案例教學(xué)在《電力系統(tǒng)不確定性理論與測(cè)度》課程中的應(yīng)用研究

楊曉梅 劉亞梅 李長(zhǎng)松 肖先勇

摘要：《電力系統(tǒng)不確定性理論與測(cè)度》是電力專業(yè)里一門交叉型課程，根據(jù)電力系統(tǒng)課程的獨(dú)特性，結(jié)合現(xiàn)有教學(xué)環(huán)境，按照課程教學(xué)目的，文章根據(jù)課程教學(xué)中出現(xiàn)的缺點(diǎn)與不足，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)理念和教學(xué)方式等方面進(jìn)行了改革。通過(guò)引入案例教學(xué)，激發(fā)學(xué)生對(duì)電力系統(tǒng)不確定性理論深入了解的熱情，使學(xué)生更加充分理解課程內(nèi)容，同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生的分析解決問(wèn)題能力、工程實(shí)踐能力，整體上提高學(xué)生的綜合素質(zhì)。

關(guān)鍵詞：案例教學(xué);《電力系統(tǒng)不確定性理論與測(cè)度》;應(yīng)用研究

中圖分類號(hào)：G642.0 ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? 文章編號(hào)：1674-9324（2020）11-0216-03

電力系統(tǒng)是地球上人造的龐大復(fù)雜系統(tǒng)，包含諸多定性的、不精確的、不完全的和不確定的現(xiàn)象、事件和信息，并大量存在于系統(tǒng)優(yōu)化、規(guī)劃、預(yù)測(cè)、控制與評(píng)估等領(lǐng)域，在數(shù)學(xué)上，均可抽象為不確定性。因此，學(xué)習(xí)和掌握電力系統(tǒng)不確定性理論，已成為電力系統(tǒng)博碩士研究生、科研人員和高級(jí)工程技術(shù)人員的重要能力[1]。傳統(tǒng)的教學(xué)方式與當(dāng)前教學(xué)需求之間矛盾日益凸顯，為了適應(yīng)當(dāng)前教育教學(xué)需求，進(jìn)而在教學(xué)中引入案例式教學(xué)方法。該方法是通過(guò)典型案例的引入，提高學(xué)生接受新知識(shí)的積極性，通過(guò)對(duì)案例的深入分析與探討，使學(xué)生更加深入理解課程內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生理論與實(shí)際相結(jié)合的思想意識(shí)。同時(shí)在典型實(shí)際案例的學(xué)習(xí)中，可促使學(xué)生將之前所學(xué)知識(shí)交叉對(duì)比、有機(jī)結(jié)合，幫助學(xué)生建立并完善電力系統(tǒng)知識(shí)體系。

一、案例教學(xué)法的思想內(nèi)涵

案例教學(xué)是當(dāng)下熱門的一種啟發(fā)式、開放式的教育教學(xué)方法。依據(jù)課程特點(diǎn)，教學(xué)人員事先精心挑選符合的實(shí)際案例，并準(zhǔn)備相應(yīng)的案例教學(xué)方案，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)案例的閱讀與思考，以開展小組或集體討論的方式，促使學(xué)生反復(fù)交流與思考，進(jìn)而達(dá)到融會(huì)貫通的教學(xué)目的。通常案例教學(xué)以一定的相關(guān)理論為基礎(chǔ)，運(yùn)用多種信息、知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)、觀點(diǎn)的交流與碰撞，來(lái)實(shí)現(xiàn)理解知識(shí)和啟發(fā)思維的教學(xué)目的[2]。被應(yīng)用于案例教學(xué)的典型案例是以實(shí)現(xiàn)相應(yīng)教學(xué)需求為目的，其典型事例是以一定的相關(guān)事實(shí)為基礎(chǔ)，通過(guò)精心編寫而成的故事，既不是無(wú)故編出來(lái)的假故事，也不是用來(lái)闡述事實(shí)的案例。學(xué)生通過(guò)課堂上案例的引入，經(jīng)過(guò)相互的討論和分析之后進(jìn)而理解和掌握相關(guān)知識(shí)，進(jìn)而提高學(xué)生對(duì)問(wèn)題的分析與解決的能力，整體上提高學(xué)生的綜合素質(zhì)。

普遍來(lái)說(shuō)，案例教學(xué)法在課程運(yùn)用中的實(shí)施步驟如下：首先，老師在教學(xué)中提出典型案例，引起學(xué)員對(duì)典型案例興趣;接著，學(xué)生通過(guò)對(duì)典型事例的思考與分析，闡述自己對(duì)案例的理解，提出相應(yīng)的解決思路和方法;進(jìn)而，學(xué)生之間相互交流各自對(duì)問(wèn)題的理解與分析，相互討論進(jìn)而優(yōu)化各自解決方案;最后，老師對(duì)學(xué)生提出方案總結(jié)與歸納。教員在案例教學(xué)的組織與實(shí)施過(guò)程中的作用不僅在于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，同時(shí)還起到了對(duì)教學(xué)過(guò)程引導(dǎo)與把控的作用，進(jìn)而達(dá)到使學(xué)生融會(huì)貫通的教學(xué)目的[3]。

二、《電力系統(tǒng)不確定性理論與測(cè)度》課程特點(diǎn)

電力系統(tǒng)是人造的復(fù)雜動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)，也是復(fù)雜的物理信息系統(tǒng)，運(yùn)載的除了電能量外，還有運(yùn)行信息、狀態(tài)信息、電能與電量信息、電力市場(chǎng)信息、統(tǒng)計(jì)信息、管理信息、決策信息、預(yù)測(cè)信息和控制信息等，這些信息從不同角度反映了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)狀態(tài)、運(yùn)行狀態(tài)、安全性、穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性，同時(shí)還反映了與環(huán)境、社會(huì)等的和諧關(guān)系。電力系統(tǒng)的各種信息來(lái)自觀測(cè)和感知數(shù)據(jù)，有時(shí)是確定性的，但更多是不確定性的，可以說(shuō)，不確定性在系統(tǒng)內(nèi)無(wú)處不在，無(wú)時(shí)不在。電力系統(tǒng)物理量和信息量具有復(fù)雜不確定性，如隨機(jī)性、模糊性、粗糙性、模糊隨機(jī)性、雙重隨機(jī)性、雙重模糊性等，這些不確定性可抽象為由內(nèi)涵、外延、邊界引起的不確定性，或由排中律、因果律、定義域等缺失引起的單一隨機(jī)性、模糊性和粗糙性，但更多時(shí)候表現(xiàn)為由單一不確定性按不同時(shí)空組合而成的復(fù)雜不確定性。

《電力系統(tǒng)不確定性理論與測(cè)度》課程具有內(nèi)容繁多、理論性強(qiáng)、多學(xué)科相互交叉等鮮明特點(diǎn)，對(duì)老師日常教學(xué)任務(wù)的完成產(chǎn)生挑戰(zhàn)。教學(xué)課程內(nèi)容包含很多難點(diǎn)，其中難點(diǎn)大多為抽象、枯澀、難懂。學(xué)生大多只能通過(guò)背誦來(lái)達(dá)到強(qiáng)記的目的，使學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解與掌握產(chǎn)生嚴(yán)重不良影響。通過(guò)運(yùn)用案例教學(xué)法，積極引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)參與對(duì)案例的思考與分析，激發(fā)對(duì)案例的分析與討論的熱情，有效避免對(duì)知識(shí)的死記硬背，加深對(duì)知識(shí)的理解與感悟，提高同學(xué)們分析問(wèn)題解決問(wèn)題的能力。

三、教學(xué)案例的選取

根據(jù)課程特點(diǎn)挑選合適的典型案例、精心案例，在《電力系統(tǒng)不確定性理論與測(cè)度》課程準(zhǔn)備過(guò)程中，教學(xué)案例選擇應(yīng)以課程本身特點(diǎn)、學(xué)生接受程度以及教學(xué)目的等多方面因素綜合考量。所提典型實(shí)際案例應(yīng)以激發(fā)學(xué)生對(duì)電力系統(tǒng)不確定性理論深入了解的熱情，使學(xué)生更加深入地理解課程內(nèi)容，同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生的分析解決問(wèn)題的能力。因此，典型案例的選擇是案例教學(xué)法在課程教學(xué)中得以取得顯著效果的關(guān)鍵因素。

在《電力系統(tǒng)不確定性理論與測(cè)度》課程的前期備課過(guò)程中，典型工程案例的挑選應(yīng)以具有典型性、實(shí)際性與驗(yàn)證性的案例為重點(diǎn)考慮對(duì)象。《電力系統(tǒng)不確定性理論與測(cè)度》課程具有很強(qiáng)的專業(yè)性與抽象性。課程內(nèi)容包含大量的抽象概念與理論，所以所舉典型案例必須具有一定真實(shí)性，避免學(xué)生直接對(duì)抽象概念的接觸[4]。實(shí)際中電力系統(tǒng)不確定性的案例不計(jì)其數(shù)，在短暫的課堂上不可能一一列舉，因此，應(yīng)挑選最具典型性的案例作為目標(biāo)案例。在學(xué)生就案例進(jìn)行廣泛討論分析時(shí)，老師可根據(jù)案例分析結(jié)果牽引至其他相關(guān)問(wèn)題的解決上，因此，所選案例應(yīng)具有啟發(fā)同學(xué)思維的特點(diǎn)。

應(yīng)用于《電力系統(tǒng)不確定性理論與測(cè)度》課程的案例應(yīng)具有真實(shí)性、典型性與啟發(fā)性的特點(diǎn)。由于課程所具有的交叉性，所選案例最好涉及電力系統(tǒng)不確定性的多個(gè)知識(shí)點(diǎn)，使學(xué)生可以通過(guò)有限例子舉一反三，有助于培養(yǎng)學(xué)生多角度分析、多維度思考問(wèn)題的能力，促使學(xué)生將之前所學(xué)知識(shí)交叉對(duì)比、有機(jī)結(jié)合，幫助學(xué)生建立并完善電力系統(tǒng)知識(shí)體系。

《電力系統(tǒng)不確定性理論與測(cè)度》課程核心內(nèi)容的80%通過(guò)實(shí)際工程案例和研究課題切入，通過(guò)實(shí)際案例講解課程理論，達(dá)到提升學(xué)生理論解決科學(xué)和工程問(wèn)題的能力的目的，從而將枯燥的理論扎根于本學(xué)科領(lǐng)域的實(shí)際科學(xué)與工程問(wèn)題的分析、解決與研究中。案例來(lái)自電力系統(tǒng)安全運(yùn)行，設(shè)備與系統(tǒng)可靠性電能質(zhì)量與優(yōu)質(zhì)供電，負(fù)荷預(yù)測(cè)與電能效率，可再生能源及其并網(wǎng)運(yùn)行帶來(lái)的新問(wèn)題等，能覆蓋整個(gè)電氣工程學(xué)科的主要研究領(lǐng)域和熱點(diǎn)領(lǐng)域。[5-8]

四、案例教學(xué)的具體實(shí)施過(guò)程

在《電力系統(tǒng)不確定性理論與測(cè)度》課程的教學(xué)過(guò)程中，老師身兼案例教學(xué)的組織者與掌控者的雙重身份，應(yīng)對(duì)課程教學(xué)進(jìn)程與案例教學(xué)的引入具有良好的把控能力，把握課程方方面面。本課程的案例教學(xué)具體實(shí)施過(guò)程如下。

1.教案準(zhǔn)備。老師根據(jù)《電力系統(tǒng)不確定性理論與測(cè)度》課程具有很強(qiáng)的專業(yè)性與抽象性的特點(diǎn)為基礎(chǔ)，選擇具有真實(shí)性、典型性與啟發(fā)性的事例作為典型實(shí)際案例。通過(guò)典型案例引出基礎(chǔ)理論的逆向教學(xué)，有助于培養(yǎng)學(xué)生多角度分析、多維度思考問(wèn)題的能力。

2.案例引入。課程教學(xué)時(shí)，老師在合適時(shí)間巧妙引入典型案例，激發(fā)學(xué)生的好奇心與求知欲。引導(dǎo)學(xué)生對(duì)案例內(nèi)容的閱讀與理解，找出案例中的關(guān)鍵點(diǎn)，結(jié)合典型案例背景知識(shí)，分析其中各工作要素之間的聯(lián)系與區(qū)別，就其中關(guān)鍵性問(wèn)題提出合理的解決思路。根據(jù)課堂所學(xué)的理論與知識(shí)，提出自己解決問(wèn)題的方案，同時(shí)學(xué)生將自己的解決思路與方案記錄下來(lái)，撰寫方案提綱以便后續(xù)討論總結(jié)。

3.互動(dòng)討論。討論部分按照兩步進(jìn)行：首先進(jìn)行小組討論，老師按課程人數(shù)和學(xué)生特點(diǎn)綜合考慮，將班級(jí)分成多個(gè)小組，每個(gè)小組4—5人，并由每個(gè)小組人員選舉出一個(gè)小組長(zhǎng)。各小組長(zhǎng)負(fù)責(zé)掌控各小組內(nèi)部討論，總結(jié)小組討論成果。促使各小組內(nèi)成員相互討論，進(jìn)行激烈的多維度思維碰撞，啟發(fā)同學(xué)們的思維。接著進(jìn)行班級(jí)討論，各小組在組內(nèi)討論環(huán)節(jié)產(chǎn)生各自小組的不同解決方案，接著由老師引導(dǎo)各小組進(jìn)行班級(jí)討論。在激烈的思想碰撞中，相互補(bǔ)充，不斷完善優(yōu)化問(wèn)題的解決方案。通過(guò)對(duì)典型案例的相互分析與討論，可以使學(xué)生對(duì)典型案例有更深入的分析，對(duì)課程相關(guān)知識(shí)點(diǎn)有更透徹的理解。

4.歸納總結(jié)。通過(guò)前面的廣泛討論，各組均產(chǎn)生各自的解決方案。老師在此環(huán)節(jié)中需要將所教授的理論與方法和案例結(jié)合起來(lái)，針對(duì)每個(gè)解決方案，仔細(xì)分析其思路的正確性，逐步解析方案的優(yōu)缺點(diǎn)，總結(jié)歸納同學(xué)們所提解決方案。通過(guò)老師的歸納總結(jié)，有助于培養(yǎng)學(xué)生良好的啟發(fā)性思維，是對(duì)互動(dòng)討論的進(jìn)一步升華，加強(qiáng)學(xué)生對(duì)知識(shí)理解與掌握的深度與廣度。

五、結(jié)語(yǔ)

將案例教學(xué)方法引入《電力系統(tǒng)不確定性理論與測(cè)度》課程的教學(xué)實(shí)踐中，精選教學(xué)案例，確保案例具有針對(duì)性、實(shí)效性、吸引力和感染力。同時(shí)注重學(xué)生與教師間的互動(dòng)。教師采用“問(wèn)題提出”的方式引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行案例分析，要求學(xué)生進(jìn)行課前內(nèi)容資料的查找與PPT制作，在課堂實(shí)踐中，教師抓住核心、關(guān)鍵問(wèn)題，在案例講解中起著引導(dǎo)、控制和導(dǎo)演的作用。注重培養(yǎng)學(xué)生理論知識(shí)分析、解決實(shí)際問(wèn)題的能力。通過(guò)將單一與雙重不確定性理論與測(cè)度在電力負(fù)荷預(yù)測(cè)、電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行、電能質(zhì)量與優(yōu)質(zhì)供電等領(lǐng)域中的應(yīng)用案例，使學(xué)生分析問(wèn)題能力和綜合思維能力得到訓(xùn)練與提升。通過(guò)典型案例引出基礎(chǔ)理論的逆向教學(xué)，有助于培養(yǎng)學(xué)生多角度分析、多維度思考問(wèn)題的能力，促使學(xué)生將之前所學(xué)知識(shí)交叉對(duì)比、有機(jī)結(jié)合，幫助學(xué)生建立并完善電力系統(tǒng)知識(shí)體系。

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