“電力系統(tǒng)分析”課程實(shí)踐教學(xué)研究與實(shí)踐

張婧，梁梅，羅昕，覃貴芳

（廣西水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院,廣西 南寧 530023）

0 引言

“電力系統(tǒng)分析”課程是電力系統(tǒng)相關(guān)專業(yè)的一門專業(yè)核心學(xué)位課程，在專業(yè)教學(xué)過程及高質(zhì)量專業(yè)人才培養(yǎng)計(jì)劃中具有重要的地位[1]。課程主要面向電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行、規(guī)劃管理、電力設(shè)計(jì)等職業(yè)崗位，培養(yǎng)學(xué)生具備分析電網(wǎng)、解決電網(wǎng)實(shí)際問題的能力。基于課程實(shí)踐教學(xué)的需求，主要對電力系統(tǒng)分析課程教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段、教學(xué)方法等方面進(jìn)行實(shí)踐化教學(xué)設(shè)計(jì)和探索。

1 傳統(tǒng)教學(xué)存在的問題

1.1 教學(xué)內(nèi)容理論性強(qiáng)

電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析和故障分析是本課程主要教學(xué)內(nèi)容，但是其中的潮流計(jì)算不僅需要應(yīng)用電路中各元件的阻抗和導(dǎo)納以及系統(tǒng)中的功率和電壓列出元件特性方程，還需要應(yīng)用牛頓拉夫遜算法和PQ分解法開展迭代計(jì)算求解各個(gè)節(jié)點(diǎn)的電壓、功角以及各條支路中的電流、功率等電氣量。短路電流計(jì)算需要應(yīng)用電網(wǎng)參數(shù)構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)等值電路，采用對稱分量法求解電網(wǎng)中的序參數(shù)，在利用各序分量求解各相短路電流。上述計(jì)算涉及抽象難懂的概念、晦澀難懂的模型、推導(dǎo)繁雜的公式。學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中存在概念理解困難，知識點(diǎn)缺乏連貫性和系統(tǒng)性，理論不能聯(lián)系實(shí)際等情況[2]。

1.2 教學(xué)方法和手段單一

電力系統(tǒng)分析計(jì)算需要繪制發(fā)電機(jī)、變壓器、線路、電抗器等元件模型，在電壓、電流、有功、無功等電氣量的求解過程中存在大量的矢量計(jì)算和矩陣方程計(jì)算。由于計(jì)算量大，稍復(fù)雜的電網(wǎng)，手動計(jì)算完成難度過大，甚至還需要學(xué)生編制程序利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行迭代計(jì)算。但是傳統(tǒng)的課堂教學(xué)以多媒體演示、教師講授、黑板板書等手段為主，教學(xué)方法和手段單一，抽象的知識點(diǎn)缺乏直觀性，這種傳統(tǒng)的灌輸式教學(xué)使得學(xué)生無法形象的理解實(shí)際電力系統(tǒng)運(yùn)行特點(diǎn)，更無法對電網(wǎng)運(yùn)行方式是否正常進(jìn)行判斷，導(dǎo)致理論與實(shí)際脫節(jié)嚴(yán)重，達(dá)不到課程培養(yǎng)目標(biāo)。

1.3 傳統(tǒng)考核方式單一

評價(jià)方法片面。傳統(tǒng)教學(xué)中課程考核主要由平時(shí)成績+期末成績組成。平時(shí)成績主要考核學(xué)生出勤、作業(yè)，期末成績以筆試的方式考核學(xué)生理論成績。上述考核方式只評價(jià)了學(xué)生對理論知識的掌握程度，對學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中實(shí)踐能力和綜合應(yīng)用能力評價(jià)缺乏，由于未能及時(shí)跟蹤學(xué)生學(xué)習(xí)情況，學(xué)生在學(xué)習(xí)課程時(shí)出現(xiàn)平時(shí)學(xué)習(xí)積極性不高，出現(xiàn)期末考試前突擊的現(xiàn)象。

2 實(shí)踐教學(xué)改革的探索

2.1 堅(jiān)持校企合作，雙向協(xié)同重構(gòu)教學(xué)內(nèi)容

課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)始終與廣西電力企業(yè)保持密切的合作，依托校企雙方的名師工作室和技能大師工作室，共同研究了課程體系、課程標(biāo)準(zhǔn)，多次深入發(fā)電廠、電力公司、電力設(shè)計(jì)研究院等企業(yè)開展現(xiàn)場研討，重構(gòu)了教學(xué)內(nèi)容。教學(xué)內(nèi)容以電力系統(tǒng)崗位能力要求為導(dǎo)向，突出“項(xiàng)目化、實(shí)踐化”的工科課程特點(diǎn)，采用模塊化設(shè)計(jì)教學(xué)項(xiàng)目，層層遞進(jìn)式編排教學(xué)內(nèi)容。設(shè)計(jì)了認(rèn)知電力系統(tǒng)、縣級電網(wǎng)潮流計(jì)算、縣級電網(wǎng)電壓調(diào)整、縣級電網(wǎng)對稱短路計(jì)算、縣級電網(wǎng)不對稱短路計(jì)算、電力系統(tǒng)頻率調(diào)整、電力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行、電力系統(tǒng)穩(wěn)定分析8個(gè)教學(xué)項(xiàng)目模塊。項(xiàng)目設(shè)計(jì)從簡單到復(fù)雜，能力提升由低到高，每個(gè)教學(xué)項(xiàng)目對接相應(yīng)的能力目標(biāo)，符合了學(xué)生能力遷移和職業(yè)成長規(guī)律。

2.2 引入多種教學(xué)手段，信息化技術(shù)助力教學(xué)改革

引入電力系統(tǒng)可視化仿真軟件POWERWORLD，解決潮流計(jì)算、短路計(jì)算難度高的問題，將大量的過程計(jì)算轉(zhuǎn)由軟件完成，學(xué)生只需分析電網(wǎng)薄弱環(huán)節(jié)，將學(xué)生實(shí)操技能與實(shí)際電網(wǎng)運(yùn)行人員日常工作對接起來。例如，對于調(diào)壓措施中涉及大量手工計(jì)算，且分析結(jié)果難以呈現(xiàn)的問題，POWERWORLD軟件可以將電網(wǎng)分析的結(jié)果以可視化形式呈現(xiàn)，通過色彩的變化，清楚觀測數(shù)據(jù)的變化。引入“互聯(lián)網(wǎng)+”遠(yuǎn)程教學(xué)平臺，將企業(yè)現(xiàn)場引入到課堂，解決了電力系統(tǒng)構(gòu)成、電力企業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場難以在課內(nèi)呈現(xiàn)的問題。引入變電站仿真培訓(xùn)系統(tǒng)、水電站仿真系統(tǒng)，模擬了變電站、水電站運(yùn)行場景，直觀形象地展示了電力系統(tǒng)各種生產(chǎn)設(shè)備運(yùn)行情況。引入學(xué)習(xí)通信息化教學(xué)平臺，匯集多種教學(xué)資源的同時(shí)，學(xué)生利用手機(jī)拍照傳送作業(yè)到學(xué)習(xí)通，實(shí)現(xiàn)作業(yè)當(dāng)堂展示，方便教師講解，老師利用學(xué)習(xí)通了解學(xué)生的學(xué)習(xí)情況、回答學(xué)生的疑問、開展網(wǎng)絡(luò)問卷調(diào)查。教師在教學(xué)過程中靈活選用電力系統(tǒng)可視化仿真軟件POWERWORLD、生產(chǎn)現(xiàn)場遠(yuǎn)程教學(xué)平臺、變電站仿真培訓(xùn)系統(tǒng)、供用電網(wǎng)絡(luò)培訓(xùn)仿真系統(tǒng)及學(xué)習(xí)通等教學(xué)手段，使課程直觀、形象、生動、貼近生產(chǎn)，激發(fā)了學(xué)生的興趣，極大地促進(jìn)師生互動和生生互動。

2.3 開展項(xiàng)目驅(qū)動教學(xué)，職業(yè)素養(yǎng)培育貫穿工作任務(wù)

開展項(xiàng)目驅(qū)動教學(xué)，將電力系統(tǒng)分析內(nèi)容與新時(shí)代要求有機(jī)融合，以現(xiàn)實(shí)電網(wǎng)為藍(lán)本，揭示發(fā)電、變電、輸電、配電和用電規(guī)律。通過“互聯(lián)網(wǎng)+”遠(yuǎn)程教學(xué)平臺以及POWERWORLD構(gòu)建的電力網(wǎng)絡(luò)為學(xué)生創(chuàng)建貼近真實(shí)生產(chǎn)過程的情境教學(xué)環(huán)境。在情境教學(xué)過程中，按照電力調(diào)度運(yùn)行和規(guī)劃設(shè)計(jì)人員崗位的工作過程，將潮流計(jì)算、電壓調(diào)整、短路計(jì)算等工作任務(wù)設(shè)計(jì)成多個(gè)從簡單到復(fù)雜的教學(xué)項(xiàng)目，以項(xiàng)目為驅(qū)動，將專業(yè)理論知識融入到了教學(xué)項(xiàng)目，讓學(xué)生對設(shè)計(jì)好的教學(xué)項(xiàng)目開展學(xué)習(xí)。在實(shí)踐中活學(xué)活用，讓學(xué)生由簡入深，逐步掌握一個(gè)完整工作過程各個(gè)環(huán)節(jié)的基本要求和崗位能力，拓展了教學(xué)內(nèi)容。在開展項(xiàng)目教學(xué)時(shí)，還引用電力企業(yè)班組文化，采用了崗位角色扮演、分工協(xié)作等方式，將職業(yè)素養(yǎng)培育貫穿工作任務(wù)始終。

2.4 改革課程考核方式，構(gòu)建多元化的實(shí)踐教學(xué)評價(jià)體系

改革傳統(tǒng)考核方式，確立以學(xué)生為中心，以提高學(xué)生電網(wǎng)綜合分析能力為目標(biāo)，構(gòu)建了主體多元、形式多元的多元教學(xué)評價(jià)體系。通過超星學(xué)習(xí)通教學(xué)平臺實(shí)現(xiàn)教學(xué)全過程數(shù)據(jù)采集和即時(shí)評價(jià)。教學(xué)考核由課前、課中、課后三部分構(gòu)成。課前，教師在學(xué)習(xí)平臺發(fā)布學(xué)習(xí)任務(wù)，讓學(xué)生明確教學(xué)目標(biāo)，了解學(xué)習(xí)任務(wù)、熟悉軟件操作。學(xué)生以小組為單位，按照任務(wù)書的指導(dǎo)，進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，拓展了學(xué)習(xí)的時(shí)間與空間。課中，采用任務(wù)驅(qū)動、實(shí)訓(xùn)演練等方法，促使學(xué)生自主學(xué)習(xí)、協(xié)作探究，充分發(fā)揮其學(xué)習(xí)主體作用，利用學(xué)習(xí)平臺的在線測評系統(tǒng)，及時(shí)對學(xué)生進(jìn)行評價(jià)，形成了教師與學(xué)生、過程與結(jié)果多元的評價(jià)體系，也便于教師及時(shí)了解學(xué)生學(xué)習(xí)情況并及時(shí)調(diào)整教學(xué)進(jìn)度。課后，學(xué)生通過學(xué)習(xí)平臺完成給定的課后任務(wù)，教師和企業(yè)專家在學(xué)習(xí)平臺對學(xué)生進(jìn)行點(diǎn)評。

3 實(shí)踐教學(xué)改革實(shí)施案例

“縣級電網(wǎng)潮流計(jì)算分布”是本課程實(shí)踐教學(xué)中的項(xiàng)目。下面簡單介紹本項(xiàng)目實(shí)踐教學(xué)的實(shí)施情況。

3.1 教學(xué)內(nèi)容

“縣級電網(wǎng)潮流分布”項(xiàng)目主要學(xué)習(xí)內(nèi)容是分析正常運(yùn)行方式下電網(wǎng)潮流流向和大小，分析是否存在重載、過載的設(shè)備和電壓越限的母線，由此判斷電網(wǎng)是否處于一個(gè)合理的運(yùn)行狀態(tài)。

3.2 教學(xué)目標(biāo)

通過對學(xué)生知識基礎(chǔ)、技能基礎(chǔ)和實(shí)踐能力等多方面學(xué)情分析，結(jié)合崗位能力要求確定的教學(xué)目標(biāo)見表1。

表1 項(xiàng)目教學(xué)目標(biāo)

3.3 教學(xué)策略

采用小組學(xué)習(xí)策略和線上線下混合式教學(xué)策略，流程如圖1。

圖1 教學(xué)策略

3.4 教學(xué)評價(jià)

評價(jià)由學(xué)習(xí)通平臺系統(tǒng)成績和學(xué)生仿真演練成績構(gòu)成。從師評、自評、互評、企業(yè)專家評等多維角度對學(xué)生進(jìn)行全方位綜合評價(jià)考核。

通過學(xué)習(xí)通平臺完成課前、課中和課后全過程學(xué)習(xí)軌跡記錄和評價(jià)。課前、課后測試、課堂簽到、課堂活動參與情況等由學(xué)習(xí)通平臺自動記錄并打分，課堂考核由學(xué)生和老師共同評價(jià)，課后評價(jià)由老師和企業(yè)專家共同完成。

4 教學(xué)改革實(shí)施效果

4.1 突破了教學(xué)難點(diǎn)、重點(diǎn)

通過實(shí)踐教學(xué)，利用“互聯(lián)網(wǎng)+”遠(yuǎn)程教學(xué)平臺，方便學(xué)生觀看到發(fā)電廠、變電站以及用戶構(gòu)成的縣級電網(wǎng)，查看發(fā)電廠、變電站內(nèi)主接線中的各類設(shè)備運(yùn)行工況，識別電網(wǎng)正常運(yùn)行和故障運(yùn)行情況下，電網(wǎng)的各種狀態(tài)。利用POWERWORLD電網(wǎng)仿真軟件的人機(jī)交互界面和圖形化操作特點(diǎn)[3]，方便學(xué)生查看縣級電網(wǎng)中電壓、變壓器和線路通過的潮流、功率和電壓損耗情況。并且，通過仿真軟件的負(fù)荷增減、變壓器抽頭調(diào)節(jié)、電容器投切、N-1故障等模擬操作，可以讓學(xué)生便捷地進(jìn)行電壓調(diào)整模擬和網(wǎng)絡(luò)安全分析，避免了大量繁雜的計(jì)算分析。通過仿真練習(xí)把所學(xué)知識融會貫通，加深了學(xué)生對重要知識點(diǎn)認(rèn)知，提高了學(xué)生分析和解決問題的能力，教學(xué)難點(diǎn)逐步化解。

4.2 提升了學(xué)生崗位工作能力

教學(xué)過程中，將實(shí)際的縣級電網(wǎng)生產(chǎn)案例改造為項(xiàng)目式教學(xué)任務(wù)，項(xiàng)目設(shè)計(jì)從簡單到復(fù)雜，能力提升由低到高，每個(gè)教學(xué)項(xiàng)目對接相應(yīng)的能力目標(biāo)，滿足了學(xué)生能力遷移和職業(yè)成長規(guī)律。通過學(xué)習(xí)通教學(xué)平臺發(fā)布任務(wù)，利用崗位角色扮演、分工協(xié)作等方式，將“學(xué)中做”“做中學(xué)”融入教學(xué)的各個(gè)環(huán)節(jié)，有效提升了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，培養(yǎng)了學(xué)生團(tuán)隊(duì)協(xié)作的集體意識和精神。通過設(shè)計(jì)縣級電網(wǎng)靜態(tài)安全分析、電網(wǎng)綜合調(diào)壓等實(shí)際生產(chǎn)的崗位任務(wù)，加深了學(xué)生對電力運(yùn)行生產(chǎn)的崗位任務(wù)及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的認(rèn)識，提升了學(xué)生運(yùn)用所學(xué)的電力系統(tǒng)分析技能解決復(fù)雜問題的能力。

4.3 提高了課程教學(xué)育人質(zhì)量

課程實(shí)踐教學(xué)的考核改革不僅注重了學(xué)生理論知識考核，還兼顧了職業(yè)能力和職業(yè)素養(yǎng)的考核。每個(gè)實(shí)踐教學(xué)項(xiàng)目開展以學(xué)生為主體的全過程化考核，將教學(xué)評價(jià)聚焦在學(xué)生學(xué)習(xí)成果上，強(qiáng)調(diào)了學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的進(jìn)步，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)動力。通過小組分工合作完成工作任務(wù)，并在實(shí)踐過程中實(shí)時(shí)展示小組各階段成果，教師評價(jià)、學(xué)生自評、小組互評、企業(yè)專家多方評價(jià)，調(diào)動了學(xué)生在學(xué)習(xí)過程的參與度，培養(yǎng)了學(xué)生團(tuán)隊(duì)合作精神。

5 結(jié)語

“電力系統(tǒng)分析”課程實(shí)踐教學(xué)探索，解決了該課程傳統(tǒng)教學(xué)中存在的一些問題，立足于崗位能力需求重構(gòu)了教學(xué)內(nèi)容，引入了多樣化教學(xué)手段，開展了項(xiàng)目驅(qū)動教學(xué)以及全過程考核，極大地調(diào)動了學(xué)生學(xué)習(xí)課程的積極性和主動性，培養(yǎng)了學(xué)生專業(yè)知識和職業(yè)能力，提升了學(xué)生崗位意識和職業(yè)素養(yǎng)，符合復(fù)合型技術(shù)技能人才培養(yǎng)目標(biāo)。