“電力系統分析”課程教學體系研究

黃肇 羅隆福 劉家芳 王曉芳

摘要：針對電氣工程及其自動化專業“電力系統分析”課程目標、教學途徑、課程內容和實踐形式進行了改革與實踐，提出了“1234”的課程教學體系，采用理論教學與實踐教學相結合的模式，提高了課程教學效果和教學質量，對培養具備電力工程應用的高素質技術人才起著至關重要的作用。

關鍵詞：電力系統分析;課程教學體系;電氣工程及其自動化專業;教學質量

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）32-0083-02

“電力系統分析”是我校電氣工程及其自動化專業必修的核心課程，是省級精品課程。該課程以電力系統潮流計算、短路計算和穩定計算三大模塊為核心，緊密結合現代電力系統新技術，適當擴展電力系統相關領域的新知識。目前本課程的教學存在兩個方面的問題：一方面，從教學角度來講，普遍存在教學難度較大，學生不易理解一些重要知識點，更不知道如何著手應用。原因是：“電力系統分析”內容很多，從電力系統的潮流計算到穩定計算，覆蓋了理論知識，章節跨度較大;課程內容涉及面廣，涵蓋了電機學、電路、電磁場、自動控制等多學科知識，包含了線性方程、非線性方程、微分方程等大量數學理論推導。[1]特別是數值計算在整個教學內容中占了很大的比例，使學生把大量的精力用于復雜計算，忘記了科學計算與工程運用的相互關系，計算的目的是為了分析問題和解決問題。[2]另一方面，從實踐角度來講，由于電力系統領域的新知識更新快，課程實驗內容覆蓋面不全面、不綜合，不能很好地反映學科的知識體系，不能適應學科的發展變化;由于有關電力系統的實驗設備投入經費很大，實驗設備更新率不高，導致實驗項目過于單一，工程實用性不強，不利于學生多層能力的培養。[3]因此，為了使學生在課堂上盡可能多掌握理論知識，在實踐中得到有效的工程訓練，提高課程的教學質量，非常有必要對“電力系統分析”課程的課程目標、教學途徑、課程內容和實踐形式等方面進行改革。

經過這幾年的建設，實驗環境得到較大改善，實驗項目、實驗類型增多，“設計型、綜合型”的“二性”實驗項目所占整個實驗項目的比例大大提高，可達80%以上。課程組經過多年的課程改革與實踐以及結合自身的教學經驗，構建了“1234”“電力系統分析”課程教學體系，如圖1所示。“一目標”：培養具有電力工程應用能力的高素質人才;“二途徑”：理論教學與實踐教學;“三大教學模塊”：潮流計算模塊、短路計算模塊和穩定性計算模塊;“四種實踐形式”：課程實驗、課程設計、校外實習、畢業設計。新穎的課程教學體系以課程目標為核心，理論教學和實踐教學有機結合，將教學內容與電力工程實際的最新技術相結合，豐富了課程內涵;設計了三大教學模塊，教師可以根據專業方向的不同要求，教學內容可以靈活組合成不同教學模塊，增強了“電力系統分析”課程教學的針對性和有效性;創新提出了四種實踐形式，有利于調動學生的積極性和主動性，有利于提高學生實踐能力、應用能力和創新能力。

一、確立課程目標

課程目標定位：在我校“立足電力、立足應用、立足一線，以質量為宗旨，以市場為導向，以地方為依托，培養下得去、穩得住、干得好的應用型高級技術人才”教學方針的指導下，定位于培養具有電力工程應用的高素質技術人才，突出“專業理論+工程應用+創新能力”的電力技術人才。

課程建設目標定位：建設成省級精品課程，辦出課程特色。

為了適應電力工業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，課程組從2007年啟動了對該課程的建設與改革，經過5年的建設取得了一系列成果。2008年本課程成為省級精品課程，2012年通過了湖南省教育廳合格驗收，同年得到繼續資助。2011年本課題研究項目得到了湖南省高等學校教學改革課題的資助。

二、強化培養途徑

“電力系統分析”專業基礎課程為其他后繼專業課程（如“發電廠主系統”、“電力系統繼電保護原理”、“電力系統自動化裝置”、“高電壓技術”等課程）提供必要的知識儲備，是電氣工程及其自動化專業（電力系統及其自動化方向和輸電線路方向）和國際教育項目（電氣工程及其自動化專業）的專業理論基礎課程，具有較強的理論性和綜合性，同時又具有密切聯系生產實際的特點，在電氣工程及其自動化專業的人才培養體系中具有舉足輕重的地位。[4]教師傳授好這門課，學生聽懂這門課，在教學過程中強化理論教學與實踐教學兩種途徑，將理論寓于實踐教學之中，讓學生成為教學活動的主體，從而實現其從獲取知識到運用知識和創新知識的能力提升。首先，教師要認真備課，熟悉教學內容，做到心中有數。然后，理順各章節內容的內在聯系，梳理各章節的知識點，串成整體知識鏈。最后，課前建議學生帶著教師所提出的問題先預習;課時，學生認真聽課、仔細做筆記，理解課堂理論知識，注重聽課質量;課后，教師提前提出下一堂課所要預習的知識和布置一定數量的作業，學生應主動消化課堂知識。重視課堂理論教學，突出最佳的教學效果，讓學生學會主動思考和深化運用，提高應用知識能力。

三、優化課程內容

“電力系統分析”課程現已出版的教材很多，但對地方本科院校來說出版“電力系統分析”這門課程的教材有一定的困難。因此，學生在使用教材方面選用了何仰贊、溫增銀主編的“電力系統分析”教材。同時，在精品課程建設過程中，我校自編了《電力系統分析實驗指導書》和《電力系統分析課程設計指導書》。另外，為了方便學生掌握課程的理論知識，我們有針對性地準備了有關電力建設的圖片資料、多媒體視頻教材、習題庫及詳解等資料，豐富了課程內容。

課程內容是應用型人才培養的載體和工具。“電力系統分析”課程設置包括理論教學、實驗教學和課程設計三個教學環節。“電力系統分析”分為電力系統穩態分析（第5學期）和電力系統暫態分析（第6學期）兩部分內容來授課，每學期安排8學時的課程實驗和2周的課程設計。結合調研和多年實際的教學經驗，下面從幾個方面對“電力系統分析”課程進行改革：

1.適當拓展教學內容

根據專業人才培養目標，結合專業發展方向和電力系統最新技術，增加新能源交直流變換新理論和技術、新型電氣設備的應用等內容，將大規模電網的運行狀態與安全分析為切入點，整合教學大綱和優化教學內容，刪除過時的知識。還應根據工程應用的需要來對教學內容進行拓展，介紹電力系統可靠性、電力災變、超高壓直流輸電工程、柔性交流輸電系統、分布式發電、智能電網等專業發展動態，使優化后的課程教學內容與知識結構更加科學合理、先進實用。因此，引入電力系統新技術、新裝備和應用工程的介紹，充實“電力系統分析”課程教學內容，把教學內容提升到一個新的水平，構建“電力系統分析”課程新教學體系，以培養學生的專業興趣和專業思維。

2.合理簡化課程內容

本專業學生畢業后很多就業于湘西南等地區的火電廠、水電站、核電廠和電力公司。從畢業學生的反饋信息可知，針對新時期新形勢下的要求，及時修改教學計劃，調整課程定位，整定、優化教學內容。由于“電力系統分析”內容多，教師就必須有選擇地區分各章節重點、次重點、非重點及選學內容，力求把重點內容講細講透。如在講解復雜電力系統潮流計算時，只需作簡要原理性的學習，重點放在潮流計算課程設計中去講解，因為手工計算的方法應用較少，主要是計算機編程計算和運用電力系統軟件（PSASP、PSCAD）進行仿真驗證。

3.凸出各章節內容的必然聯系

在教學過程中體會到：學生對于比較抽象和理論性較強的課程，學生對過往知識遺忘較多，接受新知識時很困難。因此，在每章內容之前，我們充分利用電子課件的優勢，需要將課程中的基礎知識進行簡單回憶。讓學生很快能進入新課程教學之中，幫助學生更順利地理解新的知識。

四、注重實踐教學

“電力系統分析”實踐形式有課程實驗、課程設計、校外實習和畢業設計（論文），如圖2所示。教學過程始終堅持理論與實踐相結合，用理論指導實踐，以實踐驗證理論，從實踐中得出真知。學生在將理論與實踐相結合的過程中不但理解和鞏固了課堂知識，而且加強了學生的基本能力、應用能力和創新能力。同時，為了補充和深化課堂內容，每學期安排了課程實驗和課程設計，課程結束后有校外實習和畢業設計（論文）實踐教學環節。

1.課程實驗

根據專業建設的需要以及結合學科發展，建設了一個電力系統動模實驗室，與原有的“4+1”電力系統自動化實驗平臺組建成一個復雜電力網，用于電網實訓，實現了學生的工程訓練和教師的部分科研試驗。因此實驗項目、實驗類型增多，針對不同的學生設計了多層次的驗證型、設計型和綜合型的實驗項目，“二性”實驗項目所占整個實驗項目的比例可達80%。教師在課程實驗教學中采用“教、學、做”于一體化的教學方法，邊講理論、邊操作設備;邊示范、邊提問;邊看實驗現象、邊分析實驗結果。然后讓學生親手做實驗，記錄實驗數據，學會實驗設備的操作和電網操作票的使用，為今后從事電網運行奠定基礎。在實驗中不斷加深對理論知識的理解和現場設備操作的掌握。

2.課程設計

從2002年開始，我們開設了“電力系統分析”課程設計，每學期安排2周時間。其內容涉及電力系統的穩態分析、暫態分析、無功優化等內容的分析計算、程序設計和數字模擬仿真，從電力系統基本元件的數學模型到復雜電力系統分析計算。隨著電力系統仿真軟件如PSCAD、PSASP、MATLAB的出現，讓學生逐漸學會使用一兩種軟件，與之完成后續的課程設計、畢業設計等實踐教學環節，加強學生的應用能力素質。課程設計基于實際電網數據、實際電廠背景和工程應用，著重培養學生掌握電力系統的數學描述方法、數學建模及電力系統在不同工況下發生故障時的穩定性問題進行分析的能力。因此，在組織教學內容時，針對生產、輸送、分配和消耗電能的各種電氣設備連接組成整體的電力系統的抽象概念，通過電力系統仿真軟件平臺，采用經典的計算方法，使理論分析與實際相結合，提高學生的計算機能力，并加深其對課程內容原理方法的理解。對復雜電力系統的各種運行工況進行模擬仿真，并對仿真結果進行分析，從而理解電力系統的整體性、系統性、協調性。

3.校外實習

建立了幾個相對穩定的校外實習基地和校企聯合人才培養示范基地，保障有效開展實踐教學，學生校外實習的場所得到了保證。采用校企互動教學方式，組織學生到大型火力、水力發電廠、風力發電場、變電站等地參觀實習、生產實習和畢業實習，以此來熟悉電網調度中心及變電站運行，介紹調度中心和變電站的結構和工作原理，了解發電廠實際生產及運行情況以及企業技術人才需求，使學生認識到“電力系統分析”在調度、運行、規劃與設計等方面的應用。

4.畢業設計（論文）

畢業設計（論文）是大學生在校學習的最后一個實踐環節，一般安排12周以上。畢業設計（論文）是學生應用理論知識解決實際問題，著重培養學生的分析、設計和開發的創新能力。首先，學生收集有關課題資料，閱讀大量參考文獻;然后，學生按照課題要求完成相關理論、計算、設計、仿真和實驗等工作;最后，學生撰寫畢業設計（論文），得出相應的結論。在畢業設計（論文）過程中，一是學生參與教師的科研項目，完成一部分相應的工作;二是學生參與校企聯合人才培養的項目，力求解決企業生產實際中遇到的技術問題;三是學生參與創新實驗項目，加入到創新實驗小組的活動中來，學會在畢業前發表原創性研究論文成為可能。

五、結語

電氣工程及其自動化專業是我校底蘊深厚的優勢專業之一，其畢業生是電力行業及地方企業急需的基本建設人才。推進“電力系統分析”課程改革，創新“1234”“電力系統分析”課程教學體系，旨在提高學生的專業興趣，加深學生的專業基礎知識，強化培養學生的基本能力、應用能力和創新能力。教學實踐表明：通過課程改革提高課程教學效果，著力培養學生多層能力，為后續專業課程的學習提供知識儲備，為提高應用型人才培養質量奠定了專業基礎。

參考文獻：

[1]趙美蓮，陳躍，劉海濤.“電力系統分析”課程工學一體化教學法應用分析[J].中國電力教育，2011，（6）：76-77.

[2]孫淑琴，鄭凡.教學與科研互動模式的課程體系建設與實踐[J].中國校外教育，2011，（7）：122-123.

[3]王玉，高心，徐利梅，等.“電力系統分析”課程的教學探索[J].電氣電子教學學報，2011，33（2）：27-28.

[4]黃肇，羅隆福，羅慶躍.“電力系統分析課程”教學體系的構建[J].電氣電子教學學報，2013，35（1）：47-48.

（責任編輯：王祝萍）