“30·60”雙碳目標下《電力系統分析》課程教學改革

摘要：電力系統低碳轉型是實現我國“30·60”雙碳目標的關鍵環節。電力系統分析作為電氣工程專業的核心課程，需要培養電力人才助力其發展。本文從能源轉型對《電力系統分析》教學課程的影響入手，結合課程教學目標、教學途徑、教學內容和課程形式，提出了“30·60”雙碳目標下的課程教學體系，更進一步提高了《電力系統分析》課程在培養電力人才方面所發揮的作用。

關鍵詞：? 電力系統分析? 雙碳目標? 教學改革? 低碳轉型

Teaching Reform of Course <Power System Analysis> under the "30·60" Double Carbon Goal

JIANG Xin

（School of Electrical Engineering， Zhengzhou University， Zhengzhou? ， Henan Province， 450001 China）

Abstract： The low-carbon transformation of the power system is a key link in achieving China's "3060" dual-carbon goal. As the core course of electrical engineering， power system analysis needs to train power talents to help its revolution. This paper starts with the impact of the energy transition on the <Power System Analysis> teaching curriculum， and combines the curriculum teaching goals， teaching methods， teaching content and curriculum forms， and proposes a curriculum teaching system under the "30·60" dual carbon goal， enhancing the professional role of the "Power System Analysis" course in cultivating electrical talents.

Key Words： Power System Analysis; Double carbon target; Teaching reform; Low-carbon transition

《電力系統分析》課程是電氣工程專業領域的一門重要專業課程[1]，其以電力系統作為研究對象，在教學中涉及電路、電機、電磁場等專業基礎課程，也涉及電力電子、高電壓技術、發電廠電氣部分等專業課程，通過對此課程的研究，讓學生了解電力系統的規劃、設計、運行的背景知識。本課程主要包括短路計算、潮流計算、優化調整和機電穩定分析，這是電力系統中的常見的問題，也是相關專業學生必須要掌握的知識[2]。

2021年3月11日，第十三屆全國人民代表大會第四次會議制定“30·60”雙碳目標的確定[3]，將對當今社會生活方式全新改革，它的背后蘊藏著一種對電力系統分析新思維方式和供給方式，將會給教學的理念、體系、形式、評價等方面的變革帶來深遠的影響，因此，《電力系統分析》課程更應該及時進行教學改革。雙碳目標的提出使得能源行業發生了深刻的變化，將碳達峰、碳中和理念融入學校課程教學過程中，不僅能使師生立足新發展階段，還能強化綠色環保意識，踐行低碳生活。

1 “30·60”雙碳目標的含義

碳中和是指通過植樹造林、節能減排等形式、抵消自身產生的二氧化碳或溫室氣體排放量，實現正負抵消，達到相對“零排放”;碳達峰是指在某一時刻，二氧化碳的排放量達到歷史最高值，隨后逐步回落[4]。本質上碳中和與碳達峰都是為減少碳排放量所設定的目標，我國95%左右的非化石能源主要通過轉化為電能加以利用[5]。“30·60”雙碳目標對電力系統提出了更高要求：建設成為可消納大規模集中式和分布式可再生能源發電的堅強輸配電網。

“30·60”目標帶來的變革超出想象，許多顛覆性的“重新定義”正在發生。而當前《電力系統分析》課程中僅僅只涉及傳統電源和電網的概念，這與現代化電網的發展是相悖的。

2 《電力系統分析》教學改革

課程是教師教學的主要手段，其教學質量的高低直接會影響人才培養的質量的高低。隨著電力事業的不斷發展，很多新穎技術也在該領域中不斷被應用，因此對《電力系統分析》課程的實踐教學也有了更高的要求[5]。

2.1 傳統課堂設計現狀

2.1.1? ? 教學內容單一

教學內容是提高本科教學質量重要因素之一，但是傳統課堂上有些高校教師教學幾十年，使用的教材從來不變，教學的內容也沒有更新過，更有甚者，對于課程中的較難知識點和動手實驗課程，直接跳過，導致學生學習知識體系不完善，工作后較難適應分析電力系統實際問題。

《電力系統分析》課程涉及的模型和理論較多且抽象，知識點較難理解，教師教學內容上應該更豐富多樣，增加動手實踐課程的比重，不僅僅是傳授理論知識，還應提高學生解決實際問題的能力。

2.1.2? 教學方式單一

傳統課堂僅僅由教師講授相關內容知識，學生根據給定的內容進行復習考試，課程的學習被局限在實驗室和教室，過程較為枯燥，課外實踐學習被忽略，限制了學生和教師的互動性，學生興趣不高;此外，僅采用“教師講學生聽”的方式難以調動學生的學習積極性。

隨著互聯網技術的快速發展，教學方式上也要充分利用網絡、多媒體等技術[6]。例如，可以輔助多媒體手段將電機轉子旋轉的過程以動畫的形式向學生展示，讓學生更直觀地認識到定子和轉子電感系數變化的本質，提高學生學習的積極性。

2.1.3? 學生重視程度不高

學生本身原因：一是部分學生經過初、高中灌輸式學習方式，進入大學后容易產生放松和懈怠學習的心理[7];二是學生在填報志愿時，對相關專業并不了解，而是抱著哪個專業熱門報哪個的心態，或是完全按照家長意愿進行填報，導致學生到學校學習后發現自己對專業學習難以提起興趣;三是學生對大學所學知識的重要性認知不夠，認為所學知識在以后工作中不實用，并對大學所學專業知識產生懷疑和否定態度。

除學生本身因素外，教學體系也是重要原因之一，包括上文所提到的教學內容單一、教學方式單一。正是教學體系的一成不變，讓理論知識的學習變得索然無味，學生學習興趣不高。教學體系的單一也導致學生容易摸清教學過程，掌握做題套路，出現不用上課認真聽講也能拿高分的現象，自然課程的學習就得不到重視。

本節針對某高校2017級電氣工程的120名本科生《電力系統分析》課堂學習情況進行了調研，學生對課程態度如圖1所示。

由圖1可得，從未逃過課的學生僅僅有30人，占總人數25%，從未與教師交流過的人數有88人，占總人數的73.3%，以上數據足以說明學生對課堂態度并不理想。

接著對逃過課的90名學生進行調研，學生逃課原因占比如圖2所示。

從圖2可以看出，認為課程枯燥無聊和知識點抽象聽不懂是學生逃課的主要原因，亟需從教學內容、教學方式等方面全方位改革，提高教學質量。

2.2 雙碳目標融入課程教學改革

2.2.1? 課程設計、教學大綱

首先，圍繞“碳達峰與碳中和”這一主題，定制與雙碳目標相關聯的新大綱、新教案、新課件，提升課程教學效果。例如，在課程緒論時，開篇引入——2020年12月發布的《新時代的中國能源發展》，讓學生了解當前中國能源發展的背景、發展中出現的問題、為什么要提出雙碳目標以及如何實現雙碳目標。進而從第一節《電力系統概述》入手，從認識電力系統，理解并掌握電力系統的組成、運行與發展，將教學重點由傳統電網轉向“碳達峰、碳中和”和清潔能源方面，為學生灌輸綠色低碳理念。

2.2.2? 理論教學、課堂互動

“授課”“總結”是任何課程的掌握的兩個必要環節。授課過程需加強師生互動，可以通過“提問、探討、匯報”等方式，加深學生對電力系統知識點的理解，結合“碳達峰與碳中和”組織學生分組上臺匯報，并與臺下學生進行專題探討，教師最后進行專題總結。課后要求學生對知識進行系統歸納。

2.2.3? 強化培養途徑

《電力系統分析》課程教學應該打破傳統課程學習的慣例，拓展學習空間，通過“學習通網課建設、線上線下教學互動、實驗平臺與軟件仿真、虛擬仿真實驗”4個模塊的教學模式實踐，增強學生學習的能動性，提高課程教學的質量和水平。

首先是學習通網課的建設，其優點有很多，比如，講解電力系統相關知識時，網課中可以插入相關專業的圖片和視頻，讓學生更加直觀地了解電氣設備，有身臨其境的體驗，并且如果學生上課沒有聽的很明白，也可以在課下反復觀看學習通，加深對知識的理解。其次，學習通的建設能促進線下線上教學的互動，增強學生對知識點的記憶。最后是學生進行仿真實驗，增強其動手實踐能力的同時也讓他們對專業知識更加理解。同時加入課程設計模塊，通過理論與實際相互結合，讓學生理解電力系統存在的問題，抓住主要矛盾，推進碳達峰、碳中和協同發展。

2.2.4? 建立綜合考核評價機制

傳統課堂的考核方式太過單一，書面成績占的比重過大。根據課程體系的4個進階模塊（聽課模塊、互動模塊、實踐模塊、測試模塊），針對電氣專業的知識、能力目標，建立了綜合考核機制，分別包括學習通網課測試環節（20%）、隨堂測試（20%）、課程設計（30%）以及期中考試（30%），相比于傳統考核機制，大大加重了過程考核在期末總成績中的比重，打破了“不用上課認真聽講也能拿高分”的現象。

對于網課測試、隨堂測試和考試的內容幾乎全為主觀題，即使設置的有部分客觀題也需要給出正確的原因解釋，否則視為錯誤，部分測試也采用了口試的形式，教師提問，學生回答，助教做記錄，考試成績當場給出;對于網課測試和隨堂測試不達標的學生禁止參加課程設計和期中考試;課程設計利用“系統仿真+手工計算”實現可視化的電力系統潮流分析。以上綜合的考核機制不僅拓展了學生的綜合能力，而且能讓學生對專業課的學習更加重視。

3 結語

基于《電力系統分析》課程的特點，本文對《電力系統分析》課程體系的構建和教學模式進行了創新，首先分析了傳統課堂上的不足，從教學內容、教學方式、學生重視程度3個方面并結合相關數據綜合分析了傳統課堂中的弊端問題;其次針對以上出現的問題提出了一種“30·60”雙碳目標下的課程教學體系，從培養途徑、考核機制等方面進行了全方位改革，打破了“不用上課認真聽講也能拿高分”的現象。在教學內容中增加了目前國內研究熱點雙碳目標的知識，極大提高了學生的積極性，為培養電氣工程專業技術人才起到了積極的推動作用。

參考文獻

[1] Huds A. Shah S J. Castans A. et al.A meachine learning model for systematic identification of wildtype transthyretin cardiomyopathy[J].Joural of Cardiac Failure，2019，25（8）：S53-54.

[2] Li L， Jiang P， Xu H， et al.Water quality prediction based on recurrent neural network and improved evidence theory： a case study of Qiantang River， China[J].Environmental Science and Pollution Research International，2019，26（19）：19879-19896.

[3] 王菡娟.“雙碳”大考中的政協行動[N].人民政協報，2021-07-08（005）.

[4] 渠沛然，趙紫原.碳達峰、碳中和助力新能源高質量發展[N].中國能源報，2021-06-28（015）.

[5] 劉志坦，李玉剛，楊光俊，等.低碳轉型背景下我國氣電產業發展路徑[J].天然氣工業，2021， 41（6）：152-161.

[6] 黃媛，劉天琪，李長松，等.互聯網環境下《電力系統分析理論》課程教學改革與探索[J].中國電力教育，2020（9）：41-42.

[7] 葉志軍，林燎源，項雷軍.中德本科課程教學對比——以電力系統暫態分析課程為例[J].中國現代教育裝備，2021（9）：153-155.

作者簡介：

姜欣（1991—），女，博士，副教授，研究方向為電力系統運行與規劃 。

郵箱：jiangxin@zzu.edu.cn