新時期《電力工程信號處理及應用》特色立體化教材的建設

劉可真　束洪春　吳尉民　駱逍

如今，信號處理技術在電力工程中的應用越顯廣泛。介紹了立體化教材的概念、背景，分析了國家級精品課程特色教材《電力工程信號處理及應用》課程立體化教材的建設及其特色。

立體化教材 《電力工程信號處理及應用》 特色

一、引言

立體化教材建設的想法是于上世紀末提出的，是指以形成教學能力為目標，以傳統(tǒng)紙質教材為基礎，以學科課程為中心，以多媒介、多形態(tài)、多用途及多層次的教學資源和多種教學服務為內容的結構性配套教學出版物的集合。以往的傳統(tǒng)教材體系已不能滿足今天對高等專業(yè)人才培養(yǎng)的要求，我國近年來在教育各個層次都提出要深化教學改革，構建新的教學體系與教學模式。教學方式的改變、課程內容的創(chuàng)新以及現(xiàn)代化教學手段的普遍使用，使教材的改革顯得日益緊迫。經(jīng)過不懈努力，雖然我國教育在教材建設上已經(jīng)取得了一定的成果，但在教材內容的選取與表現(xiàn)方式上任處于探索、提高的階段。

信號處理技術是隨著信息學科和計算機學科的發(fā)展而快速發(fā)展的一門學科，它的重要性日益在各個領域的應用中彰顯出來。一直以來，電氣類專業(yè)學生往往表現(xiàn)為在線性系統(tǒng)方面的知識較為扎實，而信號分析處理的知識掌握偏弱。通過“數(shù)字信號處理”課程的一系列改革和建設，學生對數(shù)字信號處理知識的掌握已得到了明顯的提高。對此，昆明理工大學把《電力工程信號處理及應用》作為國家級精品課程電力工程信號處理應用的核心教材，將其建設成為滿足綜合考慮多學科內容、教學對象的多層次、表現(xiàn)形式的多媒體、解決問題的多角度等要求的特色立體化教材，目前《電力工程信號處理及應用》已獲批為國家“十二五”規(guī)劃教材。

二、立體化教材的構成

立體化教材包含了主教材、電子教案、網(wǎng)絡課件、試題庫和多媒體素材庫等，為培養(yǎng)適應信息化社會學習、生活和工作的高素質人才奠定基礎。

主教材建設是立體化教材建設中的重點內容，本校即昆明理工大學電力工程學院最初采用束洪春教授主編的《電力工程信號處理應用講義》，通過總結多年來的教學實踐和科研心得，研究同行學者成果，現(xiàn)已由科學出版社出版了《電力工程信號處理應用》。此書系統(tǒng)性強，根據(jù)電氣工程及其自動化專業(yè)的特點，對電力工程信號處理應用進行了課程體系改革。以本門課程為線索，從電力工程實際問題出發(fā)，將電氣工程專業(yè)知識、信號分析與處理知識緊密結合，使學生所學知識融會貫通，既啟迪思路，又解決實際問題。

實驗教材采用束洪春教授主編的《電力工程信號處理應用講義實驗指導書》，根據(jù)理論教學內容的不斷更新實時調整，已進行了5次較大幅度的更新，現(xiàn)在積極準備實驗教材的正式出版。

為促進學生課后自主學習，為學生提供了“電力工程信號處理應用”課件、“電力工程信號處理應用習題課件”“教學錄像”等擴充性資料。從使用情況看，對學生專業(yè)自學和研究確實有很大的幫助。

在網(wǎng)絡教學方面，建有教學資源豐富，功能比較齊全，運行良好的課程網(wǎng)站。在校園網(wǎng)平臺上逐步實現(xiàn)網(wǎng)絡教學。現(xiàn)已提供電力工程信號處理應用多媒體課件，電力工程信號處理應用實驗課件，習題課件，教學錄像以及在線測試等，且提供了師生互動平臺，使學生能夠在網(wǎng)絡上實現(xiàn)自主學習。

三、教材特色

電力工程信號的處理是方法和工具，其宗旨是要解決電力系統(tǒng)的專項問題。本著“針對性、實用性、職業(yè)性”的原則，以問題為中心的教育理念，以電力工程信號為教研對象，以電力工程信號處理算法原理和實現(xiàn)為著力點，以電力工程信號處理應用為落腳點來組織內容。

（1）教材充分考慮了學生自主學習的需要，內容敘述詳盡，目標明晰，結構清晰見圖。每一獨立章節(jié)講述清楚概念、方法、結論和主要應用等四個層面內容。既啟迪思路，又解決實際問題，理論聯(lián)系實際，賦有時代性和實用性。

（2）該教材將電氣工程專業(yè)知識、信號分析與處理知識緊密結合，要求學生具備較為扎實的專業(yè)知識；含有大量公式，其物理含義較難理解。針對本門課程的重點和難點積極引入教研和科研成果，優(yōu)化課程體系，更新教學內容。將課題組創(chuàng)新的科研成果應用于教學中，更新教學內容，優(yōu)化課程體系。

（3）在原有內容的基礎上，通過總結多年來的教學實踐和科研心得，研究同行學者成果，補充了小波變換、相量測量單元（Phasor Measurement Unit，PMU）、希爾伯特-黃（Hilbert-Huang Transform HHT）、S變換等內容。主要包括小波變換用于電力系統(tǒng)在線檢測、故障診斷、變壓器保護、負荷預測等工程課題；希爾伯特-黃變換在配電網(wǎng)故障選線、電力系統(tǒng)低頻振蕩檢測、設備局部放電信號檢測等問題的算法實現(xiàn)步驟和算例分析；S變換其在電力系統(tǒng)的應用研究主要集中在對電能質量擾動特征的提取、（間）諧波檢測、配電網(wǎng)故障選線、低頻振蕩模態(tài)分解、行波波頭識別等范圍。

（4）將課題組創(chuàng)新的科研成果應用于教學中，如將形態(tài)學—小波檢測，HHT，S變換等綜合應用于行波波頭檢測和初始波頭到達時刻標定；采用小波能量熵，S變換能量熵和形態(tài)譜等方法進行纜—線混合線路的故障選線以及創(chuàng)造性提出的變壓器勵磁涌流鑒別的形態(tài)結構判別方法以及動態(tài)電能質量擾動檢測的形態(tài)譜方法、分形方法和廣義S變換法。

四、應用情況

《電力工程信號處理及應用》是昆明理工大學在長期使用的內部教材《電力工程信號處理應用（講義）》基礎上，通過不斷完善和更新已正式出版。教材具有方便開展理論教學與實踐教學緊密結合的突出特點，圍繞該課程的主要內容，在我校電力系統(tǒng)保護與控制重點實驗室開展了基于“電力系統(tǒng)實時閉環(huán)仿真與保護測控試驗系統(tǒng)等仿真試驗平臺的各種電力工程暫態(tài)信號分析處理實驗，有效提高了學生的實踐動手能力。

在使用時間已經(jīng)長達十多年之中，該教材在實踐中得到廣泛的應用和創(chuàng)新。例如：

（1）多軌語言數(shù)字記錄系統(tǒng)、直流系統(tǒng)絕緣在線檢測與故障分支診斷系統(tǒng)、電力系統(tǒng)故障錄波與測距裝置、輸電線路故障行波分析與測距系統(tǒng)等技術水平處于國內先進，成果在云南電網(wǎng)得到廣泛應用。

（2）應用電力工程信號處理技術開展了大量的工程應用研究，《10-35kV電網(wǎng)接地故障監(jiān)測和選線技術》《云電送粵交直流混合輸電動態(tài)特性分析研究》《110kV架空電纜混用線路重合閘投切問題研究》《±800kV云廣直流輸電系統(tǒng)電磁暫態(tài)建模與仿真研究》《昆明電網(wǎng)規(guī)劃、設計、裝備技術原則》《昆明電網(wǎng)十一五規(guī)劃》《昆明電網(wǎng)供電能力分析》《怒江電網(wǎng)高頻穩(wěn)定運行研究》等10余項成果被云南電網(wǎng)公司采用，為地方經(jīng)濟和社會發(fā)展做出了突出的貢獻。

據(jù)科學出版社證明，由于本教材特色鮮明，反映了人才培養(yǎng)模式和教學改革的需求，自出版以來就受到全國各高校的普遍好評，截止2011年12月30日，教材印刷2次，實際印數(shù)28000冊，目前使用該書作為教材的高校有昆明理工大學、四川大學、鄭州大學、河南農業(yè)大學、南昌大學、遼寧科技大學、華東交通大學等學校，主要涉及電力工程、通信與信息系統(tǒng)等專業(yè)。出版以來，受到業(yè)界的廣泛好評。

五、結語

《電力工程信號處理及應用》立體化教材是為滿足培養(yǎng)高等電氣專業(yè)人才的要求而建設的。在為電氣專業(yè)高年級學生和研究生提供信號處理方法，培養(yǎng)其解決電力工程問題的能力，推進教學現(xiàn)代化、提高教材質量方面有良好作用，而且對創(chuàng)新意識和創(chuàng)新價值規(guī)律的培養(yǎng)也有積極的促進作用。

參考文獻：

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[2]張浩宇.立體化教材建設的思考[J].重慶文理學院學報，2008.

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