電網(wǎng)絡(luò)理論課程教學(xué)模式研究與實(shí)踐

羅平,杭麗君

摘要：針對(duì)新能源電力及其控制專(zhuān)業(yè)研究生階段“電網(wǎng)絡(luò)理論”課程的教學(xué)方法改革進(jìn)行了研究和探索。在對(duì)目前“電網(wǎng)絡(luò)理論”在教學(xué)活動(dòng)中存在的問(wèn)題進(jìn)行歸納和總結(jié)的基礎(chǔ)上，對(duì)課程的教學(xué)理念、教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法等進(jìn)行了改革，特別是引入了基于Matlab和Multisum的計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)實(shí)踐環(huán)節(jié)并完善了考核評(píng)價(jià)機(jī)制，并取得了良好的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：電網(wǎng)絡(luò)理論；教學(xué)模式；創(chuàng)新型人才

中圖分類(lèi)號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2017）45-0157-02

一、引言

“電網(wǎng)絡(luò)理論”課程是杭州電子科技大學(xué)新能源電力及其控制專(zhuān)業(yè)碩士研究生的一門(mén)重要的專(zhuān)業(yè)必修課。它是對(duì)大學(xué)本科電路理論課程內(nèi)容的深化和進(jìn)一步擴(kuò)展，主要體現(xiàn)在理論分析的系統(tǒng)性、綜合性和概括性，以及基本原理和方法應(yīng)用的靈活性上。通過(guò)課程的學(xué)習(xí)，可使學(xué)生的電網(wǎng)絡(luò)理論體系得到充實(shí)和鞏固。然而，由于“電網(wǎng)絡(luò)理論”課程中公式多，涉及很多矩陣分析和計(jì)算，對(duì)學(xué)生的綜合素質(zhì)要求比較高，學(xué)生普遍反映該課程比較難學(xué)。因此，如何建立基于“電網(wǎng)絡(luò)理論”課程的創(chuàng)新型人才培養(yǎng)模式，改善學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，加強(qiáng)學(xué)生的動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)是一個(gè)需要認(rèn)真思考和面對(duì)的問(wèn)題。

二、存在的問(wèn)題

目前，對(duì)于“電網(wǎng)絡(luò)理論”課程內(nèi)容的講授，國(guó)內(nèi)大學(xué)大致分為四種情況：（1）不單獨(dú)開(kāi)設(shè)電網(wǎng)絡(luò)理論課程，而是把電網(wǎng)絡(luò)分析理論的一些內(nèi)容納入到高等電力網(wǎng)絡(luò)課程中講授，講授的內(nèi)容主要是電網(wǎng)絡(luò)分析方法在電力網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用。（2）單獨(dú)設(shè)課，網(wǎng)絡(luò)分析與網(wǎng)絡(luò)綜合并重，內(nèi)容為電網(wǎng)絡(luò)理論的傳統(tǒng)內(nèi)容。（3）單獨(dú)設(shè)課，以電網(wǎng)絡(luò)分析理論為主，注重引入新思想、新方法。（4）單獨(dú)設(shè)課，以現(xiàn)代電路理論為主要內(nèi)容，重點(diǎn)介紹電網(wǎng)絡(luò)理論的最新進(jìn)展。我校“電網(wǎng)絡(luò)理論”課程以前是第二種授課方式，主要內(nèi)容為電網(wǎng)絡(luò)理論的傳統(tǒng)內(nèi)容，主要教學(xué)方法仍是以傳統(tǒng)的“填鴨式”教育為主。這種以教師為中心，“滿堂灌”的傳統(tǒng)教學(xué)方式忽視了學(xué)生自身能力的培養(yǎng)，限制了學(xué)生主觀能動(dòng)性的發(fā)揮，很難改善和提高學(xué)生的創(chuàng)新能力。教師以完成課堂教學(xué)任務(wù)為目標(biāo)，圍繞教材單調(diào)乏味地進(jìn)行知識(shí)點(diǎn)的講解和公式的推導(dǎo)，既不重視學(xué)生的課堂反饋，也不重視作為輔助手段的實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，從而導(dǎo)致對(duì)學(xué)生動(dòng)手能力和專(zhuān)業(yè)素養(yǎng)的訓(xùn)練不夠。此外，大學(xué)教師必須具備科研反哺教學(xué)的能力，要將本學(xué)科研究中最新的動(dòng)向和前沿課題反映到教學(xué)中，從而引導(dǎo)學(xué)生盡可能早地參加到科研活動(dòng)中，從而培養(yǎng)他們開(kāi)展研究的能力。這是傳統(tǒng)教學(xué)模式幾乎不可能做到的。

三、教學(xué)改革措施

為了建立基于“電網(wǎng)絡(luò)理論”課程的創(chuàng)新型人才培養(yǎng)模式，需要對(duì)以下幾個(gè)方面進(jìn)行具體而深入的研究。

1.明確教學(xué)理念。為了培養(yǎng)創(chuàng)新型人才，在“電網(wǎng)絡(luò)理論”課程的教學(xué)過(guò)程中，應(yīng)遵循研究型教學(xué)理念，把素質(zhì)教育放在首位，要注重基本素質(zhì)、基本知識(shí)、基本能力和基本技能的培養(yǎng)。無(wú)論是課堂教學(xué)內(nèi)容、課外實(shí)踐環(huán)節(jié)還是教學(xué)方法等都是圍繞著這種中心確定和展開(kāi)的，并且是為之服務(wù)的。

2.凝練教學(xué)內(nèi)容。“電網(wǎng)絡(luò)理論”內(nèi)容包括圖論、有源和無(wú)源網(wǎng)絡(luò)的綜合、開(kāi)關(guān)電容網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)絡(luò)診斷、非線性電路、時(shí)變電路、電網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)等，在有限的學(xué)時(shí)數(shù)下如何選擇授課內(nèi)容是值得深思的一個(gè)問(wèn)題。經(jīng)過(guò)篩選最終確定將網(wǎng)絡(luò)分析和網(wǎng)絡(luò)綜合兩大部分內(nèi)容作為基本的授課內(nèi)容，課程教材采用開(kāi)放性體系，教師圍繞教學(xué)目標(biāo)為學(xué)生推薦3—4本國(guó)內(nèi)外教材，并教會(huì)學(xué)生利用學(xué)校圖書(shū)館里各類(lèi)國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行最新相關(guān)進(jìn)展的補(bǔ)充和學(xué)習(xí)。網(wǎng)絡(luò)分析是在給定網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的情況下，對(duì)其進(jìn)行分析，而網(wǎng)絡(luò)綜合則是給定相應(yīng)的性能指標(biāo)，如何設(shè)計(jì)出滿足要求的電路。因此，在教學(xué)內(nèi)容的安排上，先介紹網(wǎng)絡(luò)分析再介紹網(wǎng)絡(luò)綜合，由淺入深，更符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律。網(wǎng)絡(luò)分析主要介紹了利用圖論的知識(shí)對(duì)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分析的幾種系統(tǒng)分析方法，包括圖論的基礎(chǔ)知識(shí)、網(wǎng)絡(luò)的矩陣分析、多端和多端口網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)涔胶途W(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)方程。網(wǎng)絡(luò)綜合部分按照先單口后雙口、先無(wú)源后有源的順序?qū)W習(xí)。授課時(shí)及時(shí)補(bǔ)充電網(wǎng)絡(luò)學(xué)科研究的進(jìn)展和熱點(diǎn)、難點(diǎn)問(wèn)題，適時(shí)引入與課程相關(guān)的新思想、新概念和新方法。為了滿足學(xué)生閱讀英文文獻(xiàn)的需要，隨堂提供電網(wǎng)絡(luò)理論的專(zhuān)業(yè)詞匯。

3.采用啟發(fā)式的教學(xué)方法。研究生的課程教學(xué)對(duì)研究生知識(shí)的掌握、能力的提高和科學(xué)素養(yǎng)的培養(yǎng)具有重要作用。從某種意義上來(lái)看，掌握科學(xué)研究問(wèn)題的一般方法比熟練記憶一些知識(shí)更重要。因此，在電網(wǎng)絡(luò)分析理論課程教學(xué)過(guò)程中，不僅要讓學(xué)生理解和掌握現(xiàn)有知識(shí)，還要使其把握知識(shí)的內(nèi)涵和外延，注重引導(dǎo)學(xué)生解決問(wèn)題的思路，讓學(xué)生掌握解決科學(xué)研究的一般方法。在設(shè)計(jì)教學(xué)方法時(shí)，要打破傳統(tǒng)“填鴨式”的被動(dòng)教學(xué)模式，要以學(xué)生為課堂學(xué)習(xí)的主體，針對(duì)不同的教學(xué)內(nèi)容，靈活運(yùn)用提問(wèn)、類(lèi)比等教學(xué)方式，激發(fā)學(xué)生探索求知的欲望，培養(yǎng)其創(chuàng)新思維能力。例如在學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)矩陣方程時(shí)，無(wú)論是節(jié)點(diǎn)電壓法、修正節(jié)點(diǎn)電壓法還是割集電壓法都是利用基爾霍夫電壓定律、電流定律以及支路的伏安特性推導(dǎo)得到的。在學(xué)習(xí)這部分內(nèi)容時(shí)，可以具體講授其中的一種方法，讓學(xué)生總結(jié)出這一基本規(guī)律，其他集中網(wǎng)絡(luò)矩陣分析方法就可以讓學(xué)生自己舉一反三推導(dǎo)得到。與本科生教學(xué)相比，對(duì)研究生研究能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)顯得更加重要，因此可以將討論課作為研究生課堂教學(xué)的一種重要方式，提前幾周給學(xué)生布置一個(gè)討論主題，讓學(xué)生以小組的形式準(zhǔn)備課堂討論。通過(guò)學(xué)生課前國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)的查找、PPT的制作以及課堂的小組匯報(bào)，既能鍛煉學(xué)生的信息搜集能力、書(shū)寫(xiě)和展示研究成果的能力又能提高學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作能力。

4.加強(qiáng)實(shí)踐環(huán)節(jié)。為了提高學(xué)生的創(chuàng)新能力，就必須給學(xué)生探索的機(jī)會(huì)，因此在教學(xué)過(guò)程中給學(xué)生提供動(dòng)手實(shí)踐的環(huán)節(jié)是非常重要的。本課程將基于Matlab的計(jì)算機(jī)輔助分析引入教學(xué)實(shí)踐中。在講網(wǎng)絡(luò)分析這部分內(nèi)容時(shí)，讓學(xué)生利用Matlab語(yǔ)言編程電網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)分析法、回路分析法和狀態(tài)變量分析法對(duì)應(yīng)的程序。在學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)綜合這部分內(nèi)容的時(shí)候，同樣設(shè)計(jì)了讓學(xué)生利用Matlab語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)了無(wú)源單口LC網(wǎng)絡(luò)和RC網(wǎng)絡(luò)綜合以及無(wú)源雙口網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的環(huán)節(jié)。此外，隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，各種計(jì)算機(jī)輔助分析軟件也越來(lái)越多，熟練掌握這些仿真軟件能極大地提升學(xué)生的實(shí)踐能力。Multisim是美國(guó)國(guó)家儀器公司推出的以Windows為基礎(chǔ)的仿真工具，它包含了電路原理圖的圖形輸入、電路硬件描述語(yǔ)言輸入方式，具有豐富的仿真分析能力。使用Multisim可以交互式地搭建電路原理圖，并可以設(shè)計(jì)、測(cè)試和演示各種電子電路。因此，本課程設(shè)置了基于Multisim的無(wú)源和有源濾波器的仿真實(shí)驗(yàn)，學(xué)生通過(guò)對(duì)RC、LC無(wú)源和有源低通、高通、帶通和帶阻濾波器的設(shè)計(jì)和調(diào)試，掌握了電路階次、品質(zhì)因數(shù)等參數(shù)對(duì)濾波器性能的影響。通過(guò)這些仿真實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)極大地提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，增強(qiáng)了學(xué)生的動(dòng)手能力，加深了學(xué)生對(duì)基本概念的理解。

5.制定合理的教學(xué)評(píng)估方法。通過(guò)“過(guò)程性評(píng)估+終結(jié)性評(píng)估”的教學(xué)評(píng)估方法，對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)效果采取基于整個(gè)學(xué)習(xí)過(guò)程的評(píng)價(jià)機(jī)制，如將考勤、討論課的表現(xiàn)，基于Matlab和Multisim的仿真實(shí)驗(yàn)等平時(shí)教學(xué)過(guò)程的表現(xiàn)也引入教學(xué)評(píng)價(jià)中。同時(shí)，適當(dāng)提高平時(shí)成績(jī)的比例，從而鼓勵(lì)學(xué)生積極、主動(dòng)地參與全部的教學(xué)內(nèi)容，最后的成績(jī)也能更加全面和綜合的反映學(xué)生掌握知識(shí)的真實(shí)情況。

四、結(jié)語(yǔ)

本文針對(duì)研究生“電網(wǎng)絡(luò)理論”課程當(dāng)前存在的問(wèn)題，對(duì)基于“電網(wǎng)絡(luò)理論”課程的創(chuàng)新型人才培養(yǎng)模式進(jìn)行了探索和實(shí)踐，確定了教學(xué)理念，凝練了教學(xué)內(nèi)容，改進(jìn)了教學(xué)方法，尤其是將基于Matlab和Mulitisim的計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)引入該課程作為實(shí)踐環(huán)節(jié)，并將過(guò)程評(píng)價(jià)納入最終成績(jī)的評(píng)價(jià)體系，極大地提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和創(chuàng)造性。

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