“電力系統(tǒng)分析”課程教學體系研究

黃肇 羅隆福 劉家芳 王曉芳

摘要：針對電氣工程及其自動化專業(yè)“電力系統(tǒng)分析”課程目標、教學途徑、課程內容和實踐形式進行了改革與實踐，提出了“1234”的課程教學體系，采用理論教學與實踐教學相結合的模式，提高了課程教學效果和教學質量，對培養(yǎng)具備電力工程應用的高素質技術人才起著至關重要的作用。

關鍵詞：電力系統(tǒng)分析;課程教學體系;電氣工程及其自動化專業(yè);教學質量

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）32-0083-02

“電力系統(tǒng)分析”是我校電氣工程及其自動化專業(yè)必修的核心課程，是省級精品課程。該課程以電力系統(tǒng)潮流計算、短路計算和穩(wěn)定計算三大模塊為核心，緊密結合現(xiàn)代電力系統(tǒng)新技術，適當擴展電力系統(tǒng)相關領域的新知識。目前本課程的教學存在兩個方面的問題：一方面，從教學角度來講，普遍存在教學難度較大，學生不易理解一些重要知識點，更不知道如何著手應用。原因是：“電力系統(tǒng)分析”內容很多，從電力系統(tǒng)的潮流計算到穩(wěn)定計算，覆蓋了理論知識，章節(jié)跨度較大;課程內容涉及面廣，涵蓋了電機學、電路、電磁場、自動控制等多學科知識，包含了線性方程、非線性方程、微分方程等大量數(shù)學理論推導。[1]特別是數(shù)值計算在整個教學內容中占了很大的比例，使學生把大量的精力用于復雜計算，忘記了科學計算與工程運用的相互關系，計算的目的是為了分析問題和解決問題。[2]另一方面，從實踐角度來講，由于電力系統(tǒng)領域的新知識更新快，課程實驗內容覆蓋面不全面、不綜合，不能很好地反映學科的知識體系，不能適應學科的發(fā)展變化;由于有關電力系統(tǒng)的實驗設備投入經費很大，實驗設備更新率不高，導致實驗項目過于單一，工程實用性不強，不利于學生多層能力的培養(yǎng)。[3]因此，為了使學生在課堂上盡可能多掌握理論知識，在實踐中得到有效的工程訓練，提高課程的教學質量，非常有必要對“電力系統(tǒng)分析”課程的課程目標、教學途徑、課程內容和實踐形式等方面進行改革。

經過這幾年的建設，實驗環(huán)境得到較大改善，實驗項目、實驗類型增多，“設計型、綜合型”的“二性”實驗項目所占整個實驗項目的比例大大提高，可達80%以上。課程組經過多年的課程改革與實踐以及結合自身的教學經驗，構建了“1234”“電力系統(tǒng)分析”課程教學體系，如圖1所示。“一目標”：培養(yǎng)具有電力工程應用能力的高素質人才;“二途徑”：理論教學與實踐教學;“三大教學模塊”：潮流計算模塊、短路計算模塊和穩(wěn)定性計算模塊;“四種實踐形式”：課程實驗、課程設計、校外實習、畢業(yè)設計。新穎的課程教學體系以課程目標為核心，理論教學和實踐教學有機結合，將教學內容與電力工程實際的最新技術相結合，豐富了課程內涵;設計了三大教學模塊，教師可以根據(jù)專業(yè)方向的不同要求，教學內容可以靈活組合成不同教學模塊，增強了“電力系統(tǒng)分析”課程教學的針對性和有效性;創(chuàng)新提出了四種實踐形式，有利于調動學生的積極性和主動性，有利于提高學生實踐能力、應用能力和創(chuàng)新能力。

一、確立課程目標

課程目標定位：在我?！傲⒆汶娏?、立足應用、立足一線，以質量為宗旨，以市場為導向，以地方為依托，培養(yǎng)下得去、穩(wěn)得住、干得好的應用型高級技術人才”教學方針的指導下，定位于培養(yǎng)具有電力工程應用的高素質技術人才，突出“專業(yè)理論+工程應用+創(chuàng)新能力”的電力技術人才。

課程建設目標定位：建設成省級精品課程，辦出課程特色。

為了適應電力工業(yè)發(fā)展對人才培養(yǎng)的新要求，全面提高“電力系統(tǒng)分析”課程的教學質量，課程組從2007年啟動了對該課程的建設與改革，經過5年的建設取得了一系列成果。2008年本課程成為省級精品課程，2012年通過了湖南省教育廳合格驗收，同年得到繼續(xù)資助。2011年本課題研究項目得到了湖南省高等學校教學改革課題的資助。

二、強化培養(yǎng)途徑

“電力系統(tǒng)分析”專業(yè)基礎課程為其他后繼專業(yè)課程（如“發(fā)電廠主系統(tǒng)”、“電力系統(tǒng)繼電保護原理”、“電力系統(tǒng)自動化裝置”、“高電壓技術”等課程）提供必要的知識儲備，是電氣工程及其自動化專業(yè)（電力系統(tǒng)及其自動化方向和輸電線路方向）和國際教育項目（電氣工程及其自動化專業(yè)）的專業(yè)理論基礎課程，具有較強的理論性和綜合性，同時又具有密切聯(lián)系生產實際的特點，在電氣工程及其自動化專業(yè)的人才培養(yǎng)體系中具有舉足輕重的地位。[4]教師傳授好這門課，學生聽懂這門課，在教學過程中強化理論教學與實踐教學兩種途徑，將理論寓于實踐教學之中，讓學生成為教學活動的主體，從而實現(xiàn)其從獲取知識到運用知識和創(chuàng)新知識的能力提升。首先，教師要認真?zhèn)湔n，熟悉教學內容，做到心中有數(shù)。然后，理順各章節(jié)內容的內在聯(lián)系，梳理各章節(jié)的知識點，串成整體知識鏈。最后，課前建議學生帶著教師所提出的問題先預習;課時，學生認真聽課、仔細做筆記，理解課堂理論知識，注重聽課質量;課后，教師提前提出下一堂課所要預習的知識和布置一定數(shù)量的作業(yè)，學生應主動消化課堂知識。重視課堂理論教學，突出最佳的教學效果，讓學生學會主動思考和深化運用，提高應用知識能力。

三、優(yōu)化課程內容

“電力系統(tǒng)分析”課程現(xiàn)已出版的教材很多，但對地方本科院校來說出版“電力系統(tǒng)分析”這門課程的教材有一定的困難。因此，學生在使用教材方面選用了何仰贊、溫增銀主編的“電力系統(tǒng)分析”教材。同時，在精品課程建設過程中，我校自編了《電力系統(tǒng)分析實驗指導書》和《電力系統(tǒng)分析課程設計指導書》。另外，為了方便學生掌握課程的理論知識，我們有針對性地準備了有關電力建設的圖片資料、多媒體視頻教材、習題庫及詳解等資料，豐富了課程內容。

課程內容是應用型人才培養(yǎng)的載體和工具?！半娏ο到y(tǒng)分析”課程設置包括理論教學、實驗教學和課程設計三個教學環(huán)節(jié)?！半娏ο到y(tǒng)分析”分為電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析（第5學期）和電力系統(tǒng)暫態(tài)分析（第6學期）兩部分內容來授課，每學期安排8學時的課程實驗和2周的課程設計。結合調研和多年實際的教學經驗，下面從幾個方面對“電力系統(tǒng)分析”課程進行改革：

1.適當拓展教學內容

根據(jù)專業(yè)人才培養(yǎng)目標，結合專業(yè)發(fā)展方向和電力系統(tǒng)最新技術，增加新能源交直流變換新理論和技術、新型電氣設備的應用等內容，將大規(guī)模電網的運行狀態(tài)與安全分析為切入點，整合教學大綱和優(yōu)化教學內容，刪除過時的知識。還應根據(jù)工程應用的需要來對教學內容進行拓展，介紹電力系統(tǒng)可靠性、電力災變、超高壓直流輸電工程、柔性交流輸電系統(tǒng)、分布式發(fā)電、智能電網等專業(yè)發(fā)展動態(tài)，使優(yōu)化后的課程教學內容與知識結構更加科學合理、先進實用。因此，引入電力系統(tǒng)新技術、新裝備和應用工程的介紹，充實“電力系統(tǒng)分析”課程教學內容，把教學內容提升到一個新的水平，構建“電力系統(tǒng)分析”課程新教學體系，以培養(yǎng)學生的專業(yè)興趣和專業(yè)思維。

2.合理簡化課程內容

本專業(yè)學生畢業(yè)后很多就業(yè)于湘西南等地區(qū)的火電廠、水電站、核電廠和電力公司。從畢業(yè)學生的反饋信息可知，針對新時期新形勢下的要求，及時修改教學計劃，調整課程定位，整定、優(yōu)化教學內容。由于“電力系統(tǒng)分析”內容多，教師就必須有選擇地區(qū)分各章節(jié)重點、次重點、非重點及選學內容，力求把重點內容講細講透。如在講解復雜電力系統(tǒng)潮流計算時，只需作簡要原理性的學習，重點放在潮流計算課程設計中去講解，因為手工計算的方法應用較少，主要是計算機編程計算和運用電力系統(tǒng)軟件（PSASP、PSCAD）進行仿真驗證。

3.凸出各章節(jié)內容的必然聯(lián)系

在教學過程中體會到：學生對于比較抽象和理論性較強的課程，學生對過往知識遺忘較多，接受新知識時很困難。因此，在每章內容之前，我們充分利用電子課件的優(yōu)勢，需要將課程中的基礎知識進行簡單回憶。讓學生很快能進入新課程教學之中，幫助學生更順利地理解新的知識。

四、注重實踐教學

“電力系統(tǒng)分析”實踐形式有課程實驗、課程設計、校外實習和畢業(yè)設計（論文），如圖2所示。教學過程始終堅持理論與實踐相結合，用理論指導實踐，以實踐驗證理論，從實踐中得出真知。學生在將理論與實踐相結合的過程中不但理解和鞏固了課堂知識，而且加強了學生的基本能力、應用能力和創(chuàng)新能力。同時，為了補充和深化課堂內容，每學期安排了課程實驗和課程設計，課程結束后有校外實習和畢業(yè)設計（論文）實踐教學環(huán)節(jié)。

1.課程實驗

根據(jù)專業(yè)建設的需要以及結合學科發(fā)展，建設了一個電力系統(tǒng)動模實驗室，與原有的“4+1”電力系統(tǒng)自動化實驗平臺組建成一個復雜電力網，用于電網實訓，實現(xiàn)了學生的工程訓練和教師的部分科研試驗。因此實驗項目、實驗類型增多，針對不同的學生設計了多層次的驗證型、設計型和綜合型的實驗項目，“二性”實驗項目所占整個實驗項目的比例可達80%。教師在課程實驗教學中采用“教、學、做”于一體化的教學方法，邊講理論、邊操作設備;邊示范、邊提問;邊看實驗現(xiàn)象、邊分析實驗結果。然后讓學生親手做實驗，記錄實驗數(shù)據(jù)，學會實驗設備的操作和電網操作票的使用，為今后從事電網運行奠定基礎。在實驗中不斷加深對理論知識的理解和現(xiàn)場設備操作的掌握。

2.課程設計

從2002年開始，我們開設了“電力系統(tǒng)分析”課程設計，每學期安排2周時間。其內容涉及電力系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)分析、暫態(tài)分析、無功優(yōu)化等內容的分析計算、程序設計和數(shù)字模擬仿真，從電力系統(tǒng)基本元件的數(shù)學模型到復雜電力系統(tǒng)分析計算。隨著電力系統(tǒng)仿真軟件如PSCAD、PSASP、MATLAB的出現(xiàn)，讓學生逐漸學會使用一兩種軟件，與之完成后續(xù)的課程設計、畢業(yè)設計等實踐教學環(huán)節(jié)，加強學生的應用能力素質。課程設計基于實際電網數(shù)據(jù)、實際電廠背景和工程應用，著重培養(yǎng)學生掌握電力系統(tǒng)的數(shù)學描述方法、數(shù)學建模及電力系統(tǒng)在不同工況下發(fā)生故障時的穩(wěn)定性問題進行分析的能力。因此，在組織教學內容時，針對生產、輸送、分配和消耗電能的各種電氣設備連接組成整體的電力系統(tǒng)的抽象概念，通過電力系統(tǒng)仿真軟件平臺，采用經典的計算方法，使理論分析與實際相結合，提高學生的計算機能力，并加深其對課程內容原理方法的理解。對復雜電力系統(tǒng)的各種運行工況進行模擬仿真，并對仿真結果進行分析，從而理解電力系統(tǒng)的整體性、系統(tǒng)性、協(xié)調性。

3.校外實習

建立了幾個相對穩(wěn)定的校外實習基地和校企聯(lián)合人才培養(yǎng)示范基地，保障有效開展實踐教學，學生校外實習的場所得到了保證。采用校企互動教學方式，組織學生到大型火力、水力發(fā)電廠、風力發(fā)電場、變電站等地參觀實習、生產實習和畢業(yè)實習，以此來熟悉電網調度中心及變電站運行，介紹調度中心和變電站的結構和工作原理，了解發(fā)電廠實際生產及運行情況以及企業(yè)技術人才需求，使學生認識到“電力系統(tǒng)分析”在調度、運行、規(guī)劃與設計等方面的應用。

4.畢業(yè)設計（論文）

畢業(yè)設計（論文）是大學生在校學習的最后一個實踐環(huán)節(jié)，一般安排12周以上。畢業(yè)設計（論文）是學生應用理論知識解決實際問題，著重培養(yǎng)學生的分析、設計和開發(fā)的創(chuàng)新能力。首先，學生收集有關課題資料，閱讀大量參考文獻;然后，學生按照課題要求完成相關理論、計算、設計、仿真和實驗等工作;最后，學生撰寫畢業(yè)設計（論文），得出相應的結論。在畢業(yè)設計（論文）過程中，一是學生參與教師的科研項目，完成一部分相應的工作;二是學生參與校企聯(lián)合人才培養(yǎng)的項目，力求解決企業(yè)生產實際中遇到的技術問題;三是學生參與創(chuàng)新實驗項目，加入到創(chuàng)新實驗小組的活動中來，學會在畢業(yè)前發(fā)表原創(chuàng)性研究論文成為可能。

五、結語

電氣工程及其自動化專業(yè)是我校底蘊深厚的優(yōu)勢專業(yè)之一，其畢業(yè)生是電力行業(yè)及地方企業(yè)急需的基本建設人才。推進“電力系統(tǒng)分析”課程改革，創(chuàng)新“1234”“電力系統(tǒng)分析”課程教學體系，旨在提高學生的專業(yè)興趣，加深學生的專業(yè)基礎知識，強化培養(yǎng)學生的基本能力、應用能力和創(chuàng)新能力。教學實踐表明：通過課程改革提高課程教學效果，著力培養(yǎng)學生多層能力，為后續(xù)專業(yè)課程的學習提供知識儲備，為提高應用型人才培養(yǎng)質量奠定了專業(yè)基礎。

參考文獻：

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[3]王玉，高心，徐利梅，等.“電力系統(tǒng)分析”課程的教學探索[J].電氣電子教學學報，2011，33（2）：27-28.

[4]黃肇，羅隆福，羅慶躍.“電力系統(tǒng)分析課程”教學體系的構建[J].電氣電子教學學報，2013，35（1）：47-48.

（責任編輯：王祝萍）