“电力系统分析”线上+线下混合式教学模式的探索与实践

李佳佳 殷军光 朱更辉 孙炳海

摘 要：《电力系统分析》是电气工程及其自动化专业的核心课程，本文通过分析传统授课中存在的问题，以“中国大学生MOOC”网络教学平台为抓手，通过重整教学资源、改革教学方式和变革考核形式，探索出了一套实用的线上+线下混合式的教学模式。同时，课程组成员坚持将“立德树人”理念贯穿至课程讲授的全过程，达到了全过程、全方位育人的目的。通过对学生调研，发现本文所提出的线上+线下混合式教学模式能较好地满足新时代“金课”的建设标准，符合新一代青年的学习要求。

关键词：电力系统分析;课程改革;线上+线下混合式教学模式;“金课”

一、绪论

2018年6月，教育部部长陈宝生在新时代全国高等学校本科教育工作会议上明确指出，要对当代大学生合理“增负”，让课程难度合理增加、课程深度得到拓展、课程可选择性增强，激发学生的学习动力和专业志趣，号召全国教师努力打造“金课”、消灭“水课”。“金课”的建设标准应满足“高阶性”“创新性”和“挑战度”。《电力系统分析》作为电气工程及其自动化专业的专业核心课程，具有理论与实践并重的特点，主要讲授电力系统建模方法、潮流计算、短路计算、最优化运行及电力系统稳定性等知识。该课程共计4学分，64学时，其中理论讲授64，实验0学时，为培养学生的工程实践能力，另外设2周的课程设计。根据本课程的课程属性，结合“金课”的建设标准，依托“学习通”网络平台，课程团队摸索出了一套基于电力系统课程的线上+线下混合式教学的改革模式，以期对工科专业的课程建设起到借鉴作用。

二、“电力系统分析”传统教学中存在的问题

对于全国大部分高校，“电力系统分析”课程开设于大三下学期，学生前期已经学习了《高等数学》《大学物理》《电路》《电机学》等专业基础课程，对建模方法、电磁原理、电路分析等有一定的基础。但通过调研发现，65.73%左右的学生仅能够做到在课堂上听懂教师讲授，在课下独立分析问题时仍感到茫然。课程组教师通过对学生学情进行分析发现，具体的原因有如下两个方面：

（一）课程内容知识点较多，需要学生有较强的学习能力

“电力系统分析”课程有较强的理论性，知识点繁多且琐碎，主要可概括为三类。其一，数学模型的建立，如电力线路、变压器和电力网络数学模型的建立。其二，大量的公式推导和理论计算，如电力系统潮流计算，电力系统频率/电压调整和优化，电力系统短路计算等。其三，运行状况分析，如电力系统稳定性分析（静稳定性和动稳定性），同步发电机稳态分析和发生短路故障时的磁场分析等。大部分学生对所学知识的消化能力仅停留在简单的记忆、理解和掌握，理论联系实际的能力不足。比如：学生很容易理解电力系统的基本概念及运行要求，但若需同学们结合实际用电案例去提取课程相关的知识点，学生仍觉得困惑，感觉无从下手。同时，本课程需要多学科、多课程交叉运用，而学生对多课程之间的融会贯通，前后课程的衔接能力仍需进一步提高。比如：“电力系统潮流计算”是对建模后的电力网进行功率和电压的分析，虽然学生在《电路》课程中已学习过交、直流电路的分析方法，但涉及将该方法运用到电力系统数学模型的分析中，学生仍感觉困难重重;尤其是“计算机法潮流计算”，需要学生具有扎实的数学基础，对于部分基础较差的同学，达到“能听懂”的目标亦是难事。

（二）传统的授课模式不能满足新形势下的授课要求

传统的教学模式坚持“以教师为中心”，以“教”为主要原则。然而随着全国教育大会的召开，为丰富学生的“第二课堂”，新修订的人才培养方案中，课程学时普遍压缩，若仍采用传统授课模式，繁重的教学任务使得教师在课堂上仅传授知识，“填鸭式”地进行授课，而忽略了对学生综合运用能力的培养。此外，新一代的青年具有更为独立的思考能力、更强的认知能力，传统的授课方式不能满足新的学情。再者，随着线上授课资源的增多，学生有更为灵活的学习方法，传统的授课方式不能吸引学生的注意力，使得授课效果较差。

三、《电力系统分析》线上+线下混合式教学模式的探索

为全面落实全国教育大会精神，结合工程教育认证的12条毕业要求，以“金课”的建设标准为目标，“电力系统分析”课程建立了线上+线下的混合式教学模式，利用“超星学习通”和“中国大学MOOC”网络平台，从教学资源、教学方法和考核方式三个方面进行改革，具体如下：

（一）重整教学资源，力求高阶

教学资源是课程建设是核心，教学资源的高阶性是奠定“金课”的基础。本课程的教学资源改革具体如下：

1.教学资源体现前瞻性

结合电力系统的发展前言，将最新的知识融入课程资源中，如特（超）高压交/直流输电、能源互联网、泛在电力物联网等，同时運行先进的信息技术，重新改进授课PPT，使其更能吸引学生。

2.教学资源体现多学科交叉

重整教学资源时要注重不同课程的交叉内容，要注重哲学思想在工科课程中的运用，要注重对学生融会贯通能力的培养，同时将具体的工程案例融入课程资源中，帮助学生提取复杂工程问题中的电力元素。比如：交叉内容：电力电子技术与电力系统（新能源发电、无功功率发生器、虚拟同步发电机等）、电机学与电力系统（同步发电机、变压器、异步电动机负荷等）、工程电磁场与电力系统（发生短路故障时同步发电机的短路电流分析）、电路与电力系统（电力系统数学模型中电参量的计算和分析）等。哲学思想：矛盾的普遍性和特殊性（电力系统的运行要求、无功负荷的最优补偿）、抽象和具体（电力网络数学模型的建立方法）等。具体的工程案例（工厂供配电，火神山医院的供配电设计，PSASP仿真案例等）。通过将不同知识融入到课程教学资源中，使该课程更立体化，帮助学生完成从理论知识—实践能力—人文素养的升华。

3.教学资源线上运行

课程组成员录制课程知识点视频和典型例题讲解视频，组建课程习题库，上传至“中国大学MOOC”网络教学平台，学生可在课外观看视频，查阅课程资料，自学和复习教学内容，为“电力系统分析“课程线上+线下混合式教学模式的开展奠定基础。

（二）升华教学方式，追逐创新

本课程探索的混合式教学模式将传统的“以教师为主”转变为“以学生为主”“以教为主”转变为“以导为主”。牢牢把控课前、课中、课后三个教学环节，具体的改革过程如下：

1.课前预习，培养学生自学能力

教师课前发布课程预习内容、预习要求和与知识点相关的讨论话题，并提前在网络平台上传对应的视频资源和授课内容讲义（PPT、教案、教学设计等），促使学生自学。根据预习内容的不同，实施的教学方式也略有不同。有些章节概念性的知识点比较多（如：电力系统基本概念、电力系统无功平衡和优化等），需要学生理解与记忆，教师会同时发放随堂测试，以检验学生的学习效果;有时也要求学生根据自己对知识点的把控，自行出题。有些章节推导计算类的知识点比较多（如：电力系统潮流计算、短路计算等），教师会对学生进行分组，要求学生课下分组讨论，并将梳理的公式及总结的计算技巧以“组”为单位反馈给教师，以帮助教师了解学情。有些章节主要是分析类的知识点（如电力系统稳定性分析、电力系统改善潮流的方法等），教师会要求学生搜集一些相关的生活实例，不同分组间交叉分享、分析这些例子，并以小论文的形式做出分析总结。学生在自学过程中，也可将自己的困惑发布到网络平台“讨论区”或者是课程的QQ群，由教师和其他同学帮忙解答，增强师—生交流和生—生交流。具体的课程环节实施如下图：

2.课中教学，实现全方位育人

课堂上，教师有选择地使用提问法、引入法、翻转课堂法等进行授课，主要讲授章节重、难点，并解决学生自学和巩固过程中遇到的问题。有些知识点涉及工程案例，则以引入法为主;有些知识点理论性较强，需要较强的逻辑性，则以教师讲授为主。有些知识点涉及不同课程的交叉内容，则以引导学生思考为主。以电力系统中枢点调压为例将一节课（90分钟、2课时）规划如下：前10～20分钟，梳理知识点，解决学生自学中存在的问题;中间30～80分钟，教师讲授中枢点的概念、中枢点电压曲线的编制方法、中枢点的调压方式以及电力系统的电压调整措施。后10分钟，学生分组讨论，针对课堂讲授内容绘制思维导图。课堂授课主要是教会学生学习方法和学习思路，教师线下授课时所采用的“中国大学生MOOC”中的慕课堂功能，可以记录学生在课堂上的表现，并根据教师所设置的课堂环节权重，给予评分。

此外，教师坚持把“立德树人”作为课堂授课的中心环节，通过添加思政元素，实现全过程、全方位育人。根据所讲授知识点的不同，教师会有选择性的加入国家电网的前沿知识，国家标志性的电力网络架构和发电工程，宣传电力工程师的优秀事迹，达到弘扬正能量，弘扬社会主义核心价值观的目的。同时，将习总书记提出的“绿水青山就是金山银山”这一思想贯彻至课程的全部知识点中，提倡同学们用发展的眼光去看待电力系统中的“节能减排”问题。另外，通过讲解电力系统的具体分析方法，引入哲学的基本原理，帮助学生客观的看待世界，建立科学合理的评价体系，从而具有正确的世界观、价值观和人生观。通过本课程的讲授，一方面培养学生具有扎实的理论知识，严谨的科学研究精神和创新思维，另一方面使学生具有人文素养，德智体美劳全面发展。

3.课后巩固，强化学生综合能力

为了巩固学生的理论知识，锻炼学生整合知识的能力，课后作业涵盖基础题、综合计算题、思维导图、课程总结等题型，学生利用网络平台提交作业，开展形式多样，或分组完成、或个人讲解，学生时刻充满新鲜感，提高了学生的作业完成率。

（三）变革课程考核模式，强化挑战

传统的考核模式更加注重结果，主要通过期末试卷对学生进行知识点掌握情况的考查，考核理念比较陈旧，对过程的重视和占比不够。因此，线上+线下混合式的考核模式要更多地注重学生过程性的考核，注重学生自学能力的培养，注重学生发现问题、解决问题能力的培养，要合理分配课程学习过程中各个环节的占比，重点支撑课程对学生能力掌握的考核，特别是有挑战度的课程知识的考核。本课程考核形式是平时成绩（50%）+期末成绩（50%），其中平时成绩包含出勤（5%）、课程互动（10%）、线上作业（20%）、单元测试（20%）和线下自学情况（45%）等。课程互动包含课堂讨论、提问等;线下自学情况涵盖课前预习、开放性课题讨论等。平时成绩数据来源于“中国大学生MOOC”网络平台对学生学习情况的记录。

四、线上+线下混合式教学的实施效果

“电力系统分析”线上+线下混合式教学模式，着力改革了课程的教学内容和整体设计，充分发挥了线上网络平台的优势，达到了“金课”创新性、教学形式先进性和互动性、学习结果探究性和个性化的要求，提高了学生的学习兴趣，培养了学生的高阶能力。通过发放课程调查问卷，98.73%的学生满意本课程的授课方式;95.65%的学生认为本课程的学习提高了对本专业的认识和兴趣;99.23%的学生认为本课程的线上资源丰富，能够满足线下自学、预习和巩固复习;90.73%的学生认为本课程线上和线下结合紧密，希望将本课程的教学模式运用于其他课程的讲授中。

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基金：河南省教學改革研究与实践项目（2019SJGLX418）;河南城建学院教学改革研究与实践项目（J2019102）全国大学生创新创业训练计划（202011765007）

作者简介：李佳佳（1990— ），女，河南平顶山人，硕士，讲师，研究方向：电力系统及其自动化。