新工科導(dǎo)向下的“電力系統(tǒng)分析”課程改革

鐘嘉慶　張曉輝　殷桂梁

摘要：為了適應(yīng)新工科的人才培養(yǎng)新模式，我校電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化專業(yè)人才培養(yǎng)定位是研究應(yīng)用型高級(jí)工程技術(shù)人才，專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)圍繞知識(shí)、能力和素養(yǎng)3個(gè)方面。培養(yǎng)計(jì)劃實(shí)施中，大力開展適應(yīng)電力專業(yè)畢業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)的教學(xué)改革，力求培養(yǎng)電力系統(tǒng)專業(yè)的學(xué)生在選擇與使用恰當(dāng)?shù)募夹g(shù)、資源、現(xiàn)代工程工具和信息技術(shù)工具的基礎(chǔ)上，綜合所學(xué)的理論知識(shí)來解決工程問題的能力。

關(guān)鍵詞：新工科;教學(xué)方式改革;解決工程問題

一、“新工科”建設(shè)方向下高等教育教學(xué)改革的指導(dǎo)思想

新工科建設(shè)是應(yīng)對(duì)新經(jīng)濟(jì)的挑戰(zhàn)，從服務(wù)國(guó)家戰(zhàn)略、滿足產(chǎn)業(yè)需求和面向未來發(fā)展的高度，提出的一項(xiàng)持續(xù)深化工程教育改革的重大行動(dòng)計(jì)劃。在高等教育中，應(yīng)加強(qiáng)落實(shí)以學(xué)生為中心的理念，增強(qiáng)師生互動(dòng)，改革教學(xué)方法和考核方式，形成以學(xué)習(xí)者為中心的工程教育模式。推進(jìn)信息技術(shù)和教育教學(xué)深度融合，建設(shè)和推廣應(yīng)用在線開放課程，充分利用虛擬仿真等技術(shù)創(chuàng)新工程實(shí)踐教學(xué)方式。

以教育思想和教學(xué)觀念轉(zhuǎn)變?yōu)橄葘?dǎo)，以O(shè)BE人才培養(yǎng)模式為導(dǎo)向，在教學(xué)學(xué)術(shù)的思想指導(dǎo)下，以教學(xué)內(nèi)容和課程體系改革為核心，以高水平的學(xué)科群為依托，以國(guó)內(nèi)外名校的同類課程為參照系，樹立教學(xué)層次多元化、培養(yǎng)途徑多樣化的教育理念，將教育創(chuàng)新和高質(zhì)量人才培養(yǎng)有機(jī)結(jié)合。

工程教育認(rèn)證模式是目前我國(guó)高等學(xué)校培養(yǎng)高質(zhì)量應(yīng)用型專業(yè)人才的新方向。在教學(xué)過程中，注重訓(xùn)練學(xué)生的思維邏輯性，加強(qiáng)對(duì)學(xué)生解決工程實(shí)際問題能力的培養(yǎng)。本文通過對(duì)電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化專業(yè)課程體系的研究，將學(xué)生能力培養(yǎng)的核心理念貫穿到整個(gè)教學(xué)過程中，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法方面進(jìn)行改革，以適應(yīng)不用專業(yè)人才培養(yǎng)需求。

二、“電力系統(tǒng)分析”課程教學(xué)存在問題及改革目標(biāo)

“電力系統(tǒng)分析”課程主要研究電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行和故障運(yùn)行狀態(tài)的分析和計(jì)算方法，是培養(yǎng)學(xué)生進(jìn)入電力系統(tǒng)領(lǐng)域?qū)W習(xí)和研究的核心課程，處于專業(yè)基礎(chǔ)課和專業(yè)課之間的樞紐地位。

1.原有教學(xué)中存在的問題

目前的課程教學(xué)存在下述主要問題有：①課程教學(xué)內(nèi)容注重知識(shí)傳授，強(qiáng)調(diào)理論的嚴(yán)謹(jǐn)性，忽視工程問題的物理本原和相關(guān)的能源經(jīng)濟(jì)環(huán)境社會(huì)背景。②教學(xué)方法上，重分析，輕綜合，忽視各部分知識(shí)之間的聯(lián)系及在電力系統(tǒng)工程中的作用。③教學(xué)組織上，重課堂教學(xué)，輕實(shí)踐教學(xué)，忽視對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的培養(yǎng)。即“工程不突出，實(shí)踐少而散，課外無活動(dòng)”。

2.課程改革要達(dá)到的預(yù)期目標(biāo)

為適應(yīng)電力工業(yè)的快速發(fā)展對(duì)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(xué)質(zhì)量，課程小組通過調(diào)研分析，基于培養(yǎng)具有“實(shí)踐能力、創(chuàng)新精神和創(chuàng)業(yè)精神”的高素質(zhì)應(yīng)用型人才為人才培養(yǎng)定位，遵循“突出工程，強(qiáng)化實(shí)踐”的原則，提出精簡(jiǎn)優(yōu)化課程內(nèi)容，整合強(qiáng)化實(shí)踐教學(xué)、創(chuàng)新構(gòu)建課外活動(dòng)，全面提升課程教學(xué)水平的課程改革方案。

（1）改革和優(yōu)化教學(xué)大綱、教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)日歷;

（2）將案例教學(xué)引入到課程教學(xué)環(huán)節(jié)，通過課程實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計(jì)和課外案例仿真分析，使學(xué)生具有深厚的電力系統(tǒng)分析理論基礎(chǔ)知識(shí)和分析計(jì)算能力;

（3）建立“電力系統(tǒng)分析”課程教學(xué)的案例分析計(jì)算機(jī)仿真庫(kù)、課程設(shè)計(jì)案例庫(kù);

（4）建立電力系統(tǒng)分析課程網(wǎng)站，實(shí)現(xiàn)在線學(xué)習(xí)、在線交流等功能，進(jìn)一步拓展學(xué)生知識(shí)范圍。

三、“電力系統(tǒng)分析”課程教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)方法改革

通過廣泛的調(diào)研分析，確定教學(xué)內(nèi)容修訂方案。在新的教學(xué)內(nèi)容中強(qiáng)化本課程與電路和電機(jī)學(xué)等基礎(chǔ)課、電力系統(tǒng)繼電保護(hù)和電力系統(tǒng)自動(dòng)控制等專業(yè)課的承上啟下的關(guān)系，重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生電力系統(tǒng)潮流計(jì)算、短路計(jì)算、經(jīng)濟(jì)調(diào)度和穩(wěn)定性分析等方面在工程實(shí)踐中的應(yīng)用和設(shè)計(jì)能力。

針對(duì)電力系統(tǒng)各種抽象概念（如暫態(tài)電抗與次暫態(tài)電抗、暫態(tài)電勢(shì)與次暫態(tài)電勢(shì)等）、復(fù)雜的暫態(tài)過程（如同步發(fā)電機(jī)短路過程）、多變的序網(wǎng)圖與相量圖等內(nèi)容很難講清楚，難理解，采用多媒體教學(xué)方式，用動(dòng)畫描述、互動(dòng)過程、輸出對(duì)比等各種手段解釋復(fù)雜的電力系統(tǒng)過程和難以理解的物理概念，采用電力系統(tǒng)分析仿真軟件演示一些電力系統(tǒng)物理過程和現(xiàn)象，使學(xué)生加強(qiáng)對(duì)電力系統(tǒng)物理過程的理解。除此之外，開辦專業(yè)教學(xué)網(wǎng)站，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)上資源共享，鼓勵(lì)網(wǎng)上教學(xué)和答疑，真正實(shí)現(xiàn)師生在線交流互動(dòng)。

1.教學(xué)內(nèi)容的調(diào)整

通過教學(xué)改革實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)改革過程中存在的問題，將教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行調(diào)整如下：①發(fā)電廠、變電站和組成電力系統(tǒng)的基本元件的視頻、圖片的演示和講解，重點(diǎn)強(qiáng)化學(xué)生對(duì)電力系統(tǒng)的元件、結(jié)構(gòu)、運(yùn)行方式的感性認(rèn)識(shí)。②將同步電機(jī)的數(shù)學(xué)模型，與線路模型和變壓器模型銜接，形成組成電力系統(tǒng)主要元件的整體概念，采用Matlab案例設(shè)計(jì)，分析元件及電力網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行特性。③結(jié)合Matlab設(shè)計(jì)電力系統(tǒng)有功和無功控制仿真案例，重點(diǎn)介紹電力系統(tǒng)一次和二次調(diào)頻以及電壓、無功功率的的控制方法。④應(yīng)用Matlab案例，分析無限大功率電源供電及同步發(fā)電機(jī)在無阻尼、有阻尼情況下三相短路電流的特點(diǎn)。分析不對(duì)稱三相電壓、電流的正序、負(fù)序和零序參數(shù)的計(jì)算方法。⑤結(jié)合PowerWorld的仿真案例，加深潮流計(jì)算的基本方法、計(jì)算機(jī)潮流計(jì)算的實(shí)現(xiàn)和電力系統(tǒng)潮流計(jì)算的特點(diǎn)等的理解。⑥應(yīng)用PowerWorld分析各種類型短路電流的計(jì)算以及電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的分析和計(jì)算。

2. “電力系統(tǒng)分析”課程教學(xué)方法的改革

（1）強(qiáng)化本課程與先修課程之間在課程內(nèi)容、學(xué)習(xí)方法之間的聯(lián)系與區(qū)別，與后續(xù)課程的關(guān)系，促使學(xué)生將本專業(yè)方向的各個(gè)主干課程形成一個(gè)體系，并充分認(rèn)識(shí)本課程在整個(gè)課程體系中的作用。（2）強(qiáng)化案例教學(xué)。在學(xué)習(xí)每個(gè)知識(shí)點(diǎn)之前，由任課教師給出一個(gè)實(shí)際應(yīng)用案例，由學(xué)生和教師一起，對(duì)案例中所涉及的本課程的相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行梳理和提煉，在此基礎(chǔ)上引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行資料和查閱和學(xué)習(xí)。理論教學(xué)部分以教師板書講授為主、多媒體演示為輔，側(cè)重強(qiáng)調(diào)課程中的重要的原理和過程，弱化理論推導(dǎo)和繁瑣的計(jì)算過程。在理論教學(xué)部分結(jié)束時(shí)，再由教師組織學(xué)生對(duì)案例進(jìn)行討論，鼓勵(lì)學(xué)生提出自己的設(shè)計(jì)方案和實(shí)現(xiàn)過程。（3）通過案例討論激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，引導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用Matlab和PowerWorld軟件進(jìn)行案例分析和設(shè)計(jì)，利用學(xué)院實(shí)驗(yàn)室資源在課余時(shí)間進(jìn)行設(shè)計(jì)實(shí)踐，鍛煉學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新能力。

四、結(jié)論

要想滿足“新工科”人才培養(yǎng)目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)“電力系統(tǒng)分析”課程教學(xué)改革，須制定新的教學(xué)目標(biāo)、更新教學(xué)內(nèi)容，使學(xué)生學(xué)習(xí)并掌握新的知識(shí)、新的技能，以提高自身的理論知識(shí)與實(shí)踐能力，培養(yǎng)獨(dú)立和創(chuàng)新意識(shí)。本研究成果包括兩方面：（1）在課堂教學(xué)方面，通過優(yōu)化課程教學(xué)和實(shí)踐內(nèi)容，改進(jìn)了教學(xué)方法和手段，將教學(xué)內(nèi)容從以理論教學(xué)為主逐步轉(zhuǎn)變?yōu)橐园咐虒W(xué)為主，增加了學(xué)生對(duì)教學(xué)內(nèi)容的直觀認(rèn)識(shí)，通過案例引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)實(shí)踐、主動(dòng)思考創(chuàng)新，提高了學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。（2）在實(shí)踐教學(xué)方面，在熟練掌握Matlab和PowerWorld仿真軟件的同時(shí)，充分利用實(shí)驗(yàn)室資源，增加和強(qiáng)化實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，培養(yǎng)了學(xué)生的實(shí)踐設(shè)計(jì)能力和在實(shí)踐過程中發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的創(chuàng)新能力。

參考文獻(xiàn)：

[1] 吳愛華，楊秋波，郝杰. 以“新工科”建設(shè)引領(lǐng)高等教育創(chuàng)新變革[J]. 高等工程教育研究，2019（1）：1-7.

[2] 王翠，楊小品，李瑾，孫小強(qiáng)，盧莉. 新工科背景下《電力電子技術(shù)》課程項(xiàng)目式教學(xué)方法的探索[J].教育現(xiàn)代化，2019 （25）：195-196.

基金項(xiàng)目：河北省高等教育教學(xué)改革研究實(shí)踐項(xiàng)目（2018GJJG065）。