能源与动力工程专业学位课程的案例教学设计与实践

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　　摘要：案例教学是专业学位教育中促进理论与实践融合的重要途径。本文以能源与动力工程专业“机组与设备测试与诊断”课程为例，针对教学过程中存在的案例数量短缺、案例选择普适性不强等问题，提出了对接行业需求、共享科研成果、拓宽教师团队的案例研制思路，并形成了完整的案例建设与评价体系。教学实践表明自主研制的案例教学可以有效提高学生对知识点的理论理解能力，培养学生的创新思维和批判学习能力。
　　关键词：案例教学；能源与动力工程；机组与设备测试与诊断
　　中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2019）33-0134-03
　　案例教学是一种以案例为教学主要元素实现知识传递的教学方法，通过启发式教学和探究式学习相结合，可以有效提高学生的知识吸收和情境决策能力。由于这种方法在教学情境构建、师生互动等方面的显著优势，被广泛地应用于法学、医学、公共管理学科的教学过程中。20世纪90年代，我国专业学位教育引入案例教学法，掀起了一阵教学改革的热潮。案例教学被认为是“推进专业学位教学改革的重要途径”“推动专业学位研究生培养模式改革的重要手段”，不仅可以大大增加学生知识获取的信息量，而且能够有效调动学生的学习主动性，同时在案例教学的独立研究和交互讨论过程中，学生的创新思维、语言表达、团队合作能力都能得到有效的锻炼和提高。
　　2013年，工商管理、公共管理、会计、教育、法律、医学六个教指委开始大力推广案例教学，截至目前，税务、出版、兽医、工程管理、汉语国际教育、体育、风景园林、国际商务等教指委也加入了案例教学改革的队伍。但是就能源与动力工程相关专业而言，还停留在工程造价、水利工程测量等部分课程的教学尝试阶段，系统性的、针对性的教学应用未见报道。即便是已有报道的课程案例教学也多为在课堂讲授中举些实例作为理论佐证，或者由实例来引出所要讲述的问题，教学环节中缺乏完整系统的案例文本，也未形成课前分发案例文本、课间开展研讨与分析的教学模式，都不能真正定位为案例教学。为此，本文以能源与动力工程专业“机组与设备测试与诊断”课程为例，针对实际教学过程中存在的案例数量短缺、案例选择普适性不强等问题，提出了对接行业需求、共享科研成果、拓宽教师团队的案例研制思路，并形成了完整的案例建设与评价体系。
　　一、案例教学的设计原则
　　“机组与设备测试与诊断”课程案例教学应以具体工程案例为基础，立足对接行业需求、共享科研成果、拓宽教师团队的建设理念，引导学生发现问题、分析问题、解决问题，从而巩固基础理论、解决实际问题、提高解决问题的能力。
　　案例应具有代表性，能够对接水电领域机组与设备测试与诊断的行业需求，体现状态监测、故障诊断、系统研发等重点问题，应对研究生就业后开展职业生涯和进一步深造学习具有启发性和引领性，难度适宜、大小合适；案例来源于理论研究、工程实践和产品研发等不同渠道，符合客观实际，数据真实有效，涉及个人隐私或企业秘密时应征得同意，隐去保密信息；案例不仅适合在能源与动力工程专业课程教学中应用，还可在相关专业范围内共享；定期开展教学实践，评价案例教学效果并提出改进措施。
　　案例课程应以视频案例、文字案例等多种形式进行呈现，其中视频案例可选择录屏形式、手写讲解、出境讲解、实景讲授、动画演示、对话式讲解、访谈等呈现形式，构建数字化案例资源平台，网络共享整个案例与附件资源。
　　二、案例选择及编制
　　1.教学案例的选择。根据上述案例教学的设计原则，本着注重理论与实践结合、典型与普适结合的建设思路，“机组与设备测试与诊断”课程共选择了几个案例，分别为《桐柏及仙居稳定性检测诊断及能量特性研究》《叙利亚迪什林电站转轮动应力测试》《国家电网水电机组全景信息建模及开放式监测平台》《水口水电站故障案例分析》《三峡水电站传感器选择与布置》《华科同安TN8000状态监测系统应用》《非平稳信号处理在水电机组状态监测与故障诊断中的应用》《水电机组测试与诊断中的人工智能方法》和《三峡左岸电站VGS机组稳定性试验》。
　　2.教学案例的编制。每个教学案例都由案例封面、案例正文、案例教学指导书和附件（视频、文字等材料）组成。案例正文具备两种叙述方式，一种为对教学案例从头到尾进行叙述，如《水口水电站故障案例分析》，包括水电站基本背景、故障发现及导致后果情况、故障诊断具体过程（含测试数据、信号处理方法、模式识别方法）、案例可应用的场景等；另一种为将多个具有共同特性的事件集中到一起形成案例，如《非平稳信号处理在水电机组状态监测与故障诊斷中的应用》，通过非平稳信号处理技术从傅里叶变换、小波变换、经验模态分解到局域均值分解的演进过程，通过多个水电站信号处理与分析案例的串联，强化学生对于水电站机组和设备测试信号分析的教学内容。
　　案例教学指导书是为教师提供教学时的指导性参考材料。说明中包括案例教学目标、教学内容、教学提问设计及时间安排、延伸讨论内容及参考文献等内容。以《三峡左岸电站VGS机组稳定性试验》案例为例，安排4个课时，每课时45分钟。教学设计步骤如下：（1）课前计划。安排学生阅读案例及相关参考资料，熟悉整个案例，对案例中提出的问题进行思考。（2）课中计划。介绍教学目的，明确讨论主题；分组讨论问题，整合意见，组织发言；小组代表发言，提出解决措施，并对其他小组意见进行评述。（3）课后计划。布置学生课后进一步细化了解稳定性试验及运行区域划分方法，并结合具体电站现有分析结构，提出改进思路。
　　学生需要提前思考并课上交互讨论的问题包括：（1）水电站振动、摆度、水压脉动的评价标准如何确定？是否存在普适性？（2）水力机组运行区域划分方法对指导机组运行有何帮助？现有划分方法是否存在不当之处？（3）三峡电站出现的高负荷振动带是否有其他个案？你对该区域的产生机理深入研究有什么建议？
　　三、案例教学的实践应用 　　1.案例教学视频制作。案例的呈现方式多种多样，除了常规的文字、图片、动画等方式外，教学视频是一种更为新颖、表现力强的传播媒介，也更加契合“机组与设备测试与诊断”课程实践性强、工程色彩浓厚的特点。案例视频可以呈现更加丰富的内容，真实的案例场景再现，有效地解决了学生由于工程经验不足导致的教学效果不佳，同时在普及推广案例教学方面也具有不可替代的优势。本课程在案例教学视频制作环节中也针对性地节选了其中3个案例进行拍摄，分别是《三峡水电站传感器选择与布置》《华科同安TN8000状态监测系统应用》和《桐柏及仙居稳定性检测诊断及能量特性研究》，力求全面覆盖水电机组状态监测与故障诊断的关键实践环节。
　　2.案例教学的评价标准。为更好地促进案例教学，完善案例教学课程设计，本课程也建立了相应的案例教学评价标准：（1）案例符合教学需要，涉及知识点可覆盖机组与设备的信号采集、信号分析、故障机理、故障诊断系统等主要教学内容。（2）案例具备多角度、普遍性特色，能够涵盖常规水电、抽水蓄能电站、泵站中主要机组与设备的典型故障和市场占有份额较高的状态监测与故障诊断产品。（3）案例响应工程实践需求，对电站运行中需求最多的稳定性试验、能量性能试验和空化空蚀试验项目进行系统介绍。为了提高教学效果，还定期召开教学研讨会，邀请资深教师进行课堂监督与考评；开展学生评教等调研活动，及时向任课教师反馈学生对教学效果的意见与建议；设置多渠道的网络留言通道，集中来自各方面的课程学习人员对教学案例和教学资源的意见，根据教学反馈及时更新教学内容，调整案例文案与呈现方式。
　　3.案例教学的教学方法。学生需求是案例教学的基本出发点，在教学过程中为更好地实现案例教学的目标，需要采用多元化的教学方法。案例教学与传统教学最大的区别就在于，案例教学不仅仅是告诉学生正确的答案和方法，而是重在引导，通过案例帮助学生了解分析问题的思路，解决问题的理论和方法，提出针对性的对策和措施。在整个教学过程中，师生间的良性互动是案例教学成功与否的关键。为此，“机组与设备测试与诊断”课程案例教学主要采取了以下做法来加强师生的“双向”交流：（1）采用研究、创新调研式教学、交流式教学等全新教学方式，实现面向应用的多元教学方式。（2）设计相对简单、实战型的教学案例，帮助學生通过亲身参与来迅速有效地理解特定的场景。（3）对于部分教学案例，将学生分为正反两方进行学术讨论，采用角色扮演的教学方法使学生在掌握知识要点之余，培养学术批判精神，锻炼语言表达能力。
　　4.案例教学的师资队伍。师资队伍是教学活动开展的灵魂和核心。案例教学师资队伍的建设更是课程成功开展的关键。对于“机组与设备测试与诊断”课程而言，师资队伍不仅要能够选择合适的案例、收集案例资料，还要灵活地应用各种教学方法来提高教学效果。这就要求教师既具备丰富的教学经验，又具有较强的科研攻关能力和社会实践能力。这对教师队伍的培养也提出了更高的要求。根据目前的教学现状，这种“双师型”的师资数量较少，在教师培养方面任重而道远。现阶段可采取两种方法解决这个困境：（1）分工合作制，安排科研攻关能力强、社会影响力大的教师完成教学案例的编制工作，安排教学经验丰富、时间相对充裕的教师完成课堂教学与网络答疑环节。（2）外来合作制，邀请相关研究领域的兄弟院校、科研院所的校友或合作伙伴等充当课程校外导师，不仅可以丰富课程案例的获取途径，还为后期开展实习、课题研究等其他形式的课程教学提供了便利。目前本课程已邀请了国网新源技术中心、国网湖南省电力公司电力科学研究院的校外专家参与课程建设。同时，对于学生而言，要建立案例共享的意识，在大学就读阶段，他们是案例的“学习者”，等到工作以后，他们是案例的“生产者”，鼓励学生分享工作过程中遇到的各种问题，使学生变成一个取之不竭的具有真实性和丰富性的案例来源群体。当然，课程师资队伍的培养与建设是解决“双师型”师资队伍短缺的根本途径，需要持之以恒、长期建设。
　　四、结语
　　机组与设备测试与诊断是工程性较强的一门课程，需要学习者通过大量的实践与应用逐渐培养。案例教学“重实践、重互动、重能力”的教学特点正好契合该课程的教学需求。在教学过程中，课程以案例教学为主要形式，设计编制了十个典型的体现水电机组状态监测与故障诊断领域核心实践环节的教学案例，并构建了案例教学网络平台，共享了教学视频、教学案例等资源。通过案例教学，有效激发了学生志趣，推动了学习方式的变革，培养了学生的科学精神、创造性思维和实践创新能力，营造了创新人才培养的良好环境。在案例编制和课程教学实践中，依托学校水利特色和学科优势，将社会资源、科研成果转化为课程建设资源，为能源与动力工程专业学位的人才培养提供了更为广阔的发展空间，形成了鲜明的水利人才培养特色。
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