产教研融合的电气类课程资源建设方法

摘"要：以电能质量及其控制技术课程为例，提出思政资源、教学资源、实践资源等产教研融合的电气类课程资源建设方法。首先，提出产教研融合的思政元素提炼方法，以“分析案例—探究本质—提炼元素”三步骤，从事件层、思政层实现工程案例的思政元素提炼；其次，提出产教研融合的教学资源转化方法，构建“问题导向，产教资源双向转化”和“项目驱动，科研资源反哺教学”教学资源转化体系；最后，开展产教研融合的学术性实践资源建设，从虚实结合实验资源建设和产业实践平台建设两个层次，探索学术性实践资源的建设方法，为产教研融合的工程人才培养模式提供借鉴和参考。关键词：产教研融合；电能质量及其控制技术；课程资源；教学资源；思政元素0"引言在新一轮科技革命和产业变革的趋势下，围绕国家发展战略需求，以新工科建设为抓手，变革工程教育模式，推进工程人才培养进程，是我国工程教育的核心任务之一[1-2]。在国家“双碳”目标下，高校电气专业面临构建新型电力系统的行业发展大势，传统的“发—输—配—用”电产业结构和模式将发生重大变革[3-4]。在行业变革的背景下，产教研融合的电气类课程教学是新工科人才培养的重要支撑[5-7]。产教研融合的课程资源建设是课程建设的核心内容。国内高校积极探索产教研融合的课程资源建设方法，主要针对思政资源、教学资源、实践资源的建设问题：1）缺少工程案例思政元素提炼方法；2）教学资源转化方法不明确；3）学术性实践资源建设方法不系统。应对上述问题，本文面向电气类专业课，以笔者负责的省级一流课程电能质量及其控制技术（以下简称电能质量）为例，提出产教研融合的思政元素提炼方法、产教研融合的教学资源转化方法，开展产教研融合的学术性实践资源建设，取得明显的教学效果，为电气类专业课程产教研融合的多维度课程资源建设提供了可参考的案例。1"产教研融合的思政元素提炼方法1.1"思政元素提炼方法面对某一实际工程案例，从事件层和思政层协同剖析，提取其中的思政元素，包括分析案例、探究本质和提炼元素等三个步骤，具体流程如图1所示。1.1.1"分析案例在事件层，针对实际工程案例，整合图片、文字、视频等背景材料，凝练案例信息要点，形成资料翔实、系统全面的教学案例。在思政层，总结概述问题，思考问题属性，明确案例基本性质，包括科技国情、工程伦理、法律道德等单一领域或多领域交叉。1.1.2"探究本质在事件层，针对实际工程问题，追根溯源，深入分析案例的发生原因、影响危害等，明确与之契合的课程知识点。在思政层，从家国情怀、职业素养、个人素质等维度入手，将案例信息要点蕴含的思政切入点与思政维度逐一对应。1.1.3"提炼元素在事件层，引导学生针对案例问题，应用课程知识，提出案例涉及专业问题的解决方案，如电能质量课程的部分案例集中在供电质量影响用户安全、稳定生产方面。鼓励学生提出电能质量治理方案，解决劣质供电问题，这是事件层的学习目标。在思政层，提炼不同思政维度的思政元素，具体内容如图2所示，将社会主义核心价值观灵活融入课堂教学，将思政元素内化为学生的价值理念。1）在家国情怀维度，把践行社会主义核心价值观和培养学生解决问题的能力串联在一起，引导学生厚植爱国主义情怀，增强学生对中国特色社会主义的道路自信、理论自信、制度自信和文化自信，将自我价值实现与国家发展相结合，为实现中华民族伟大复兴贡献力量。2）在职业素养维度，培养学生精益求精、追求卓越的工匠精神，坚持目标导向，引导学生从工程实际中挖掘物理本质，从可获得的数据中挖掘数学本质，提高学生对工程伦理问题的处理能力，培养学生爱岗敬业的责任担当。3）在个人素质维度，以培养学生终身学习能力、激发学生学习动力为目标，鼓励学生努力学习、刻苦钻研，以科学创新精神解决实际工程中的难题。培养学生的遵纪守法意识和环保理念，让学生思考在“双碳”背景下如何以个人的奉献促进技术的进步，实现降碳目标等。1.2"思政元素提炼案例1.2.1"分析案例【案例】2019年7月21日，某省A公司的35kV电缆JH线中间头爆炸和烧毁。该电缆所在电缆沟为公用电缆沟，烧毁的电缆叠压在B公司电缆上，导致B公司电缆短路，产生电流II段保护动作；同时导致C公司110kV系统的A、C相发生电压暂降，电压幅值分别降低29%和20%。电压暂降造成C公司的空压机、氧化反应器连锁停车，球磨机异常跳停，蒸汽炉脱硫塔侧搅拌机、排出泵等设备大面积跳停。C公司聘请相关人员出具技术鉴定报告，以GB/T12325—2008《电能质量供电电压偏差》的相关规定为依据，状告A、B公司和电网公司。事件层信息主要包括事件的发生、发展和危害，课程以“请你来当大法官”为主题，展开案例教学。在思政层，案例主要涉及工程技术问题，包括电力保障、设备运维、电能质量等多个方面，思政元素的提炼可以从科技国情等领域进行归纳凝练。1.2.2"探究本质该次事件的本质对于事件定性和进一步的定责追责具有至关重要的意义。GB/T12325—2008规定“35kV及以上的供电电压正、负偏差绝对值之和不超过标称电压的10%”，是C公司状告和索赔的依据。在事件层，该次事件是电缆短路故障引发的ms级电压暂降事件，C公司定性该次事件为电压波动现象。引导学生查阅资料，明确两类电能质量事件的发生原因、定义、计算方法等基本概念，内容与教材4.2和5.1、5.2节紧密关联。学生通过理论与实际的贯通学习，更能区别两类电能质量问题的概念与性质。C公司提供的技术鉴定报告回避了GB/T12325—2008中提到的供电电压偏差的测量方法“获得电压有效值的基本测量时间窗口应为10周波，连续测量并计算电压有效值的平均值，最终计算获得供电电压偏差值”，明确规定计算电压偏差的时间窗口为1min或10min。电压暂降是ms级现象，以上述计算方法进行1min的平均电压计算，C公司不存在供电电压偏离标称电压的10%的情况。在思政层，培养学生认识事件本质才能作出合理判断的科学精神，帮助学生树立以事实为依据、以法律为准绳的原则；进一步，从加强电缆红外测温巡检、电缆沟隔离敷设及运维等方面，强调电力行业工作的责任担当。思政元素涵盖家国情怀、职业素养等方面。1.2.3"提炼元素在事件层，通过问题导入、启发式探究、分组辩论等方式，引导学生强化电压波动和电压暂降两类电能质量现象的物理概念、产生机理、传播规律、测量技术、指标计算方法等内容，达成产教研融合的教学目标。在思政层，坚定学生学好基础知识、扎实做好本职工作、提高电网可靠性、提升电能质量、服务人民美好生活的使命感和责任感；将电气人自我价值实现与参与地方经济建设、提升“中国智造”水平等时代使命相结合，把学生的个人成长与国家命运联系在一起。2"产教研融合的教学资源转化方法遵循“以学生为中心，培养行业领军人才”的理念，进行产教资源双向转化、科研资源反哺教学的教学探索与实践，有效促进学生问题关联、研究开发、工程设计、创新实践等能力的螺旋递进式提升，教学效果显著。2.1"问题导向，产教资源双向转化以解决实际工程问题为导向，将案例中的技术问题进行重构和再设计，践行产业问题教学化、教学成果产业化的双向路径，持续深化教学内容，实现产教资源的双向转化。2.1.1"产业问题教学化在已拟定的教学计划和教学目标的基础上，提高课程要求，以案例教学、小班化研讨、科研训练为载体，将实际工程问题引入教学环节，实现产业问题教学化。在电能质量课程的教学中，以电能质量现象检测、监测数据分析、治理装置设计与控制等产业问题为切入点，以解决实际工程问题为导向，培育高层次技术人才，提升课程的高阶性和挑战度。2.1.2"教学成果产业化基于课程的高阶性，以解决产业问题为目标，课堂内外创造的知识和成果经过提升，有机会应用到实际工程中，实现从理论到实践的转化。2.2"项目驱动，科研资源反哺教学2.2.1"反哺教学模式的探索与实践以科研项目为载体，探索产教研融合的科研资源支撑专业课教学的反哺教学模式。反哺教学模式包括本科生进实验室、进科研团队、进课题组等，依托课题组教师、研究生在研科研项目，本科生和研究生协作完成项目研究内容。本科生参与的科研项目研究内容与课程知识点相关，保证教学内容与课程目标达成度的统一。在反哺教学模式的培养过程中，引导学生为解决复杂工程问题进行资料查阅、思考和研究，激发学生学习热情，启迪学生思维，开阔学生视野，培养学生的创新能力。教学过程以学生为中心，以项目为驱动，有效解决课堂枯燥、与实践脱节、学生学习热情不足等问题。2.2.2"“两进”教学模式的探索与实践邀请知名学者、企业专家进专业课课堂的“两进”教学模式是专业课教学内容前沿性与实用性的重要保障。笔者所在科研团队与国内外学术界和工业界的专家学者合作关系密切，为实现“两进”教学模式提供了成熟条件。在过去三四年的教学中，电能质量课程邀请10余位专家学者开展“两进”教学，以线下讲座与互动或“线上讲座+线下讨论”的形式进行，保证课堂内容紧跟学术前沿和工程实际，课堂互动与交流的氛围浓厚。“两进”教学模式成效明显。一方面，国内外知名学者的高水平讲座使学生接触到学术前沿的研究动向和科研成果，学习先进的学术思想和研究思路，拓宽国际化视野，为学生埋下科研探索与求知的种子；另一方面，跳出课本直面企业专家，让学生直接了解工程实际问题，将课程基础知识与工程实践相结合，打通“学什么—怎么学—怎么用”的课程知识点贯通的产学链条。3"开展产教研融合的学术性实践资源建设电气类专业课教学需要学术性实践资源的支撑。产教研融合的实践资源需要校内与校外、线上与线下协同建设。电能质量课程团队开发校内外先进资源，打造高端融合型课程教学实践支撑平台，让学生实现沉浸式、体验式学习，提升学生的实践创新能力。3.1"虚实结合实验资源建设1）建立现代城市电网电压暂降虚拟仿真实验平台，给予学生沉浸式体验。该平台包含理论学习、理论测验、建模仿真、数据分析和结果对比等功能模块，从电压暂降产生、传播、影响和治理等多角度融入电压暂降相关基础知识与应用技术，满足专业课程的实验实训要求，实现在电网故障、新能源接入等“输—配—变—用”各环节扰动下的电压暂降仿真实验教学。该平台于2020年11月3日上线，服务学生超过1000人次。现已制定面向其他高校和社会开放计划，后续将与行业协会、电力企业、敏感用户展开深层次合作，以期培养更多电力行业高水平专业人才。2）与某企业合作研发便携式电能质量监测装置Mini-PDM电压扰动监测仪，采样率达256点/周波，支持10周波连续采样、无缝测量，实时捕捉暂态电能质量事件。该装置利用云平台上传数据，开发电能质量监测App，实时查询监测仪相关数据并生成评估报告，显示基础信息、多特征值、电压波形等多项信息。该装置作为情境教学工具，分发学生人手一台，让学生能在教室、宿舍、食堂等随时随地监测电能质量，获得移动式云—边—端协同的电能质量监测体验。此外，Mini-PDM电压扰动监测仪已开发为产品，可以为电力用户提供电能质量数据监测云服务。3.2"产业实践平台建设建立校内校外联合培养模式，搭建以培养专业应用能力为核心的产业实践平台：校内平台包括国家级、省部级的工程中心和重点实验室；校外平台包括电能质量领域行业龙头和骨干企业，建设专业实践平台，方便学生在课本和实验室外直观认识电能质量问题在实际工程中的发生、演变、分析与治理过程。四川大学电气工程学院与国家电网、东方电气等重要企业有深厚的合作基础，已建成智能电网四川省重点实验室、四川大学—国网四川省电力公司能源互联网研究中心、国网四川省电力公司青峰岭清洁能源教学示范基地、东方电气技术创新中心，正在建设四川省碳中和技术创新中心等平台。课程组所属的电能质量省级重点实验室与南京灿能等企业合作搭建工程问题实践平台，如电压暂降检测等教学实训和实验都可以应用企业的在线装置实测数据，学生提出的检测算法的精度和准确度等都可以与企业核心算法进行比较。直面实际工程，与企业软件工程师直接交流，全方位提高学生的实践能力，有助于培养具有解决复杂工程问题能力和组织规划工程能力的高级工程人才。4"结束语电气类课程具有理论起点高、技术融合度高、工程结合度高的特点，产教研融合的育人模式对于培养行业创新人才与卓越工