新工科導向下的“電力系統分析”課程改革

鐘嘉慶　張曉輝　殷桂梁

摘要：為了適應新工科的人才培養新模式，我校電力系統及其自動化專業人才培養定位是研究應用型高級工程技術人才，專業培養目標圍繞知識、能力和素養3個方面。培養計劃實施中，大力開展適應電力專業畢業培養目標的教學改革，力求培養電力系統專業的學生在選擇與使用恰當的技術、資源、現代工程工具和信息技術工具的基礎上，綜合所學的理論知識來解決工程問題的能力。

關鍵詞：新工科;教學方式改革;解決工程問題

一、“新工科”建設方向下高等教育教學改革的指導思想

新工科建設是應對新經濟的挑戰，從服務國家戰略、滿足產業需求和面向未來發展的高度，提出的一項持續深化工程教育改革的重大行動計劃。在高等教育中，應加強落實以學生為中心的理念，增強師生互動，改革教學方法和考核方式，形成以學習者為中心的工程教育模式。推進信息技術和教育教學深度融合，建設和推廣應用在線開放課程，充分利用虛擬仿真等技術創新工程實踐教學方式。

以教育思想和教學觀念轉變為先導，以OBE人才培養模式為導向，在教學學術的思想指導下，以教學內容和課程體系改革為核心，以高水平的學科群為依托，以國內外名校的同類課程為參照系，樹立教學層次多元化、培養途徑多樣化的教育理念，將教育創新和高質量人才培養有機結合。

工程教育認證模式是目前我國高等學校培養高質量應用型專業人才的新方向。在教學過程中，注重訓練學生的思維邏輯性，加強對學生解決工程實際問題能力的培養。本文通過對電力系統及其自動化專業課程體系的研究，將學生能力培養的核心理念貫穿到整個教學過程中，從教學內容、教學方法方面進行改革，以適應不用專業人才培養需求。

二、“電力系統分析”課程教學存在問題及改革目標

“電力系統分析”課程主要研究電力系統的正常運行和故障運行狀態的分析和計算方法，是培養學生進入電力系統領域學習和研究的核心課程，處于專業基礎課和專業課之間的樞紐地位。

1.原有教學中存在的問題

目前的課程教學存在下述主要問題有：①課程教學內容注重知識傳授，強調理論的嚴謹性，忽視工程問題的物理本原和相關的能源經濟環境社會背景。②教學方法上，重分析，輕綜合，忽視各部分知識之間的聯系及在電力系統工程中的作用。③教學組織上，重課堂教學，輕實踐教學，忽視對學生學習興趣的培養。即“工程不突出，實踐少而散，課外無活動”。

2.課程改革要達到的預期目標

為適應電力工業的快速發展對人才培養的新要求，全面提高“電力系統分析”課程的教學質量，課程小組通過調研分析，基于培養具有“實踐能力、創新精神和創業精神”的高素質應用型人才為人才培養定位，遵循“突出工程，強化實踐”的原則，提出精簡優化課程內容，整合強化實踐教學、創新構建課外活動，全面提升課程教學水平的課程改革方案。

（1）改革和優化教學大綱、教學內容和教學日歷;

（2）將案例教學引入到課程教學環節，通過課程實驗、課程設計和課外案例仿真分析，使學生具有深厚的電力系統分析理論基礎知識和分析計算能力;

（3）建立“電力系統分析”課程教學的案例分析計算機仿真庫、課程設計案例庫;

（4）建立電力系統分析課程網站，實現在線學習、在線交流等功能，進一步拓展學生知識范圍。

三、“電力系統分析”課程教學內容及教學方法改革

通過廣泛的調研分析，確定教學內容修訂方案。在新的教學內容中強化本課程與電路和電機學等基礎課、電力系統繼電保護和電力系統自動控制等專業課的承上啟下的關系，重點培養學生電力系統潮流計算、短路計算、經濟調度和穩定性分析等方面在工程實踐中的應用和設計能力。

針對電力系統各種抽象概念（如暫態電抗與次暫態電抗、暫態電勢與次暫態電勢等）、復雜的暫態過程（如同步發電機短路過程）、多變的序網圖與相量圖等內容很難講清楚，難理解，采用多媒體教學方式，用動畫描述、互動過程、輸出對比等各種手段解釋復雜的電力系統過程和難以理解的物理概念，采用電力系統分析仿真軟件演示一些電力系統物理過程和現象，使學生加強對電力系統物理過程的理解。除此之外，開辦專業教學網站，實現網上資源共享，鼓勵網上教學和答疑，真正實現師生在線交流互動。

1.教學內容的調整

通過教學改革實際經驗，總結改革過程中存在的問題，將教學內容進行調整如下：①發電廠、變電站和組成電力系統的基本元件的視頻、圖片的演示和講解，重點強化學生對電力系統的元件、結構、運行方式的感性認識。②將同步電機的數學模型，與線路模型和變壓器模型銜接，形成組成電力系統主要元件的整體概念，采用Matlab案例設計，分析元件及電力網絡的運行特性。③結合Matlab設計電力系統有功和無功控制仿真案例，重點介紹電力系統一次和二次調頻以及電壓、無功功率的的控制方法。④應用Matlab案例，分析無限大功率電源供電及同步發電機在無阻尼、有阻尼情況下三相短路電流的特點。分析不對稱三相電壓、電流的正序、負序和零序參數的計算方法。⑤結合PowerWorld的仿真案例，加深潮流計算的基本方法、計算機潮流計算的實現和電力系統潮流計算的特點等的理解。⑥應用PowerWorld分析各種類型短路電流的計算以及電力系統穩定性的分析和計算。

2. “電力系統分析”課程教學方法的改革

（1）強化本課程與先修課程之間在課程內容、學習方法之間的聯系與區別，與后續課程的關系，促使學生將本專業方向的各個主干課程形成一個體系，并充分認識本課程在整個課程體系中的作用。（2）強化案例教學。在學習每個知識點之前，由任課教師給出一個實際應用案例，由學生和教師一起，對案例中所涉及的本課程的相關內容進行梳理和提煉，在此基礎上引導學生進行資料和查閱和學習。理論教學部分以教師板書講授為主、多媒體演示為輔，側重強調課程中的重要的原理和過程，弱化理論推導和繁瑣的計算過程。在理論教學部分結束時，再由教師組織學生對案例進行討論，鼓勵學生提出自己的設計方案和實現過程。（3）通過案例討論激發學生學習興趣，引導學生應用Matlab和PowerWorld軟件進行案例分析和設計，利用學院實驗室資源在課余時間進行設計實踐，鍛煉學生實踐創新能力。

四、結論

要想滿足“新工科”人才培養目標，實現“電力系統分析”課程教學改革，須制定新的教學目標、更新教學內容，使學生學習并掌握新的知識、新的技能，以提高自身的理論知識與實踐能力，培養獨立和創新意識。本研究成果包括兩方面：（1）在課堂教學方面，通過優化課程教學和實踐內容，改進了教學方法和手段，將教學內容從以理論教學為主逐步轉變為以案例教學為主，增加了學生對教學內容的直觀認識，通過案例引導學生主動學習實踐、主動思考創新，提高了學生的實踐能力和創新能力。（2）在實踐教學方面，在熟練掌握Matlab和PowerWorld仿真軟件的同時，充分利用實驗室資源，增加和強化實踐教學環節，培養了學生的實踐設計能力和在實踐過程中發現問題、解決問題的創新能力。

參考文獻：

[1] 吳愛華，楊秋波，郝杰. 以“新工科”建設引領高等教育創新變革[J]. 高等工程教育研究，2019（1）：1-7.

[2] 王翠，楊小品，李瑾，孫小強，盧莉. 新工科背景下《電力電子技術》課程項目式教學方法的探索[J].教育現代化，2019 （25）：195-196.

基金項目：河北省高等教育教學改革研究實踐項目（2018GJJG065）。