于 颖 李艳东 刘正亮 崔 弘
齐齐哈尔大学计算机与控制工程学院 黑龙江齐齐哈尔 161006
工程教育专业认证是工程教育质量保障制度,是中国高等教育认证的重要组成部分,也是实现工程教育国际互认和工程师资格国际互认的重要基础[1]。工程教育认证核心就是要确认工科专业毕业生达到国际行业认可的既定质量标准要求[2]。电力工业是中国国民经济发展的重要支撑,在建设与发展“新工科”的大背景下,对电气工程及其自动化专业高素质卓越工程人才的专业理论、工程能力和职业素质提出了更新的要求。
根据电气工程及其自动化专业学生的特点,结合本校应用型大学的办学定位,将沉浸式教学法引入“发电厂及变电所电气部分”课程教学过程中,开发设计了“发电厂及变电所电气部分模拟操作系统”。通过模拟操作系统,提升学生学习过程中的感性认知[3],引导学生对课程内容产生兴趣,从而愿意在课内与课外投入更多的时间去学习和钻研,增强学生的学习兴趣和学习的积极性,同时也能提高学生的职业能力[4]。
1 发电厂现有教学方式的不足
“发电厂及变电所电气部分”课程是电气工程专业一门非常重要的专业基础课程,是理解和学习电力系统运行和维护的基础,也是后续专业课的重要基础知识内容。课程内容在国家电网招聘笔试考试中约占总成绩的20%,课程中的“电气主接线”和“配电装置”部分,是国家电网新员工培训和员工考核的重要组成部分,也是电气工程专业学生求职和就业所必须掌握和熟悉的基本技能。
发电厂课程理论教学过程中,基本的教学方法为采用板书与PPT相结合的方式,这种方式大多通过文字与图片的结合展示知识内容,课堂上对主接线各种运行方式以及运行方式的切换、线路故障及保护的切换、设备的结构和动作过程,设备之间的配合运行等知识,缺乏动态的和随机的过程展示。学生往往能够简单掌握教师课堂上讲解的运行方式等基本知识,对于基本知识点的变换内容,往往掌握得不够熟练和深入。学生在课堂上缺少电气设备和电力系统工作状态和工作环境的体验感。板书与PPT相结合的方式往往忽略了对学生感知能力的培养,对职业环境的感性认识的培养薄弱[5],教学与实际能力需求割裂,学生大多数掌握理论知识较多而缺乏实际工作能力。
2 沉浸式教学在课程中的应用
沉浸式教学主要是指在教学过程中,教师要以学生为主体,让学生进入一种特定的场景中学习,将知识融入具体的实际工作情境中,从而提高学生的专注度和理解程度[6]。为了增强学生在学习过程中的感性认知,让学生在课堂学习中有机会能在实际工作环境中更好地体验式学习,以发电厂及变电所电气部分的工作过程为背景,采用C#语言、数据库技术、组态软件等技术相结合,开发设计了“发电厂及变电所电气部分模拟操作系统”,将沉浸体验式教学引入发电厂课程的教学过程中。
“发电厂及变电所电气部分模拟操作系统”可以在课程教学过程中配合教师教学使用,讲解理论知识的同时,采用模拟系统动态地演示设备的动作过程、主接线切换过程、二次系统信号的传递过程等知识,增强学生工作过程与工作环境的体验感,有效提高学生学习的积极性,提升授课质量[7]。也可以课后由学生自己操作,通过教学模拟系统了解自己对课堂学习知识的掌握情况以及掌握相关知识体系的完整程度。针对自己的问题查缺补漏,辅助学生的课后复习,增加了知识的覆盖面和课程容量,使教学活动课上和课下贯穿起来,实现教学时间和教学空间的深度融合[8]。模拟操作系统的登录界面如图1所示,系统功能选择界面如图2所示,倒闸操作模拟如图3所示,500kV变电所主接线模拟如图4所示。
图1 模拟操作系统登录界面
图2 模拟操作系统功能选择界面
图4 500kV变电所主接线模拟界面
“发电厂及变电所电气部分模拟操作系统”配合教材的章节设置,为了督促学生使用和熟悉模拟操作系统,也为了验证模拟操作系统对同学的学习帮助的效果,每完成一个章节的教学工作,会依据“发电厂及变电所电气部分模拟系统”进行阶段性考核,要求同学根据阶段考核题目,屏幕录像操作过程,教师根据学生的操作熟练程度和操作结果给予成绩,计入期末总成绩当中,既能督促学生课后复习巩固课堂知识,也能提高学生对模拟操作系统的熟练程度。
3 沉浸式教学在教学中的效果
基于“发电厂及变电所电气部分模拟操作系统”的沉浸式教学方法引入课程教学当中,经过两年的教学实践,为了验证操作系统对教学效果的影响,对发电厂课程学生期末成绩进行分析,选取2018—2020级三个年级进行对比分析,2018级采用板书与PPT结合的传统教学方式,2019—2020级两个年级将基于“发电厂及变电所电气部分模拟操作系统”的沉浸式教学应用于课程教学中,三个年级分别选取两个班级合计60人的期末考试卷面成绩进行分析,成绩分析对比如图5所示。分析结果表明,2019—2020两级同学的期末成绩在平均成绩和成绩分布上,均有大幅度的提高。另外对模拟操作系统进行问卷调查(两级共268名学生),反馈结果中,认为对课程学习有帮助的占97%(260人),认为对专业的其他课程学习有帮助的占87%(233人),认为对求职有帮助的占76%(120人,此项调查针对2019级同学)。
实践结果表明,基于“发电厂及变电所电气部分模拟操作系统”的沉浸式教学方法,强调学生对知识的理解,注重培养学生的思维能力、创新能力和实践能力的培养,实现了理论教学、沉浸式教学与现场实操的有机融合,有利于提高课堂效率,增强课堂的趣味性,加速了理论到实践的一体化教学,在提高学生的学习兴趣和积极性、增强学生的自主学习能力[9]、培养学生的工程实践能力等方面能起到促进作用,可为工程教育专业认证背景下教学模式改革提供有力支持[10]。
