結合先導認知體系的電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析課程教學

張小蓮+張強

摘 要： 在授課過程中，能夠準確把握教學大綱、熟練掌握教學內(nèi)容、具備科學有效的教學思路以及能夠應用高效的呈現(xiàn)方式將知識傳授給學生，是教好一門課的關鍵要素。本文針對《電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析》課程教學提出了結合先導認知體系的教學理念，包括基于學生先導認知體系傳授新知識、引入課程知識構建新的認知體系、先整體后局部的認知導向、基于虛擬反饋改善教學方法和認知體系。

關鍵詞： 電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析；先導認知；知識體系；虛擬反饋

一、 準確把握教學目標和內(nèi)容，為構建課程認知體系奠定基礎

熟練掌握教學目標和課程內(nèi)容，是梳理課程知識、幫助學生建立課程認知體系的前提。教學大綱是根據(jù)教學計劃，以綱要形式規(guī)定一門課程教學內(nèi)容的文件。包括該課程的教學目的、任務、教學內(nèi)容的范圍、深度和結構、教學進度以及教學方法上的基本要求等。教學大綱是編寫教科書和教師進行教學的主要依據(jù)。

根據(jù)教學大綱，《電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析》和《電力系統(tǒng)暫態(tài)分析》是《電力系統(tǒng)分析》課程的兩個分支，是電力系統(tǒng)及其自動化專業(yè)的必修專業(yè)課程，其中《電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析》是學生完成電路、電機學等專業(yè)基礎課后接觸的第一門專業(yè)課程。它是一門承上啟下的課程，以電路、電機學等為基礎，為后續(xù)的專業(yè)課程打下基礎；同時它也是一門理論與實際相結合的課程，既有很強的基礎理論，又具有較強的工程實踐性。該課程包含課堂教學和演示實驗兩大部分，其教學目標主要包括以下5點，其中第2至第4項為教學重點內(nèi)容。

（1）了解電力系統(tǒng)的基本概念；

（2）掌握電力系統(tǒng)中各元件的等值電路和參數(shù)；

（3） 掌握手算潮流的方法（潮流即功率分布和節(jié)點電壓）；

（4）掌握電力系統(tǒng)運行狀況的調(diào)整（調(diào)頻和調(diào)壓）；

（5）使學生在工程分析計算和解決實際問題的能力上得到訓練和培養(yǎng)。

為實現(xiàn)上述教學目標，《電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析》課程設置五章教學內(nèi)容，第一章電力系統(tǒng)的基本概念，第二章各元件的特性和數(shù)學模型，第三章簡單電力網(wǎng)絡的計算和分析，第四章有功功率和頻率調(diào)整，第五章無功功率和電壓調(diào)整。一二章為基礎知識，三至五章是以一二章為理論基礎的應用型計算分析。

二、 結合學生先導認知體系的教學思路

先導認知體系即學生自身具備的與本課程相關的基礎知識，包括通過學習電路、電機學、大學物理等先修課程獲得的專業(yè)知識，以及其他解決工程或理論問題的技能、方法等。結合先導認知體系的教學思路包括基于學生先導認知體系傳授新知識、引入課程知識構建新的認知體系、先整體后局部的認知導向、基于虛擬反饋改善教學方法和認知體系。

1. 基于學生先導認知體系傳授新知識

根據(jù)認知學習理論，新知識是在舊知識的基礎上形成和發(fā)展的，是舊知識的延伸和補充，它起著承上啟下的作用。而且在學習新知識時，如果能夠與已有的先導認知進行結合，將使新知識更容易被接受和理解，這也是舉例教學的理論基礎。

以電力系統(tǒng)中有功功率的最優(yōu)分配為例，該問題的數(shù)學模型如圖1所示。對于學生而言，理論性的優(yōu)化問題十分晦澀難懂，因此，在教學中可采用如下生活實例進行類比：

生活實例：購買火車票；待優(yōu)化的變量可以為：

1. 價格，

2. 發(fā)車時間，

3. 到達時間，

4. 是否轉車等等；目標函數(shù)可以為：

1. 費用最少，

2. 耗時最少；不等式約束為：

1. 經(jīng)費限制，

2. 發(fā)車和到達時間不可以是凌晨等。如此一來，既便于學生理解電力系統(tǒng)中的優(yōu)化問題，又能夠使得理論問題變得更親和，排除學生的抵觸心理。

圖1 電力系統(tǒng)有功功率最優(yōu)分配問題

2. 引入課程知識構建新的認知體系

新知識的引入將帶來先導認知體系的重組，從而構建新的認知體系。該體系將建立本課程知識點之間的聯(lián)系，以及本課程知識點與先導知識之間的聯(lián)系，如圖2所示。此外，零散的知識相較于系統(tǒng)的知識體系更難記憶和理解。因此，幫助學生建立知識體系更有利于學生對新知識的學習和掌握。通過總結歸納，獲得了《電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析》課程各個章節(jié)之間的聯(lián)系，并建立了如圖3所示的知識體系。

圖2 構建新認知體系的示意圖

圖3 電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析知識體系

3. 先整體后局部的認知導向

先整體后局部的認知導向是指在學習新課程時，先了解大體知識框架，然后在逐漸填充細節(jié)。該思路便于學生首先掌握知識的宏觀面貌，有助于與先導知識發(fā)生聯(lián)系，重組認知體系，然后再了解知識的微觀面貌，從而降低學習的難度。本文以電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析第二章為例，展示了先整體后局部的認知導向的實施方法，如圖4所示。

圖4 基于先整體后局部的認知導向的知識框架和細節(jié)展示

4. 基于虛擬反饋改善教學方法和認知體系

在教學過程中，注意課后反饋并據(jù)此調(diào)整上課內(nèi)容或講述方法是十分必要的。然而，在課前準備環(huán)節(jié)，并沒有真實的反饋可以借鑒，因此，需要一種虛擬反饋與真實反饋相結合的思路，如圖5所示。

課前準備包括教學內(nèi)容的理解和組織、教學難點的估計、教學方法設計以及是否需要補充基礎知識等；虛擬反饋是指根據(jù)教師預判的學生接受能力合理安排教學內(nèi)容和教學方法，其中學生接受能力主要是指學生先導認知及認知程度；而真實反饋即為課中課后的眼神、提問的回答情況以及作業(yè)完成情況等。通過虛擬反饋與真實反饋相結合，改善教學內(nèi)容，特別是補充基礎知識，對于加快構建新認知體系而言是一種十分有效的途徑。

圖5 虛擬反饋與真實反饋相結合的思路

三、 結語

本文針對《電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析》課程教學提出了一種結合先導認知體系的教學理念，包括基于學生先導認知體系傳授新知識、引入課程知識構建新的認知體系、先整體后局部的認知導向、基于虛擬反饋改善教學方法和認知體系，為提升《電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析》教學效果提供了一些有益思路。

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作者簡介：

張小蓮，張強，講師，江蘇省南京市南京工程學院電力工程學院。endprint