試點學院背景下面向學生的綜合設計課程教學

劉文麗　程杉　劉會家　趙辛欣

摘要：在教育部組織實施的試點學院改革背景下，從人才培養(yǎng)模式轉變方法入手，引進國內先進的中國電科院的電力系統(tǒng)綜合程序（PSASP），應用于電氣工程及其自動化專業(yè)促進實踐環(huán)節(jié)的改革，開設面向學生的PSASP綜合設計課程，以期達到試點改革目標。文章介紹了試點學院的概念；綜合設計實驗的特點及重要性；面向學生的PSASP綜合設計課程教學的開設方法、模式、內容、考核標準等。并對相應課程教學改革實踐做出了總結，提出了對后續(xù)改進的啟示。

關鍵詞：試點學院；教學模式改革；PSASP；綜合設計

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）21-0062-02

引言

教育部組織實施的普通本科高校試點學院教學改革為高等院校順利培養(yǎng)復合型、適應時代發(fā)展的人才提供了重要參考。在次改革計劃指導下，結合我國電力工業(yè)的發(fā)展形勢以及我院電類專業(yè)的具體情況，我們進行了一系列面向學生的綜合設計課教學探索，以便于探索實驗教學中綜合培養(yǎng)學生積極性、主動性和實踐能力的方法。從而全面提高學生的綜合素質，幫助高校實現(xiàn)知識、能力和素質并重的人才培養(yǎng)模式，達到整個人才培養(yǎng)模式的進步。

一、試點學院的概念

試點學院改革是通過設立“教育教學改革特別試驗區(qū)”而展開的（這些實驗區(qū)一般來至普通本科高校的各專業(yè)學院）。然后在實驗區(qū)內逐步推進以學院為基本實施單位，以人才培養(yǎng)體制改革為核心，以學院與社會創(chuàng)新資源協(xié)同發(fā)展為路徑的綜合性改革，是中國教育體制改革的一種試點方法。

被設立為試點學院的機構可在人才培養(yǎng)模式上進行一系列改革探索，以便實行全面發(fā)展與個性發(fā)展相結合的培養(yǎng)模式。如：可鼓勵本科生早進實驗室、早進課題、早進科研團隊，將科研優(yōu)勢轉化為育人優(yōu)勢；加強實踐環(huán)節(jié)教學，優(yōu)化實踐教學內容，增加實踐教學比重；另外，鼓勵根據產業(yè)發(fā)展需求，會同合作單位修訂完善人才培養(yǎng)方案等。

二、綜合設計實驗的特點及重要性

實驗課是教學過程的重要環(huán)節(jié)，通過開設實驗課，可以幫助學生鞏固之前課堂上所學的理論知識，加強理論與實際的聯(lián)系，同時培養(yǎng)學生動手能力和科研基礎能力，使之逐步具備嚴謹的科學態(tài)度。這種授課形式通常由教師在實驗室內指導，借助實驗儀器，讓學生操作，并觀察現(xiàn)象、記錄數據然后分析討論實驗結果等[1]。這種教學形式相對理論教學更具直觀性、綜合性和創(chuàng)新性，有利于培養(yǎng)學生良好的實驗素養(yǎng)和觀察分析客觀世界的能力。

高等工科院校技術基礎課及專業(yè)課所對應的實驗一般是理論講到一定程度后的實驗教學，并且多是對應單一學科和章節(jié)的單項實驗，只驗證該章節(jié)的理論，從學習和認識規(guī)律出發(fā)，這些基礎性實驗對學生加深課程內容理解能起到一定作用，方便學生掌握基本儀器的使用測量方法，但各實驗間通常聯(lián)系不大，內容較單一，只屬于驗證性的。綜合設計性課程是以一門課程教學內容為基礎，對學生所學的多門課程內容的綜合。改革的指導思想為：充分利用學校教育資源，打破課程間界限，融合學生所學知識，有機結合各實驗內容，將不同專業(yè)課單獨開始的實驗改為集中開設，同時降低驗證性實驗的比重，提高教育資源利用率。

針對綜合性課程的開發(fā)，必須首先滿足課程教學基本要求，盡可能在現(xiàn)有實驗課基礎上做適當延伸，結合實際現(xiàn)狀選題，最好將開設的綜合性設計課程與相關企業(yè)現(xiàn)狀結合，方便經過試點之后全面鋪開。通過綜合設計性課程的學習，學生能夠全面運用所學知識，綜合基礎實驗實驗中所學的內容、測量方法和儀器使用等各項能力。這可以很好的檢驗學生對基礎性實驗的掌握程度，也可以衡量學生多方面的能力，是其他基礎性教學無法替代的[3]。因此，研究綜合設計實驗教學形式對探索人才培養(yǎng)改革有重要意義。

三、面向學生的PSASP綜合設計課程教學

大系統(tǒng)、大互聯(lián)是當今電力系統(tǒng)發(fā)展的一個趨勢。電網結構日益復雜，使用傳統(tǒng)設計方法和監(jiān)測模式已經越來越適應不了發(fā)展需求。利用計算機及相關軟件進行輔助設計和在線監(jiān)測，可大大縮短計算時間并有助于提高計算精度。我們所開設的電力系統(tǒng)綜合設計課是以某一實際工程為對象，在借助相關軟件（如：CAD、PSASP）輔助計算和分析基礎上，對電網結構方案進行優(yōu)化。通過該門課程的實踐使學生能夠依據實際要求，對電網進行一定的規(guī)劃，并完成其一次、二次部分設計，同時，對主要電氣設備設置必要的保護。本設計是“電氣工程及其自動化專業(yè)”重要的實踐環(huán)節(jié)之一，是學生在學習電力系統(tǒng)專業(yè)課程后的一次綜合性訓練，有利于學生復習鞏固多門相關專業(yè)課程的知識，增強工程觀念，培養(yǎng)電網規(guī)劃設計能力。

PSASP（Power System Analysis Software Package）是電力系統(tǒng)分析綜合程序的簡稱。其由中國電力科學院研制，功能強大、使用方便，并且是高度集成的，開放性的。PSASP包括電網基礎數據庫、固定模型庫和用戶自定義模型庫三個主要部分，可以實現(xiàn)電力系統(tǒng)各種分析計算，主要用于電力系統(tǒng)設計、運行及相關研究，是確定電力系統(tǒng)經濟上合理、技術上可行的規(guī)劃設計方案的重要工具。可用于進行電力系統(tǒng)潮流、穩(wěn)定等各種計算，涉及了穩(wěn)態(tài)、暫態(tài)和各種線性、非線性分析。PSASP計算功能還在不斷完善和擴充，其人機界面比較方便友好（如基于圖形的數據輸入和圖上操作，自定義模型圖以及圖形、曲線、報表等各種形式輸出），另外，PSASP與一些通用軟件（如Excel、AutoCAD、Matlab等）接口易實現(xiàn)，從而可充分利用這些軟件的資源[2]。

面向學生的PSASP綜合設計課程教學內容主要如下：學生根據所給定的原始資料（包括地理位置接線圖、擬建電廠機組容量、擬建變電站要承擔的負荷量、氣象條件等），完成以下設計——（1）依據所原始資料提供的數據，確定電網接線方式（包括電氣接線方式和電壓等級的確定等），選定發(fā)電機、變壓器及線路型號參數；（2）根據所選定的型號及物理參數，進行基于psasp的潮流、短路、暫態(tài)穩(wěn)定計算，并將計算結果（報表和圖示化結果）記錄；（3）制定無功平衡方案，給出各節(jié)點補償容量；（4）通過對電網的短路、保護、整定計算，設計電網的繼電保護方案；（5）依據計算結果，對所選設備進行校驗，畫出二次配置圖；（6）確定并繪制電廠的主接線方案，通過短路計算，選擇和校驗電氣設備（進行保護整定計算，設計繼電保護配置方案）；（7）通過潮流計算網損和電壓降落；（8）熟悉相關標準、對電氣圖進行規(guī)劃化的繪制。

在開設本課程前學生需要學過的課程包括《電力系統(tǒng)分析》、《發(fā)電廠電氣部分》、《電力系統(tǒng)繼電保護原理》，需要查閱的文獻包括《電力系統(tǒng)繼電保護與自動化設備手冊》《水電站電氣主接線圖冊》等。實驗室提供應用軟件，由專門的指導教師進行指導，學生可以分成幾個小組根據興趣分別完成設計內容的不同部分，比如：（1）（2）（3）（7）（8）；或（1）（6）（7）（8）等。為期一周的設計時間內，我們建議詳細時間安排及步驟為：首先，布置設計內容，了解設計基本方法，熟悉相關軟件，完成發(fā)電機、變壓器、線路參數型號選型；然后，選定各節(jié)點補償容量，制定無功平衡方案，輸入潮流計算參數數據，借助psasp軟件進行潮流、短路、暫態(tài)穩(wěn)定計算；第三天，計算短路電流，進行保護整定計算，設計保護配置方案，設備選型，制定說明書和計算書；最后兩天，繪制主接線和二次圖紙并整理報告成果。最終經過一星期的設計，提交一份設計成果（包括電氣設備選型及PSASP運行結果說明書；設計方案說明書等各一份）。

四、結論

近兩年綜合設計課程的教學實踐證明，學生通過該門課程的學習及操作對電力系統(tǒng)整體設計有了深刻的體會，免除了憑空想象造成的理解上的困難，增加了學習興趣，對專業(yè)課知識點的理解和運用有很大的幫助，并且加強了學生應用工具和加強團隊協(xié)作解決實際問題的能力。另外，我們也得出以下啟示：綜合設計性課程的內容編排可以參考西方國家，加強啟發(fā)性和討論性內容，鼓勵學生獨立思考，激發(fā)其個性發(fā)展，力爭具備綜合性、典型性和探險性特點；綜合設計性課程的設置方面，可以給出一個或多個課題，因材施教，讓學生根據自身興趣及水平自由選擇；綜合設計性課程的形式方面，建議做到多種多樣，根據教學計劃，采用多層次逐漸深入的教學安排，由簡到難，由小到大；提倡學生結合各種科研產品和社會需求進行興趣型綜合實驗，促進個性發(fā)展；另外，在具體教學過程中，若學生設計方案不合適，教師不能直接把正確方案提供給學生，要認真指導其更改提高，以免降低學生學習興趣，達不到綜合課程的目的。

總之，綜合設計性課程有利于培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力，高等教育必須從思想上重視針對該類課程的教學改革，加強人力、財力和物力的支持及投入，力爭培養(yǎng)出符合社會發(fā)展需要的高素質綜合型人才，達到試點學院改革預期目標。

參考文獻：

[1]舒奎，唐樹森，王立.電類綜合實驗教學的創(chuàng)新與實踐[A].電子高等教育學會2004年學術年會會議論文集，2004.

[2]陳少華，李惜玉.面向學生的PSASP教改實踐[A].第三屆全國高校電氣工程及其自動化專業(yè)教學改革研討會論文集[C].2007.

[3]莫琳.在綜合設計實驗中培養(yǎng)大學生的創(chuàng)新能力[J].經濟與社會發(fā)展，2004，（8）：157-159.