新工科背景下电气类课程教学方法改革探索——以架空输电线路设计为例

尹伟华 林海立 涂成恩 陈云志

（1.邵阳学院电气工程学院，湖南 邵阳422000；2.北京世纪百合科技有限公司，北京100091）

1 背景

第四次工业革命风起潮涌，新冠肺炎疫情席卷全球，大国博弈加剧演变，当今世界正身处百年未有之大变局，其叠加效应影响下的深度和广度，前所未见[1]，这对新时代工程科技人才的培养提出了新的更高要求，高等工程教育是工业领域在高等教育中的映射，面临新的历史机遇和严峻挑战。站在历史的十字路口，高校教师、电力行业企业应勇于使命担当，深挖产教融合协同育人模式，创新教学方法。新工科建设的扎实推进，是培养复合型卓越工程科技人才的新路径，是适应新时代发展的新要求。邵阳学院（以下简称“我校4”）电气工程及其自动化专业的工程教育认证工作已经通过前面两轮自评，目前正处于认证专家入校现场考查前的关键阶段。切实提升我校架空输电线路设计课程的教学水平和质量，对于我校培养高素质应用型新工科人才具有重要作用。

2 O B E教学模式

OBE（Outcomes-Based Engineering Education）是以成果产出为导向的工程教育人才培养模式。OBE教育模式紧紧围绕明确的人才培养目标开展教学活动，注重培养的成果和效益，注重对成果达成的评价，其实施的关键有：（1）学生在学习过程中主体地位的体现，学生是学习第一要素；（2）教师角色的切换，教师应从传统的“严师”转化为学生学习过程的引导者、协助者、合作者；（3）要有过程评价、成果评价且不断优化调整教学策略、方法，闭环运行机制。

3 传统教学方法之主要弊端

传统的教学方法主要有以下弊端：

（1）以“教”为中心，学生参与程度低，有悖于现代教育以人为本的时代要求，有悖于新工科以学生发展为中心的理念要求，无法满足“网络原生居民”大学生的个性化需求，无法满足新工科综合型、高素质人才培养的根本要求。

（2）以课件为第一资源，忽视现代优质资源的课程导入，深陷课程“信息孤岛”危机，无力调动学生的学习热情和参与积极性，无法满足信息化数字化时代对生动、高效、共享型教育资源的要求。

（3）以课堂为主要学习场景，忽视了学习场景时空的折叠性，无法满足探究式学习中自主问题分析、问题解决的个性化诉求，忽视了在电力工业快速转型升级的新业态下，架空输电线路工程设计专业知识领域跨多学科的宽广性和相互深度交叉融合的复杂性特征[2]。

（4）以教师为中心，教师成“演员”，学生变“观众”，“观众”欣赏“演员”的“表演”，却忽视了教学活动中应有的思想火花碰撞、智慧感悟启迪。教与学严重失衡。架空输电线路设计课程教学新模式如图1所示。

图1 架空输电线路设计课程教学新模式

4 架空输电线路设计课程教学方法改革探索

基于OBE理念的线上线下混合式教学，是以学生的综合素养和全面发展为目标的新型教学模式，是教学模式朝深度学习范式螺旋递进升级的有效路径，注重问题导向，注重情境建立，注重知识迁移，注重教学方法优化，注重形成性评价，注重“全过程”人才培养。新工科背景下基于OBE理念的课程教学方法模型如图2所示。

图2 新工科背景下基于OBE理念的课程教学方法模型

4.1 数字化、信息化教学平台的应用

教育部原部长陈宝生强调要改革传统的教学方式，应把培养人才的高超水平和熟练运用现代技术方法的能力作为对教师素质要求的标尺，广泛开展多种形式的教学[3]。

数字化、信息化教育技术在疫情时代日趋成熟，“停课不停学”“线下”“线上”全面切换成为现实。架空输电线路设计课程教学新方法，应深入挖掘钉钉、腾讯课堂、学习通等数字化、信息化教学软件在同步、异步教学当中的突出优势。开展架空输电线路设计课程教学改革、探索与实践，探索数字化、信息化技术与课程的全面深度融合，突破教学中的时空桎梏，展现知识的“演化逻辑”，切实解决知识要素与工程实践、教学、科研相互脱节的现象。

百合输电线路数字化设计平台融合了地理信息、数字化协同、三维建模等技术，是数字化新一代输电线路设计平台。平台以三维GIS数字地球为工程设计和管理窗口，数字化重构了航测数据、电网专题数据、工程测量数据和地物建模、路径优化、杆塔建模、杆塔内力分析、金具组装、电气设计和基础设计等专业功能，实现了设计过程可视化、设计信息一体化、设计成果数字化。为学生的数字化应用能力建设开辟了新路径，响应电网企业的“数字新基建”号召[4]。

4.2 课堂教学翻转化

课前自主学习，将基础性理论知识前置，让学生能够从“心”预备，为主动建构式学习做好心理准备；打破传统课堂的时空囹圄，重构课程运行机制，腾出更多课堂时间，激活课堂学习氛围，激发了学生的学习兴趣，让学生能够从“心”参与，为探究式学习做好要素储备，提高学习效率；突破传统教师的角色焦虑，重构教师角色，以学生学习的辅助者、引导者、合作者身份，让学生能够从“心”体验，愉悦感知，为深度学习做好情感价值引领，润物般激发学生的发散性思维。在实施过程中影响其效果的关键环节有：

教师要精心设置课程资源，“好马配好鞍”，为课程目标匹配合适的教学内容，从而激发学生兴趣、提高学生参与度、提升学习效果，达到人才培养的目标，是高校教师的使命担当。主要以问题化+情境化、三维化+可视化、科学化+趣味化、脉络化+地图化等方式为切入点，反向设计、优化课程资源，充分展示架空输电线路设计课程的魅力，提高人才培养效益，激发学生的学习热情，为应用型高素质新工科人才培养开辟新路径、创造新方法。

学生要突出在学习过程中的主体地位，进一步明确课程目标，积极参与互动与协作，激发对输电线路专业领域知识学习的兴趣，强化信息意识，强化知识的迁移性，培养自主学习能力和探究能力，从而提高课堂效率。

真正打破传统课堂中教师“自编”“自导”“自演”的窘境，教师变身“导演”，学生变身“演员”，从机制上盘活架空输电线路设计课程教学全过程。

4.3 实验教学模块化

以架空输电线路工程设计知识应用能力培养为核心，依托北京百合输电线路设计系统+信息化教学平台，围绕解决输电线路工程实际问题，加强理论与实践相结，开展以“三性”实验为主的实验项目探索改革，各实验模块既相互独立，又关联统一，完成应用能力内化，破除传统实验“重结果、轻过程”的弊端，丰富和充实邵阳学院“五大模块”实践教学体系内涵。

4.4 实践教学项目化

以架空输电线路工程设计实践能力培养为核心，产教融合，校企双方以共建真实工程实践为环境，培养学生的工程实践应用能力，是闭环新工科人才培养的有效途径。

依托北京百合输电线路设计系统+信息化教学平台，将电气工程师岗位标准与培养目标相融合，将输电线路设计过程与教学项目相融合，将百合输电线路设计系统技术推广与人才培养相融合，让学生在实际工程项目中钻研历练，逐步构建知识体系，锻炼技术技能，激活发散思维，综合能力快速成长升级，并自我肯定，获得成就感，促使教育+培训+创新创业协同化实施，最终实现学生“个性化、数字化、信息化、职业化全面和谐发展”，立体化提升人才培养质量。

5 结语

本课程改革旨在通过课堂教学翻转化、实验教学模块化和实践教学项目化等途径，对新工科理念下架空输电线路工程人才培养的教学方法改革进行探索，力求突破教学机制瓶颈，营造“个性化、数字化、信息化、职业化全面和谐发展”的教学模式。为培养适应电力工业快速转型升级背景下，多学科深度交叉融合的高素质综合型工程技术人才不断探索和优化。