關于“電力系統分析”課程教學改革的探索

楊文輝

摘 ?要：“電力系統分析”課程是電氣工程及其自動化專業必修的專業核心課程，是進一步學習“發電廠變電站工程設計”“電力系統自動化”“電力系統繼電保護”等重要專業課程的基礎。該文針對目前教學中存在的問題進行了分析，進一步從教學方法、教學手段、考核方法幾個方面，對提升“電力系統分析”課程教學效果的改革舉措進行討論，為電氣工程類專業課程的教學改革提供經驗。

關鍵詞：電力系統分析 ?課程教學 ?教學方法 ?教學手段 ?考核方法

中圖分類號：G622 ? 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2019）12（c）-0101-02

“電力系統分析”課程是三峽大學國際文化交流學院電氣工程及其自動化專業必修的專業核心課程，課程將電力網絡以及網絡中的發電機和負荷作為一個整體進行分析和研究，主要教學內容分為電力系統的穩態分析和暫態分析兩個部分[1-2]。其中，電力系統穩態分析主要是針對正弦穩態網絡進行分析計算，涉及電網潮流方程的建立和非線性代數方程的求解;電力系統暫態分析主要是針對動態網絡進行分析計算，涉及同步發電機基本方程和轉子運動方程的建立和非線性微分方程的求解。課程教學內容具有理論性強、數值計算過程繁瑣、密切聯系電力生產實際的特點，容易導致學生在學習中出現畏難情緒。

該文分析了“電力系統分析”課程教學中存在問題和進一步提升教學質量的途徑，有助于提升學生靈活運用所學知識解決電力系統工程問題的能力，為培養適應電力行業需求的高級電氣工程技術人才提供教學實踐經驗。

1 ?教學現狀和存在問題

在教學方法運用方面，“電力系統分析”課程教學內容具有理論性強、數值計算過程繁瑣、密切聯系電力生產實際的特點，需要在教師的指導下進行學。實際教學中，主要是采取教師課堂講解，學生被動聽課法方式進行課堂教學。然而，“電力系統分析”課程教學內容大量涉及正弦穩態網絡方程和動態網絡方程的建立過程，由于該部分涉及的分析方法為先行課程“電路原理”所學內容，重復交叉內容的講授既占用了較多課時，也不利于吸引學生的注意力。另一方面，上述網絡方程通常為非線性代數方程和微分方程，其求解使用的數值計算方法不屬于前期基礎數學課的教學內容，簡單地講授容易導致學生難以理解，部分學生失去學習興趣。

在教學手段運用方面，“電力系統分析”課程教學內容面向解決工程實際問題，要求學生能夠針對一個電網復雜工程問題建立合適的數學模型，并利用恰當的邊界條件求解。然而，常規基于課堂板書和PPT的教學手段，只能直接展示數學模型的推理步驟和給出模型的數值計算結果，學生難以理解也無法參與模型求解的數值計算過程。數學模型求解能力的缺失，導致不少學生在后續課程設計和畢業設計環節中難以獨立完成工程設計任務，另一方面，也不利于學生進一步學習和掌握電力系統仿真軟件的使用方法。

在課程考核方法方面，“電力系統分析”課程教學中每位學生的期末成績由期末考試和平時成績兩部分構成。其中，平時成績占總成績的40%，課堂考勤和課后作業各占20%。根據電氣工程及其自動化專業的工程教育認證以及以及相應的新版《電力系統分析教學大綱》，對該課程平時成績增加了以下考核內容：課堂的聽課效果和消化所學知識的能力;參與考堂專題討論和協作完成大作業的能力;應用電力系統的基本原理解決實際工程問題的能力?，F有的課堂考勤能夠有效促進學生的到課率，但難以考核學生課堂中的學習活躍程度和學習主動性;課后作業能督促學生及時復習，但課后作業題目單一、偏重于簡單的手工計算，難以培養學生分析和解決復雜工程問題的能力。

2 ?提升課程教學質量的途徑

2.1 銜接式教學方法的應用

“電力系統分析”課程的基本分析方法立足于“高等數學”“電路原理”等先行課程，同時也是進一步學習“發電廠變電站工程設計”“電力系統自動化”“電力系統繼電保護”等重要專業課程的基礎。因此，教學中需要處理好各門課程教學內容間的相互配合，采用銜接教學方法有助于實現各門課程在教學內容上的承上啟下。

在實際教學中，對于需要使用的先行課程已講授的知識點，在課前安排學生課前復習，課堂講授時相關內容以講清楚思路為主，避免學生學習注意力下降，例如，利用“電路原理”課程中節點電壓法推導潮流方程的過程;對于后續課程需要使用的重要知識點，則進行較為詳細的講解，并要求學生具備基本的計算能力。例如：“發電廠變電站工程設計”和“電力系統繼電保護”課程需要使用的知識點電力系統短路電流的實用計算方法;對于先行課程未能講授的知識點，則需要進行補充講解。例如，非線性代數方程和微分方程的數值計算方法。通過有效銜接各門課程間教學內容，既有助于突出教學重點、保持學生的學習興趣，也有利于合理分配有限的課堂教學時間。

2.2 數值仿真手段輔助教學

隨著計算機技術的普及，電氣工程及其自動化專業開設有“C語言程序設計”課程，學生普遍具備了基本的編程能力，為采用數值計算手段輔助“電力系統分析”課程教學，培養學生解決電網復雜工程問題的能力提供了前提。

在教學實踐中，針對待分析的電網復雜工程問題的數學模型，可以通過編寫迭代程序的方法實現模型的數值計算，進一步通過分析計算結果，識別和判斷智能電網復雜工程問題的關鍵環節和參數，滿足專業培養計劃目標的要求。例如，在講授同步發電機基本方程內容時，在利用派克變換推導發電機電壓方程和磁鏈方程的基礎上，進一步要求學生以小組為單位，采用C語言和Matlab編寫程序[2]，計算同步發電機極端突然三相短路后的電流、電壓隨時間變化的規律，鞏固所學章節重要知識點。同時，通過自行編程，使學生理解同步發電機基本方程的差分化步驟、同步發電機基本方程的初值計算方法和數值迭代程序的編寫方法，增強學生解決問題的動手能力。

2.3 基于雨課堂的考核方法

雨課堂[3]是學堂在線與清華大學在線教育辦公室共同研發的智慧教學工具，能夠覆蓋了課前、課上、課后的教學環節，有助于師生課堂和課后及時溝通反饋，為實現工程教育認證要求的課程考核提供了可行的解決方案。在實際課程教學中，通過雨課堂智慧教學工具建立課程網站平臺，暢通教師與學生講的互動渠道，建立基于雨課堂的考核方法。

通過雨課堂的掃碼簽到功能，能夠實現課前考勤簽到，節省了有效上課時間;通過雨課堂的課堂測驗和投票功能，能夠隨堂考察每一位學生的聽課效果;通過雨課堂的彈幕和隨機點名功能，有助于師生的課堂互動和專題談論;通過雨課堂的課件推送功能，能夠在課前將預習任務發送到學生手機。同時，借助于雨課堂的數據支持和個性化報表，能夠及時記錄每一位學生的學習表現，在期末有據可依地給出平時成績，有效地激發了學生的學習主動性和學習興趣。

3 ?結語

“電力系統分析”課程教學改革實踐表明，針對教學方法、教學手段和考核方法實施綜合改革，有助于挖掘學生學習潛力，實現理論教學各部分知識點融會貫通，提升學生靈活運用所學數學和物理等自然科學、工程基礎知識、電氣工程及相關領域專業知識解決電力系統工程問題的能力，為電氣工程類專業課程教學改革提供有益經驗。

參考文獻

[1] 李響，王龍.“電力系統分析”課程的理論與實踐教學研究[J].中國電力教育，2017（5）：63-65.

[2] 王奕翔，曹琳，何敏，等.基于C語言的MATLAB軟件編程在數學建模中的應用研究[J].教育現代化，2019，6（48）：127-129.

[3] 劉芳.基于雨課堂的管理學課程混合式教學模式研究[J].科技資訊，2016，14（36）：184，186.