新工科背景下基于應用型人才培養(yǎng)的“電力系統(tǒng)分析”課程改革與實踐

沈娜 房大中 杜蕓強

摘? 要：“電力系統(tǒng)分析”課程是電氣工程及其自動化專業(yè)的核心課程。文章梳理了該課程存在的問題，結合新工科背景下學校應用型人才培養(yǎng)的定位，從該課程的實踐環(huán)節(jié)、教學方法、考核方式和教材建設等方面進行有針對性的改革工作，提升學生學習興趣，提高課程教學質量，達到了較好的改革效果。

關鍵詞：新工科;應用型人才培養(yǎng);課程改革

中圖分類號：G642? ? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2096-000X（2020）17-0143-04

Abstract： The "Electric Power System Analysis" course is a core course for electrical engineering and automation majors. Combining with the new engineering background of the school application-oriented talent training positioning， this paper summarizes the problems existing in this course and the reform in practical links， teaching methods， teaching models， assessment methods and textbook construction in order to improve students' interest in learning and the quality of curriculum teaching， the reform has achieved good results.

Keywords： new engineering background; application-oriented talent training; course reform

在“復旦共識”“天大行動”和“北京指南”指導下，國家對高校提出了“新工科”建設要求[1]。在“互聯(lián)網(wǎng)+”、大數(shù)據(jù)、人工智能等技術的推動下，應用型人才的培養(yǎng)及工程教育的創(chuàng)新改革進入了一個嶄新的時代[2]。在新工科背景下，推進課程改革就是一項重要工作?！半娏ο到y(tǒng)分析”課程是電氣工程及其自動化專業(yè)的核心課程，課程內(nèi)容包括電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)、暫態(tài)分析的基本原理和方法，電力系統(tǒng)的數(shù)學模型、潮流計算、短路電流計算等[3-6]。該課程既可讓學生獲得有關電力系統(tǒng)規(guī)劃、設計、建設、運行和管理的基本知識，又培養(yǎng)學生綜合運用基礎知識解決工程實際問題的能力。該課程理論性強，又具有較高的實踐要求[7-8]。一些高等院校在這門課的教學內(nèi)容上，更偏重理論方面。對于獨立學院來說，培養(yǎng)應用型人才是學校的指導思想。如何對該門課程進行教學改革，提高學生的學習興趣、增強學生動手實踐能力，達到應用型人才的培養(yǎng)要求就顯得尤為重要了。

一、課程存在的問題

“電力系統(tǒng)分析”課程是電氣工程及其自動化學科的專業(yè)必修課，課程內(nèi)容與電力系統(tǒng)生產(chǎn)運行過程密切相關，課程具有較強的理論性又具有很強的實踐性。該課程對于學生掌握電力系統(tǒng)的基本知識和解決實際電力工程能力具有很重要的作用。電氣工程及其自動化專業(yè)是我校2006年開辦的專業(yè)，最初的兩屆學生由華南理工大學本部教師授課，沿用了華南理工大學的教學模式，課程教學偏于理論，教學難度大，學生出勤率、學習興趣低。由于該課程部分內(nèi)容較抽象，工程實踐性比較強，課堂講授無法講解清楚，不利于學生工程實踐能力的培養(yǎng)。為解決該課程存在的以上問題，課程教學團隊從實踐環(huán)節(jié)、教學方法、考核方式和教材建設等方面進行有針對性的改革。

二、課程改革措施

在新工科背景下，立足學校應用型人才培養(yǎng)指導思想，結合電力行業(yè)的發(fā)展及對人才要求，針對該課程存在的問題，教學團隊認真梳理教學內(nèi)容，對電氣工程及其自動化專業(yè)核心課程“電力系統(tǒng)分析”按照以下思路進行課程改革，如圖1所示。按照“需求導向”調整課程體系，按照“就業(yè)導向”調整教學內(nèi)容，按照“能力導向”調整教學方法，此為 “三面導向”?！叭龑蛹訌姟敝饕窃撜n程通過增加仿真實驗、課程設計及參觀實習三個層次加強學生動手實踐和工程能力的培養(yǎng)，強化學生將理論知識用于實踐的能力，突出應用型學生培養(yǎng)的特色。同時教學團隊還對課程考核方式和教材等方面進行一系列改革。

（一）增加實驗實踐環(huán)節(jié)提升實踐能力

“電力系統(tǒng)分析”課程內(nèi)容理論性強，加強本課程的實驗實踐環(huán)節(jié)有助于幫助與深化學生對理論知識的吸收，進一步提升學生分析問題和解決問題的能力。為提升學生學習興趣和課程教學效果，該課程增加了由仿真實驗、課程設計及參觀實習三大部分組成的實驗實踐環(huán)節(jié)。

1. 仿真實驗面向工程實際

教學團隊將課程內(nèi)容分為穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)兩大模塊，通過講解理論知識讓學生對電力系統(tǒng)分析知識有初步認識與理解。同時引入MATLAB程序設計，利用電力系統(tǒng)專業(yè)仿真軟件PSCAD、BPA等進行包括配電網(wǎng)潮流、短路電流等仿真計算。通過仿真計算，將電力系統(tǒng)分析理論知識用于實際電力工程，培養(yǎng)學生工程應用與計算分析能力。增加仿真計算環(huán)節(jié)，不僅提高了學生學習興趣，也加深了學生對理論知識的理解。

2. 增加課程設計環(huán)節(jié)

依據(jù)我校應用型本科人才的培養(yǎng)目標，在“電力系統(tǒng)分析”課程基礎上開設了“電力系統(tǒng)分析”課程設計。該課程設計將MATLAB程序設計與電力系統(tǒng)分析中的潮流分析結合在一起，培養(yǎng)學生應用先進的現(xiàn)代計算工具進行具體電力系統(tǒng)工程計算的能力;該課程設計還與電力系統(tǒng)分析中的開式電網(wǎng)潮流程序設計、短路電流程序設計前后結合。通過增加“電力系統(tǒng)分析”課程設計，加深了學生對電力系統(tǒng)分析理論知識的理解，進一步訓練學生對實際電力工程進行計算的能力。

3. 通過參觀實習加深對電力系統(tǒng)的理解

學院對每屆學生基本安排以下幾種類型的生產(chǎn)單位進行參觀實習：（1）發(fā)電廠（加深對電力的生產(chǎn)過程的理解，加深對發(fā)電機的印象），如廣州黃埔火力發(fā)電廠、云浮火力發(fā)電廠、沙角C電廠、葛洲壩水力發(fā)電廠。（2）變電站（加深電力的傳輸理解），如花都樂同110kV或林益220kV變電站。（3）電調中心（加深電力的運行和調度、功率平衡、頻率穩(wěn)定概念），如廣州供電局電力調度通信中心。

通過到發(fā)電廠、變電站及電調中心進行參觀實習，讓學生了解真正電力系統(tǒng)的組成及電力系統(tǒng)分析所應用的場合，讓學生將理論與實際工程相結合，進一步提升學生對電力系統(tǒng)分析課程的理解與應用。

“電力系統(tǒng)分析”課程改革的重點就體現(xiàn)在增加課程實踐環(huán)節(jié)，改變以往只講理論所存在的問題。課程團隊通過增加課程仿真實驗、課程設計及參觀實習三個層次的實踐環(huán)節(jié)，提升了學生學習該課程積極性，訓練了學生應用先進的現(xiàn)代計算工具的能力，增強了學生理論用于實際和工程實踐能力，達到了較好的教學效果。

（二）理清思路改革教學方法、利用多種教學手段

“電力系統(tǒng)分析”課程理論分析和計算占主要部分，學習難度較大，因此，在課堂教學中，教學團隊注重教學方法和教學手段改進。在教學中不僅運用傳統(tǒng)的講授法，還采用多種教學方法，如啟發(fā)式、案例式、互動式、課堂教學與網(wǎng)絡教學相結合等，注重調動學生學習熱情和啟發(fā)學生思維。

1. 啟發(fā)式理論教學方法

在理論教學方法的教研和教改中，探索出了一套以“循循善誘”為主導思想的啟發(fā)式理論教學的方法。如：在講授電力系統(tǒng)概念性內(nèi)容時，采用“概念辨析”的方法幫助學生對概念的理解;在講授技術性內(nèi)容之前，采用“積極設問”的辦法引導學生們思考和參與，實現(xiàn)了以“學生為主體，教師為主導”教學方法的創(chuàng)新。采用啟發(fā)式教學，注重對學生的科學思維和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，同時也激發(fā)了學生的學習熱情。

2. 案例教學法

案例教學法是學生和教師一起參與對案例或問題的直接討論。在這種教學法中有兩個重要的責任中心，其一是教師有責任選擇教學所需要的材料，其二是學生有責任把所學的有關理論知識應用到案例中并提出一個合理的答案。案例教學法通過實例教學，為鍛煉和培養(yǎng)學生面對實際情況的臨場決策能力及綜合素質提供一個訓練的場所。

3. 互動式教學法

為了提高課堂效率，講課時盡可能采用互動式教學。互動包括教師與學生之間的互動、學生相互之間的互動，如教師提問題讓學生回答或讓學生相互討論問題，以此來提高學生學習的主動性和積極性。

4. 課堂教學與網(wǎng)絡教學相結合

為了使學生更好學習該課程，課程團隊建設了該課程的慕課資源。課程團隊對內(nèi)容進行系統(tǒng)梳理，打破以往常規(guī)教學知識體系，將知識點進行碎片化處理，重構慕課教學內(nèi)容，與超星公司合作歷時一年完成慕課視頻的制作。目前，該課程慕課資源已共享到學校網(wǎng)絡學習平臺，學生利用該課程網(wǎng)上慕課資源可以進行課程預習和復習，如此將課堂教學與網(wǎng)絡教學進行有機結合，幫助學生更好理解相關知識點，提升學生學習興趣和學習效果。

5. 上機與課堂相結合

該課程通過課后習題講解和演算后，再用MATLAB程序編程實現(xiàn)驗證驗算，從而進一步提高學生對課程知識的理解和掌握。在電力系統(tǒng)仿真實驗室開設綜合性和開放性實驗，通過對電力系統(tǒng)IEEE標準測試系統(tǒng)進行仿真計算，提升學生將電力系統(tǒng)分析理論知識用于解決實際工程問題的能力。通過上機與課程相結合的方式，改變了學生學習興趣低，提升了學生動手實踐能力。

（三）改革課程考核方式

考核方式一直是教育模式和教學方法的指揮棒，在新工科背景下，面向培養(yǎng)高素質應用型人才，必須對傳統(tǒng)考核方式進行改革。

一般課程總評成績由平時成績（30%）與卷面成績（70%）組成。課程組依據(jù)課程教學實際，將總評成績調整為平時成績、作業(yè)成績、考試成績?nèi)糠?。平時成績占20%，主要包括出勤情況、學習態(tài)度、課堂參與情況等;作業(yè)成績占20%，包括每章課后作業(yè)、課程實驗實踐等完成情況;期末考試成績占60%。課程考核適當降低試卷成績的占比，改變以往僅憑期末考試卷評價學生的學習情況。在考核中加入作業(yè)成績部分，增強學生對課程實驗實踐環(huán)節(jié)的重視，提高學生將理論知識用于工程實踐的能力，進一步提升教學效果。

（四）使用經(jīng)典教材與自編教材相結合

“電力系統(tǒng)分析”課程的教材采用經(jīng)典的由何仰贊，溫增銀編著、華中科技大學出版社出版的“電力系統(tǒng)分析（上）”和“電力系統(tǒng)分析（下）”，這套教材是普通高等教育“十一五”規(guī)劃教材。本課程還有配套的習題集、實驗指導書等教學輔助材料，并編寫了完整的實踐教學課件，可供學生課外學習使用。同時，主講教師房大中教授結合我校學生特點，主編了“電力系統(tǒng)分析”教材，由科學技術出版社出版，重點闡述電力系統(tǒng)分析涉及的元件模型和計算機分析方法。課程內(nèi)容包括電力網(wǎng)絡的數(shù)學模型、電力系統(tǒng)潮流的計算機分析方法、電力系統(tǒng)的經(jīng)濟運行、同步發(fā)電機的數(shù)學模型、同步電機三相短路暫態(tài)過程分析、電力系統(tǒng)穩(wěn)定計算中的元件模型、電力系統(tǒng)穩(wěn)定性概述、電力系統(tǒng)小擾動穩(wěn)定性、電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性等?？晒┩瑢W們參考使用。

三、課程改革成效

（一）課程教學效果好

該課程在實踐環(huán)節(jié)、教學方法、考核方式和教材建設等方面進行一系列改革后，學生學習興趣和學習效果有了明顯改善。近幾年來，通過院領導聽課、教學督導組聽課及學生評教等多種形式的教學質量調查與反饋，學生對“電力系統(tǒng)分析”課程的教學效果給予了很高的評價，扭轉了以前課程難教難學、掛科率高等困局。學生表示，增加了利用電力系統(tǒng)專業(yè)軟件進行仿真計算，不僅提升他們學習的興趣，也鍛煉了動手實踐能力，進一步加深了對理論知識的理解與掌握。同時通過改革考核方式，學生的掛科率由之前的20%降到現(xiàn)在的8%左右。該課程改革效果明顯。

（二）學生創(chuàng)新實踐能力得到大幅提升

該課程進行改革以來，受益學生達2000人;學生實踐能力和創(chuàng)新能力明顯提升，學生參加創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目43項、科研課題8項，獲獎19項（其中國家級7項，省級11項）。培養(yǎng)的學生受南方電網(wǎng)公司、各發(fā)電集團等主業(yè)單位歡迎，能更快適應崗位工作。學生就業(yè)質量好，普遍在電廠電網(wǎng)產(chǎn)業(yè)單位就業(yè)。通過就業(yè)回訪，畢業(yè)生受到好評，人才培養(yǎng)質量得到用人單位的高度認可。

四、結束語

“電力系統(tǒng)分析”課程對于電氣工程及其自動化專業(yè)學生非常重要，在課程體系中起著承上啟下的作用。通過對該課程在實踐環(huán)節(jié)、教學方法、考核方式和教材建設等方面進行改革，激發(fā)了學生學習興趣，提升學生動手實踐與創(chuàng)新能力，提高了課程的教學質量，真正實現(xiàn)了電氣工程及其自動化專業(yè)應用型人才培養(yǎng)的目標。

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