新型電力系統(tǒng)背景下的《電力系統(tǒng)分析》課程教學(xué)模式改革

張弦 李文立

[摘要]在“雙碳”目標(biāo)及新型電力系統(tǒng)建設(shè)的背景下，傳統(tǒng)《電力系統(tǒng)分析》課程存在教學(xué)內(nèi)容與現(xiàn)實(shí)脫節(jié)、教學(xué)形式缺乏場景創(chuàng)新和師生互動(dòng)、考核形式不能考察學(xué)生解決實(shí)際問題的能力以及課堂思政與國家戰(zhàn)略聯(lián)系不足等問題。對此，課程應(yīng)從以下方面進(jìn)行優(yōu)化創(chuàng)新：教學(xué)內(nèi)容上加入低碳視角下的新型電力系統(tǒng)內(nèi)容；教學(xué)形式上實(shí)施多維互動(dòng)教學(xué)模式；考核方案上著重考核學(xué)生學(xué)以致用的能力；課堂思政上運(yùn)用“大思政課”將國家“雙碳”戰(zhàn)略融入思政教學(xué)。

[關(guān)鍵詞]高等院校；電力系統(tǒng)分析；教學(xué)內(nèi)容；教學(xué)方法；課程優(yōu)化

[中圖分類號(hào)]C41 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A

[DOI]：10.20122/j.cnki.2097-0536.2023.09.044

《電力系統(tǒng)分析》是電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)的核心課程，課程全面介紹電力系統(tǒng)運(yùn)行整體概念，深入探討電力系統(tǒng)模型、分析方法和計(jì)算技術(shù)等方面，為學(xué)生提供全面的電力系統(tǒng)知識(shí)和理論基礎(chǔ)[1]。課程內(nèi)容與電力生產(chǎn)各環(huán)節(jié)密切相關(guān)，隨著世界各國對綠色低碳電力系統(tǒng)的持續(xù)探索，現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)與新能源發(fā)展的結(jié)合，教學(xué)內(nèi)容必須與時(shí)俱進(jìn)，確保學(xué)生具備相關(guān)知識(shí)和技能，以適應(yīng)時(shí)代的發(fā)展[2]。為應(yīng)對飛速發(fā)展的技術(shù)革新并助力國家“雙碳”目標(biāo)的達(dá)成，為培養(yǎng)建設(shè)新型電力系統(tǒng)的新工科人才，電力系統(tǒng)分析課程的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和教學(xué)手段必須改革創(chuàng)新、與時(shí)俱進(jìn)。

本文將從《電力系統(tǒng)分析》課程教學(xué)現(xiàn)狀與問題、實(shí)施改革方法（包括教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)形式、考核方案和課程思政）等方面進(jìn)行探討。

一、電力系統(tǒng)分析課程教學(xué)現(xiàn)狀與問題

目前，《電力系統(tǒng)分析》課程教學(xué)普遍存在以下問題：

（一）教學(xué)內(nèi)容、知識(shí)結(jié)構(gòu)與實(shí)際電力系統(tǒng)發(fā)展脫節(jié)

新型電力系統(tǒng)是低碳環(huán)保、高效智能的能源系統(tǒng)，以智能電網(wǎng)為樞紐平臺(tái)，通過源網(wǎng)荷儲(chǔ)互動(dòng)與多能互補(bǔ)等方式協(xié)同運(yùn)作，能有效解決傳統(tǒng)電力系統(tǒng)存在的問題，提高電力資源利用效率，促進(jìn)能源轉(zhuǎn)型升級，推動(dòng)可持續(xù)發(fā)展。因此，在“雙碳”目標(biāo)的背景下，建設(shè)新型電力系統(tǒng)是電力系統(tǒng)發(fā)展的重要目標(biāo)。另外，隨著科技的發(fā)展和社會(huì)的進(jìn)步，電力系統(tǒng)領(lǐng)域的知識(shí)和技術(shù)也在不斷更新和演進(jìn)。

然而，“新型電力系統(tǒng)”的概念在現(xiàn)在各類《電力系統(tǒng)分析》課程教材中并未提及。傳統(tǒng)的《電力系統(tǒng)分析》課程內(nèi)容過于陳舊，從理論教材中無法看到近年來電氣工程專業(yè)學(xué)科以及電力系統(tǒng)的最新進(jìn)展。近年來，全球電力系統(tǒng)的很多環(huán)節(jié)已經(jīng)發(fā)生巨大改變，但《電力系統(tǒng)分析》教材的內(nèi)容和現(xiàn)實(shí)嚴(yán)重脫節(jié)，無法真實(shí)展現(xiàn)當(dāng)前電力行業(yè)的發(fā)展。

（二）教學(xué)形式缺乏場景創(chuàng)新、師生互動(dòng)欠缺

目前《電力系統(tǒng)分析》課程的絕大部分仍沿用“滿堂灌”式教學(xué)，思考和探究機(jī)會(huì)缺失，學(xué)生對學(xué)習(xí)的興趣不高。與此同時(shí)，教師過于依賴教材內(nèi)容，未能更好地發(fā)揮自己的專業(yè)知識(shí)和創(chuàng)造力，導(dǎo)致教學(xué)效果欠佳[3]。另外，課上課下師生互動(dòng)不足，調(diào)動(dòng)學(xué)生反饋積極性手段欠缺。

現(xiàn)代電力系統(tǒng)是高電壓、大電流的復(fù)雜非線性網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，包括發(fā)電、輸電、配電和用電等方面。然而，在實(shí)際運(yùn)行中無法采用在線物理試驗(yàn)來研究其運(yùn)行狀態(tài)，以免威脅到電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性和人身安全。由此導(dǎo)致當(dāng)前《電力系統(tǒng)分析》課程教學(xué)中操作環(huán)節(jié)不足、實(shí)驗(yàn)設(shè)置過于簡單的問題，難以讓學(xué)生全面深入地了解電力系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)和新技術(shù)。

（三）考核形式不能考察學(xué)生解決實(shí)際問題的能力

為了實(shí)現(xiàn)學(xué)生積極性的有效調(diào)動(dòng)，多維化的考核方式改革應(yīng)際而生[4][5]。針對本專業(yè)的實(shí)際教學(xué)情況來看，以上方法主要是通過成績導(dǎo)向的方式激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，通過設(shè)置多元化的成績考核機(jī)制完成學(xué)生學(xué)習(xí)行為的有效引導(dǎo)。從實(shí)際實(shí)施情況來看，其效果差強(qiáng)人意，對比早前的一次期末考試定成績的方法，其能一定程度上分散期末考試的考前突擊，刺激學(xué)生日常的學(xué)習(xí)熱情，但學(xué)生專業(yè)興趣并沒有顯著提高、專業(yè)視角并沒有有效拓寬、解決實(shí)際問題的能力并沒有實(shí)際增長。

（四）課堂思政與國家“雙碳”等戰(zhàn)略緊密性不足

根據(jù)習(xí)近平總書記關(guān)于“大思政課”指示批示，面對高速發(fā)展的電力行業(yè)技術(shù)更新?lián)Q代以及響應(yīng)國家“雙碳”戰(zhàn)略出臺(tái)的相關(guān)政策措施給行業(yè)帶來的巨大變革，思政內(nèi)容并沒有快速反應(yīng)、及時(shí)跟進(jìn)，這導(dǎo)致學(xué)生對“雙碳”戰(zhàn)略的深刻內(nèi)涵理解不夠充分、對電力系統(tǒng)實(shí)施低碳改革的方式策略思考不夠深入、對電力系統(tǒng)各方的碳排放責(zé)任的分配機(jī)制不夠明晰。

二、實(shí)施改革方法

結(jié)合以上問題，課程改革方案主要包括以下幾個(gè)方面：

（一）更新教學(xué)內(nèi)容和知識(shí)框架，加入低碳視角下的新型電力系統(tǒng)相關(guān)內(nèi)容

面對新能源不確定性導(dǎo)致的電力系統(tǒng)新挑戰(zhàn)，低碳新型電力系統(tǒng)背景下的《電力系統(tǒng)分析》課程教學(xué)模式必須順應(yīng)低碳戰(zhàn)略發(fā)展趨勢，深入挖掘?qū)I(yè)知識(shí)，增加新型電力系統(tǒng)的供需平衡理論，高比例新能源接入的電壓控制技術(shù)，新能源發(fā)電的季節(jié)性調(diào)節(jié)。另外，加入碳視角下的電力系統(tǒng)分析與優(yōu)化，通過了解碳分析、碳優(yōu)化、碳規(guī)劃和碳軌跡理論，讓學(xué)生了解綠色電力的發(fā)展前景，認(rèn)識(shí)到電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形態(tài)面臨轉(zhuǎn)型，以及新型電力系統(tǒng)對碳足跡分析的研究現(xiàn)狀和發(fā)展方向。新能源高速發(fā)展，儲(chǔ)能、光熱、氫能等新興元素將逐步由小眾化向普及化邁進(jìn)，因此有關(guān)可再生能源的知識(shí)也需要加入課程知識(shí)體系，讓學(xué)生進(jìn)行深入了解與學(xué)習(xí)。

（二）改變課堂教學(xué)形式，將“互動(dòng)學(xué)習(xí)”的過程融入上課的前中后

1.善用授課平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)多維互動(dòng)教學(xué)模式

善用雨課堂等網(wǎng)絡(luò)授課平臺(tái)引導(dǎo)學(xué)生預(yù)習(xí)[6]。“雨課堂”中的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)能夠讓教師對同學(xué)的預(yù)習(xí)情況有清晰的了解，從而上課時(shí)能進(jìn)行針對性的輔導(dǎo)與指導(dǎo)。課中，教師通過“雨課堂”的答題小程序布置較為較簡單問答題，學(xué)生根據(jù)自己對課程內(nèi)容的理解做出回答，并利用彈幕等手段及時(shí)收到學(xué)生在課堂上的反饋，實(shí)現(xiàn)師生互動(dòng)。課后，教師可以根據(jù)同學(xué)課上學(xué)習(xí)情況，以及課上完成相應(yīng)的練習(xí)，推送相關(guān)的練習(xí)使學(xué)生們能夠獨(dú)立作答；推送相關(guān)擴(kuò)展鏈接，使學(xué)生們掌握更多、更便捷的電力系統(tǒng)分析學(xué)習(xí)方法；教師定期在課程群里推送課堂反饋投票，及時(shí)了解學(xué)生對老師上課內(nèi)容以及進(jìn)度是否有意見和建議。

通過課堂主體與互聯(lián)網(wǎng)云教學(xué)平臺(tái)的優(yōu)勢互補(bǔ)，達(dá)到電力系統(tǒng)分析相關(guān)實(shí)際問題思考于課前、電力系統(tǒng)分析主體知識(shí)完成于課堂、電力系統(tǒng)低碳優(yōu)化運(yùn)行拓展學(xué)習(xí)于課后的多維度學(xué)習(xí)相互促進(jìn)目的。

2.結(jié)合仿真軟件，賦能電力系統(tǒng)低碳轉(zhuǎn)型的實(shí)踐

電力系統(tǒng)是一個(gè)完整的能源供應(yīng)系統(tǒng)，要深入理解電力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)，不僅需要理論知識(shí)的學(xué)習(xí)，更需要結(jié)合仿真軟件進(jìn)行實(shí)踐學(xué)習(xí)。結(jié)合仿真軟件進(jìn)行實(shí)踐學(xué)習(xí)可以幫助學(xué)生在虛擬環(huán)境下進(jìn)行電力系統(tǒng)的建模、仿真和分析，通過使用仿真軟件，學(xué)生可以深入了解電力系統(tǒng)的各個(gè)組成部分，并且可以模擬不同情況下的系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，從而更好地理解電力系統(tǒng)的運(yùn)行原理和特點(diǎn)；還能夠幫助學(xué)生提高解決問題的能力和創(chuàng)新思維，例如在仿真環(huán)境下進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)，改進(jìn)電力系統(tǒng)的性能和可靠性；另外，結(jié)合電力系統(tǒng)低碳排放的目標(biāo)進(jìn)行仿真計(jì)算，使電力系統(tǒng)的低碳轉(zhuǎn)型付諸實(shí)踐。

3.通過主題匯報(bào)，鼓勵(lì)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生自我探索的能力

鼓勵(lì)學(xué)生對電力系統(tǒng)學(xué)科前沿發(fā)展動(dòng)態(tài)的了解和探索，通過給學(xué)生指定多個(gè)與新型電力系統(tǒng)相關(guān)的主題，引導(dǎo)學(xué)生分組合作完成高水平論文的檢索、閱讀、匯報(bào)以及撰寫報(bào)告。此外，還可以鼓勵(lì)學(xué)生提出自己的觀點(diǎn)、看法、問題以及解決方案，促進(jìn)學(xué)生的思維和創(chuàng)新能力的發(fā)展。

通過從資料收集、PPT匯報(bào)以及撰寫報(bào)告的全過程實(shí)施，可以讓學(xué)生深入了解新型電力系統(tǒng)等相關(guān)技術(shù)的背景、意義和現(xiàn)狀，同時(shí)也能夠提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和科研素養(yǎng)。此外，通過分組討論和匯報(bào)，可以促進(jìn)學(xué)生之間的交流和合作，增強(qiáng)團(tuán)隊(duì)合作精神和創(chuàng)新意識(shí)。

（三）發(fā)揮思政對課程的價(jià)值“導(dǎo)航”作用，培育和踐行社會(huì)主義核心價(jià)值觀

思政教育與電氣專業(yè)教育結(jié)合的重點(diǎn)是講清楚我國“雙碳”戰(zhàn)略的目的、意義以及全國上下實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的決心。思政教育與專業(yè)教育的結(jié)合，可以幫助學(xué)生深入了解“雙碳”戰(zhàn)略的背景和實(shí)施情況，明確其重要性和緊迫性，同時(shí)也能夠提高學(xué)生的社會(huì)責(zé)任感和環(huán)保意識(shí)。不僅能夠培養(yǎng)學(xué)生強(qiáng)烈的愛國情懷和崇高的道德素質(zhì)，還能夠激發(fā)學(xué)生對本課程的學(xué)習(xí)熱情，樹立未來成為卓越電氣工程師去為推進(jìn)“雙碳”戰(zhàn)略的實(shí)施和落實(shí)做出積極貢獻(xiàn)，為推進(jìn)我國綠色電力事業(yè)的目標(biāo)而奮斗。

（四）改變考核模式，加大比重考察學(xué)生自主調(diào)研、解決實(shí)際問題的能力

考核方式為期末考試引入學(xué)習(xí)過程考核和拓展技能考核。學(xué)習(xí)過程考核包括平時(shí)作業(yè)、課堂互動(dòng)、小組討論等方面，更加注重考察學(xué)生的課堂學(xué)習(xí)專注度和思考能力。拓展技能考核包括指定主題分組調(diào)研并匯報(bào)和利用仿真軟件解決工程問題撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告，主題匯報(bào)是學(xué)生分小組根據(jù)老師指定的主題，借助網(wǎng)絡(luò)、圖書等多種手段搜集資料，通過團(tuán)隊(duì)分工完成PPT匯報(bào)、報(bào)告撰寫等任務(wù)，教師主要從匯報(bào)展示和報(bào)告質(zhì)量、團(tuán)隊(duì)溝通交流等方面對小組各個(gè)成員的工作進(jìn)行綜合考評；仿真實(shí)驗(yàn)是學(xué)生根據(jù)老師給出的結(jié)合實(shí)際的工程問題，利用仿真軟件去編寫程序給出一個(gè)解決方案并最后撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告，教師從程序的結(jié)果、方案的合理性以及實(shí)驗(yàn)報(bào)告的質(zhì)量來給出考核評價(jià)。

這種考核模式的多維化可以幫助學(xué)生更好地掌握知識(shí)和技能，增加學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性，提升學(xué)習(xí)質(zhì)量，幫助學(xué)生在日后的職業(yè)生涯中更好地適應(yīng)復(fù)雜多變的工作環(huán)境和任務(wù)需求，為學(xué)生未來的職業(yè)發(fā)展打下堅(jiān)實(shí)的理論和實(shí)踐基礎(chǔ)。

三、結(jié)語

擬建設(shè)的低碳新型電力系統(tǒng)背景下的《電力系統(tǒng)分析》課程教學(xué)模式順應(yīng)“低碳”戰(zhàn)略發(fā)展趨勢，兼具傳統(tǒng)課程的較強(qiáng)的理論性和新時(shí)代電力系統(tǒng)分析與計(jì)算的實(shí)踐性，通過更新教學(xué)內(nèi)容、改變教學(xué)形式和考核方案以及深入課堂思政，強(qiáng)化電氣工程專業(yè)領(lǐng)域與能源經(jīng)濟(jì)專業(yè)領(lǐng)域的跨界整合，深化高新技術(shù)與工科專業(yè)的知識(shí)、能力、素質(zhì)融合，對達(dá)到培養(yǎng)三位一體的電力人才具有推動(dòng)作用。

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基金項(xiàng)目：2022年度哈爾濱工業(yè)大學(xué)深圳校區(qū)質(zhì)量工程項(xiàng)目（高等教育教學(xué)改革項(xiàng)目），項(xiàng)目名稱：建設(shè)低碳新型電力系統(tǒng)背景下的《電力系統(tǒng)分析》課程教學(xué)模式改革與實(shí)踐（項(xiàng)目編號(hào)：HITSZERP22006）

作者簡介：

張弦（1988.12-），女，漢族，江西南昌人，博士，助理教授，研究方向：電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化；

李文立（1992.12-），女，漢族，河南洛陽人，碩士，助理實(shí)驗(yàn)師，研究方向：電力系統(tǒng)保護(hù)與控制。