基于“工程思维和学习能力培养”的 ES MES教学实践

摘要：本文以大类招生的背景下“发电厂变电站电气部分”课程为例，秉承“教师为主导，学生为主体”的教育理念，提出了ESMES教学模型。该模型以树立工程思维（E，EngineeringThinking）和培养自主学习能力（S，StudyAbility）为目标，结合多组合学习（M，Multilearning）、多元评价（E，Evaluate）、总结改进（S，Summary）三个环节推行课程改革，构建师生学习共同体。实施改革以来，学生的积极主动性和自信心得到了明显增强。

关键词：大类招生；工程思维；课程改革

随着我国教育现代化进程的加速，国务院和教育部多次发布有关深化高等教育综合改革的文件，强调培养创新型、复合型人才的必要性。很多高校采用大类招生，通过一年的通识教育和大类基础课程学习，给予学生充分的时间去了解各个专业，再根据个人兴趣、学习表现等进行专业选择，从而提升学生的学习主动性和适应性。我校2020开始将电气工程及其自动化、智能电网信息工程、电气工程与智能控制三个专业实行电气大类招生，电气工程及其自动化是学校的首批本科专业、省级一流本科专业、河北省应用型转型示范专业，积淀较深厚。智能电网信息工程和电气工程与智能控制专业是融合电气工程、信息技术与自动化控制的综合性学科专业，建设年限较短，尚处在发展阶段，专业建设经验还不足，社会影响力还不大。

“发电厂变电站电气部分”课程是电气类专业的核心专业课程，开设于第五学期，共40学时。通过该课程的学习，学生能描述发电厂变电站一次设备作用与结构、主接线形式、配电装置类型；具有变电站电气主接线、配电装置、设备选型初步设计能力，培养工程思维和素质，为今后从事电气运行、设计及工程管理打下良好的基础。在大类招生的背景下，结合课程特点和教学资源，课程团队提出了ESMES教学创新理念。基于教学内容、教学方法、教学环境、思政建设、考评方式等方面开展创新实践，并充分融入了人工智能、虚拟仿真等现代化技术，实现线上、线下、理论、实践、虚拟、现实的有机融合，全面打造一流本科课程。

一、课程存在的问题与改进措施

为了有针对性地进行教学改革，我们认真分析本课程的学情和课程现状，总结出以下几个“痛点”问题，并提出了应对策略。

（1）学生学习主动性不高，习惯于被动学习。我校为应用技术型本科院校，学生高考分数不高，缺乏自信心，习惯于传统的灌输式学习，缺乏自主学习、思辨和独立思考能力。部分学生忙于国家电网入职考试和研究生考试等，对课堂学习的主动性和积极性不高，只重视课本知识学习，而忽视工程意识和实践能力的培养。针对这个问题，课程组采用混合式教学，明确课前、课中、课后的教学任务，并融合翻转课堂、项目驱动、案例教学等教学方法，引导学生全方位参与教学。

（2）师生交流较少，重视知识传授，缺乏整体工程思维的培养。以往课程目标集中在知识点的覆盖和理论讲解上，学生大多处于被动接受的状态，双方缺乏深层次互动；课程设计中缺少系统的实践与应用环节的训练，使得学生在面对实际问题时，无法将所学知识灵活应用。针对以上问题，本文提出了以实际工程问题为导向，建立案例库，将工程实例引入课堂，邀请工程技术人员现场指导、现场教学，并增设工程能力综合训练，通过案例教学、分析讨论、实操等，对学生进行综合实践能力培养。

（3）思政体系的构建有待完善。在教学中尝试融入思政元素，但内容较为单一，缺乏课程思政系统化设计，无法真正内化核心理念，育人效果大打折扣。为此，团队提出“四维度，八要素”课程思政导向图，建立思政元素库，细化思政案例，润物无声地对学生进行思想价值引领。

（4）课程评价方式单一，重结果轻过程。过于注重期末考试成绩，而忽视了学生在学习过程中的进步、参与度和技能提升，导致学生也将重点放在最终成绩，而不重视学习过程中的体验和成长。为此，将过程性考核和期末考试的成绩占比进行了调整，并细化了过程性考核的评分，明确了课前、课中、课后各项任务的成绩占比，并对期末考试进行改革，从传统的闭卷考试改为开卷、闭卷结合的形式，丰富考试题型，增设与工程实际相关的案例分析题，引导学生理论联系实际，活学活用。

二、ESMES创新探索与实践

针对课程改革存在的真实问题，课程团队整理、归纳解决方案，并提出了ESMES教学创新理念，以树立工程思维和培养自主学习能力为目标，结合多组合学习、多元评价、总结改进三个环节推行课程改革。ESMES模式构建图如下图所示。

围绕该教学模式，本文主要从以下六个方面进行了改革创新与探索。

（一）重构教学内容，挖掘教学深度

紧扣人才培养与课程目标，融合新工科理念，引入前沿技术、真实案例及思政元素，重构教学内容为电气工程基础、电气设备等，又增加了综合训练模块，并优化线上线下学时分配。围绕各模块深掘内容，构建思维导图，清晰梳理课程脉络。采用动画、视频、网络资源，结合工程案例与技术前沿，拓宽视野。融入思政教育，引导学生价值观。拓展知识，鼓励学生自主查阅资料、讨论，提升解决问题能力。

（二）革新教学方法，激发学生热情

结合不同教学模块的内容特点和教学条件，采用多组合教学方法。

（1）“互联网+教学”，自建数字化资源与公开资源相结合。将真实场景和案例引入课堂，拉近课堂与现场的距离，形成多样化教学。

（2）现场教学，仿真实操相结合。邀请工程技术人员现场指导，真情实境下开展教学，使学生感受到实际操作的复杂性和严谨性，规范学生操作，提高工程意识和职业素养。

（3）项目驱动教学。通过专项项目驱动训练，锻炼学生对复杂问题的分析能力，培养学生电气一次系统设计能力，提高工程思维。

（4）启发式、讨论式教学，引导学生实现自主学习、合作学习、探究学习。

本文采用了渐进式手段进行教学改革，实现从内容到形式的彻底革新。为改变学生被动学习的模式，课程的改变需要从转变其思想入手逐渐推行。教学转变分为思想转变、行为转变、习惯转变三阶段。

第一阶段是思想的转变，教师在课上抛出有一定深度的引导性问题，学生围绕问题讨论，教师参与讨论并适时点评。通过师生、生生互动，拉近距离，增强学生自信心，激发其发表观点的热情。以“电气主接线”部分为例，在讲解线路停电操作时，教师引出问题“为什么停电要先断负荷侧隔离”，由于该问题较难，将其细化为“如果断路器确实断开了会怎么样？没有真正断开，又会怎么样”。学生有针对性地进行讨论，得出结论。经过教师提问→学生讨论→学生总结发言→教师点评、学生互评的模式，大大提高了学生的参与度和教学效果。

第二阶段是行为的转变。在课前将课程内容分成若干主题并分配给各组学生，提供多种课前资源，学生根据自主学习和小组讨论，得出解决思路，对重点知识以小组方式进行汇报，教师做提问、补充和点评，同学之间互相评价打分。将更多的自主权交给学生并引入评分机制，实现了学生由被动学习向主动学习的转变。

第三阶段是习惯的转变，在学生习惯了前面的“讨论—分享”模式后，根据教师布置的线下拓展题目自主展开讨论与探索。例如，在讲解断路器结构时，布置线下扩展题目，学生通过查阅论文、公众号、网页的资料进行问题探索，了解我国断路器制造技术的现状，逐步培养学生自主学习、积极思考的习惯。

以上三个阶段充分尊重了学生的发展规律，不一味强调“改”，也不强迫学生改，整个过程中以教师为主导，以学生为主体。教师根据学生的适应程度适时调整改革的阶段方案，同时兼顾类比教学法、问题教学法、启发教学法等多种教学手段，理论联系实际，构建师生学习共同体。

（三）创设多方环境，打通线上线下

充分利用信息化教学手段，打造线上线下、课内课外一体化的混合式教学模式。

课前，发布雨课堂预习报告，并进行智慧课程平台、网站、MOOC、网络视频等资源的推送。学生带着任务进行线上学习，并回答问题，有些内容将不在课堂中讲解。例如，在讲解主接线和配电装置时，教师利用仿真实训室的变电站虚拟场景录制微课并上传至B站，学生观看视频并发送弹幕。

课中，借助雨课堂、动画视频、MOOC等资源将变电站真实场景引入课堂，将工程案例与教学内容相结合。教学中着重化解重点、难点问题，例如，在讲解成套配电装置时，部分授课内容在电力培训中心进行现场讲解，结合学生在变电站、学校配电室的参观学习，使学生有更深入的了解。

课后，借助雨课堂发布复习报告。学生利用百度文库等查找资料，进行问题探讨并完成课程复习报告。借助雨课堂讨论区进行课程的反馈和提问。

（四）深挖思政主题，隐性显性结合

本课程理论性和工程实践性都非常强，结合教学内容和特点，认真分析课程思政的主要元素，提出了“四维度，八要素”课程思政导向图，从工程意识、职业素质、科学精神、家国情怀四个维度入手，进一步从辩证思维、敬畏职业、爱国报国、探索求是等八个要素深入挖掘课程思政案例，并建立课程思政案例库，将课程思政设计系统化、规范化。认真进行思政教学设计，包括切入点和切入方式的设计，添加与之对应的PPT内容，编写讲稿并提前演练，确保思政教学过程能够自然地进行，将隐性教育与显性教育相结合、课内育人和课外育人相结合，润物细无声地对学生进行思想和价值引导，对学生的人格培养和塑造起到了积极促进作用。

（五）理论联系实际，树立工程意识

为引导学生理论联系实际，树立工程意识，主要从以下几方面入手。

（1）开展案例教学，例如，在讲解主接线设备配置时，将实际工程中的案例引入课堂，引导学生结合实际工程图纸进行分析，将课本上条文规定与规程规范的使用场景紧密结合。

（2）在实验实训室进行现场教学，例如讲解电气设备、高低压开关柜的结构、使用及配电装置等部分内容。

（3）利用外出实习的机会，参观变电站和电气设备制造厂家，将课本知识与工程现场紧密结合。

（4）充分利用学校仿真资源，将课本中着墨不多的电气设备运行和维护部分以录制微课的形式展现，使学生了解实际工作的复杂性和严谨性，启发学生认识到课本与实际之间的区别与联系。

（5）以实际工程为例，对学生进行主接线选择、设备的选型、配电装置初步设计等综合能力训练。锻炼学生查阅分析相关的规程规范及参考资料、计算、设计的能力。

（6）邀请校外行业企业专家进校进行现场实践教学指导。规范了实践教学操作，培养了学生职业能力和素养。

（六）丰富考评方式，过程结果并重

采用多元考核方式对成绩进行综合评定，总评成绩=平时成绩×40%+期末笔试成绩×60%。其中，平时成绩的评定包括线上数据、小组评价、作业、实操、综合实践共同构成，分别占总成绩的10%、5%、5%、5%和15%。期末考试以开卷、闭卷结合的方式进行，各占50分。

三、教学创新效果与应用

提出ESMES创新模式以来，“发电厂变电站电气部分”课程已初步形成了独具特色的知识体系。经过三个周期的实践，学生线上讨论参与率逐步提高，积极完成教师布置的各项作业，有效地解决了师生交流不充分、考评方式单一等问题。通过课程满意度等数据统计，学生对于改革较为满意。此外，学生对于知识的掌握和自信心有了明显提高，学习态度逐渐转变，积极参与“互联网+”“挑战杯”等竞赛，取得了优异成绩。同时，课程教学质量的提升也推动了高质量就业，大量毕业生与大中型国有企业签订就业协议，行业认可度和影响力较高。近三年，考取国家电网的学生数目逐步提升。课程组申报省教改课题5项，发表教改论文7篇，教学竞赛获奖10余项，教学能力得到了显著提升。该模式也已推广至电气类其他专业课程，实现了资源共享。此外，推广至兄弟院校，获得了积极的用课反馈。

结语

本文分析总结了大类招生背景下，“发电厂变电站电气部分”课程的ESMES教学创新实践。针对课程改革存在的真实问题进行了深入剖析，并从重构教学内容、革新教学方法、创设多方环境、融入课程思政等六个方面展开介绍了改革实施的具体路径。通过实施ESMES模式，学生的学习积极性和自信心得到了提升，教学质量明显改善，就业质量也得到了显著提高。未来，将继续深入探索线上线下混合式教学模式，借助人工智能、知识图谱等技术，不断创新开拓。

参考文献：

［1］梁皓澜，叶春晓，刘波，等.基于专业认证背景的“发电厂变电所电气部分”课程教学改革探索［J］.科教导刊：下旬刊，2020（21）：115116.

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［3］翁国庆，张有兵.高校大类招生背景下线上线下混合式专业导论课程探索与实践［J］.高教学刊，2023，9（08）：119122.

［4］张祥宇，李然，胡永强，等.新型电力系统发展背景下发电厂电气部分课程的工程贯穿教学改革探索［J］.高教学刊，2023，9（30）：134137.

基金项目：2022年度河北省高等教育教学改革研究与实践项目“电气大类招生下专业融合及特色发展的研究与实践”（2021GJJG400）；河北省应用技术大学研究会课题，课程思政融入案例式教学的研究与实践——以“发电厂变电站电气部分”课程为例（JY2024140）

作者简介：路文梅（1965—），女，汉族，河北南宫人，研究生，教授，研究方向：电气工程及其相关教学。