“30·60”雙碳目標(biāo)下《電力系統(tǒng)分析》課程教學(xué)改革

摘要：電力系統(tǒng)低碳轉(zhuǎn)型是實(shí)現(xiàn)我國(guó)“30·60”雙碳目標(biāo)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。電力系統(tǒng)分析作為電氣工程專業(yè)的核心課程，需要培養(yǎng)電力人才助力其發(fā)展。本文從能源轉(zhuǎn)型對(duì)《電力系統(tǒng)分析》教學(xué)課程的影響入手，結(jié)合課程教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)途徑、教學(xué)內(nèi)容和課程形式，提出了“30·60”雙碳目標(biāo)下的課程教學(xué)體系，更進(jìn)一步提高了《電力系統(tǒng)分析》課程在培養(yǎng)電力人才方面所發(fā)揮的作用。

關(guān)鍵詞：? 電力系統(tǒng)分析? 雙碳目標(biāo)? 教學(xué)改革? 低碳轉(zhuǎn)型

Teaching Reform of Course <Power System Analysis> under the "30·60" Double Carbon Goal

JIANG Xin

（School of Electrical Engineering， Zhengzhou University， Zhengzhou? ， Henan Province， 450001 China）

Abstract： The low-carbon transformation of the power system is a key link in achieving China's "3060" dual-carbon goal. As the core course of electrical engineering， power system analysis needs to train power talents to help its revolution. This paper starts with the impact of the energy transition on the <Power System Analysis> teaching curriculum， and combines the curriculum teaching goals， teaching methods， teaching content and curriculum forms， and proposes a curriculum teaching system under the "30·60" dual carbon goal， enhancing the professional role of the "Power System Analysis" course in cultivating electrical talents.

Key Words： Power System Analysis; Double carbon target; Teaching reform; Low-carbon transition

《電力系統(tǒng)分析》課程是電氣工程專業(yè)領(lǐng)域的一門(mén)重要專業(yè)課程[1]，其以電力系統(tǒng)作為研究對(duì)象，在教學(xué)中涉及電路、電機(jī)、電磁場(chǎng)等專業(yè)基礎(chǔ)課程，也涉及電力電子、高電壓技術(shù)、發(fā)電廠電氣部分等專業(yè)課程，通過(guò)對(duì)此課程的研究，讓學(xué)生了解電力系統(tǒng)的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、運(yùn)行的背景知識(shí)。本課程主要包括短路計(jì)算、潮流計(jì)算、優(yōu)化調(diào)整和機(jī)電穩(wěn)定分析，這是電力系統(tǒng)中的常見(jiàn)的問(wèn)題，也是相關(guān)專業(yè)學(xué)生必須要掌握的知識(shí)[2]。

2021年3月11日，第十三屆全國(guó)人民代表大會(huì)第四次會(huì)議制定“30·60”雙碳目標(biāo)的確定[3]，將對(duì)當(dāng)今社會(huì)生活方式全新改革，它的背后蘊(yùn)藏著一種對(duì)電力系統(tǒng)分析新思維方式和供給方式，將會(huì)給教學(xué)的理念、體系、形式、評(píng)價(jià)等方面的變革帶來(lái)深遠(yuǎn)的影響，因此，《電力系統(tǒng)分析》課程更應(yīng)該及時(shí)進(jìn)行教學(xué)改革。雙碳目標(biāo)的提出使得能源行業(yè)發(fā)生了深刻的變化，將碳達(dá)峰、碳中和理念融入學(xué)校課程教學(xué)過(guò)程中，不僅能使師生立足新發(fā)展階段，還能強(qiáng)化綠色環(huán)保意識(shí)，踐行低碳生活。

1 “30·60”雙碳目標(biāo)的含義

碳中和是指通過(guò)植樹(shù)造林、節(jié)能減排等形式、抵消自身產(chǎn)生的二氧化碳或溫室氣體排放量，實(shí)現(xiàn)正負(fù)抵消，達(dá)到相對(duì)“零排放”;碳達(dá)峰是指在某一時(shí)刻，二氧化碳的排放量達(dá)到歷史最高值，隨后逐步回落[4]。本質(zhì)上碳中和與碳達(dá)峰都是為減少碳排放量所設(shè)定的目標(biāo)，我國(guó)95%左右的非化石能源主要通過(guò)轉(zhuǎn)化為電能加以利用[5]?！?0·60”雙碳目標(biāo)對(duì)電力系統(tǒng)提出了更高要求：建設(shè)成為可消納大規(guī)模集中式和分布式可再生能源發(fā)電的堅(jiān)強(qiáng)輸配電網(wǎng)。

“30·60”目標(biāo)帶來(lái)的變革超出想象，許多顛覆性的“重新定義”正在發(fā)生。而當(dāng)前《電力系統(tǒng)分析》課程中僅僅只涉及傳統(tǒng)電源和電網(wǎng)的概念，這與現(xiàn)代化電網(wǎng)的發(fā)展是相悖的。

2 《電力系統(tǒng)分析》教學(xué)改革

課程是教師教學(xué)的主要手段，其教學(xué)質(zhì)量的高低直接會(huì)影響人才培養(yǎng)的質(zhì)量的高低。隨著電力事業(yè)的不斷發(fā)展，很多新穎技術(shù)也在該領(lǐng)域中不斷被應(yīng)用，因此對(duì)《電力系統(tǒng)分析》課程的實(shí)踐教學(xué)也有了更高的要求[5]。

2.1 傳統(tǒng)課堂設(shè)計(jì)現(xiàn)狀

2.1.1? ? 教學(xué)內(nèi)容單一

教學(xué)內(nèi)容是提高本科教學(xué)質(zhì)量重要因素之一，但是傳統(tǒng)課堂上有些高校教師教學(xué)幾十年，使用的教材從來(lái)不變，教學(xué)的內(nèi)容也沒(méi)有更新過(guò)，更有甚者，對(duì)于課程中的較難知識(shí)點(diǎn)和動(dòng)手實(shí)驗(yàn)課程，直接跳過(guò)，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)知識(shí)體系不完善，工作后較難適應(yīng)分析電力系統(tǒng)實(shí)際問(wèn)題。

《電力系統(tǒng)分析》課程涉及的模型和理論較多且抽象，知識(shí)點(diǎn)較難理解，教師教學(xué)內(nèi)容上應(yīng)該更豐富多樣，增加動(dòng)手實(shí)踐課程的比重，不僅僅是傳授理論知識(shí)，還應(yīng)提高學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的能力。

2.1.2? 教學(xué)方式單一

傳統(tǒng)課堂僅僅由教師講授相關(guān)內(nèi)容知識(shí)，學(xué)生根據(jù)給定的內(nèi)容進(jìn)行復(fù)習(xí)考試，課程的學(xué)習(xí)被局限在實(shí)驗(yàn)室和教室，過(guò)程較為枯燥，課外實(shí)踐學(xué)習(xí)被忽略，限制了學(xué)生和教師的互動(dòng)性，學(xué)生興趣不高;此外，僅采用“教師講學(xué)生聽(tīng)”的方式難以調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，教學(xué)方式上也要充分利用網(wǎng)絡(luò)、多媒體等技術(shù)[6]。例如，可以輔助多媒體手段將電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的過(guò)程以動(dòng)畫(huà)的形式向?qū)W生展示，讓學(xué)生更直觀地認(rèn)識(shí)到定子和轉(zhuǎn)子電感系數(shù)變化的本質(zhì)，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。

2.1.3? 學(xué)生重視程度不高

學(xué)生本身原因：一是部分學(xué)生經(jīng)過(guò)初、高中灌輸式學(xué)習(xí)方式，進(jìn)入大學(xué)后容易產(chǎn)生放松和懈怠學(xué)習(xí)的心理[7];二是學(xué)生在填報(bào)志愿時(shí)，對(duì)相關(guān)專業(yè)并不了解，而是抱著哪個(gè)專業(yè)熱門(mén)報(bào)哪個(gè)的心態(tài)，或是完全按照家長(zhǎng)意愿進(jìn)行填報(bào)，導(dǎo)致學(xué)生到學(xué)校學(xué)習(xí)后發(fā)現(xiàn)自己對(duì)專業(yè)學(xué)習(xí)難以提起興趣;三是學(xué)生對(duì)大學(xué)所學(xué)知識(shí)的重要性認(rèn)知不夠，認(rèn)為所學(xué)知識(shí)在以后工作中不實(shí)用，并對(duì)大學(xué)所學(xué)專業(yè)知識(shí)產(chǎn)生懷疑和否定態(tài)度。

除學(xué)生本身因素外，教學(xué)體系也是重要原因之一，包括上文所提到的教學(xué)內(nèi)容單一、教學(xué)方式單一。正是教學(xué)體系的一成不變，讓理論知識(shí)的學(xué)習(xí)變得索然無(wú)味，學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不高。教學(xué)體系的單一也導(dǎo)致學(xué)生容易摸清教學(xué)過(guò)程，掌握做題套路，出現(xiàn)不用上課認(rèn)真聽(tīng)講也能拿高分的現(xiàn)象，自然課程的學(xué)習(xí)就得不到重視。

本節(jié)針對(duì)某高校2017級(jí)電氣工程的120名本科生《電力系統(tǒng)分析》課堂學(xué)習(xí)情況進(jìn)行了調(diào)研，學(xué)生對(duì)課程態(tài)度如圖1所示。

由圖1可得，從未逃過(guò)課的學(xué)生僅僅有30人，占總?cè)藬?shù)25%，從未與教師交流過(guò)的人數(shù)有88人，占總?cè)藬?shù)的73.3%，以上數(shù)據(jù)足以說(shuō)明學(xué)生對(duì)課堂態(tài)度并不理想。

接著對(duì)逃過(guò)課的90名學(xué)生進(jìn)行調(diào)研，學(xué)生逃課原因占比如圖2所示。

從圖2可以看出，認(rèn)為課程枯燥無(wú)聊和知識(shí)點(diǎn)抽象聽(tīng)不懂是學(xué)生逃課的主要原因，亟需從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式等方面全方位改革，提高教學(xué)質(zhì)量。

2.2 雙碳目標(biāo)融入課程教學(xué)改革

2.2.1? 課程設(shè)計(jì)、教學(xué)大綱

首先，圍繞“碳達(dá)峰與碳中和”這一主題，定制與雙碳目標(biāo)相關(guān)聯(lián)的新大綱、新教案、新課件，提升課程教學(xué)效果。例如，在課程緒論時(shí)，開(kāi)篇引入——2020年12月發(fā)布的《新時(shí)代的中國(guó)能源發(fā)展》，讓學(xué)生了解當(dāng)前中國(guó)能源發(fā)展的背景、發(fā)展中出現(xiàn)的問(wèn)題、為什么要提出雙碳目標(biāo)以及如何實(shí)現(xiàn)雙碳目標(biāo)。進(jìn)而從第一節(jié)《電力系統(tǒng)概述》入手，從認(rèn)識(shí)電力系統(tǒng)，理解并掌握電力系統(tǒng)的組成、運(yùn)行與發(fā)展，將教學(xué)重點(diǎn)由傳統(tǒng)電網(wǎng)轉(zhuǎn)向“碳達(dá)峰、碳中和”和清潔能源方面，為學(xué)生灌輸綠色低碳理念。

2.2.2? 理論教學(xué)、課堂互動(dòng)

“授課”“總結(jié)”是任何課程的掌握的兩個(gè)必要環(huán)節(jié)。授課過(guò)程需加強(qiáng)師生互動(dòng)，可以通過(guò)“提問(wèn)、探討、匯報(bào)”等方式，加深學(xué)生對(duì)電力系統(tǒng)知識(shí)點(diǎn)的理解，結(jié)合“碳達(dá)峰與碳中和”組織學(xué)生分組上臺(tái)匯報(bào)，并與臺(tái)下學(xué)生進(jìn)行專題探討，教師最后進(jìn)行專題總結(jié)。課后要求學(xué)生對(duì)知識(shí)進(jìn)行系統(tǒng)歸納。

2.2.3? 強(qiáng)化培養(yǎng)途徑

《電力系統(tǒng)分析》課程教學(xué)應(yīng)該打破傳統(tǒng)課程學(xué)習(xí)的慣例，拓展學(xué)習(xí)空間，通過(guò)“學(xué)習(xí)通網(wǎng)課建設(shè)、線上線下教學(xué)互動(dòng)、實(shí)驗(yàn)平臺(tái)與軟件仿真、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)”4個(gè)模塊的教學(xué)模式實(shí)踐，增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)的能動(dòng)性，提高課程教學(xué)的質(zhì)量和水平。

首先是學(xué)習(xí)通網(wǎng)課的建設(shè)，其優(yōu)點(diǎn)有很多，比如，講解電力系統(tǒng)相關(guān)知識(shí)時(shí)，網(wǎng)課中可以插入相關(guān)專業(yè)的圖片和視頻，讓學(xué)生更加直觀地了解電氣設(shè)備，有身臨其境的體驗(yàn)，并且如果學(xué)生上課沒(méi)有聽(tīng)的很明白，也可以在課下反復(fù)觀看學(xué)習(xí)通，加深對(duì)知識(shí)的理解。其次，學(xué)習(xí)通的建設(shè)能促進(jìn)線下線上教學(xué)的互動(dòng)，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的記憶。最后是學(xué)生進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，增強(qiáng)其動(dòng)手實(shí)踐能力的同時(shí)也讓他們對(duì)專業(yè)知識(shí)更加理解。同時(shí)加入課程設(shè)計(jì)模塊，通過(guò)理論與實(shí)際相互結(jié)合，讓學(xué)生理解電力系統(tǒng)存在的問(wèn)題，抓住主要矛盾，推進(jìn)碳達(dá)峰、碳中和協(xié)同發(fā)展。

2.2.4? 建立綜合考核評(píng)價(jià)機(jī)制

傳統(tǒng)課堂的考核方式太過(guò)單一，書(shū)面成績(jī)占的比重過(guò)大。根據(jù)課程體系的4個(gè)進(jìn)階模塊（聽(tīng)課模塊、互動(dòng)模塊、實(shí)踐模塊、測(cè)試模塊），針對(duì)電氣專業(yè)的知識(shí)、能力目標(biāo)，建立了綜合考核機(jī)制，分別包括學(xué)習(xí)通網(wǎng)課測(cè)試環(huán)節(jié)（20%）、隨堂測(cè)試（20%）、課程設(shè)計(jì)（30%）以及期中考試（30%），相比于傳統(tǒng)考核機(jī)制，大大加重了過(guò)程考核在期末總成績(jī)中的比重，打破了“不用上課認(rèn)真聽(tīng)講也能拿高分”的現(xiàn)象。

對(duì)于網(wǎng)課測(cè)試、隨堂測(cè)試和考試的內(nèi)容幾乎全為主觀題，即使設(shè)置的有部分客觀題也需要給出正確的原因解釋，否則視為錯(cuò)誤，部分測(cè)試也采用了口試的形式，教師提問(wèn)，學(xué)生回答，助教做記錄，考試成績(jī)當(dāng)場(chǎng)給出;對(duì)于網(wǎng)課測(cè)試和隨堂測(cè)試不達(dá)標(biāo)的學(xué)生禁止參加課程設(shè)計(jì)和期中考試;課程設(shè)計(jì)利用“系統(tǒng)仿真+手工計(jì)算”實(shí)現(xiàn)可視化的電力系統(tǒng)潮流分析。以上綜合的考核機(jī)制不僅拓展了學(xué)生的綜合能力，而且能讓學(xué)生對(duì)專業(yè)課的學(xué)習(xí)更加重視。

3 結(jié)語(yǔ)

基于《電力系統(tǒng)分析》課程的特點(diǎn)，本文對(duì)《電力系統(tǒng)分析》課程體系的構(gòu)建和教學(xué)模式進(jìn)行了創(chuàng)新，首先分析了傳統(tǒng)課堂上的不足，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式、學(xué)生重視程度3個(gè)方面并結(jié)合相關(guān)數(shù)據(jù)綜合分析了傳統(tǒng)課堂中的弊端問(wèn)題;其次針對(duì)以上出現(xiàn)的問(wèn)題提出了一種“30·60”雙碳目標(biāo)下的課程教學(xué)體系，從培養(yǎng)途徑、考核機(jī)制等方面進(jìn)行了全方位改革，打破了“不用上課認(rèn)真聽(tīng)講也能拿高分”的現(xiàn)象。在教學(xué)內(nèi)容中增加了目前國(guó)內(nèi)研究熱點(diǎn)雙碳目標(biāo)的知識(shí)，極大提高了學(xué)生的積極性，為培養(yǎng)電氣工程專業(yè)技術(shù)人才起到了積極的推動(dòng)作用。

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作者簡(jiǎn)介：

姜欣（1991—），女，博士，副教授，研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)運(yùn)行與規(guī)劃 。

郵箱：jiangxin@zzu.edu.cn