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摘要：针对传统课堂教学形式单一、教学内容陈旧以及缺乏理论联系实际的不足，本文以电气工程专业学位硕士研究生案例教学为研究对象，针对《电器智能化技术及其电磁兼容》课程，探讨线上线下混合教学模式在案例教学中的创新应用。本研究通过企业走访调研等方式，选取具有代表性课题设计《电器智能化技术及其电磁兼容》课程案例库。线上线下混合教学模式在案例教学中的实践表明，该方法能够有效调动学生学习积极性，帮助学生掌握相关专业知识。
关键词：线上线下混合教学；案例教学；电气工程
电气工程是具有百年历史的传统工科专业，西方发达国家从19世纪末陆续开设该专业，而我国最早的电气工程专业可以追溯到1908年南洋大学堂（交通大学前身）开设的电机专科，距今也有一百多年历史。回顾我国电气工程学科发展历程，教育方法的创新和高层次人才的培养，尤其是高素质研究生的培养，对学科发展和技术进步起着举足轻重的作用。近年来，我国研究生教育培养模式已从学术型为主转变为学术型与专业型并重，全日制专业学位硕士研究生招生规模不断扩大。专业型硕士与学术型硕士的培养目标不同，前者侧重培养学生对基础理论的研究能力，而后者则注重培养学生综合运用某一专业领域基础知识解决实际问题的能力。高质量的专业学位研究生教育是培养未来高层次应用型人才的有效途径，我国在《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010～2020年）》中明确提出了“加快发展专业学位研究生教育”的战略。如何在长于理论研究而远离生产实践的高校来完成这一培养目标，是困扰众多高校的一个难题。本文以电气工程专业学位硕士研究生案例教学为研究对象，针对《电器智能化技术及其电磁兼容》课程，探讨线上线下混合教学模式在案例教学中的创新应用，为学生全面、有效地获取专业知识，提高解决实际问题能力奠定基础。
一、电气工程专业学位研究生课堂教学现状与问题
（一）教学形式单一、教学内容陈旧。从教学形式上分析，目前电气工程专业学位研究生课堂教学形式仍然以讲授方式为主，教师采用“满堂灌”的方式将相关专业知识教授给学生。这种教学形式缺乏教师与学生之间的良好互动，不容易调动学生的学习兴趣，影响学生对专业知识的理解和掌握效果。从教学内容上分析，传统授课教材更新较为缓慢，甚至部分教学内容略显陈旧，例如，《电器智能化技术及其电磁兼容》教材中并未对人工智能技术的应用进行深入分析，而这正是目前低压电器领域技术研发的重点之一。因此，电气工程专业学位研究生课堂教学形式与教学内容无法满足新形势下高层次应用型研究生人才培养要求。教师通过引入线上线下混合教学模式和案例教学方法，能够为学生及时展现技术最新发展动态，从而有效弥补传统教学方法的不足[1]。
（二）理论知识与实际应用的结合度不高。目前，电气工程专业学位研究生培养相关课程主要以讲授理论知识为主，导致学生理解较为困难；在日常教学活动中，授课教师很难有足够时间为学生提供实践机会，缺乏理论与实践的有效串联。教师通过引入线上线下混合教学模式，并结合案例教学方法，可以使较为抽象的基础理论具体化。一方面可以采用动画、视频等多媒体方法弥补理论讲解的不足；另一方面可以通过案例讲解具体理论知识的应用，并通过在线仿真、线上专家互动交流、线下演示试验等多种方式为学生讲解专业知识的具体运用，使学生在知识运用中提高自身实践能力，从而有效拓展学生知识面。
二、线上线下混合教学模式在《电器智能化技术及其电磁兼容》课程案例教学中的应用
（一）案例教学法案例教学法是一种以案例为基础的教学方法，该方法最早于20世纪20年代被美国哈佛大学商学院所采用。案例教学通常围绕实际问题展开，相关案例所涉及问题通常没有特定的解决方案。教师在教学过程中扮演设计者与激励者的双重角色[1]，通过设置一种教育的两难境地，充分激发学生的学习积极性。学生通过查阅资料、相互讨论等方法找到解决问题的最佳途径，从而克服传统灌输式教学模式以教师为中心的不足[2,3]。《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010～2020年）》明确提出了“加快发展专业学位研究生教育”的战略。由于人才培养定位不同，专业学位研究生课程应以实际应用为导向，以职业需求为目标，以综合素养和应用知识与能力的提高为核心。由此可见，专业学位研究生教育培养目标与案例教学的优势非常契合。教师通过案例分析与实践教学，能够充分培养学生理论联系实际的能力。
（二）《电器智能化技术及其电磁兼容》课程案例。开关电器是智能电网与新基建的重要组成部分。为了新时展需要，开关电器智能化已成为必然。近年来，电力电子、物联网以及人工智能等技术的广泛应用极大推动了智能电器新技术研发与市场化进程，电弧故障断路器、混合式直流断路器等新型智能电器产品不断涌现。电气工程专业学位研究生课程《电器智能化与电磁兼容技术》在这种工程背景下创新发展。该课程的重要特征是理论联系实际，旨在帮助学生了解智能电器的基本概念与主要应用场景，使其掌握智能电器及其电磁兼容相关理论知识，并具备解决常见实际问题的能力。为了让学生更好地理解智能电器产品的工作原理与应用特点，我们通过与电器生产企业技术专家广泛交流，挖掘实际产品设计、生产与使用中的技术问题，浓缩成不同教学案例，构建《电器智能化与电磁兼容技术》课程案例库。
（三）线上线下混合教学模式与《电器智能化技术及其电磁兼容》课程案例的结合。在《电器智能化技术及其电磁兼容》课程案例教学过程中，我们充分利用现代计算机、互联网等技术发展提供的便利，探索线上线下混合教学模式的创新实践；借助腾讯会议、雨课堂等在线授课方式，打破传统课堂教学的局限，在案例教学中增加专家现场交流环节，邀请富有研发经验的企业技术专家与学生在线互动，针对案例问题进行深入探讨。同时，学生还可以借助Multisim、Matlab等仿真技术进行在线仿真，边学边练。这充分激发了学生学习兴趣，提高了学生学习效率。在线下授课环节，教师围绕案例问题组织学生进行分组讨论，并为学生进行必要实验演示，让学生从不同侧面深入剖析案例所涉及的技术问题，引导学生综合运用所学专业知识提出解决问题的有效方法。此外，为了保证所选案例的时效性，教师在授课之余还要不断走访相关电器生产企业，与一线技术人员进行广泛交流，一方面搜集新的案例素材，另一方面了解企业真实需求，从而更好地指导案例库建设，保证所建案例库既体现时代特点，又适当超前，满足电器智能化技术发展需要。
三、线上线下混合教学模式在电气工程专业学位研究生案例教学中的应用举例
（一）基于改进AlexNet的故障电弧识别案例简介。1.案例技术背景。故障电弧是引起低压配电系统电气火灾的重要原因，得到国内外学术界和产业界广泛关注，如何有效识别故障电弧是实际应用中的关键问题。然而，在实际不同类型负载的故障电弧时频域特征不完全相同；即使对于同一类负载，不同时刻的电弧电流时频域特征也可能存在差异。因此，教师很难枚举每种负载条件下故障电弧时频域特征。传统的基于电弧特征以及预先设定阈值的传统故障电弧保护方法，不能满足非线性负载工况多变或负载未知情况下的故障电弧识别保护新要求。本案例结合人工智能技术最新研究成果，并在线下与企业技术人员经过充分交流，利用卷积神经网络（Convolutionalneuralnetwork,CNN）能够自动识别和提取训练集特征的特点，采用深度学习过程直接从电流波形抽取非线性负载故障电弧特征，同时利用人工神经网络建立正常负载工况与故障电弧相区分的边界条件；选取AlexNet网络搭建深度学习故障电弧识别模型，在满足故障识别准确率的前提下，优化网络架构；研究模型训练策略，选取最优超参数组合，并对模型识别结果进行验证。与传统神经网络比较，卷积神经网络的局部连接、权值共享和池化操作可以降低模型复杂度，减少数据运算，更全面地提取特征。它由一个输入层、多个隐藏层以及一个输出层组成。相较于浅层神经网络，CNN的隐藏层由包括卷积层和池化层的特征提取层交替组成，具有较强的特征自学习能力，CNN结构如图1所示。2.案例技术方案。虽然传统AlexNet网络模型结构简单，但它具有两个较大的卷积核，模型参数量大。因此，对AlexNet故障电弧识别模型的改进方法是在满足故障识别准确率的前提下，优化网络架构、减少网络参数。传统AlexNet模型有两个大卷积核，一个是11×11卷积核，用来提取图像底层纹理等通用特征，与故障电弧电流特征相关度不大，故保留其参数与结构。从卷积原理分析，使用3×3的卷积核连续卷积两次可以达到1个5×5的卷积核卷积一次提取特征的能力，即这两种卷积过程得到的结果，都反映了原始图像内同样像素大小内的特征。基于改进AlexNet的故障电弧识别模型的电弧识别流程如图2所示.
（二）基于改进AlexNet的故障电弧识别案例应用实践。针对低压交流电弧故障检测装置教学案例，本研究选取河北工业大学电气工程学院2019级电气工程专业学位硕士研究生为研究对象开展线上线下教学模式在案例教学中的实践研究。在教学过程中，教师除采用授课讲解、分组讨论等线下教学方法外，还借助于计算机技术平台引入虚拟实验以及学生在线仿真等环节，引导学生主动思考，积极解决问题；同时，还利用腾讯会议的线上形式邀请相关生产企业技术专家与学生现场互动，同学们积极踊跃向技术专家提出自己的疑问，专家细心认真回答学生的提问，这种良好互动突破了传统教学方式的时空限制。此外，学生在线上还可以通过CNKI、IEEEXplore等多种数据库进行预习和自学。相比于传统灌输式课堂教学，线上线下混合教学模式与案例教学方法相互结合，丰富了教学形式，活跃了课堂气氛。在线满意度调查显示，该教学模式得到学生一致好评，教学效果良好。
四、结束语
本文以电气工程专业学位硕士研究生案例教学为研究对象，针对《电器智能化技术及其电磁兼容》课程，探讨了线上线下混合教学模式在案例教学中的创新应用。本研究通过企业走访调研等方式，选取具有代表性课题设计了《电器智能化技术及其电磁兼容》课程案例库。教学实践表明，线上线下混合教学模式在案例教学中取得良好效果，学生有效掌握了相关专业知识，为其提高解决实际问题能力奠定了基础。
参考文献：
[1]郭玮.线上线下混合教学模式在高校《体育心理学》课程中的应用[J].当代体育科技,2019,9(35):117-118.
[2]李奎,王尧,张冠英.案例教学在电气工程专业学位研究生课程中的建设与实践[J].教育现代化,2019,6(20):33-34.
[3]李艳,曾励.基于专业学位研究生的《机电一体化原理及应用》课程案例教学研究[J].教育现代化,2018,5(09):236-238+241.
作者:王尧 邢云琪 李奎 单位:河北工业大学电气工程学院