《建筑供配电与照明》课程研究性教学的探索与实践

李建英 李建奇 杨民生

摘   要：研究性教学模式是以“自主、探究、合作”为特征的教学方式，本文以“建筑供配电与照明”课程为对象开展研究性教学的探索与实践。文中首先阐述了该课程开展研究性教学的必要性、可行性和学习目标;然后重点探讨了该课程研究性教学的实施方案，主要包括研究任务的设计，用于精讲的研究性教学内容的确定以及教学过程中自主学习和小组研讨方式的确定;最后探讨了教学成果的评价形式和评价方法。本课程研究性教学体系的建构和方案的实施，对提高教学质量、培养研究型和创新型建筑电气与智能化专业人才具有重要意义。

关键词：研究性教学  探索  自主  研讨  教学质量

1  引言

《建筑供配电与照明》是建筑电气与智能化专业的一门核心专业技术课，在专业教学安排中具有承前启后的重要作用。该课程以建筑供配电设计为纲，着重基本理论并结合实际，全面、系统地阐述有关建筑供配电系统和电气照明的基本原理、工程设计计算和运行维护等方面的基本知识。要求学生掌握负荷计算、短路电流计算、电气设备和电力线路的选择、过电流保护整定以及电气照明设计等内容，了解二次回路、自动装置、防雷接地和电气安全等知识。“建筑供配电与照明”具有较强的理论性、应用性和实践性，与工程实际联系紧密，它为建筑电氣与智能化专业学生学习专业技术知识、分析和解决工程实际问题打下必要基础。

《建筑供配电与照明》课程内容较繁杂，所涉及的专业知识广泛，因此学生在学习过程中往往感觉压力较大。一直以来，学生对建筑供配电与照明的学习感觉是单个的知识点较易掌握，但是内容繁多，不易将所学知识综合联系起来运用于实际，对知识的掌握仅仅停留在孤立的概念性理解、公式的简单套用，缺乏对知识内在联系的发现以及将知识和实际工程问题紧密结合和转换的能力;学生对这门课程的重要程度认识不足，一些学生疲于应付考试，学习积极性不高，从而导致该课程教学效果不理想。随着高等教育体制的改革与深化以及新时代大学生专业素养的不断提高，建筑供配电与照明的教学课时数、教学目标等有了较大的变化，传统的教学方法、课程体系、教学大纲和考核方法等等都表现得与现实越来越不相适应，建筑供配电与照明研究性教学课程的开展势在必行。

2 研究性教学目标

本课程研究性教学体系的建构和方案的实施，对提高教学质量、培养研究、创新型建筑电气与智能化专业人才具有重要意义。通过对本课程开展研究性教学，达到如下目标：

（1）通过互动与讨论，激发学生探究问题本源的主观能动性，树立探索性和研究性的学习风貌，实现建筑电气与智能化专业教学从传统的“师傅带徒弟”的工匠培养模式向现代“问题探究”式的研究性人才培养模式的转变，实现人才培养由应用型向研究型的跨越。

（2）通过研究性教学内容的建构和实施，强化教师的研究性教学理念，提高教师开展研究性教学的自觉性和主动性，改变传统“接受性学习”的教学学习方式，实现教与学之间的互动，培养学生探究与创新意识。

（3）通过本课程研究性教学体系的建构和实施，构造“教学—科研—教学”相结合的良性循环系统，以教学促科研，以科研推教学，实现建筑电气与智能化专业的“教学相长”。

3  研究性教学内容设计

建筑供配电与照明课程计划授课总课时数中理论课程只有40课时，但是内容非常繁多，如果按照传统安排，以常规规划步骤为主线索，进行灌输式教学，那么课时数不够，而且内容狭窄比较单调，很难调动学生的学习兴趣。而研究性教学方法的构建则可以解决这方面的问题。本课程研究性教学需要经过三个阶段：导学—准备阶段;精讲和研讨—实施阶段;展示—评价阶段。

3.1 导学即设计研究任务

给出相关知识与问题的思考切入点与路径，提供主要学习资料与资料获取途径，明确学习与研究的要求和评价的标准。这里研究任务即研讨题目的确定是非常关键的一步，可以由教师或学生自己提出。根据课程教学内容和课程性质，在本课程研究性教学开展过程中设计了“某住宅楼供配电及电气照明系统设计”这样一个综合性教学案例，此案例能够贯穿整个建筑供配电与照明课程的全部内容，根据此案例，本课程可以确定下列研究任务：

（1）供配电系统负荷计算;

（2）供配电系统短路电流计算;

（3）变配电所主接线图设计;

（4）导线和电缆截面的选择及计算;

（5）供电系统的过电流保护;

（6）电气照明设计。

3.2 精讲即要求内容深入浅出

既有学科基本理论与基础知识，又有一定学术深度，引导学生对相关学科前沿性问题的研究与思考。这是一个延展升华相关研究任务的过程。以上述6个问题作为切入点或是路径，对建筑供配电与照明课程的研究性内容进行设计。

（1） 供配电系统负荷计算：负荷计算是设计建筑供配电系统的基本依据。课堂开始阶段以某工厂机修车间380V线路的负荷计算为案例，通过提问的方式让学生首先搞明白负荷计算的目的，引发学生的学习兴趣，并引导学生了解负荷的分类、负荷的工作制，从而引出负荷持续率的概念，并讲解不同负荷持续率下用电设备的容量换算方法，为负荷计算打下理论基础;然后对负荷计算的两种方法-需要系数法和二项式法的内涵进行讲解，并以提出问题的形式让学生思考两种计算方法的特点和各自的应用场合，并引导学生探讨单相用电设备组负荷计算时线负荷如何换算成相负荷;最后通过负荷计算结果，计算出系统功率因数，并引出无功功率补偿这样一个课题，让学生主动思考系统功率因数过低的危害，如何提高系统功率因数，目前实际应用的无功功率补偿装置有哪些，无功功率补偿的方式等。

（2） 供配电系统短路电流计算：短路电流计算是供配电系统设计中电气设备选择和校验，以及继电保护整定计算的理论依据。要求学生课前根据本研究任务的要求进行资料的收集和整理，在上课过程中通过提问和启发的形式引导学生了解供电系统短路发生的原因，危害，以及短路的形式，并让学生通过举例讨论短路电流计算的目的和应用领域，让学生感觉到学有所用，从而激发学生对本研究任务的学习兴趣;然后对无限大容量电力系统发生三相短路时的物理过程进行定性和定量分析，引出短路电流计算的相关物理量，并通过案例对短路电流计算的两种方法-欧姆法和标么值法进行讲解，引导学生对两种方法进行对比分析，讨论标么值法相对欧姆法的优越性，让学生搞懂内涵;最后引导学生掌握利用短路电流计算结果完成电气设备的动稳定度和热稳定度的检验。

（3） 变配电所主接线图设计：主接线图是表示供电系统中电能输送和分配路线的电路图。此研究任务要求学生在课外通过查资料完成本研究性课程所设计的“某住宅楼供配电及电气照明系统设计”这样一个综合性教学案例中子案例—“1號箱变主接线图的CAD绘制”。在教学开展过程中，首先通过此案例引导学生掌握电力变压器台数和容量的选择原则，电压和电流互感器原理、接线方案和使用注意事项;其次通过启发式教学方法，引导学生掌握电弧的产生和熄灭，高压熔断器、高压断路器、高压负荷开关和高压隔离开关等一次开关设备的功能和工作原理，并让学生对上述几种一次开关设备的功能特点和使用领域根据自已课前任务准备情况进行分组讨论，加深学生对此知识点的掌握;然后结合实例对系统主接线方案进行分析和讨论，对变配电所的所址选择原则和总体布置方案进行分析;最后，根据上述理论知识的学习，分组讨论每位学生所绘制1号箱变主接线图中所存在的问题，并提出解决方案。

（4）导线和电缆截面的选择及计算：导线和电缆截面的合理选择是保证供配电系统安全、可靠、优质和经济运行的前提。在本研究任务教学开展过程中，首先根据学生课前准备的资料，采用提问的方式引导学生了解选择导线和电缆截面必须要满足的4个条件-发热条件、电压损耗条件、经济电流密度和机械强度，并通过公式推导让学生掌握线路电压损耗的计算方法;然后讲解按发热条件、经济电流密度和电压损耗条件实现导线和电缆截面选择的具体过程，并讨论如何根据设计经验对不同类别线路中导线和电缆截面进行选择，达到易于满足要求，较少返工的效果，从而简化校验过程。

（5）供电系统的过电流保护：供电系统的过电流保护装置是供配电系统安全运行的保障。在本研究任务教学开展过程中，首先通过实例引导学生了解供电系统的3种过电流保护装置和各自的适用场合，了解保护装置的基本要求，并掌握常用的几种保护继电器的功能、特点和使用方法;然后采用图例讲解的方式让学生掌握电流速断保护、定时限和反时限过电流保护的工作原理及动作电流整定原则;最后讲解电力变压器的继电保护，着重讲解变压器差动保护的工作原理和动作电流的整定原则。

（6）电气照明设计：电气照明设计是建筑电气设计的重要组成部分，合理的电气照明有利于节约能源和保护环境，有益于提高人们生产、工作、学习效率和生活质量，保护身心健康。在教学开展过程中，首先引导学生掌握光的度量-光通量、发光强度、照度和亮度，并让学生了解常用的几种电光源的类型、特性及其选择;然后采用实例对照度计算的几种方法-利用系数法、概率曲线法和单位容量法进行讲解;最后要求学生根据前面所学电气照明的基础理论知识，通过课外查资料对本研究课程所设计的综合案例中的子案例—“住宅楼电气照明设计”进行设计，完成照度计算和住宅楼照明平面图及系统图的CAD绘制，并通过课堂分组讨论所绘制电气照明平面图及系统图中所存在的问题，并提出解决方案。

4  研究性教学形式

4.1 自主学习与小组研讨

学生通过查阅相关研究文献等形式，确定学习与研究性项目的选题和研究路径，形成个人与小组的基本研究方案和思路，开展学习。学生以小组为单位，分成若干小组，教师通过前面事先给定的主题，各小组选出交流发言代表，进行课堂交流。教师要学会掌控学生在课堂上演示的时间，一般以2个小组的演示为限度，每个小组成果展示不超过10min。教师在考虑开展这类演示活动的同时，要兼顾教学的整体性。由于学时有限，问题不宜设置过多，要突出重点，自主学习与小组研讨的课内课时控制在20～30min。

4.2 成果评价

小组之间开展成果交流，调整、提升学术观点，共享学习经验，形成研究性小论文、作品等成果。

实行多元评价与考核。加入了过程考核的概念，使考核方式更为全面，评价方式更加多元化。不仅教师对学生评价，也加入了学生互评、学生自评等环节，真正实现了定量与定性相结合、个人评价与小组评价相结合的评价模式，有助于学生正确认识自身在能力、态度等方面的问题，同时也有利于教师获得反馈信息，进一步完善课程教学。

5  结语

《建筑供配电与照明》是建筑电气与智能化专业的一门核心专业课，具有较强的理论性、应用性和实践性，与工程实际联系紧密，着重培养学生分析和解决工程实际问题的能力，传统的教学方法和课程体系难以达到预期效果。笔者根据多年在本课程教学实践中所总结的经验，尝试构建和实施以“自主、探究、合作”为特征的研究性教学体系，激发学生探究问题本源的主观能动性、树立探索性和研究性的学习风貌，改变传统“接受性学习”的教学学习方式，实现教与学之间的互动，培养学生创新意识，并实现“教学—科研—教学”相结合的良性循环系统。实践证明，本课程研究性教学体系的建构和方案的实施，对提高教学质量、培养研究、创新型建筑电气与智能化专业人才具有重要意义。

参考文献

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