電力系統分析課程的實踐創新培養模式探索

張曉花，朱陳松，朱昌平，馬正華，金 微

(1.常州大學 a.信息科學與工程學院，b.經濟管理學院，江蘇 常州213164;2.河海大學 電子信息技術實驗中心，江蘇 常州213022;3.江蘇技術師范學院，江蘇 常州213001)

0 引 言

電力系統分析包括電力系統穩態和暫態分析，是一門理論分析嚴謹、涉及內容廣泛的電氣工程及其自動化專業重要專業基礎課。本課程既是本學科重要的專業課，又是后續電力系統繼電保護、發電廠電氣部分、電力系統自動裝置、電力系統自動化等相關課程的理論基礎，更是學生專業素質形成的關鍵課程之一，學好這門課程將為本學科打下堅實基礎。

目前隨著專業設置的改革，該課程的課時在不斷減少;隨著計算機技術、現代控制技術和電力電子技術的應用和迅猛發展，以及電力市場在電力系統的引入，其教學內容日益豐富，教學要求不斷提高。因此對電力系統分析課程的教學內容、教學方法、教學手段等實踐創新方面的改革勢在必行。

在國際上凡是經濟發達的國家，均有非常完善的工程教育體系，通過高等工程教育來培養學生的實踐創新能力，造就高素質的工程師，為國家的經濟發展提供強有力的智力支持［1］。例如美國不僅高校自身高度重視“改革工程教育，培養新一代工程師的實踐創新能力”，并且十分重視“企業與高校”的結合來推動工程教育改革，大學是知識生產和傳播的基地，是建設創新型國家進程中不可替代、日趨顯著的基礎和生力軍。大學既為國家源源不斷地提供創新型人才，又直接參與創新活動。美國的教育方式和人才培養模式一直備受關注，美國大學不斷進行教育創新，堅持一個“中心”、三個“結合”，逐漸形成了獨具特色的教學和創新人才培養模式［2］。英國的理論—實踐—理論的“三明治”教育模式注重與企業的聯系，在教學過程中夾有工作訓練的教育模式，把學生在校的課程學習與在相關行業的工作結合起來，以提高學生學習興趣、工作技能和實踐創新能力［3］。美英培養模式的特點都是以需求為導向，以實用主義為指導思想，注重校企合作，采取靈活地課程設置形式，值得我們認真學習和借鑒。我國高等教育中人才的創新能力與發達國家相比尚有差距，不利于學生在實際工作中盡快獨擋一面。

電力系統分析的研究對象是實際的系統，具有明顯的綜合性和工程性。本文探索通過教師、學生、學校、企業與政府多方面共同努力的實踐創新培養模式，力求提高教學質量，培養適應現代化發展要求的實踐創新人才。圖1 為電力系統分析實踐創新培養模式。政府通過政策和經濟資助支持高校實踐創新人才培養;企業積極參與高校實踐創新人才培養過程，為大學生提供更多的實踐場所;高校通過加強實驗教學示范中心建設等措施提高教學質量，增強畢業生就業競爭力;教師應重視個人工程素質的提升，強化創新意識，給予學生實踐創新能力指導;學生應在學好理論知識的同時，積極參與實踐，在實踐中提高綜合素質［4］。

圖1 電力系統分析的實踐創新培養模式

1 提煉教學方法，改善教學質量

1.1 熟練掌握教材，提煉教學內容

電力系統包括發電、輸電、配電和用電等環節，發電機、變壓器、輸電線路、用戶負荷都是電力系統的元件。電力系統表示為只有電聯系的電路，把磁耦合的元件—變壓器用等值電路來表示;任何一個元件的參數、狀態變化都會引起各個元件的狀態變化甚至是參數變化，因此要建立系統概念。局部的調整或者故障對整個系統的影響是本課程學習的重要內容。在教學中還要注意整體與局部的關系、數學方法和物理概念的關系、靜態分析與動態分析的關系［5］。

電力系統分析闡述了電力系統的基本概念、基本理論和計算方法［6］，其主要教學框架見圖2。重點講述潮流計算、短路計算和穩定性計算，這三大常規計算是電力系統規劃、設計、運行等各項工作的共同基礎。對教師而言，把這一主線貫穿到整個教學內容中，教材的每一章節內容都圍繞三大常規計算這個軸心轉動。這樣就明確了教學目的，對教材內容的重點和難點做到心中有數，傳授知識的效率偏高［7］。其中潮流計算是整個內容的一條分支線，潮流計算前面的知識為基礎知識，潮流計算是主線，潮流計算后面的內容是學習潮流計算的目的。明確了它們之間的相互關系，整個章節內容就能連成一條線進行理解和分析。

圖2 電力系統分析的主要教學框架

1.2 將原來的灌輸式教學改為啟發式和討論式

教師要引導學生思考，善于提出問題并給學生留出充分的思考空間;精心準備并注意課堂氣氛的自由、學生課堂的反應，依據學生實際掌握知識的情況適度的調整課程進度。一堂課，在什么地方、什么階段提出問題都有講究。將課堂變為開放式，在講解過程中允許學生提問并開展討論，鼓勵學生提出大膽新穎的問題;對學生知識性、理論性的錯誤判斷，不要馬上給予否定，要以點撥為主，用暗示提醒的方法讓學生繼續思考。每次上課結束時，將下次課的主要內容提煉為若干問題，讓學生課后思考。在課程學習到一定階段，可將所學的知識綜合運用，設計若干題目讓學生分組協作完成，撰寫討論報告。

為了培養學生的創新能力，要有讓學生展示自己能力的舞臺。因此讓學生自愿組成學習小組，參與教師的教學和科研活動，在實踐中通過查閱資料、調研分析、方案設計、實驗研究、數據處理及報告撰寫等環節，使學生鍛煉了實際工作能力，培養了團隊協作精神，開闊了視野，提高了創新意識和創新能力。

1.3 將科學研究引入課程學習，加強師生互動

教師在多媒體中標明每章的重點和難點，并重點加以闡釋，這樣重點突出，一針見血［8］。同時由于電力電子技術、自動控制技術的快速發展，電力市場的引入，使得電力系統的運行模式發生很大改變。因此利用2 個學時介紹柔性輸電技術、電力市場的基本概念以及一些最新發展趨勢，使學生了解電力系統發展趨勢和電力新技術，增加學生的學習興趣。以課堂花絮的形式介紹三峽工程、電力災變、8.14 美加大停電、新能源、FACTS 等;在電力系統經濟運行的學習中，結合分布式電源的建設與網損的關系，向學生介紹智能電網的建設概況，使學生對電力系統近年來的發展建設有一些認識，對電力發展的大環境和個人職業發展相結合，增加學生實踐創新的思考。

教師加強自身的工程經驗，重點補充本專業近10年來重大科研成果，并將其穿插在課堂上結合理論講授，讓學生感受到電力系統的重大事件，了解本學科發展的前沿及熱點內容。引入江蘇電網的實例并結合課程內容進行講解，為學生工作打下基礎，盡量使教學與工程實踐無縫連接。教師同時鼓勵感興趣的學生參加有關校園講座，增長知識面;鼓勵學生閱讀專業文章雜志，上學術期刊網，擴大專業視野;鼓勵學生參與學校的創新項目，增加實踐機會，提升個人能力。這樣不但培養了學生查找信息和自學的能力，也培養了他們獨立思考、積極進取的精神。同時教師適時加入激勵機制，師生相互促進課程的實踐創新。圖3 為師生共同促進電力系統分析的實踐創新。

圖3 師生共同促進電力系統分析的實踐創新

1.4 課程設計與電力系統仿真相結合

教學的目的是使學生掌握電力系統運行狀況的分析、電力系統數學描述的方法、復雜電力系統的數學建模、穩態、故障、穩定分析方法及工程應用。針對電力系統的抽象性，加強其數字仿真及實驗平臺的利用。擬引進清華大學研制的“電力系統調度仿真培訓”軟件，結合江蘇電網、南方電網等實際電力系統的數據，對學生進行潮流計算、故障計算、穩定性分析的運行分析的練，提高學生的實際操作能力。充分利用THLDK-2 型電力系統監控實驗平臺，將多個實驗平臺聯成一個復雜多變的電力網絡，并配置微機監控系統實現“N+1”實驗平臺，下一步將提供潮流分析計算、短路電流的計算、網損分析、無功補償等試驗［9］。隨著辦學規模和質量的提高，將逐步建設動模實驗室，建立綜合性的實驗平臺［10-11］。

適時引入課程設計環節，課程設計是高等學校工程教育最重要的實踐教學環節，它是由學生獨立完成的一項綜合性、創造性、設計性的大型作業。通過課程設計，學生加深對理論知識的理解，掌握了電力系統數學建模的思路;使學生鞏固電力系統三大常規計算的基本原理與方法，掌握矩陣直接求逆，節點優化編號，拉格朗日分解等三大常規計算的數值求解方法;通過課程設計培養實踐能力和創新能力，增強綜合素質。

2 學生變被動為主動

傳統的教學模式中，師生教與學過程中的互動環節較少，學生習慣了填鴨式的教育方式，學習積極性不高，教學質量受到較大影響。學生利用課余時間借助中國電科院PSASP7.0 軟件進行課程的仿真分析，這樣可把學生從繁瑣、低級的重復計算中解脫出來［12］。通過軟件仿真可以使學生轉變學習觀念，變被動接受為主動學習，把更多時間用在設計方案的比較、元件的選擇及建模上，能降低計算的繁雜而帶來的計算錯誤，為后續專業課的開展打下良好基礎。

電力系統潮流及短路電流計算量較大，教材往往只是對這兩個計算機算法介紹原理，而沒有應用程序及上機實踐鍛煉，達不到培養學生實際能力的目的。發電機是電路中的電源，用電勢源與電抗串聯表示。根據電力系統的穩態模型，知道了發電機等值電路中電勢源和電抗，就可以計算對稱故障的短路電流。因此，教師在教學實踐中應加強計算機在電力系統計算中的應用，側重培養學生的實踐能力，不但向學生講述計算原理，而且介紹計算程序框圖，開出電力系統潮流計算、短路電流計算的實驗。學生養成積極利用學校資源及網絡資源的習慣，自己動手做電力潮流計算、短路計算等實驗，培養自己思考問題和解決問題的能力，使自己從瑣碎的記憶中擺脫出來，提高學習效率。與此同時，學生利用課余時間編寫潮流計算程序，老師應給予全程跟蹤和幫助。這樣一來，整個教學實踐能收到較好的效果，學生的基本理論得到了鞏固，實際動手能力得到了提高。學生積極參加多媒體教學課件的開發與制作，積極思考本課程的重點難點，有助于提高其獨立思考和實踐創新的能力。

3 學校積極與企業聯系

高等學校承擔著人才培養、科學研究和社會服務三大任務。我國的高校、科研院所集聚了大量的科技資源，但科技成果轉化率偏低，科技創新與市場需求未能有效對接。因此高校要以市場為導向，以地方經濟發展為支點，積極與企業合作［13］;以科學發展觀統領和推進學校的改革和發展，積極服務地方經濟，在服務范圍、服務領域、服務對象等方面通盤策劃，以更加積極主動的姿態投入到國家建設發展。

本課程通過學校與企業的聯系與合作，適當增加有關企業培養的內容，對接電力行業，重視知識、能力和素質的協同發展，適當邀請企業人員講解無功平衡與調壓、有功平衡與調頻、經濟運行等部分知識內容。同時學校與企業建立長期的合作關系，一方面對于學校而言可以增強學生的實踐能力，對于企業而言學校培養的學生具有工程實踐創新能力，進入企業后可為企業創造利潤。結合常州的地域發展需求，我校與常州市電力公司、常州戚墅堰電廠、常華電機廠等建立積極的合作關系。企業可為學校提供實習基地，學校可為企業提供智力支持。在講到電力系統元件的特性和等值電路時，和當地供電部門聯系，利用課余時間，帶學生到附近的變電站參觀，讓他們親身感受到電力系統的設備，了解未來的工作環境［14-15］。

4 政府給予支持

政府在電力系統分析課程的實踐創新教學中起到橋梁紐帶的作用，應在政策上給予學校、企業、教師和學生扶持，經濟上給予課程建設一定的資助，做好校企合作中的橋梁和紐帶作用。“教授博士柔性進企業活動”是江蘇省推動產學研合作而搭建的一個良好的平臺。近年來，廣大企業特別是中小企業對科技知識的渴求越來越強烈，但苦于缺乏有效的渠道和充足的資金實現與高校教授博士的成功對接。“教授博士柔性進企業活動”的啟動，給企業帶來依靠科技實現迅猛發展的“福音”，同時給高校教師走進企業進行實踐提供了良好的機會，有助于教師隊伍的工程實踐能力和創新能力的提高。這樣教師的理論知識和實踐能力得到很好的結合，從而提高課程教學質量，并將理論有效轉化為企業生產力，推動企業的長足發展。另外在科研開發及項目的申報上，政府更多注重的是高校和企業的合作，這樣為高校和企業聯合申報項目及項目的后期開發提供良好的資金和政策平臺，提高教師科研的興趣和企業創新意識，為校企合作創造良好的環境。

5 結 語

電力系統分析課程教學目的在于通過知識傳授、能力培養，將課程實驗、課程設計和校外實踐等融合進一步復習鞏固課堂教學所學的理論知識，使之融匯貫通。高校要充分發揮人才、學科、實驗條件及國際合作等資源優勢，通過融入產學研聯盟，實現互補多贏。充分依托政府的宏觀規劃與產業結構，更好地適應經濟社會發展需要，實現學校的可持續發展;同時積極與企業合作，完善服務平臺，構建開放式的服務體系。加強師生互動，在教學過程中形成一種以學生為中心，以掌握知識為基礎，以培養能力為重點，創新管理模式。通過完善組織機構、尋求政府支持、引入互動機制、拓寬服務領域等途徑，建立高校、政府、企業、教師與學生等多方面的良性互動，形成電力系統分析課程的實踐創新培養模式，改進傳統電力系統分析教學缺點，力求提高學生的實踐創新能力。

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