“電力系統基礎”課程教學方法改革的研究

王仁麗　韓成春

摘要：“電力系統基礎”課程理論性較強，傳統的教學模式偏重公式推導，學生感覺比較抽象，較難理解。為體現應用型本科高校的特點，培養學生實踐能力和動手能力，結合我院實際情況，將MATLAB軟件引入課程教學過程，對電力系統常見的潮流計算，短路計算進行仿真計算，同時結合網絡教學，可達到提高教學質量，從而適應人才培養的需要。

關鍵詞：電力系統基礎；課堂教學；教學改革

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）39-0121-02

“電力系統基礎”是一門理論分析嚴謹，涉及內容廣泛的電氣工程及其自動化專業學生的專業課程，重點研究內容在穩態分析，相對于暫態分析部分稍簡單，但內容較重要。該課程理論性較強，以《電路》、《自動控制理論》、《電機與拖動》、《電力電子技術》等課程為基礎，本身包含大量的分析計算。傳統的教學模式偏重公式推導，學生感覺比較抽象，較難理解。

一、我校“電力系統基礎”課程教學存在的問題：

我校地處徐州市，專業畢業生主要就業目標在徐州地區以及蘇北地區。相比省內其他院校來說，本校電力系統課程建設起步較晚。本課程在新專業建設之初被定為我校電氣工程及其自動化專業面向電氣工程方向學生的專業選修課程。同時，由于實驗條件不足，本課程尚未開設實驗學時。在高校課時縮減和專業課改革背景下，“電力系統基礎”課程已由建課之初的64學時減少到48學時，而隨著科技的進步，人民生活水平的提高，電力事業的飛速發展，目前我國電網已經進入高電壓等級、大容量機組、數字化的時代，教師要將新興的技術通過課堂介紹給學生，電力系統的教學內容因此越來越豐富。同時，學生畢業后去供電局、電廠的需要（我們對2012屆畢業生的就業情況進行了初步調研發現，目前我校畢業生畢業后從事電力系統相關行業工作的比例很高），加上學生考研對該門課程的需要（注：電力系統分析為華北電力大學、東南大學、華南理工大學、南京理工大學、河海大學等高校電氣相關的專業課程之一），教學要求越來越高。但由于本門課程開設在第六學期，在教學中就有這兩種情況出現：一是很多學生基礎太差，對教師的授課內容很難馬上接受；二是部分學生對這門課程興趣較高，希望獲取更多知識來拓展自己。

因此，為了適應應用型本科對大學生的新要求，對“電力系統基礎”課程要深入進行一系列改革，其中不僅包括對教學內容、教學手段的改革，還包括對課堂教學方法的改革和對該門課實驗形式的改革。

二、“電力系統基礎”課程教學改革的探索

電氣自動化教研室通過一系列方法，包括整合教師的教學資源，收集當前最新的電力工業發展的信息，有效獲取網上其他高校資源，尋找新的教學方法，更好地理解教材，消化課程，以提高學生的學習興趣和接受能力。

1.“電力系統基礎”網絡平臺資料庫的建立。在以往“電力系統基礎”的教學過程中，基本上都是運用的傳統模式教學，老師按教材授課為主。但是，一部分學生由于已經提前確定就業目標，還有一部分學生為了考研需要，都有勇于拓展自己知識面的需要。傳統的教學方式無法滿足這部分學生的學習要求，要求他們自己課后查找資料又覺得無從下手，認為老師的課堂教學難度不夠，學習積極性不高。結合網絡模式教學，不僅能使基礎差的學生通過教師布置的任務有重點地預習和復習，也能讓那些想拓展知識面的學生更好地了解課程當前的最新發展。

“電力系統基礎”網絡平臺資料庫主要包括以下內容：（1）《課件庫》：以主要知識點（等值電路、潮流計算、有功平衡、無功平衡、短路計算、系統的穩定性）為單元，對每一個知識點精心準備了適合該教學單元教學所需要的課件。由于《電力系統基礎》課程教學的抽象性，對其中具體的應用環節學生很難理解，學生在教材中也很難獲得電力系統實物的直觀感覺。因此，在課堂教學過程中，學生感覺所學內容比較空洞，既沒有興趣又難理解，而現場教學條件又不成熟，對教學過程中涉及到的具體電力系統設備也難以解釋清楚。通過將一些系統的實物照片加入到教學過程中，如母線、斷路器、桿塔、變配電系統模擬圖等，能調動起學生的學習興趣和求知欲，獲得更加滿意的效果；（2）《案例庫》：提供“電力系統基礎”的“課堂討論案例”，學生和老師通過案例去分析問題，解決問題，加深對課堂理論的理解和掌握；（3）《習題庫》：以相關章節的主要知識點分布，由易入難，貫穿課程的主要內容，既有利于學生的課后自主學習，又有利于學生拓展知識面的需要。如第四章的潮流計算，其中簡單電力網的潮流計算部分，在《習題庫》中既包括輻射型網絡由簡單到復雜的典型習題，又包括環網內有變壓器和無變壓器的典型習題；（4）《輔助資料庫》：包括《電力系統穩態分析》和《電力系統暫態分析》的內容。由于在第六學期開設《電力系統基礎》課程，而課程學習的特點是對本科階段所學各課程知識的綜合運用，如電力系統的有功功率平衡部分，就包括了《自動控制理論》課程中的PID調節器部分內容，《電機與拖動》課程中發電機組轉子運動方程，《電力電子技術》課程中的整流電路等。在輔助資料庫中增加這部分知識，可以讓學生更加有目的地對相關內容進行更加有針對性的復習。

針對潮流計算的計算機算法，由于課堂教學時間有限，在課堂僅介紹牛頓-拉夫遜迭代法在直角坐標系中的求解方法，而其在極坐標下的求解，以及其他算法如高斯-賽德爾迭代法和P-Q分解法的介紹，都放在輔助資料庫中。

而對于故障計算部分，在“電力系統基礎”課程中僅僅介紹了最簡單的三相對稱的短路計算方法，由于部分學生拓展知識的需要，在課程中增加對稱分量法在不對稱短路中的應用，并在輔助資料庫中增加相應實例。

2.大力推進互動式教學，促進師生角色的轉變。（1）傳統的教學過程中主要問題是學生的能動性較差。如何調動學生的學習積極性是本次改革的主要目的。首先，重視每個四十五分鐘的課堂教學，每節課均留五到十分鐘時間做簡單的課堂測驗，及時查找教學過程中的問題并反饋成績。將此部分作為平時成績的主要部分，有效改善了學生聽課不集中，糊弄交作業的現象；（2）在“電力系統基礎”課程的教學過程中，提倡學生積極上網自學，充分利用學校的交互式網絡平臺，學生和老師在這個虛擬網絡上進行課堂重點總結，題目討論，電子答疑，課外課題的布置，以及提交網絡作業。通過匯集學生的共同問題，在課堂上進行討論和講解。鼓勵有能力的學生制作ppt，將任務布置下去，針對具體的某個例題或某個知識點，讓學生站在講臺上講解。對比較大的知識點進行分解，幾個同學互成一組，課后互相討論，以匯報的形式出現。通過這種方式，學生更愿意參加，也容易發現課程教學中較難掌握的問題，既可以拉近師生間的距離，同時也能提高學生自主學習的興趣。

3.基于MATLAB仿真技術的“電力系統基礎”課程實驗教學體系研究。“電力系統基礎”課程實驗教學改革以前由于條件所限，沒有增設實踐教學環節，學生很難將課堂所學內容應用到具體的實際問題中，學生的主動學習能力得不到鍛煉。改革的目標，將實驗以大作業的形式進行，通過計算機編程和軟件仿真，學生可以不必進行枯燥、煩瑣的計算，不僅能提高學生的動手能力，也能提高學生的參與程度。在本課程的第四章教學過程中，由于電力系統潮流部分的計算機教學，算法抽象，學生很難在上課時間有效吸收理解。因此，將該部分內容以大作業的形式布置下來，利用MATLAB仿真軟件，開出電力系統潮流計算的實驗，鼓勵有能力的學生利用課余時間編寫潮流計算程序。具體操作過程中，為了調動每個學生的學習主動性，對每個學生的任務具體化，讓學生通過具體的程序修改參數，很好地理解潮流計算的原理，節點導納矩陣的參數意義等，并鼓勵有能力的學生，將潮流計算程序做成GUI界面，可以通過友好的界面修改線路參數，顯示計算結果。學生也通過這一系列的課后作業，查找資料的能力得到了鍛煉，動手能力得到了提高，學習興趣也得到了提高。在對我校2011級學生的任務布置中，學生積極參與度達到95%以上。未來的主要工作，是對課程實驗教學體系的設計和研究，增加電力系統網損分析，短路計算等諸多實驗內容，完善實驗教學體系。

三、結語

總之，“電力系統基礎”課程改革的核心在于使課程更加“實用”和“有效”，盡最大努力調動學生學習專業課的興趣。在對本校2010級，2011級電氣工程及其自動化專業學生進行的綜合測試中，2011級學生的合格率達到87%，高出2010級8個百分點，這表明課程教學改革效果非常明顯。結合網絡平臺教學，通過課堂上師生之間互動，開設綜合實驗等各項措施，加深學生對課程的相關理論知識的理解和掌握，使學生能夠更好地與工程實際結合，成為能力和素質全面發展的高級應用型人才，正是我們應用型本科教育的目的。而教學改革是一項長期而艱巨的任務，只有在教學過程中通過不斷地探索，充實自己，完善自己，通過學習先進的教育教學理論，才能真正走進課程，以適應當今社會的需要。

參考文獻：

[1]張靠社，張欣偉，寧聯輝，梁振鋒.《電力系統分析》課程的教學改革和實踐[J].電力系統及其自動化學報，2008，02：126-128.

[2]張偉.基于PSASP的《電力系統分析》課程實驗教學改革初探[J].中國電力教育，2008，（11）：105-106.

[3]劉柏林，孫文利.“電力系統分析”實驗教學改革研究[J].科教文匯（上旬刊），2012，（10）：56-57.

[4]湯雨.“電力系統自動化”課程教學改革方法思考[J].中國電力教育，2013，（02）：57-58.

[5]米志紅.《電力電子技術》課程教學方法改革的探索[J].太原大學學報，2012，（03）：125-127.