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胡 晓，刘晓波
（贵州大学，贵州 贵阳 550025）
近年来，工程教育认证以产出为导向（outcome based education，OBE）的教育理念给课程教学提出了新要求，为提高“高电压技术”课程的教学效果提供了新契机。为体现OBE理念，需要对之前的课程教学大纲进行改进，使课程目标与毕业要求指标点对应，且考核方式能实现对课程目标达成度的评价[1]。计算机仿真技术和“互联网+”教育的迅速发展给课程教学提供了新工具和新途径，可以通过线上教学和线下教学的优势互补提高学习效果[2]，也可以借助计算机仿真技术丰富课程的理论教学和实验教学手段，促进学生对相关课程内容的理解，提高学习效果[3]。另外，国家已经明确了人才培养工作中课程思政的引领作用，如何在课程教学过程中适当地融入思政内容也是近年来课程教学改革的一个重点[4]。
“高电压技术”是研讨电力系统过电压和电气设备绝缘问题的课程。课程涉及的基本概念、原理较抽象，不易直观感知，学生在学习过程中对课程内容理解困难，影响学习效果[5]。为提高教学质量，本文按照OBE理念的要求，修订了课程目标，优化了课程内容，改进了教学方式，完善了课程考核方案，并对课程的思政建设进行了初步的探讨。
为满足工程教育认证的要求，某大学电气工程学院对电气工程及其自动化专业的培养方案进行了修订，按照产出导向教育的反向设计、正向实施理念，重新梳理了专业的培养目标和毕业要求，对毕业要求指标点进行了分解，并确定了课程和毕业要求指标点的支撑关系。其中“高电压技术”课程支撑的毕业要求指标点共4个，本课程教学团队结合课程的教学内容，制订了与4个毕业要求指标点一一对应的课程目标，如表1所示。修订课程目标可使得在此基础上确定的课程内容和考核方案符合工程教育认证产出导向的教育理念。
表1 “高电压技术”课程支撑的毕业要求指标点和相应的课程目标
2.1 课程技术内容优化
“高电压技术”课程中许多基本理论是在实验和实践经验的基础上建立的，因此课程教学内容包含一定的实验内容。建立高电压实验室需要的场地和资金投入较大，有的高校虽然开设了“高电压技术”课程，但并不具备实验教学的条件。本世纪以来，计算机仿真技术在高电压与绝缘技术领域的研究和应用得到越来越多的关注。虽然实验研究在高电压与绝缘技术领域仍然占据重要地位，但是随着仿真技术的不断进步和完善，仿真研究已经能够在许多方面替代实验研究，在某些情况下，仿真研究不仅比实验研究周期短、效率高，而且比实验研究更灵活，能考虑一些实验研究中不能考虑或者很难考虑的因素。在高电压与绝缘技术领域，以仿真研究补充甚至替代实验研究的案例正在迅速增加[6]。因此，当缺乏高电压实验室等实验教学条件时，在教学中增加仿真实验相关内容，能够使学生了解最新的研究方法和工具，加深学生对所学基本概念和原理的认识和理解，提升学习效果。
“高电压技术”课程教学团队在原有教学内容的基础上，增加了绝缘间隙的有限元仿真实验内容。具体实施时，教师首先对软件原理进行介绍，对仿真建模步骤进行演示，然后布置仿真任务，要求学生利用仿真工具完成建模、计算、作图和分析报告。例如，让学生进行空气间隙电场的有限元仿真实验，其中球间隙电场的有限元仿真结果如图1所示。图1（a）中U1、U2为高压电极，d1、d2为气隙间距，GND1和GND2为低压电极。该仿真任务要求分别计算空气中棒间隙和球间隙的电场分布情况，绘制电场强度云图、矢量图、电势与电场沿气隙变化的曲线等。球间隙的等位线和电场强度云图如图1（b）所示。在仿真计算的基础上，学生分析哪个间隙的击穿电压更高，放电会首先从间隙的哪个位置开始发展等。该仿真实验可以使学生对不同绝缘间隙的电场分布特点、影响电场分布的因素、间隙放电的发展过程等内容有比较直观的认识，有助于学生理解相关概念和原理，达到提高学习效果的目的。同时，该仿真实验也让学生了解了目前相关领域的最新研究方法和工具，拓展了学生的知识面，满足工程教育认证的要求。
图1 球间隙电场的有限元仿真结果
2.2 课程融入思政内容
“高电压技术”课程思政建设的重点是注重强化学生工程伦理教育，培养学生精益求精的大国工匠精神，激发学生科技报国的家国情怀和使命担当[7]。“高电压技术”课程中融入思政内容的具体实施方案如表2所示。
表2 “高电压技术”课程教学中融入思政内容的实施方案
“高电压技术”课程内容中有一些较为抽象的概念和原理，以及一些推导过程复杂但不难理解的内容，在课堂上讲解这些内容可能存在学习效果不理想和占用较多课堂时间的问题。近年来网络技术和各种联网设备的普及给教学方式提供了更多的可能性，教师可利用多元化教学方式提高学习效果。例如“高电压技术”课程教学团队选取了适合采用线上教学的20个知识点，制作了教学课件和教学视频等线上教学资源。在教学过程中采用线下和线上教学相结合的方式，将40个教学学时划分为线下32个学时和线上8个学时。线下教学主要讲解课程的重点和难点。线上教学作为辅助和补充，一方面包含一些重要和困难的知识点，方便学生通过线上学习加深理解，例如气体放电的基本物理过程、波在多导线和有损线路上的传播等；
另一方面线上教学选取了一些对学生要求不高的知识点，这类知识点主要由学生通过线上学习来了解，例如工频电压升高和谐振过电压。线上教学资源中的部分知识点如表3所示。
表3 线上教学资源中的部分知识点
线上教学资源按照课程内容讲授的进度向学生开放，相关知识点由学生自主在线上学习。为保证线上学习的质量，线上学习设置相应的考核方式，例如可以利用网络教学平台，在知识点学习后通过在线练习及时考查学生对知识点的理解和掌握情况。通过实施线上线下混合式教学，可以更好地利用线下教学的时间，并发挥线上教学的优势，提高学生学习效果。
结合课程实际情况，“高电压技术”采用过程性考核和期终考核相结合的方式，以更全面地反映学生的学习效果，并适当加大过程性考核在总成绩中所占的比例，以充分调动学生积极性，提高平时教学的完成质量。过程性考核和期末考核分别占总成绩的40%和60%，其中过程性考核包含对平时学习和仿真实验的考核，各占总成绩的20%。平时学习情况考核的题型主要是与知识点相对应的客观题，在线下或线上教学完成后，利用网络教学平台推送给学生。仿真实验的考核主要依据学生提交的仿真实验报告，其结构和内容的撰写要求如表4所示。期末考核的试题在覆盖课程各章节重要知识点和有详细评分标准的基础上，确保每个题都对应具体的课程目标，并在题干中标注所对应的课程目标，为后期课程目标达成度的定量分析提供依据。
表4 仿真实验报告撰写要求
本文对“高电压技术”课程教学进行改革，在课程目标、课程内容、教学方式和考核方案等方面进行了优化和改进，使“高电压技术”课程教学与工程教育认证的教育理念更加吻合，促进学生对课程中一些抽象概念和原理、相关领域新技术的理解与认识。同时，对课程思政建设进行了初步探讨，以提升学生的综合素质。
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