“電力系統(tǒng)分析”課程教學(xué)體系研究

黃肇 羅隆福 劉家芳 王曉芳

摘要：針對(duì)電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)“電力系統(tǒng)分析”課程目標(biāo)、教學(xué)途徑、課程內(nèi)容和實(shí)踐形式進(jìn)行了改革與實(shí)踐，提出了“1234”的課程教學(xué)體系，采用理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)相結(jié)合的模式，提高了課程教學(xué)效果和教學(xué)質(zhì)量，對(duì)培養(yǎng)具備電力工程應(yīng)用的高素質(zhì)技術(shù)人才起著至關(guān)重要的作用。

關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng)分析;課程教學(xué)體系;電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè);教學(xué)質(zhì)量

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-0079（2014）32-0083-02

“電力系統(tǒng)分析”是我校電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)必修的核心課程，是省級(jí)精品課程。該課程以電力系統(tǒng)潮流計(jì)算、短路計(jì)算和穩(wěn)定計(jì)算三大模塊為核心，緊密結(jié)合現(xiàn)代電力系統(tǒng)新技術(shù)，適當(dāng)擴(kuò)展電力系統(tǒng)相關(guān)領(lǐng)域的新知識(shí)。目前本課程的教學(xué)存在兩個(gè)方面的問題：一方面，從教學(xué)角度來講，普遍存在教學(xué)難度較大，學(xué)生不易理解一些重要知識(shí)點(diǎn)，更不知道如何著手應(yīng)用。原因是：“電力系統(tǒng)分析”內(nèi)容很多，從電力系統(tǒng)的潮流計(jì)算到穩(wěn)定計(jì)算，覆蓋了理論知識(shí)，章節(jié)跨度較大;課程內(nèi)容涉及面廣，涵蓋了電機(jī)學(xué)、電路、電磁場(chǎng)、自動(dòng)控制等多學(xué)科知識(shí)，包含了線性方程、非線性方程、微分方程等大量數(shù)學(xué)理論推導(dǎo)。[1]特別是數(shù)值計(jì)算在整個(gè)教學(xué)內(nèi)容中占了很大的比例，使學(xué)生把大量的精力用于復(fù)雜計(jì)算，忘記了科學(xué)計(jì)算與工程運(yùn)用的相互關(guān)系，計(jì)算的目的是為了分析問題和解決問題。[2]另一方面，從實(shí)踐角度來講，由于電力系統(tǒng)領(lǐng)域的新知識(shí)更新快，課程實(shí)驗(yàn)內(nèi)容覆蓋面不全面、不綜合，不能很好地反映學(xué)科的知識(shí)體系，不能適應(yīng)學(xué)科的發(fā)展變化;由于有關(guān)電力系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備投入經(jīng)費(fèi)很大，實(shí)驗(yàn)設(shè)備更新率不高，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目過于單一，工程實(shí)用性不強(qiáng)，不利于學(xué)生多層能力的培養(yǎng)。[3]因此，為了使學(xué)生在課堂上盡可能多掌握理論知識(shí)，在實(shí)踐中得到有效的工程訓(xùn)練，提高課程的教學(xué)質(zhì)量，非常有必要對(duì)“電力系統(tǒng)分析”課程的課程目標(biāo)、教學(xué)途徑、課程內(nèi)容和實(shí)踐形式等方面進(jìn)行改革。

經(jīng)過這幾年的建設(shè)，實(shí)驗(yàn)環(huán)境得到較大改善，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、實(shí)驗(yàn)類型增多，“設(shè)計(jì)型、綜合型”的“二性”實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目所占整個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的比例大大提高，可達(dá)80%以上。課程組經(jīng)過多年的課程改革與實(shí)踐以及結(jié)合自身的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，構(gòu)建了“1234”“電力系統(tǒng)分析”課程教學(xué)體系，如圖1所示?！耙荒繕?biāo)”：培養(yǎng)具有電力工程應(yīng)用能力的高素質(zhì)人才;“二途徑”：理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué);“三大教學(xué)模塊”：潮流計(jì)算模塊、短路計(jì)算模塊和穩(wěn)定性計(jì)算模塊;“四種實(shí)踐形式”：課程實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計(jì)、校外實(shí)習(xí)、畢業(yè)設(shè)計(jì)。新穎的課程教學(xué)體系以課程目標(biāo)為核心，理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)有機(jī)結(jié)合，將教學(xué)內(nèi)容與電力工程實(shí)際的最新技術(shù)相結(jié)合，豐富了課程內(nèi)涵;設(shè)計(jì)了三大教學(xué)模塊，教師可以根據(jù)專業(yè)方向的不同要求，教學(xué)內(nèi)容可以靈活組合成不同教學(xué)模塊，增強(qiáng)了“電力系統(tǒng)分析”課程教學(xué)的針對(duì)性和有效性;創(chuàng)新提出了四種實(shí)踐形式，有利于調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性和主動(dòng)性，有利于提高學(xué)生實(shí)踐能力、應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力。

一、確立課程目標(biāo)

課程目標(biāo)定位：在我校“立足電力、立足應(yīng)用、立足一線，以質(zhì)量為宗旨，以市場(chǎng)為導(dǎo)向，以地方為依托，培養(yǎng)下得去、穩(wěn)得住、干得好的應(yīng)用型高級(jí)技術(shù)人才”教學(xué)方針的指導(dǎo)下，定位于培養(yǎng)具有電力工程應(yīng)用的高素質(zhì)技術(shù)人才，突出“專業(yè)理論+工程應(yīng)用+創(chuàng)新能力”的電力技術(shù)人才。

課程建設(shè)目標(biāo)定位：建設(shè)成省級(jí)精品課程，辦出課程特色。

為了適應(yīng)電力工業(yè)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，課程組從2007年啟動(dòng)了對(duì)該課程的建設(shè)與改革，經(jīng)過5年的建設(shè)取得了一系列成果。2008年本課程成為省級(jí)精品課程，2012年通過了湖南省教育廳合格驗(yàn)收，同年得到繼續(xù)資助。2011年本課題研究項(xiàng)目得到了湖南省高等學(xué)校教學(xué)改革課題的資助。

二、強(qiáng)化培養(yǎng)途徑

“電力系統(tǒng)分析”專業(yè)基礎(chǔ)課程為其他后繼專業(yè)課程（如“發(fā)電廠主系統(tǒng)”、“電力系統(tǒng)繼電保護(hù)原理”、“電力系統(tǒng)自動(dòng)化裝置”、“高電壓技術(shù)”等課程）提供必要的知識(shí)儲(chǔ)備，是電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)（電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化方向和輸電線路方向）和國際教育項(xiàng)目（電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)）的專業(yè)理論基礎(chǔ)課程，具有較強(qiáng)的理論性和綜合性，同時(shí)又具有密切聯(lián)系生產(chǎn)實(shí)際的特點(diǎn)，在電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)的人才培養(yǎng)體系中具有舉足輕重的地位。[4]教師傳授好這門課，學(xué)生聽懂這門課，在教學(xué)過程中強(qiáng)化理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)兩種途徑，將理論寓于實(shí)踐教學(xué)之中，讓學(xué)生成為教學(xué)活動(dòng)的主體，從而實(shí)現(xiàn)其從獲取知識(shí)到運(yùn)用知識(shí)和創(chuàng)新知識(shí)的能力提升。首先，教師要認(rèn)真?zhèn)湔n，熟悉教學(xué)內(nèi)容，做到心中有數(shù)。然后，理順各章節(jié)內(nèi)容的內(nèi)在聯(lián)系，梳理各章節(jié)的知識(shí)點(diǎn)，串成整體知識(shí)鏈。最后，課前建議學(xué)生帶著教師所提出的問題先預(yù)習(xí);課時(shí)，學(xué)生認(rèn)真聽課、仔細(xì)做筆記，理解課堂理論知識(shí)，注重聽課質(zhì)量;課后，教師提前提出下一堂課所要預(yù)習(xí)的知識(shí)和布置一定數(shù)量的作業(yè)，學(xué)生應(yīng)主動(dòng)消化課堂知識(shí)。重視課堂理論教學(xué)，突出最佳的教學(xué)效果，讓學(xué)生學(xué)會(huì)主動(dòng)思考和深化運(yùn)用，提高應(yīng)用知識(shí)能力。

三、優(yōu)化課程內(nèi)容

“電力系統(tǒng)分析”課程現(xiàn)已出版的教材很多，但對(duì)地方本科院校來說出版“電力系統(tǒng)分析”這門課程的教材有一定的困難。因此，學(xué)生在使用教材方面選用了何仰贊、溫增銀主編的“電力系統(tǒng)分析”教材。同時(shí)，在精品課程建設(shè)過程中，我校自編了《電力系統(tǒng)分析實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書》和《電力系統(tǒng)分析課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書》。另外，為了方便學(xué)生掌握課程的理論知識(shí)，我們有針對(duì)性地準(zhǔn)備了有關(guān)電力建設(shè)的圖片資料、多媒體視頻教材、習(xí)題庫及詳解等資料，豐富了課程內(nèi)容。

課程內(nèi)容是應(yīng)用型人才培養(yǎng)的載體和工具?！半娏ο到y(tǒng)分析”課程設(shè)置包括理論教學(xué)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)和課程設(shè)計(jì)三個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)。“電力系統(tǒng)分析”分為電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析（第5學(xué)期）和電力系統(tǒng)暫態(tài)分析（第6學(xué)期）兩部分內(nèi)容來授課，每學(xué)期安排8學(xué)時(shí)的課程實(shí)驗(yàn)和2周的課程設(shè)計(jì)。結(jié)合調(diào)研和多年實(shí)際的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，下面從幾個(gè)方面對(duì)“電力系統(tǒng)分析”課程進(jìn)行改革：

1.適當(dāng)拓展教學(xué)內(nèi)容

根據(jù)專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)，結(jié)合專業(yè)發(fā)展方向和電力系統(tǒng)最新技術(shù)，增加新能源交直流變換新理論和技術(shù)、新型電氣設(shè)備的應(yīng)用等內(nèi)容，將大規(guī)模電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)與安全分析為切入點(diǎn)，整合教學(xué)大綱和優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，刪除過時(shí)的知識(shí)。還應(yīng)根據(jù)工程應(yīng)用的需要來對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行拓展，介紹電力系統(tǒng)可靠性、電力災(zāi)變、超高壓直流輸電工程、柔性交流輸電系統(tǒng)、分布式發(fā)電、智能電網(wǎng)等專業(yè)發(fā)展動(dòng)態(tài)，使優(yōu)化后的課程教學(xué)內(nèi)容與知識(shí)結(jié)構(gòu)更加科學(xué)合理、先進(jìn)實(shí)用。因此，引入電力系統(tǒng)新技術(shù)、新裝備和應(yīng)用工程的介紹，充實(shí)“電力系統(tǒng)分析”課程教學(xué)內(nèi)容，把教學(xué)內(nèi)容提升到一個(gè)新的水平，構(gòu)建“電力系統(tǒng)分析”課程新教學(xué)體系，以培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)興趣和專業(yè)思維。

2.合理簡(jiǎn)化課程內(nèi)容

本專業(yè)學(xué)生畢業(yè)后很多就業(yè)于湘西南等地區(qū)的火電廠、水電站、核電廠和電力公司。從畢業(yè)學(xué)生的反饋信息可知，針對(duì)新時(shí)期新形勢(shì)下的要求，及時(shí)修改教學(xué)計(jì)劃，調(diào)整課程定位，整定、優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容。由于“電力系統(tǒng)分析”內(nèi)容多，教師就必須有選擇地區(qū)分各章節(jié)重點(diǎn)、次重點(diǎn)、非重點(diǎn)及選學(xué)內(nèi)容，力求把重點(diǎn)內(nèi)容講細(xì)講透。如在講解復(fù)雜電力系統(tǒng)潮流計(jì)算時(shí)，只需作簡(jiǎn)要原理性的學(xué)習(xí)，重點(diǎn)放在潮流計(jì)算課程設(shè)計(jì)中去講解，因?yàn)槭止び?jì)算的方法應(yīng)用較少，主要是計(jì)算機(jī)編程計(jì)算和運(yùn)用電力系統(tǒng)軟件（PSASP、PSCAD）進(jìn)行仿真驗(yàn)證。

3.凸出各章節(jié)內(nèi)容的必然聯(lián)系

在教學(xué)過程中體會(huì)到：學(xué)生對(duì)于比較抽象和理論性較強(qiáng)的課程，學(xué)生對(duì)過往知識(shí)遺忘較多，接受新知識(shí)時(shí)很困難。因此，在每章內(nèi)容之前，我們充分利用電子課件的優(yōu)勢(shì)，需要將課程中的基礎(chǔ)知識(shí)進(jìn)行簡(jiǎn)單回憶。讓學(xué)生很快能進(jìn)入新課程教學(xué)之中，幫助學(xué)生更順利地理解新的知識(shí)。

四、注重實(shí)踐教學(xué)

“電力系統(tǒng)分析”實(shí)踐形式有課程實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計(jì)、校外實(shí)習(xí)和畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文），如圖2所示。教學(xué)過程始終堅(jiān)持理論與實(shí)踐相結(jié)合，用理論指導(dǎo)實(shí)踐，以實(shí)踐驗(yàn)證理論，從實(shí)踐中得出真知。學(xué)生在將理論與實(shí)踐相結(jié)合的過程中不但理解和鞏固了課堂知識(shí)，而且加強(qiáng)了學(xué)生的基本能力、應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力。同時(shí)，為了補(bǔ)充和深化課堂內(nèi)容，每學(xué)期安排了課程實(shí)驗(yàn)和課程設(shè)計(jì)，課程結(jié)束后有校外實(shí)習(xí)和畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)。

1.課程實(shí)驗(yàn)

根據(jù)專業(yè)建設(shè)的需要以及結(jié)合學(xué)科發(fā)展，建設(shè)了一個(gè)電力系統(tǒng)動(dòng)模實(shí)驗(yàn)室，與原有的“4+1”電力系統(tǒng)自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)平臺(tái)組建成一個(gè)復(fù)雜電力網(wǎng)，用于電網(wǎng)實(shí)訓(xùn)，實(shí)現(xiàn)了學(xué)生的工程訓(xùn)練和教師的部分科研試驗(yàn)。因此實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、實(shí)驗(yàn)類型增多，針對(duì)不同的學(xué)生設(shè)計(jì)了多層次的驗(yàn)證型、設(shè)計(jì)型和綜合型的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，“二性”實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目所占整個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的比例可達(dá)80%。教師在課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中采用“教、學(xué)、做”于一體化的教學(xué)方法，邊講理論、邊操作設(shè)備;邊示范、邊提問;邊看實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、邊分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果。然后讓學(xué)生親手做實(shí)驗(yàn)，記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，學(xué)會(huì)實(shí)驗(yàn)設(shè)備的操作和電網(wǎng)操作票的使用，為今后從事電網(wǎng)運(yùn)行奠定基礎(chǔ)。在實(shí)驗(yàn)中不斷加深對(duì)理論知識(shí)的理解和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備操作的掌握。

2.課程設(shè)計(jì)

從2002年開始，我們開設(shè)了“電力系統(tǒng)分析”課程設(shè)計(jì)，每學(xué)期安排2周時(shí)間。其內(nèi)容涉及電力系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)分析、暫態(tài)分析、無功優(yōu)化等內(nèi)容的分析計(jì)算、程序設(shè)計(jì)和數(shù)字模擬仿真，從電力系統(tǒng)基本元件的數(shù)學(xué)模型到復(fù)雜電力系統(tǒng)分析計(jì)算。隨著電力系統(tǒng)仿真軟件如PSCAD、PSASP、MATLAB的出現(xiàn)，讓學(xué)生逐漸學(xué)會(huì)使用一兩種軟件，與之完成后續(xù)的課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)等實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，加強(qiáng)學(xué)生的應(yīng)用能力素質(zhì)。課程設(shè)計(jì)基于實(shí)際電網(wǎng)數(shù)據(jù)、實(shí)際電廠背景和工程應(yīng)用，著重培養(yǎng)學(xué)生掌握電力系統(tǒng)的數(shù)學(xué)描述方法、數(shù)學(xué)建模及電力系統(tǒng)在不同工況下發(fā)生故障時(shí)的穩(wěn)定性問題進(jìn)行分析的能力。因此，在組織教學(xué)內(nèi)容時(shí)，針對(duì)生產(chǎn)、輸送、分配和消耗電能的各種電氣設(shè)備連接組成整體的電力系統(tǒng)的抽象概念，通過電力系統(tǒng)仿真軟件平臺(tái)，采用經(jīng)典的計(jì)算方法，使理論分析與實(shí)際相結(jié)合，提高學(xué)生的計(jì)算機(jī)能力，并加深其對(duì)課程內(nèi)容原理方法的理解。對(duì)復(fù)雜電力系統(tǒng)的各種運(yùn)行工況進(jìn)行模擬仿真，并對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行分析，從而理解電力系統(tǒng)的整體性、系統(tǒng)性、協(xié)調(diào)性。

3.校外實(shí)習(xí)

建立了幾個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的校外實(shí)習(xí)基地和校企聯(lián)合人才培養(yǎng)示范基地，保障有效開展實(shí)踐教學(xué)，學(xué)生校外實(shí)習(xí)的場(chǎng)所得到了保證。采用校企互動(dòng)教學(xué)方式，組織學(xué)生到大型火力、水力發(fā)電廠、風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)、變電站等地參觀實(shí)習(xí)、生產(chǎn)實(shí)習(xí)和畢業(yè)實(shí)習(xí)，以此來熟悉電網(wǎng)調(diào)度中心及變電站運(yùn)行，介紹調(diào)度中心和變電站的結(jié)構(gòu)和工作原理，了解發(fā)電廠實(shí)際生產(chǎn)及運(yùn)行情況以及企業(yè)技術(shù)人才需求，使學(xué)生認(rèn)識(shí)到“電力系統(tǒng)分析”在調(diào)度、運(yùn)行、規(guī)劃與設(shè)計(jì)等方面的應(yīng)用。

4.畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）

畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）是大學(xué)生在校學(xué)習(xí)的最后一個(gè)實(shí)踐環(huán)節(jié)，一般安排12周以上。畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）是學(xué)生應(yīng)用理論知識(shí)解決實(shí)際問題，著重培養(yǎng)學(xué)生的分析、設(shè)計(jì)和開發(fā)的創(chuàng)新能力。首先，學(xué)生收集有關(guān)課題資料，閱讀大量參考文獻(xiàn);然后，學(xué)生按照課題要求完成相關(guān)理論、計(jì)算、設(shè)計(jì)、仿真和實(shí)驗(yàn)等工作;最后，學(xué)生撰寫畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文），得出相應(yīng)的結(jié)論。在畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）過程中，一是學(xué)生參與教師的科研項(xiàng)目，完成一部分相應(yīng)的工作;二是學(xué)生參與校企聯(lián)合人才培養(yǎng)的項(xiàng)目，力求解決企業(yè)生產(chǎn)實(shí)際中遇到的技術(shù)問題;三是學(xué)生參與創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，加入到創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)小組的活動(dòng)中來，學(xué)會(huì)在畢業(yè)前發(fā)表原創(chuàng)性研究論文成為可能。

五、結(jié)語

電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)是我校底蘊(yùn)深厚的優(yōu)勢(shì)專業(yè)之一，其畢業(yè)生是電力行業(yè)及地方企業(yè)急需的基本建設(shè)人才。推進(jìn)“電力系統(tǒng)分析”課程改革，創(chuàng)新“1234”“電力系統(tǒng)分析”課程教學(xué)體系，旨在提高學(xué)生的專業(yè)興趣，加深學(xué)生的專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)，強(qiáng)化培養(yǎng)學(xué)生的基本能力、應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力。教學(xué)實(shí)踐表明：通過課程改革提高課程教學(xué)效果，著力培養(yǎng)學(xué)生多層能力，為后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)提供知識(shí)儲(chǔ)備，為提高應(yīng)用型人才培養(yǎng)質(zhì)量奠定了專業(yè)基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

[1]趙美蓮，陳躍，劉海濤.“電力系統(tǒng)分析”課程工學(xué)一體化教學(xué)法應(yīng)用分析[J].中國電力教育，2011，（6）：76-77.

[2]孫淑琴，鄭凡.教學(xué)與科研互動(dòng)模式的課程體系建設(shè)與實(shí)踐[J].中國校外教育，2011，（7）：122-123.

[3]王玉，高心，徐利梅，等.“電力系統(tǒng)分析”課程的教學(xué)探索[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)，2011，33（2）：27-28.

[4]黃肇，羅隆福，羅慶躍.“電力系統(tǒng)分析課程”教學(xué)體系的構(gòu)建[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)，2013，35（1）：47-48.

（責(zé)任編輯：王祝萍）