新型電力系統(tǒng)背景下的《電力系統(tǒng)分析》課程教學模式改革

張弦 李文立

[摘要]在“雙碳”目標及新型電力系統(tǒng)建設的背景下，傳統(tǒng)《電力系統(tǒng)分析》課程存在教學內容與現實脫節(jié)、教學形式缺乏場景創(chuàng)新和師生互動、考核形式不能考察學生解決實際問題的能力以及課堂思政與國家戰(zhàn)略聯系不足等問題。對此，課程應從以下方面進行優(yōu)化創(chuàng)新：教學內容上加入低碳視角下的新型電力系統(tǒng)內容；教學形式上實施多維互動教學模式；考核方案上著重考核學生學以致用的能力；課堂思政上運用“大思政課”將國家“雙碳”戰(zhàn)略融入思政教學。

[關鍵詞]高等院校；電力系統(tǒng)分析；教學內容；教學方法；課程優(yōu)化

[中圖分類號]C41 [文獻標識碼]A

[DOI]：10.20122/j.cnki.2097-0536.2023.09.044

《電力系統(tǒng)分析》是電氣工程及其自動化專業(yè)的核心課程，課程全面介紹電力系統(tǒng)運行整體概念，深入探討電力系統(tǒng)模型、分析方法和計算技術等方面，為學生提供全面的電力系統(tǒng)知識和理論基礎[1]。課程內容與電力生產各環(huán)節(jié)密切相關，隨著世界各國對綠色低碳電力系統(tǒng)的持續(xù)探索，現代計算機技術與新能源發(fā)展的結合，教學內容必須與時俱進，確保學生具備相關知識和技能，以適應時代的發(fā)展[2]。為應對飛速發(fā)展的技術革新并助力國家“雙碳”目標的達成，為培養(yǎng)建設新型電力系統(tǒng)的新工科人才，電力系統(tǒng)分析課程的教學內容、教學方法和教學手段必須改革創(chuàng)新、與時俱進。

本文將從《電力系統(tǒng)分析》課程教學現狀與問題、實施改革方法（包括教學內容、教學形式、考核方案和課程思政）等方面進行探討。

一、電力系統(tǒng)分析課程教學現狀與問題

目前，《電力系統(tǒng)分析》課程教學普遍存在以下問題：

（一）教學內容、知識結構與實際電力系統(tǒng)發(fā)展脫節(jié)

新型電力系統(tǒng)是低碳環(huán)保、高效智能的能源系統(tǒng)，以智能電網為樞紐平臺，通過源網荷儲互動與多能互補等方式協(xié)同運作，能有效解決傳統(tǒng)電力系統(tǒng)存在的問題，提高電力資源利用效率，促進能源轉型升級，推動可持續(xù)發(fā)展。因此，在“雙碳”目標的背景下，建設新型電力系統(tǒng)是電力系統(tǒng)發(fā)展的重要目標。另外，隨著科技的發(fā)展和社會的進步，電力系統(tǒng)領域的知識和技術也在不斷更新和演進。

然而，“新型電力系統(tǒng)”的概念在現在各類《電力系統(tǒng)分析》課程教材中并未提及。傳統(tǒng)的《電力系統(tǒng)分析》課程內容過于陳舊，從理論教材中無法看到近年來電氣工程專業(yè)學科以及電力系統(tǒng)的最新進展。近年來，全球電力系統(tǒng)的很多環(huán)節(jié)已經發(fā)生巨大改變，但《電力系統(tǒng)分析》教材的內容和現實嚴重脫節(jié)，無法真實展現當前電力行業(yè)的發(fā)展。

（二）教學形式缺乏場景創(chuàng)新、師生互動欠缺

目前《電力系統(tǒng)分析》課程的絕大部分仍沿用“滿堂灌”式教學，思考和探究機會缺失，學生對學習的興趣不高。與此同時，教師過于依賴教材內容，未能更好地發(fā)揮自己的專業(yè)知識和創(chuàng)造力，導致教學效果欠佳[3]。另外，課上課下師生互動不足，調動學生反饋積極性手段欠缺。

現代電力系統(tǒng)是高電壓、大電流的復雜非線性網絡系統(tǒng)，包括發(fā)電、輸電、配電和用電等方面。然而，在實際運行中無法采用在線物理試驗來研究其運行狀態(tài)，以免威脅到電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性和人身安全。由此導致當前《電力系統(tǒng)分析》課程教學中操作環(huán)節(jié)不足、實驗設置過于簡單的問題，難以讓學生全面深入地了解電力系統(tǒng)的運行狀態(tài)和新技術。

（三）考核形式不能考察學生解決實際問題的能力

為了實現學生積極性的有效調動，多維化的考核方式改革應際而生[4][5]。針對本專業(yè)的實際教學情況來看，以上方法主要是通過成績導向的方式激發(fā)學生的學習熱情，通過設置多元化的成績考核機制完成學生學習行為的有效引導。從實際實施情況來看，其效果差強人意，對比早前的一次期末考試定成績的方法，其能一定程度上分散期末考試的考前突擊，刺激學生日常的學習熱情，但學生專業(yè)興趣并沒有顯著提高、專業(yè)視角并沒有有效拓寬、解決實際問題的能力并沒有實際增長。

（四）課堂思政與國家“雙碳”等戰(zhàn)略緊密性不足

根據習近平總書記關于“大思政課”指示批示，面對高速發(fā)展的電力行業(yè)技術更新換代以及響應國家“雙碳”戰(zhàn)略出臺的相關政策措施給行業(yè)帶來的巨大變革，思政內容并沒有快速反應、及時跟進，這導致學生對“雙碳”戰(zhàn)略的深刻內涵理解不夠充分、對電力系統(tǒng)實施低碳改革的方式策略思考不夠深入、對電力系統(tǒng)各方的碳排放責任的分配機制不夠明晰。

二、實施改革方法

結合以上問題，課程改革方案主要包括以下幾個方面：

（一）更新教學內容和知識框架，加入低碳視角下的新型電力系統(tǒng)相關內容

面對新能源不確定性導致的電力系統(tǒng)新挑戰(zhàn)，低碳新型電力系統(tǒng)背景下的《電力系統(tǒng)分析》課程教學模式必須順應低碳戰(zhàn)略發(fā)展趨勢，深入挖掘專業(yè)知識，增加新型電力系統(tǒng)的供需平衡理論，高比例新能源接入的電壓控制技術，新能源發(fā)電的季節(jié)性調節(jié)。另外，加入碳視角下的電力系統(tǒng)分析與優(yōu)化，通過了解碳分析、碳優(yōu)化、碳規(guī)劃和碳軌跡理論，讓學生了解綠色電力的發(fā)展前景，認識到電力系統(tǒng)結構形態(tài)面臨轉型，以及新型電力系統(tǒng)對碳足跡分析的研究現狀和發(fā)展方向。新能源高速發(fā)展，儲能、光熱、氫能等新興元素將逐步由小眾化向普及化邁進，因此有關可再生能源的知識也需要加入課程知識體系，讓學生進行深入了解與學習。

（二）改變課堂教學形式，將“互動學習”的過程融入上課的前中后

1.善用授課平臺，實現多維互動教學模式

善用雨課堂等網絡授課平臺引導學生預習[6]。“雨課堂”中的統(tǒng)計數據能夠讓教師對同學的預習情況有清晰的了解，從而上課時能進行針對性的輔導與指導。課中，教師通過“雨課堂”的答題小程序布置較為較簡單問答題，學生根據自己對課程內容的理解做出回答，并利用彈幕等手段及時收到學生在課堂上的反饋，實現師生互動。課后，教師可以根據同學課上學習情況，以及課上完成相應的練習，推送相關的練習使學生們能夠獨立作答；推送相關擴展鏈接，使學生們掌握更多、更便捷的電力系統(tǒng)分析學習方法；教師定期在課程群里推送課堂反饋投票，及時了解學生對老師上課內容以及進度是否有意見和建議。

通過課堂主體與互聯網云教學平臺的優(yōu)勢互補，達到電力系統(tǒng)分析相關實際問題思考于課前、電力系統(tǒng)分析主體知識完成于課堂、電力系統(tǒng)低碳優(yōu)化運行拓展學習于課后的多維度學習相互促進目的。

2.結合仿真軟件，賦能電力系統(tǒng)低碳轉型的實踐

電力系統(tǒng)是一個完整的能源供應系統(tǒng)，要深入理解電力系統(tǒng)的結構和特點，不僅需要理論知識的學習，更需要結合仿真軟件進行實踐學習。結合仿真軟件進行實踐學習可以幫助學生在虛擬環(huán)境下進行電力系統(tǒng)的建模、仿真和分析，通過使用仿真軟件，學生可以深入了解電力系統(tǒng)的各個組成部分，并且可以模擬不同情況下的系統(tǒng)運行狀態(tài)，從而更好地理解電力系統(tǒng)的運行原理和特點；還能夠幫助學生提高解決問題的能力和創(chuàng)新思維，例如在仿真環(huán)境下進行系統(tǒng)優(yōu)化設計，改進電力系統(tǒng)的性能和可靠性；另外，結合電力系統(tǒng)低碳排放的目標進行仿真計算，使電力系統(tǒng)的低碳轉型付諸實踐。

3.通過主題匯報，鼓勵學生自主學習，培養(yǎng)學生自我探索的能力

鼓勵學生對電力系統(tǒng)學科前沿發(fā)展動態(tài)的了解和探索，通過給學生指定多個與新型電力系統(tǒng)相關的主題，引導學生分組合作完成高水平論文的檢索、閱讀、匯報以及撰寫報告。此外，還可以鼓勵學生提出自己的觀點、看法、問題以及解決方案，促進學生的思維和創(chuàng)新能力的發(fā)展。

通過從資料收集、PPT匯報以及撰寫報告的全過程實施，可以讓學生深入了解新型電力系統(tǒng)等相關技術的背景、意義和現狀，同時也能夠提高學生的自主學習能力和科研素養(yǎng)。此外，通過分組討論和匯報，可以促進學生之間的交流和合作，增強團隊合作精神和創(chuàng)新意識。

（三）發(fā)揮思政對課程的價值“導航”作用，培育和踐行社會主義核心價值觀

思政教育與電氣專業(yè)教育結合的重點是講清楚我國“雙碳”戰(zhàn)略的目的、意義以及全國上下實現“雙碳”目標的決心。思政教育與專業(yè)教育的結合，可以幫助學生深入了解“雙碳”戰(zhàn)略的背景和實施情況，明確其重要性和緊迫性，同時也能夠提高學生的社會責任感和環(huán)保意識。不僅能夠培養(yǎng)學生強烈的愛國情懷和崇高的道德素質，還能夠激發(fā)學生對本課程的學習熱情，樹立未來成為卓越電氣工程師去為推進“雙碳”戰(zhàn)略的實施和落實做出積極貢獻，為推進我國綠色電力事業(yè)的目標而奮斗。

（四）改變考核模式，加大比重考察學生自主調研、解決實際問題的能力

考核方式為期末考試引入學習過程考核和拓展技能考核。學習過程考核包括平時作業(yè)、課堂互動、小組討論等方面，更加注重考察學生的課堂學習專注度和思考能力。拓展技能考核包括指定主題分組調研并匯報和利用仿真軟件解決工程問題撰寫實驗報告，主題匯報是學生分小組根據老師指定的主題，借助網絡、圖書等多種手段搜集資料，通過團隊分工完成PPT匯報、報告撰寫等任務，教師主要從匯報展示和報告質量、團隊溝通交流等方面對小組各個成員的工作進行綜合考評；仿真實驗是學生根據老師給出的結合實際的工程問題，利用仿真軟件去編寫程序給出一個解決方案并最后撰寫實驗報告，教師從程序的結果、方案的合理性以及實驗報告的質量來給出考核評價。

這種考核模式的多維化可以幫助學生更好地掌握知識和技能，增加學生的學習積極性和主動性，提升學習質量，幫助學生在日后的職業(yè)生涯中更好地適應復雜多變的工作環(huán)境和任務需求，為學生未來的職業(yè)發(fā)展打下堅實的理論和實踐基礎。

三、結語

擬建設的低碳新型電力系統(tǒng)背景下的《電力系統(tǒng)分析》課程教學模式順應“低碳”戰(zhàn)略發(fā)展趨勢，兼具傳統(tǒng)課程的較強的理論性和新時代電力系統(tǒng)分析與計算的實踐性，通過更新教學內容、改變教學形式和考核方案以及深入課堂思政，強化電氣工程專業(yè)領域與能源經濟專業(yè)領域的跨界整合，深化高新技術與工科專業(yè)的知識、能力、素質融合，對達到培養(yǎng)三位一體的電力人才具有推動作用。

參考文獻：

[1]趙曉莉，李宏仲，李振坤.“電力系統(tǒng)分析”課程思政教學探索與應用[J].中國電力教育，2021（S1）：158-160.

[2]徐德明，遲正剛.基于卓越電氣工程師培養(yǎng)的電力系統(tǒng)分析課程改革[J].大學教育，2016（11）：161-162.

[3]任洲洋，楊帆，夏威夷.面向新一代電力系統(tǒng)的電力系統(tǒng)分析金課構建[J].大學教育，2022（2）：110-112.

[4]劉陽升，羅奕，高鵬，李會琴.面向學生綜合能力培養(yǎng)的《電力系統(tǒng)分析》課程改革研究[J].中國電力教育，2021（3）：50-51.

[5]侯寶華，溫家銘.基于微課和雨課堂混合教學模式的“電氣制圖”課程改革與探究[J].無線互聯科技，2022，19（8）：162-163.

[6]顧丹珍，黃海濤.研究生“高等電力系統(tǒng)分析”課程建設的實踐與探索[J].中國電力教育，2013（20）：48-49.

基金項目：2022年度哈爾濱工業(yè)大學深圳校區(qū)質量工程項目（高等教育教學改革項目），項目名稱：建設低碳新型電力系統(tǒng)背景下的《電力系統(tǒng)分析》課程教學模式改革與實踐（項目編號：HITSZERP22006）

作者簡介：

張弦（1988.12-），女，漢族，江西南昌人，博士，助理教授，研究方向：電力系統(tǒng)及其自動化；

李文立（1992.12-），女，漢族，河南洛陽人，碩士，助理實驗師，研究方向：電力系統(tǒng)保護與控制。