新工科背景下電力系統(tǒng)自動控制項目研究型課程教學(xué)改革研究

王珺 燕山大學(xué)電氣工程學(xué)院 河北秦皇島 066004

為主動應(yīng)對新一輪科技革命與產(chǎn)業(yè)變革，支撐服務(wù)創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展、“中國制造2025”等一系列國家戰(zhàn)略，2017年2月教育部提出積極推進(jìn)新工科建設(shè)，發(fā)布了《關(guān)于開展新工科研究與實踐的通知》、《關(guān)于推進(jìn)新工科研究與實踐項目的通知》等綱領(lǐng)性文件，號召高等院校探索形成領(lǐng)跑全球工程教育的中國教育模式和教育經(jīng)驗，助力高等教育強(qiáng)國建設(shè)。

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，電力系統(tǒng)自動控制課程教學(xué)在加入多媒體、實驗等輔助教學(xué)手段后，一定程度上調(diào)動了師生對這門課程的積極性。但是在學(xué)時有限情況下，快速且有效地提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，僅僅使用多媒體等教學(xué)輔助工具是不夠的。傳統(tǒng)的實驗方法會受硬件實驗裝置成本高、電壓高、電流大的影響，實驗裝置很難進(jìn)行二次開發(fā)利用，限制了學(xué)生動手能力的培養(yǎng)。目前已有一些教學(xué)工作者開展了一些教學(xué)項目研究。文獻(xiàn)【1】采用任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法，先講解知識點，然后通過一個具體案例將所學(xué)知識得到具體運(yùn)用，激發(fā)學(xué)生的興趣 文獻(xiàn)【2】提出“研討式”教學(xué)改革，教師提出問題，讓學(xué)生在教師的指導(dǎo)下自主尋求答案，并進(jìn)行交流與討論 文獻(xiàn)【3】提出學(xué)生參與教師的科研課題，通過分配任務(wù)，自主查閱中英文資料，提高分析問題、解決問題的能力。

本文針對新工科背景下電力系統(tǒng)自動控制課程教學(xué)中存在的問題，以工程科技創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新為導(dǎo)向，開展項目研究型教學(xué)改革，以增強(qiáng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能動性，驗證傳統(tǒng)電力系統(tǒng)自動控制理論，增強(qiáng)對電力系統(tǒng)中新技術(shù)、新產(chǎn)業(yè)、新業(yè)態(tài)和新模式的理解，培養(yǎng)學(xué)生的工程能力，讓學(xué)生在新工科教育變革中受益。

1.MATLAB與電力系統(tǒng)自動控制教學(xué)的結(jié)合

電力系統(tǒng)自動控制是普通高等院校中電氣工程及其自動化專業(yè)的專業(yè)課，課程內(nèi)容豐富且抽象，大量公式推導(dǎo)使得學(xué)生不能快速和較好地理解和掌握知識點 課程涉及知識面廣，要求學(xué)生具有良好的電力系統(tǒng)分析、控制理論、電力電子技術(shù)等課程的基礎(chǔ)。

MATLAB對電氣類學(xué)科的各門基礎(chǔ)課和專業(yè)課都有著重要應(yīng)用，隨著MATLAB的迅速發(fā)展及其內(nèi)容的急劇擴(kuò)充，學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中要有一定的取舍，以適應(yīng)不同形式教學(xué)和實驗的要求。對于《MATLAB電力系統(tǒng)仿真技術(shù)》這門課程，學(xué)生應(yīng)該掌握MATLAB在電氣類專業(yè)中的應(yīng)用技巧，熟悉 MAYLAB的基本知識，包括矩陣分析與計算、方程及方程組的求解、編程方法及繪圖技巧 了解MATLAB的建模和分析方法，熟悉MATLAB/Simulink主要模塊及功能特點，掌握電力系統(tǒng)建模的方法和仿真技巧等。同時，針對電氣工程及自動化的專業(yè)課程，要掌握電力電子技術(shù)、電機(jī)及其控制技術(shù)、電力拖動控制、電力系統(tǒng)等相關(guān)仿真技術(shù)，并且還要掌握MATLAB的其它應(yīng)用技術(shù)，如POWERGUI。另外，學(xué)生要熟練掌握MATLAB軟件在電氣工程中應(yīng)用的方法和技巧，能夠完成各個單元電路的分析和仿真，包括電氣參數(shù)的選取、功能電路的設(shè)計以及整體電路的連接與調(diào)試等。通過對MATLAB應(yīng)用的實例，使初學(xué)者能夠循序漸進(jìn)、逐步加深理解和學(xué)習(xí)軟件。

采用MATLAB軟件進(jìn)行仿真應(yīng)用于電力系統(tǒng)自動控制教學(xué)，既充實教學(xué)的多樣性，又提高學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性。主要體現(xiàn)在：學(xué)生可以快速獲得各種圖形和計算結(jié)果，改變傳統(tǒng)理論公式的單一推導(dǎo)，更加快速地掌握知識點，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣軟件中函數(shù)的調(diào)用和參數(shù)的改變，使得理論知識點講解更加容易和透徹，提高教學(xué)質(zhì)量 課堂舉例的引入，使MATLAB軟件和電力系統(tǒng)自動控制課程的教學(xué)相結(jié)合，學(xué)生可以通過常規(guī)方法和軟件仿真方法完成課后作業(yè)和檢查作業(yè)，提高自主分析問題能力。

2.開展電力系統(tǒng)自動控制課程項目研究型教學(xué)改革實踐

傳統(tǒng)課程教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法，一般都采用常規(guī)內(nèi)容、常規(guī)方法、常規(guī)練習(xí)等，很難滿足電氣工程專業(yè)背景學(xué)生的學(xué)習(xí)和培養(yǎng)要求。電氣類專業(yè)的典型核心課程理論性和實踐性都很強(qiáng)，在教學(xué)改革過程中，理論與實踐課時均占了較大的比重，在許多的教學(xué)單元中，由于實驗條件等因素的影響，部分研究項目無條件在實驗室開展。

根據(jù)燕山大學(xué)電氣工程專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)和培養(yǎng)計劃以及自身特色，將MATLAB課程內(nèi)容與電氣工程專業(yè)課程做一定交叉融合教學(xué)。不僅提高了學(xué)生編程和仿真能力，而且加強(qiáng)學(xué)生基本工程實踐和應(yīng)用技能的能力。單門課程為實現(xiàn)知識的運(yùn)用而開設(shè)“三級項目”，在“三級項目”內(nèi)容上進(jìn)行深化和提升，可形成“二級項目”。經(jīng)過仿真學(xué)習(xí)后，許多抽象地、在實驗室里無法做出的項目，學(xué)生無論在課內(nèi)還是課外，隨時可通過計算機(jī)方便地進(jìn)行仿真分析。通過仿真也加深了學(xué)生對相關(guān)理論知識的理解和掌握，提升了對于專業(yè)課學(xué)習(xí)的興趣，學(xué)生的學(xué)習(xí)效果得到明顯改善。

課程研究性教學(xué)為科學(xué)研究、工程設(shè)計與分析提供了一種全面的解決方案，分析數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，效率高，實用性強(qiáng)，可有效解決實驗儀器、器件和場地條件的不足，大大提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。課程研究性教學(xué)的引入就可以大大地加強(qiáng)實踐單元的教學(xué)效果，也有效縮短了實驗時間，大部分專業(yè)問題都可以直接或間接地運(yùn)用仿真工具進(jìn)行輔助分析。

3.結(jié)束語

本文對新工科背景下電力系統(tǒng)自動控制課程教學(xué)改革實踐進(jìn)行探討，在實際電力系統(tǒng)自動控制課程應(yīng)用背景下推行項目研究型教學(xué)改革實踐，積極探索一些新的教學(xué)手段和方法，采取寬口徑的教學(xué)思路，對于電氣專業(yè)的學(xué)生來說具有十分重要的意義。