案例教学在电气工程控制系统仿真课程中的探索与实践

摘" 要：随着专业学位研究生培养规模的不断扩大和国家对培养实践创新型复合人才需求的变化，如何深化推进培养模式改革和创新教学方法，提升研究生培养质量成为目前高等教育的重要内容。案例教学倡导以学生为主体，凸显问题情境，激发学生探索欲和创新思维，增强学生综合实践能力，为专业学位研究生人才培养增加内生驱动力。文章在电气工程专业课程控制系统仿真课程中开展案例教学实践，通过引入电气工程领域真实案例，以开放、互动、启发式的教学模式实现研究生实践导向和强化能力培养的专业学位课程教学模式探索与实践，旨在提高学生面对复杂系统工程问题的综合实践能力。

关键词：专业学位研究生；案例教学；知识重建；综合实践能力；电气工程

中图分类号：G642" " 文献标识码：A" " 文章编号：1673-7164（2024）35-0118-04

随着社会经济的快速发展和产业结构的深化改革，国家对高水平、复合型应用人才的需求越来越大，高等教育中的研究生培养也逐步从学术型向专业型转变。作为目前研究生培养体系当中重要的组成部分，专业学位研究生教育旨在培养具备扎实专业理论知识、较强解决实际工程问题，适应不同专业领域或行业需求的应用型专门高级人才。［1］结合当前高校专业学位人才培养质量的迫切要求，教育部就研究生培养出台相关文件，明确指出专业学位研究生教育要从创新思维和创新实践能力的培养入手，通过加强教学案例库建设和案例教学实践，切实推动高校人才培养在教学理念和方法的创新改革。［2］案例教学引导学生通过真实案例问题情境的呈现进行独立思考，提高学生探索、分析、解决问题的自主能力，是研究生课程教学改革的重要尝试。［3］

电气控制系统仿真是电气工程专业研究生的一门专业选修课，课程涉及多个学科内容交叉，融合了控制理论、信息技术、电力电子技术、电力系统分析、电机传动等多门课程内容，借助数学方法和计算机仿真技术，研究各种控制策略、算法和技术在电气工程实践中的应用。［4］课程具有很强的理论性、实践性与工程性，需要教师具备较为丰富的工程知识。传统的教学模式以教师讲授为主，教学过程中学生参与度不够，主动学习和探索的求知欲受到限制，思维比较固化，在知识获取和能力培养方面无法很好地衔接。文章针对案例教学在电气控制系统仿真课程的作用，提出通过课程案例库建设和案例教学实践的设计，探索多学科融合背景下的课程案例设计和实施，不仅激发了学生积极自主探索问题的动力，而且有效锻炼和提高了学生的创新思维和综合应用实践能力。

一、案例教学的意义

案例教学法自提出以来越来越受欢迎，成为目前高等教育推动系列人才培养模式改革，实现理论到实践应用的有效途径。电气工程控制系统的仿真内容包括电气系统的建模与分析、仿真与实验的验证，软硬件的设计，科学的分析与优化等，既需要学生掌握电气控制学科的理论知识，又需要应用相关理论解决电气工程实际控制问题的能力。随着专业学位研究生实践能力培养越来越受到重视，在课程教学中授课教师已经开始有意识地尝试通过科研项目驱动、工程案例探讨的教学方法，积极开发教学案例融入课程教学实践，通过实践证明案例教学在电气控制系统仿真课程中的开展有利于培养学生的工程实践能力，能更好地实现从专业知识到实际应用的转化。

（一）改变传统教学模式，增强学生综合实践能力

单一、“灌输式”的传统教学模式下，教师侧重于理论讲授，学生只是被动地接受专业知识，缺乏灵活、全面互动的交流，缺乏工程实践中的相关知识，跨学科知识的综合运用能力相对薄弱。

电气工程专业课程内容相对抽象、晦涩难懂，研究生虽然具备了一定的专业基础理论知识和综合学习的能力，由于理论知识学习与实践应用之间没能做到有效的融合，缺乏深入探索深层知识的积极性，遇到实际问题就会显得手足无措。在案例教学中，工程应用和生产实践的电气控制工程实践问题以真实案例的形式呈现，通过对真实案例进行具体分析，激发学生主动探索、挖掘案例蕴含的理论知识和技术应用，有助于拓宽学生的知识面和工程视野，进一步提高学生的综合应用能力，为其未来的发展创造更多的机会和空间。

（二）采编高质量教学案例，提升教师教学水平

案例质量是影响案例教学的关键因素，收集、开发、编写优质的案例是进行案例教学的前提。案例教学过程中不仅要融入新的教育理念，更要将新的研究成果和技术应用呈现在课堂教学中，这对教师提出了新的挑战，需要不断积累教学经验和提升案例教学实践能力，增强案例教学的目的性和有效性。

在日常的课堂教学中，教师所举的电气应用实例通常比较零散、相关知识不够系统和完整，更多是取决于教师本身的知识面和教学科研经历，有的甚至都已经被现场应用所淘汰，脱离实践。案例教学则要求任课教师要善于利用更加广阔的渠道、多元的信息化手段扩充教学案例资源，优选最典型的电气工程类教学案例来支撑教学目标。在教学实践中，一方面教师不仅须具有丰富的本专业及相关交叉学科领域的知识和工程应用知识，还要具备丰富的教学经验，以组织课堂教学环节、掌控课堂节奏，从多角度、多层面调动学生对案例问题进行探讨、争辩、总结；另一方面任课教师需要亲自躬身实践去企业实地调研、访谈、交流合作，结合电气行业的应用背景和相关资料积累贴合的案例资源，在更新丰富教学案例的同时促进其不断优化课程教学内容和教学能力。［5］

（三）支持知识重建，促进学生深度学习

案例教学中的主体从教师转向学生，学生的学习过程由之前的被动变为主动，教学情境的设定也为学生进行深度学习提供了外部条件，拓展了其自主思考、自觉调动知识储备和补充探索未知知识的学习空间。电气工程控制系统仿真要运用包括基础理论、专业知识、软件工具和跨学科专业知识等，相关的真实案例不是仅限于单个、局部知识点的理解和运用，更在于跨学科知识的深度理解和综合运用。对于研究生来说虽然其已经具备了自学的能力，但是灵活运用所学知识解决电气工程控制的应用问题仍然缺乏实践经验和相关的训练。案例的科学分析与设计，拉近了理论到实践的距离，把相对陌生的应用场景变得生动、具象，学生易于从自己的知识架构中关联相关掌握的知识，并在教师的引导下有针对性地寻求探索案例蕴含的新知识，进行知识的重建和迁移。

二、案例库的建设

高质量的教学案例库是有效开展案例教学的基础和保证，建设过程更是一个需要不断完善、更新的系统工程。［6］案例的遴选应考虑工程应用背景下案例的典型性、时效性、启发性、实用性，并能服务专业学位研究生培养目标，提升学生对知识的探索能力、在实践中解决复杂工程问题的能力，为将来适应社会发展奠定扎实基础。

（一）围绕教学目标建设模块化、系统化的案例库

案例选题是确保案例质量的关键一环，依托电气工程行业应用背景，在满足电力系统运行、控制、优化过程中对研究生工程实践能力和电气工程领域和相关行业人才需求的前提下进行选题、收集素材和开发编写案例。电气工程相关领域控制技术和仿真技术发展迅速，教材的内容更新和案例库的建设在一定程度上会滞后于实际现场技术的应用，要把案例、教材和专业培养目标结合成为相互支撑的有机整体。一方面对教学内容应采用系统化、模块化的原则由浅入深、由易到难、循序渐进地构建基本型案例、巩固型案例和拓展型案例。案例在层次性、功能性和综合性上要有区分，特别是一些具有复杂性、系统性、动态性的综合案例更加能够突出学生专业知识应用、发散思维拓展、分析解决问题能力。另一方面需要深入现场进行广泛调研，了解和收集课程内容在生产实践中的应用，确定典型的电气工程问题、技术应用难题，精选电气工程行业前沿热点问题，引入先进的解决方案、技术手段，扩宽学生视野，使其全面了解电气控制学科的发展趋势，激励在电气控制系统仿真建模中创新理论研究和方法，进一步提高参与研究的兴趣和开展科研的能力。［7］案例库的构建可以根据教学需要组合成功能不同的案例模块，例如课程案例库中新能源发电系统就是一个功能模块，构建不同能源形式（光伏、风力、生物质）的发电系统的仿真建模，包括系统各个组成模块的功能、系统的性能分析、新技术的利用等，既有专业知识的关联性又体现不同的作用，不仅保证了案例教学资源库内容的系统性，增加了其应用中的灵活性、丰富性。

（二）坚持问题驱动、产教融合的原则开发案例

校企合作、产教融合是目前专业学位研究生培养实践创新能力的有效途径，双方在共同发展、合作共赢的基础上，在人才、技术、需求方面进行交流、充分利用校企平台和资源培养创新实践型人才。很多高校和企业之间都建立了实践教学基地和多方合作平台，以及采用“双师型”培养模式，都为研究生接触实践提供了更多的锻炼机会。将企业在生产实践中技术难题、需求和高校的研究成果进行对接，实现电力行业现场新技术、新方法的迭代更新和高校科研成果转化，这都为案例的开发和更新提供了丰富的素材。案例库建设应该充分处理好知识学习与实践应用之间的关系，通过问题驱动将现场工程技术的改革方案、措施与学生构建的知识体系建立联系，改善理论学习与实践的脱节。［8］在跨单位、院校、专业间进行开发、编写和应用等方面展开共享与合作可以拓宽研究生学术视野，增进互动，对于研究生后续的课题研究和将来从事相关领域工作都能起到很好的促进作用。

三、案例教学实施

所谓“师者，传道授业解惑也”，教学过程不仅是教师传递知识的过程，更重要的是对学生各种能力的培养以及综合素质的提升。特别是对于电气工程相关学科的内容丰富、技术快速发展，应用广泛深入，借助于案例教学的开展使学生能够大量学习积累相关专业知识，在增加知识储备的同时，能够让其保持对求知的渴望、对于未解问题的敏锐性和好奇心，真正做到学以致用、融会贯通。在课堂教学环节，教师针对课程特点，精心组织和设计案例教学实践过程，通过真实案例情境的呈现实现研究生综合能力的培养，如图1所示。

结合案例教学的作用和仿真课程的特点，采用以“案例为主线、教师为主导、学生为主体”的思路设计以下教学过程。

（一）师生对案例教学的课前准备工作

课前教师针对课程教学目标精选典型的电气工程实际应用的教学案例，准备所需课程的专业理论知识、讨论的主题和拓展的问题。学生按教师提供的案例材料熟悉案例，提前查阅资料掌握工程领域的应用现状以及准备讨论的内容提纲等，为课上小组进行充分有效的交流、探讨、争辩及团队协作做准备，以保证课堂教学效果。

（二）案例情境呈现及课堂讨论组织

课上进行案例相关核心知识的讲授和引入案例工程问题讨论的组织。首先介绍案例主题，引导学生了解电气工程应用专业知识和仿真技术结合所需要的知识，以文字、视频、网络资源呈现案例的问题情境，让学生感悟实践当中的问题和在实际应用中存在的知识困惑，并通过小组学生间相互启发、集思广益、共同协作探究解决遇到的问题。

（三）教师引导课堂研讨，引出深层次的问题

师生围绕案例涉及的内容在轻松、开放的氛围中进行充分的互动、交流，教师根据课堂研讨的情况引导启发学生进行更为全面的思考，鼓励学生进行理性的质疑、争辩，激发进一步探索的兴趣，完成新一轮的知识建构和创新思维能力的培养。

（四）反思案例教学效果，改进完善教学过程

教师组织学生反馈对案例教学的认识和看法，鼓励学生真实表达对案例教学模式的感受和自身学习效能的影响，教师基于整个教学呈现过程，进行多方面总结，并根据学生反馈改进和完善案例教学设计。

教学团队根据上述案例设计过程针对光伏发电控制系统仿真进行了案例教学实施，课前让学生针对目前可再生能源利用、光伏发电系统的发展现状、应用技术等相关材料做充分的查阅，对涉及的相关多学科专业知识进行整理，尤其对案例存在的疑惑、工程应用中的技术难题做好记录和讨论的准备；课上教师首先介绍光伏发电系统案例所用的知识体系，从系统的功能、拓扑结构、采用的算法、控制策略、技术难题让学生分组进行讨论，并结合光伏发电项目讲解工程案例，引导学生对光伏发电系统应用过程中的电力系统运行的稳定、优化、故障诊断等一系列其他电气学科的重要问题进行深入的探究。最后让学生综合所学专业知识和工程应用问题，通过构建光伏发电系统仿真模型分析对比不同解决方案形成结论并完成总结报告。在整个案例教学过程中，明显感受案例教学情境下的学生在运用所学知识解决实际问题的过程中更为积极主动、思维更加开阔，解决问题目标更加明确。无论是在查阅文献、仿真编程、论文写作等专业素养方面还是语言表达、逻辑思维、团队协作等个人能力方面都得到了锻炼和提升。

四、结语

案例教学是对学生知识、能力、素质综合训练和培养的一个过程，需要多方协同和更加专业的团队、更加完善的实践教学评价体系为案例教学开展提供支撑。后续教学团队仍然会通过不懈努力，充分借助各种教学资源，利用现代化信息教学手段持续更新完善案例库建设和深入案例教学实践为案例教学的优化和推广积累经验。

电气工程专业课程应用性强，特别是随着控制技术发展迅速，培养具有扎实理论和高素质创新实践能力强的人才是未来专业学位研究生发展的趋势，深入推进电气工程专业学位研究生课程教学改革，以电气工程控制系统应用实践为导向的案例库建设和案例教学的开展，无疑更能对接行业和社会需求，使学生能够在将来更好的融入社会胜任相关领域的工作。

参考文献：

［1］ 周玲. 工程硕士专业学位研究生实践能力培养体系研究［J］. 长春工程学院学报，2014（04）：113-115.

［2］ 冯晓敏，张新平. 专业学位教学案例库建设：内涵、价值与要点［J］. 现代大学教育，2020（04）：100-104.

［3］ 鹿帅，李铎，燕良东，等. 资源与环境专业学位硕士研究生课程教学案例库建设与教学实践：以“同位素水文地质学”课程为例［J］. 唐山学院学报，2022，36（06）：102-103.

［4］ 孙军伟，黄春. 建设研究生课程案例库，保障高水平应用型人才培养［J］. 中国电力教育，2016（01）：78-81.

［5］ 王应密，张乐平. 全日制工程硕士案例教学资源库建设探析［J］. 研究生教育，2013（04）：166-171.

［6］ 邵光辉. 专业学位研究生地基处理新技术教学案例库建设与应用［J］. 教育教学论坛，2019（05）：47-49.

［7］ 杨乐，王正松，何大阔，等. 实践能力驱动下的工程硕士研究生培养［J］. 印刷与数字媒体技术研究，2024（03）：81-88.

［8］ 刘聪科. 全日制专业学位研究生实践教学体系研究［D］. 湘潭：湘潭大学，2017.

（责任编辑：陈华康）

基金项目：安徽省教育厅研究生专业学位教学案例库建设项目“电气工程专业学位控制系统仿真教学案例”（项目编号：2022 zyxwjxalk095）；安徽省教育厅省级质量工程教材建设项目“电气工程与自动化控制系统的MATLAB仿真”（项目编号：2022jcjs034）；2023年度安徽省教育厅教学案例库项目“电气工程专业学位－电力传动控制系统教学案例库”（项目编号：2023zyxwjxalk080）。

作者简介：石晓艳（1980—），女，硕士，安徽理工大学电气与信息工程学院副教授，研究方向为自动控制及计算机仿真的教学；顾军（1978—），男，博士，安徽理工大学电气与信息工程学院副教授，研究方向为电力电子技术及应用；王宾（1979—），男，硕士，安徽理工大学电气与信息工程学院副教授，研究方向为电力电子与电力传动、检测技术与自动化装置。