高職《電力系統(tǒng)分析》課程教學(xué)改革探討

范其麗 甄亞

【摘 ? ?要】電力系統(tǒng)分析課程是高職供用電技術(shù)專業(yè)的核心課程，其理論性、實踐性和綜合性都很強，是培養(yǎng)我國的電力行業(yè)人才的基礎(chǔ)。它有助于提升學(xué)生的理論知識理解及實踐能力，培養(yǎng)學(xué)生的社會實踐和科研能力，因此，脫離工程實踐的教學(xué)毫無意義。然而目前我國各大高校在該課程的教學(xué)過程中普遍存在一些問題，急需改革。本文針對目前該課程教學(xué)中存在的問題進行了分析，提出了教學(xué)改革的策略。

【關(guān)鍵詞】高職院校 ?電力系統(tǒng)分析課程 ?教學(xué)改革 ?探討

中圖分類號：G4 ? ? 文獻標識碼：A DOI：10.3969/j.issn.1672-0407.2020.08.020

一、電力系統(tǒng)分析課程概述

《電力系統(tǒng)分析》課程是我國各大高職院校供用電技術(shù)專業(yè)的核心專業(yè)課程之一。該課程的主要內(nèi)容是講解電力系統(tǒng)中暫態(tài)分析和穩(wěn)態(tài)分析的相關(guān)概念、原理、計算等。通過該課程的理論學(xué)習(xí)和試驗教學(xué)，專業(yè)內(nèi)的學(xué)生首先必須掌握的是電力系統(tǒng)的基礎(chǔ)理論知識，并具備一定的動手操作能力，能夠?qū)⑺鶎W(xué)理論與實踐作業(yè)緊密地結(jié)合在一起。只能這樣，才能夠更好地為我國的電力系統(tǒng)服務(wù)，才能更好地保障我國電力系統(tǒng)的安全性和高質(zhì)量，同時也更好的保障了自身和他人的生命財產(chǎn)安全。

二、電力系統(tǒng)分析課程教學(xué)改革的必要性

高職《電力系統(tǒng)分析》的改革必須以社會需求為要求，通過科學(xué)合理的改革與創(chuàng)新提高課程教學(xué)質(zhì)量。電力系統(tǒng)分析課程主要提升學(xué)生的電學(xué)知識水平及職業(yè)素養(yǎng)，對于培養(yǎng)電學(xué)職業(yè)型人才具有重要意義。電力系統(tǒng)分析課程主要包含三部分：一是電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析;二是電力系統(tǒng)暫態(tài)分析;三是專業(yè)課實踐。學(xué)生通過學(xué)習(xí)實踐掌握相應(yīng)的系統(tǒng)知識技能，在實踐過程中鍛煉動手能力，這能夠為后期考試或深造打下良好的基礎(chǔ)。要提升學(xué)生的實踐能力，就必須培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)精神并激發(fā)學(xué)生主動探究的動力，因此，不管是在教學(xué)內(nèi)容方面，還是在教學(xué)方法方面，對電力系統(tǒng)分析課程進行教學(xué)改革都是非常有必要的。通過改革，課程培養(yǎng)目標與時代的發(fā)展要求接軌，對人才的培養(yǎng)效果就能夠更好地反映出學(xué)生在綜合素質(zhì)方面的提升，應(yīng)用型人才需要具備較強的實踐能力和創(chuàng)新意識。因此在電力系統(tǒng)分析教學(xué)中應(yīng)重視對學(xué)生這兩方面能力的培養(yǎng)。

三、電力系統(tǒng)分析課程教學(xué)存在的現(xiàn)狀與問題

首先，該課程在教學(xué)設(shè)置上主要是理論知識和分析計算。理論知識包括概念、原理、方法等，分析計算包括三相短路的計算、簡單不對稱故障的計算、潮流計算等。該課程中無論是理論知識還是分析計算，都具有很強的復(fù)雜性、關(guān)聯(lián)性和抽象化。如果僅僅是課堂上的傳統(tǒng)的講解方法，學(xué)生沒有足夠的時間和條件將所學(xué)結(jié)合實踐，導(dǎo)致的結(jié)果就是理論和實踐的脫節(jié)。

其次，重理論輕實踐。目前高職院校在教學(xué)電力系統(tǒng)分析課程時，教師花大量的時間對公式進行理論推導(dǎo)和演算，很少聯(lián)系實踐進行教學(xué)，導(dǎo)致學(xué)生無法建立起相關(guān)的電力物理模型概念，整個教學(xué)過程中缺乏對學(xué)生的工程實踐能力的培養(yǎng)及規(guī)劃。該課程的教學(xué)內(nèi)容主要分為電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析和電力系統(tǒng)暫態(tài)分析，當前，課程以理論分析為主，對線性方程、非線性方程、微積分等數(shù)學(xué)基礎(chǔ)課程要求較高，同時涵蓋了電路理論、電機學(xué)、電磁場等專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課程。在理論分析的同時實踐課程占課時比重很小，學(xué)校在課程安排上沒有給予足夠的重視，造成了實踐課程教學(xué)不足，在一定程度上限制了學(xué)生的實踐操作能力、科技創(chuàng)新能力甚至團隊協(xié)作能力。

再次，教學(xué)方法落后，理論和實踐的脫節(jié)，學(xué)生缺乏興趣。主要表現(xiàn)在：（1）在教學(xué)內(nèi)容上，過多強調(diào)理論知識的講授，忽視了與電力工程實踐問題的聯(lián)系，缺乏工程實際背景分析;（2）在教學(xué)方法上，重視電力系統(tǒng)理論的推導(dǎo)與分析，忽視了電力系穩(wěn)態(tài)與暫態(tài)之間、各元件之間的綜合內(nèi)在聯(lián)系，缺乏各部分在電力工程中的應(yīng)用;（3）在教學(xué)組織上，重視課堂教學(xué)，忽視了實踐教學(xué)的輔助作用，缺乏對學(xué)生實踐能力和工程素質(zhì)的培養(yǎng)。這些問題造成了教師課堂講授困難，學(xué)生課堂學(xué)習(xí)枯燥、缺乏興趣。

最后，理論性強、數(shù)值計算過程繁瑣，內(nèi)容重復(fù)交叉。電力系統(tǒng)分析課程教學(xué)內(nèi)容具有理論性強、數(shù)值計算過程繁瑣、密切聯(lián)系電力生產(chǎn)實際的特點，然而，由于該課程教學(xué)內(nèi)容大量涉及正弦穩(wěn)態(tài)網(wǎng)絡(luò)方程和動態(tài)網(wǎng)絡(luò)方程的建立過程，分析方法為先行課程電路原理所學(xué)內(nèi)容，重復(fù)交叉內(nèi)容的講授既占用了較多課時，也不利于吸引學(xué)生的注意力。另一方面，上述網(wǎng)絡(luò)方程通常為非線性代數(shù)方程和微分方程，其求解使用的數(shù)值計算方法不屬于前期基礎(chǔ)數(shù)學(xué)課的教學(xué)內(nèi)容，簡單地講授容易導(dǎo)致學(xué)生難以理解，部分學(xué)生失去學(xué)習(xí)興趣。另外，數(shù)學(xué)模型的推理步驟和給出模型的數(shù)值計算結(jié)果，學(xué)生難以理解也無法參與模型求解的數(shù)值計算過程，造成數(shù)學(xué)模型求解能力的缺失，也不利于學(xué)生進一步學(xué)習(xí)和掌握電力系統(tǒng)仿真軟件的使用方法，難以培養(yǎng)學(xué)生分析和解決復(fù)雜工程問題的能力，導(dǎo)致不少學(xué)生在后續(xù)課程設(shè)計和畢業(yè)設(shè)計環(huán)節(jié)中難以獨立完成工程設(shè)計任務(wù)。

四、高職電力系統(tǒng)分析課程教學(xué)改革的思路與途徑

（一）構(gòu)建電力系統(tǒng)分析課程體系

根據(jù)電氣工程及其自動化專業(yè)的人才培養(yǎng)目標，按照教學(xué)大綱要求結(jié)合工程教育的要求和專業(yè)特點，將工程應(yīng)用融入到課堂教學(xué)的理論計算與分析中，加強學(xué)生電力系統(tǒng)工程的整體概念，提高學(xué)生的工程實踐能力，增強學(xué)生課程學(xué)習(xí)的興趣。結(jié)合改革與實踐探索，要積極構(gòu)建以工程應(yīng)用為主線，加強理論教學(xué)，突出實踐教學(xué)，擴展綜合課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計和科研實踐的三位一體的立體化教學(xué)體系。該體系可體現(xiàn)理論教學(xué)、實踐教學(xué)與工程應(yīng)用的有機結(jié)合。 實踐教學(xué)體系的重點是加強工程訓(xùn)練，突出工程素質(zhì)培養(yǎng)，將課程實驗、課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計與科研創(chuàng)新進行有機結(jié)合，實現(xiàn)對大學(xué)生工程應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。兩個教學(xué)體系是相互滲透，教學(xué)體系更加科學(xué)合理，加強了教師教學(xué)的針對性，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和積極性。

（二）更新課堂教學(xué)思想，優(yōu)化課程內(nèi)容設(shè)計

對于教學(xué)思想建設(shè)，高校和教師都應(yīng)突出應(yīng)用特色，重視對學(xué)生實踐能力的培養(yǎng)，以提升教學(xué)的質(zhì)量為主要目標。新的教育思想應(yīng)重視培養(yǎng)學(xué)生對運行數(shù)據(jù)和拓撲結(jié)構(gòu)的開發(fā)提取，讓學(xué)生真正掌握技巧和實踐規(guī)律，培養(yǎng)學(xué)生在工程實踐中的應(yīng)用能力，促使教學(xué)和科研緊密結(jié)合。內(nèi)容設(shè)計應(yīng)重視基礎(chǔ)知識脈絡(luò)，清晰展現(xiàn)各基礎(chǔ)概念和技巧，在課程內(nèi)容安排上，應(yīng)針對不同概念間的聯(lián)系對課程進行合理安排。在教學(xué)新章節(jié)時應(yīng)加強新舊知識之間的聯(lián)系，促進不同知識點的相互補充。如出現(xiàn)和舊課程重復(fù)的內(nèi)容，教師應(yīng)簡化甚至避免重復(fù)闡述，例如，在學(xué)習(xí)電機過程中會涉及等效模型及電壓磁鏈等內(nèi)容，教師在教學(xué)過程中應(yīng)對這些內(nèi)容進行適當編排，將重復(fù)的內(nèi)容簡化處理以節(jié)省課堂教學(xué)時間，而節(jié)省下來的時間就可讓學(xué)生進行實驗設(shè)計和操作。另外，教師應(yīng)積極在課堂教學(xué)中加入電力系統(tǒng)的技術(shù)及理論成果，拓寬學(xué)生視野，充分培養(yǎng)學(xué)生對知識的綜合運用能力。電力系統(tǒng)分析課程的教學(xué)內(nèi)容也可以由企業(yè)專家或相關(guān)學(xué)者進行講解，學(xué)?？梢匝垖I(yè)人士來校講解并研討相關(guān)課題，專家對我國當前的電力運行狀況以及未來國家電力系統(tǒng)的發(fā)展前景作出科學(xué)評估。與此同時，來校專家還可以給學(xué)生多講解一些現(xiàn)實案例，使學(xué)生積累更多的實際運用知識，讓知識超越書本的限制。

（三）改進教學(xué)方法和方式，積極構(gòu)建模塊化教學(xué)

1.采用行動導(dǎo)向教學(xué)。行動導(dǎo)向教學(xué)是近年來高職高專嘗試采用且行動有效的教學(xué)方法。電力系統(tǒng)分析在開篇介紹完電力系統(tǒng)相關(guān)概念后，介紹學(xué)生熟悉ETAP軟件，讓學(xué)生以小組的形式嘗試建立一個簡單的水電廠、電網(wǎng)、2個10kV小區(qū)這樣一個簡單的電力系統(tǒng)接線圖，讓學(xué)生思考接線圖中的電氣元件都有哪些、元件有哪些參數(shù)、何為發(fā)電機和變壓器的中性點等相關(guān)知識，讓各個小組帶著問題去學(xué)習(xí)。針對供用電技術(shù)專業(yè)的教學(xué)，給予學(xué)生工業(yè)與民用配電設(shè)計手冊和注冊電氣工程師相關(guān)設(shè)計手冊的電子版，讓他們嘗試學(xué)會查資料，盡早接觸工程勘察設(shè)計相關(guān)知識。

2.啟發(fā)式和討論式教學(xué)。將原有的填鴨式教學(xué)變?yōu)橛懻撌浇虒W(xué)，在講解過程中允許學(xué)生提問并開展討論，例如在講解電力系統(tǒng)電壓、頻率調(diào)整、經(jīng)濟運行模式時，讓學(xué)生以小組形式提前預(yù)習(xí)電能質(zhì)量的三個要素電壓、頻率、波形，并討論如何保障電能質(zhì)量的三個指標滿足要求。將原有的填鴨式教學(xué)變?yōu)閱l(fā)式教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生思考，并給學(xué)生的思考空間，比如在講不對稱短路電流分析時，由于已經(jīng)學(xué)過了對稱短路電流分析，引導(dǎo)學(xué)生想辦法把不對稱短路化為對稱分量，進而推導(dǎo)出對稱分量法。

3.采用翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)法。將班上學(xué)生分成若干小組（3人一組為宜），在課下通過分工合作完成ETAP軟件項目式作業(yè)和課后作業(yè)，課堂上由組員展示、闡述完成情況，解答其他小組的提問，然后老師進行指點和評價，課后各小組將項目作業(yè)進行修改和完善。翻轉(zhuǎn)課堂提高了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力、團隊合作能力、溝通能力和語言表達能力。

4.教學(xué)方式采用網(wǎng)絡(luò)教學(xué)和ETAP軟件教學(xué)。隨著高職網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺（慕課、智慧職教以及學(xué)院智慧校園平臺）的建設(shè)，教師將課程教學(xué)大綱、進度計劃、課件、微課、相應(yīng)的國家標準、工具書、以國網(wǎng)公司試題庫為基礎(chǔ)的任務(wù)練習(xí)、以ETAP為基礎(chǔ)的工程項目等教學(xué)資源上傳課程網(wǎng)絡(luò)空間。學(xué)生根據(jù)自己的安排進行學(xué)習(xí)、提交平臺作業(yè)，算入平時成績，期間可通過微信或者在線答疑等形式進行交流。采用ETAP軟件教學(xué)，教師對比了PWS軟件、PSASP軟件、MATLAB/SIMULINK軟件和ETAP軟件各自的優(yōu)缺點，再結(jié)合高職生的英語水平提出采用ETAP軟件教學(xué)。學(xué)完模塊以后引導(dǎo)學(xué)生完成電力系統(tǒng)建模，學(xué)完潮流分析后引導(dǎo)各小組完成電力系統(tǒng)的潮流計算及結(jié)果分析。學(xué)習(xí)完電力系統(tǒng)分析調(diào)整與優(yōu)化模塊后，引導(dǎo)各小組完成電力系統(tǒng)分析的電壓調(diào)整及經(jīng)濟性分析。學(xué)習(xí)電力系統(tǒng)故障分析后，引導(dǎo)各小組完成電力系統(tǒng)對稱性短路計算及結(jié)果分析。以虛擬仿真平臺為依托，進行數(shù)值仿真手段輔助教學(xué)，ETAP仿真軟件教學(xué)使抽象的電力系統(tǒng)變得可視化，使學(xué)生對電力系統(tǒng)的計算分析更易于理解、掌握。

（四）利用仿真實驗，加強實踐教學(xué)

電網(wǎng)綜合自動化實驗室具有豐富的教學(xué)資源，電網(wǎng)變電站仿真系統(tǒng)軟件，能模擬電力系統(tǒng)發(fā)電、輸電及配電的工作過程;通過電網(wǎng)變電站仿真系統(tǒng)平臺，猶如進入真實的現(xiàn)場，學(xué)生可按照實際電網(wǎng)及變電站的運行模式，進行實踐操作學(xué)習(xí)，提高學(xué)生的工程實踐能力，使學(xué)生能將理論與實踐結(jié)合起來。對實驗室來說，電力系統(tǒng)專業(yè)所能接觸到的所有應(yīng)用幾乎在這里都可以實踐，教師根據(jù)課程內(nèi)容，在實驗室環(huán)境下模擬現(xiàn)實的電力系統(tǒng)故障，學(xué)生根據(jù)自己所掌握的知識分析并判斷操作技巧。將課堂知識和實際緊密結(jié)合，學(xué)生在解決問題的同時也有效地鞏固自己的知識體系，并且實驗具有一定趣味性，學(xué)生通過實驗?zāi)軌蛟鲞M對學(xué)科學(xué)習(xí)的興趣，以此提升教學(xué)品質(zhì)和效率。實踐教學(xué)方面，高職院校課建立一定數(shù)量相對穩(wěn)定的電力類校外實習(xí)基地保障開展實踐教學(xué)，組織學(xué)生到水利發(fā)電廠、變電站、設(shè)備制造企業(yè)和10kV配電端參觀學(xué)習(xí)，在前兩個實習(xí)單位由經(jīng)驗豐富的教師或企業(yè)專家?guī)ьI(lǐng)學(xué)生參觀了調(diào)度中心，介紹他們的工作內(nèi)容，指導(dǎo)學(xué)生通過潮流分布圖監(jiān)測電網(wǎng)運行狀態(tài)，通過變電所電力電容器的設(shè)置掌握無功補償?shù)囊饬x和電壓調(diào)整的原理，通過故障錄波記錄觀察短路發(fā)生的過程，使學(xué)生體會到電力系統(tǒng)分析在調(diào)度、運行方式等方面的應(yīng)用。

總之，《電力系統(tǒng)分析》課程是高職供用電技術(shù)專業(yè)的一門重要專業(yè)核心課程，它為后續(xù)開設(shè)的電力系統(tǒng)繼電保護、發(fā)電廠電氣部分、高電壓技術(shù)、電力系統(tǒng)調(diào)度自動化、電力系統(tǒng)自動裝置等專業(yè)課程提供了必要的知識儲備，對電力專業(yè)人才培養(yǎng)起著舉足輕重的作用。本文對電力系統(tǒng)分析課程進行改革，并在教學(xué)中不斷進行新的探索和修正，不斷提高課程的教學(xué)質(zhì)量，注重課程理論與工程實踐的有效結(jié)合，從而培養(yǎng)和提高學(xué)生解決工程實踐問題的能力，提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)和綜合分析問題的能力。

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