基于發電廠電氣部分的教學評價方案設計*

◆賈周

1 前言

隨著工業4.0 時代的來臨、各行業領域的發展以及人們生活水平的提高，對電力系統提出更高要求，而發電廠又是電力系統的重要組成環節，它直接影響整個電力系統的安全與經濟運行。這對與電力系統相關的電氣工程、自動化、動力工程等專業技術人才培養提出更加嚴格的要求。為此，國內很多相關專業開設了發電廠電氣部分課程，以電路、電機學、電力系統分析等先修課程為基礎，講述電氣一次系統和二次系統的原理、結構、設計及運行，著重介紹發電、變電和輸電的電氣主系統的構成、設計和運行的基本理論與計算方法。通過本課程的學習，使學生掌握一次接線的基本形式和設計原則，掌握二次接線的類型及分析方法，對各類發電廠的電氣主接線及廠用電接線特點有完整了解，為從事電氣設計等奠定基礎。

2 本課程在教學體系中的定位

基于以上課程要求和嚴謹的專業課程銜接，構建完整有機的專業教學體系和本科培養方案，本課程通常安排在本科教育階段第六學期開課。選擇在大三下學期開課，有其基礎性的要求和內在的人才培養邏輯：通常電類專業學生在這個學期之前基本修完了高等數學、數字電路、模擬電路等基礎課程，以及電路、電機學、電力系統分析等專業課程，而高數、模電、數電等有關知識是進行電氣系統理論分析計算的先決基礎和能力要求。在此將本課程的主體部分與各先修課程關系梳理如下。

第二章“導體的發熱和電動力”涉及大量高等數學知識，如指數函數運算、三角函數運算和復雜微積分運算。以短路電流熱效應計算為例，在教學實踐中經常碰到學生對其基本概念、物理原理以及數學模型都能夠很好掌握，一涉及數學計算就“卡殼”的情況。究其原因，高數課程通常在大一學期開設，差不多有兩年沒有訓練，因此也就無法保證計算部分的有效進行，即便之前數學抽象思維運算能力很強。同理，第三章“滅弧原理”涉及二階常微分方程的求解，這些內容在高數和電路相關課程中均有比較系統的講解和學習。

第四章“電氣主接線設計”則與電路和電力系統分析聯系緊密，其主接線的基礎來源于電路的物理數學模型、基本理論和分析計算方法以及電力系統分析的輸變電部分內容。本章“可靠性分析”的內容則是建立在統計學相關課程的理論基礎上，以及電路方程的矩陣化處理基礎知識上。

第五章“廠用電接線”的廠用變壓器和廠用電動機的選擇均來源于電機學的內容，可以說電機學基礎知識是否扎實，直接影響這部分的學習。因此，在進行這部分教學的時候，筆者通常要求學生把電機學的教科書也帶上，必要時可以翻閱參考，同時會布置電機學相關知識的課后作業。

第六章“電氣設備的選擇”則以電工學相關課程內容為基礎，電氣設備的介紹、互感器以及電力系統相關設備的選擇計算均有聯系和交叉。

第七章“配電裝置”的內容則與繼電保護有很多交叉，此部分的電氣設備和前幾章節主接線如發電機、變壓器、繼電器和母線等電氣基礎設備的保護則是繼電保護的重要內容和延伸。配電裝置的布置與電廠電氣設施的總平面布置設計，繼電保護裝備、自動裝置與測量表計配置設計，則是電力系統設計體系的構成部分。

其他章節如“控制與信號”以數電、模電、信號與系統為基礎，“同步發電機的運行”和“電力變壓器的運行”則大部分在電機學內容的基礎上提高和深化。

綜上分析可知，發電廠電氣部分與各先修課程銜接緊密，知識點相互支撐，更多的是作為多門課程的“提高綜合”，這是這一專業課的典型特征。基于此引出本課程的教學評價方案設計，對教與學活動的順利運行和有效評估意義重大。

3 教學評價方案構建

本課程特點是與實踐結合較為緊密，涉及設備和器件較為繁多龐雜，且有較多的描述性概念和知識點不適合考試考查方式。比如可靠性，高壓和低壓及由此引申出的系統和設備，均是相對描述，而一次設備和二次設備及其接線方式又是本課程的主線。因此，經過慎重權衡，優先選擇課程論文的考查方式。考核預期是課程結束后，學生應具備整合所學概念、方法、理論，強化對發電廠電氣系統的整體把握并獨立設計一個完整的電氣系統的能力，以及對發電廠電氣主接線及廠用電接線特點有完整的了解，為從事電氣設計奠定基礎，避免出現考完即忘記的情況。同時，加強學生的論文撰寫初步訓練，為畢業論文打下基礎。為此，對課程論文任務的內容、格式和評分標準構思如下，并結合教學實踐進行成績分析。

內容要求設計一條包含發電、輸電、配電的電氣接線圖，主要包括五部分內容：應用場合，如揚子石化某條生產線的電氣接線；基本原理，要求繪出主系統電路圖且闡述條理清晰、技術細節全面：重點突出，選取主電路中發電、輸電、配電任一部分進行詳細闡述；設備參數，提供選用設備的主要參數作為接線圖的設計依據；總結，一定要有自己的經驗歸納，對所設計接線圖存在的局限性和適用性進行說明。不僅完成規定的任務，而且體現出一定的創新思路和嚴謹的學習態度。

課程論文的命題以教學大綱為依據，按知識體系的主體結構，基本覆蓋了教材大部分知識點，力求從基本概念、基本原理和基本技能角度考查學生的綜合素質，兼顧了學生分析綜合以及創新能力。

格式要求具有完整的論文功能模塊和全文布局，全文采用兩欄，A4 紙打印；要有摘要、關鍵詞、正文、參考文獻、總結；排版清晰、規范，格式要求參考《中國電機工程學報》等期刊；頁數要求不少于四頁；繪圖部分可以手繪，然后粘貼在對應位置，也可以在對應位置留白，然后直接繪制；統一格式的南信大課程論文封面。

評分標準課程設計按滿分100 分計算，并按照以下細化要求確定分數等級。

90 分以上（優秀等級），具有完整的論文功能模塊；排版清晰，格式規范；整個系統闡述條理清晰，技術細節全面；不僅完成了規定的任務，而且體現出一定的創新思路和嚴謹的學習態度。

80 分～89 分（良好等級），具有完整的論文功能模塊；偶有排版不清晰、格式不規范；整個系統闡述基本清晰，技術細節部分體現；基本完成規定任務，體現出端正的學習態度。

70 分～79 分（一般等級），具有基本論文功能模塊；多處論文排版不清晰、格式不規范；整個系統闡述不夠清晰，技術細節不夠體現；基本完成規定任務。

60 分～69 分（及格等級），具有部分論文功能模塊；多處論文排版不清晰、格式不規范；整個系統闡述混亂，技術細節缺失；部分完成規定任務，體現出較差的學習態度。

成績分析現結合教學實踐，對電氣專業2014 級64名和2015 級66 名學生近兩學年的發電廠電氣部分成績進行分析，各分數段的人數及占比數據詳見表1 和表2。

表1 14 級電氣專業成績分布

表2 15 級電氣專業成績分布

從上表成績分布可得出結論：不同分數段的學生人數基本上呈現出正態分布規律。其中優秀的比例稍微偏高，原因是考慮到基于課程論文的考查方式評分標準雖然盡量細化了，但批改過程的誤差以及把握尺度的“最小分辨率”有可能有三兩分的偏差，因此在批閱過程中結合所有學生的平時表現和作業完成情況，基本上按照這個誤差補足。

本課程作為選修課，要求學生對發電廠電氣部分相關理論知識有一定了解和掌握，對相關概念和原理有定性分析，掌握發輸變配供電系統的原理，對相應的電氣設備參數能夠進行計算和正確選擇。多數學生能夠做到理解基本概念、基本原理，反映在優良等級比例占到一半以上；及格比例部分反映出仍有部分學生學習態度不夠端正。針對極個別學生學習態度不夠端正的情況，后續的教學中適當給予鼓勵和引導，至少要求掌握發輸變配供電系統基本概念和基本原理，逐步提升學習成績。

4 結語和展望

本文剖析發電廠電氣部分課程在理工學科中的定位及其與其他課程的銜接關系，明晰其是建立在多門基礎課程理論知識基礎之上的綜合性專業課程。結合課程概念多、設備多、描述性知識點多等特點，對此課程的教學活動提供了詳細且可行有效的論文考核評價方案并付諸實踐。結果表明，此方案的設計可有效考查學生對基本概念、理論知識、原理分析、參數計算和設備選擇的掌握情況，并且結合分數等級細則和成績分布對評價方案和學生素質進行改進提高。

教學評價方案的設計有效提高了教與學的效率，有利于師生對此課程的整體把握，是對此課程評價方式的改革和嘗試，為工科教學積累了有益經驗。融合信息技術的教學方式、基于虛擬實驗技術的實驗方式在今后的課程教學中亦將不斷涌現，這也是此類課程改革的發展方向和趨勢。■