养学生电气安全素养和提高电气应用能力的目标。第二部分为电气应用与安全管理，该部分内容为重点，通过该部分课程达到培养学生运用电气知识解决安全问题以及具备从事电气安全管理工作能力的目标。第三部分为实践教学课程，创新意识和创新能力培养，通过该课程达到培养学生利用电气知识解决专业问题和研究创新能力的目标。通过上述内容的学习，使学生深入理解电气安全的基本理论，具备理论联系实际，能够运用相关理论分析电气事故，查明原因，提出相应防护措施和解决问题的能力。

图 电气安全工程课程体系图Fig. The course system of electrical safety engineering course

2.2 “电气安全基础理论”部分的课程教学改革

电气安全工程课程作为一门全国高校安全工程专业本科规划课程。2015年起，安徽理工大学从教学方法、学习模式和作业方式等方面对电气基础理论部分进行了全面改革。

（1）教学方法改革。

电气安全基础理论部分主要介绍工业企业供配电的基本知识，讲述电气事故概要、触电事故的类型及分布规律，论述电流对人体的作用。该部分课程主要采用“章节引入法+案例分析法”的教学模式。即在讲授前，列举出与本章节课程有关的工程应用案例，提出案例中涉及的专业问题并给出解决这些问题的基本方法，以及涉及到的基本专业知识。使学生明确本节课的重点、难点以及学习目标。通过该部分学习有意识地培养学生对电气安全工程的学习兴趣和良好的学习习惯。

（2）多元化的学习模式。

多元化是相对于单一来说的，包括多元化教学方式、多元化课堂教学以及多元化教学资源等。传统的学习模式为“教师讲授，学生被动学习”。多元化学习模式打破传统的单一讲授法，多种学习模式共同使用，打破仅在课堂中学习的模式，让学生走出课堂步入实践。多元化学习模式，适应学生的个性特征，给学生充分的发挥空间，张扬学生个性，拓展学生思维，在实践操作中锻炼学生的能力。

（3）改变作业方式。

改变传统的作业方式，多联系实际，不再局限于书本知识，将作业多样化，贴近实际，将书本知识应用到日常生活中，达到学以致用的目的。例如课后作业可布置学生拍摄一些电气安全事故（或隐患）的照片或录像，并运用所学知识解释其原理。通过该方式，任课老师经过几年的教学实践，也得以积累大量电气安全素材，使课件更贴近生活。与此同时又培养了学生自主学习能力和动手能力。

通过“电气安全基础”部分的课程教学改革，达到了如下目标：激发了学生学习该课程的兴趣；充分发挥教师的主导作用，全方位、高质量、多层次的引导学生主动参与、自主学习。在保证教学质量的重要前提下，使学生的电气安全素养和自主学习能力得到较好的培养和提升。

2.3 “电气应用与安全管理”部分的课程建立

“电气应用与安全管理”部分为电气安全工程课程体系的重点核心部分。根据全国安全工程教学指导委员会安全工程专业课程设置体系的指导意见，结合我校安全工程学科的特色（专业方向分为矿山通风与安全、安全技术与管理两个方向），兼顾其他行业领域，确定了直接接触电击防护、间接接触电击防护、兼防直接接触电击和间接接触电击的防护措施、电气线路安全、电气设备安全、电气防火防爆、雷电防护、静电防护和电气安全管理等9个章节为主要学习内容，其知识结构涉及通用防触电技术、电气线路和电气设备安全技术、电气防火防爆、雷电和静电安全以及电气安全管理等5个方面。每章节的知识结构均包括基础知识、基本理论、基本技能和相关工程技术等，以此来确定课程的教学内容。

2.4 实践教学体系的构建

实践教学是电气安全工程课程的重要组成部分。以高级应用型专门人才培养为目标，构建以工程实践和技术应用能力培养为核心的实践教学体系，增强学生对电气安全知识的了解和认知，扩宽学生视野，巩固专业理论知识，提高学生综合实践能力[4]。减少演示性、验证性、重复性实验，开设跨专业、跨学科的综合性、设计性、探索性大实验[5]，努力体现学生对实验方案、实验过程的思考和设计，使学生毕业后从事相关行业具备运用所学知识与技术解决专业问题的能力。

对应电气安全工程课程体系的3个部分，同时结合我校安全工程专业特色，构建了一套涵盖课程单项性实验、课程综合性实验和跨课程综合性实验等3个层次的实践教学体系（课程单项性实验和课程综合性实验为实验教学课、跨课程综合性实验为课程设计）。第一层次为基本技能层，它是以基本原理验证为代表的基础实验，如电气设备绝缘电阻和吸收比测试实验。第二层次为综合实践能力层，它是以综合性、设计性实验为代表进行专业性综合应用能力的培养，如低压电气设置及故障状态排查实验、中性线绝缘系统低压漏电保护实验等。第三层次为创新能力层，它是以跨课程综合性大实验为代表的创新能力层，如建筑物及施工现场的电气安全设计、煤矿采区变电所供电系统设计等。

依照电气安全课程3部分的改革特点，设计本课程总学时长为40学时，其中电气安全基础理论部分10学时，电气应用与安全管理部分20学时，实践教学10学时；设计考核模式为“期末考试+课堂汇报+课后作业+创新实践”四位一体的考查标准，其中期末考试成绩占总成绩的40%，课堂汇报占比20%，课后作业占比15%，创新实践占比25%。

2.5 多元化教学模式的应用

为了充分体现教育以学生为本，更好地激发学生自主学习的主动性和积极性，提高学生电气安全素养，有必要探索以能力为导向、与专业相融合的多元化教学模式。

（1）分组合作式教学模式。

为了提高教学质量，让学生最大限度地参与到教学过程中，组织学生开展分组合作式学习，以增强学生的团队协作能力和个人创新能力。具体根据班级人数，将全班分为8-10小组（3-4人一组），每小组确定1名组长，组长负责将老师布置的研究课题进行分解。课程学习过程中，结合学习进度、学习内容和学习目标，全组共同收集、整理相关资料，完成开题报告、阶段性报告；课程结束后，提交总结报告，并制作PPT进行课题演讲。

（2）任务驱动式教学模式。

这种教学模式是在总体学习目标的框架下，将总目标细分为一个个小目标，并把每一个学习模块细化为一个容易掌握的“小任务”。在教学过程中，围绕任务展开学习，以任务的完成结果检验和总结学习过程等，通过改变学生的学习状态，达到掌握学习内容，提高专业技能的目的[6]。

（3）案例式教学模式。

案例式教学模式比较多，如描述性案例、课题型案例、主体型案例和综合型案例等，这些模式各有优缺点。在教学过程中如何应用案例教学，可由授课老师根据具体情况灵活把握，既可以用来引出要讲解的知识点，也可以用来讲述理论知识的应用[7]。另外，精选的案例要求生动、形象并贴近生活。

（4）概念图式教学模式。

在每章节教学完成后，从提高思维记忆质量和效率出发，要求教师绘制涵盖本章节知识点的概念图。采用概念图进行学习，使所学知识模块形象化、结构化、可视化和清晰化，帮助学生更好地整合、记忆、理解、归纳、演绎和优化知识。与此同时，概念图非常有利于开发学生的空间智能，对安全工程专业人才培养也十分有利。

通过灵活运用多元化教学模式，有效地激发学生的学习兴趣，培养学生的自主学习能力和团队协作能力[8]。同时对学生掌握如何应用电气知识解决安全问题，培养电气安全素养起到十分重要的作用。

2.6 多元化教学资源平台的建设

多元化教学资源平台集成了基于网络环境的在线学习系统、在线答疑系统和智能测评系统等，包括教学资源（教材、案例、视频、图片和课件等）的上传下载、视频学习、网上答疑、在线讨论、在线测评等模块。通过教学平台可以将电气安全工程课程体系中所有的学习资源集中在一起，为教师和学生提供一个教与学的网络互动平台，以在线方式为教师提供在线辅导和网络答疑服务，为学生提供自主学习、在线讨论、课程测试和综合测评环境[2]，实现网上教、学、练、考、评等功能。学生进入教学平台后，按照个人需要选择想要学习的系列课程，学生可以一边学习课程内容，一边与老师或同学在线讨论重点和难点。学习完成后，可以进入作业智能测评系统，以检验学习效果。作业智能测评系统包括试题库管理模块、试卷生成模块、测试模拟和评阅分析模块等。测试完成后，及时为学生反馈成绩，包括详细的答案解析，有助于学生的错误纠正。

自2015年课程改革以来，2016-2018年安徽理工大学安全工程专业学生在电气安全工程课程期末考试过程中，一次性通过率分别为92.2%、97.0%和100%。从中可以看出通过率在逐年提高，尤其2018年课程测试中，通过率为100%，见下表。由此，说明了我校“以能力培养为导向的电气安全工程课程改革”效果显著。同时，通过电气安全工程课程的教学改革，提高了学生的自主学习能力和个人创新能力，3年来累计获得省部级以上电气类科技作品竞赛一等奖12项、二等奖38项、三等奖40项，取得了不俗成绩。

表 近3年来我校电气安全课程学生成绩统计表Tab. The statistical table of student's grade in past three years

3 结论

《电气安全工程》作为安全工程专业的一门核心课程，是该领域技术人员知识结构中必不可少的重要组成部分，也是体现安全工程专业工学属性的一项工程学专业技术。笔者结合讲授该课程时的教学体会，对电气安全基础理论、电气应用与安全管理以及实践教学体系等部分分别进行了改革和构建；并提出了多元化的教学模式以及建设了多元化的教学资源平台。通过这些方法改革，有效地激发学生的学习兴趣，显著地提高了教学效果。