基于應用型人才培養的“電力系統分析”課程教學改革

許昌學院 電氣機電工程學院，河南 許昌 461000)

“電力系統分析”是電氣工程及其自動化專業的專業核心課程，其內容以電力系統潮流計算、短路計算和穩定性計算三大常規計算為核心[1]. 該課程以數學、電路、電機學、自動控制等先修課程為基礎，同時又是電力系統繼電保護、高電壓技術、電力系統自動化等后續課程的理論基礎[2-5]，在電氣工程專業的課程體系中起著承上啟下的作用[6]，是學生進入電力系統規劃、設計、建設、運行和管理等相關行業的主要向導和橋梁，在電氣專業應用型人才培養體系中具有舉足輕重的地位.為了適應電力工業發展對電氣專業應用型人才培養的要求，全面提高“電力系統分析”課程的教學質量，需要對目前課程教學中存在的問題進行深入剖析，采取有效措施在教學內容、教學模式、教學方法、考核方式等方面進行改革和創新.

1 存在的問題分析

1.1 教材內容陳舊

電力系統行業發展速度較快，特別是智能化程度的不斷提高，系統中的設備、技術更新較快，因此電力系統領域的知識更新比較快. “電力系統分析”課程的教材雖然也在不斷出現新的版本，但其內容更新較少，無法充分體現近年來電力系統領域的最新發展動態和前沿技術.同時，教材內容不能充分體現課程的工程實踐性，導致學生理論與實踐脫節.

1.2 教學難度較大

“電力系統分析”課程綜合性強，涉及知識面廣，涵蓋了多門先修基礎專業課程的知識點，要求學生具有扎實的專業基礎；課程的核心內容即三大常規計算，涉及到矩陣運算、微分方程、非線性方程等，計算量大并且復雜，要求學生具有較強的科學計算能力和綜合分析能力. 而學生對專業基礎知識的掌握程度參差不齊，對新知識的理解和接受能力差別也很大[7]，往往導致教師難教、學生難學，課程教學推進困難.同時，課程前后知識的銜接性較強，學習難度逐漸增大，導致基礎沒打好的學生越往后學習越困難.

1.3 教學方式單一

在傳統的課堂教學模式中，普遍是以教師為中心，教師講、學生聽，學生在整個教學過程處于被動接受知識的狀態，并且課堂教學被公式和計算占滿. 該方式下的課堂教學單一、枯燥，缺乏師生互動，學生參與力度不夠，學習效率不高，課堂效果不是很好. 同時，由于“電力系統分析”課程的工程實踐性比較強，部分內容比較抽象，課堂講授法無法講解清楚，給學生的理解帶來困難[2].

1.4 實踐環節薄弱

由于實驗設備所需經費較多，更新率不高，不能適應電力系統的發展變化. 實驗項目大多為驗證性實驗，實驗內容單調枯燥，缺乏綜合性和實用性，不能全面反映課程的知識體系，不利于學生工程實踐能力的培養.

1.5 考核方式單一

傳統的考核方式中，課程總成績由平時成績和考試成績兩部分組成. 考試成績即期末考試的卷面成績，占總成績的70%. 平時成績又分為課堂考勤和課后作業兩部分，占總成績的30%. 這樣的考核方式比較單一，注重學習結果而忽略學習過程，導致學生平時上課不積極、作業抄襲，考前突擊過關，考完就忘記了[3]，不利于教學質量的保證.

2 教學改革措施

2.1 優化教學內容

結合社會企業對電氣專業人才的素質要求，對課程的內容和結構進行優化、調整. 將課程的基本概念、各元件的參數和模型劃為基礎知識模塊，排在課程的起始階段；在基本概念部分增加近年來發展迅速的太陽能發電、風力發電等新能源發電的介紹，增加微電網并網、電網互聯、高壓直流輸電工程、特高壓交流輸電項目的介紹，使學生充分了解電力系統的發展動態和學科前沿. 將潮流計算、電壓調整、經濟運行、頻率調整劃為穩態運行與控制模塊，根據內容的銜接性依次引入；該模塊理論難度較大，并且計算量大、計算過程復雜，教學中盡量避開繁瑣的公式推導過程[5]，強調其中重點理論的分析和應用方法，并通過適當引入教師的科研項目和成果如：無功補償與電壓調整、諧波治理等，幫助學生理解和掌握. 將三相短路和不對稱故障劃為短路計算模塊，其中的公式推導比較復雜、繁瑣，在課程中只做簡要介紹，重點放在短路的實用計算方法部分，加強對計算方法的應用和推廣.

2.2 改進教學方法

為了提高教學效果，激發學生的學習興趣和積極性，在課堂教學中充分利用各種教學資源，努力實現教學方法和手段的多樣化[8].

圖1 模塊化結構圖

(1) 采用模塊化教學法. 將優化、調整后的課程內容劃分為3大模塊：基礎知識模塊、穩態運行與控制模塊、短路計算模塊，課程模塊化結構圖如圖1所示. 將聯系緊密的知識點集中在同一模塊，教學過程按照模塊內容分階段進行. 模塊化教學法幫助學生更加深刻地理解前后知識的內在聯系，使學生更加清晰地掌握課程內容的總體框架，有效改善學生因為對前邊學過的知識點遺忘較多導致對新知識理解困難的現象.

(2) 采用啟發式教學法.研究每個知識點的切入點，創設問題情境，將學生一步步帶到問題面前，對思維方向做簡要、適當地提示，啟發、引導學生進行深入的思考和探索，鼓勵學生自己解決問題. 如講到派克變換時，引導學生觀察同步電機原始磁鏈方程的系數矩陣，思考轉子系數和定子系數規律不同的根本原因，進而鼓勵學生分析派克變換的思想. 通過適當地啟發和引導，使學生快速進入學習狀態并對所學內容產生濃厚的興趣，激發學生的求知欲望，通過鼓勵學生自主思考和分析，培養學生的自主思維能力和科學分析能力.

(3) 采用項目驅動式教學法. 將電力系統實際工程項目、學科研究熱點、教師科研項目和成果，如：無功補償與電壓調整、諧波治理等，通過綜合項目的形式適時地引入課堂，每個綜合項目分解為若干個子項目，與課程的相關知識點緊密結合. 隨著課程內容的推進，要求學生自主完成項目式作業. 項目驅動式教學法加強了理論與實踐的結合，使學生的學習效率更高、學習效果更好.

(4) 采用翻轉課堂教學法. 將各班學生分為若干小組，在課下通過分工合作完成項目式作業，課堂上向同學們展示、闡述完成情況，解答其他小組的提問，然后老師進行指點和評價. 課后各小組將項目作業進行修改和完善，并寫出總結或心得. 翻轉課堂增加了互動環節，使學生在課前、課上、課后的學習得到有效的互補和融合，可以充分發揮學生的個性化學習優勢，提高學生的自主學習能力、溝通能力和團隊合作能力.

(5) 采用討論式教學法. 適時地組織小組討論、競賽、搶答、辯論等多樣化的課堂教學活動，使學生積極參與到課堂教學中. 如：前一次上課結束時，將本次課的內容提煉為幾個問題，讓學生提前預習思考，本次上課開始時安排一定的時間組織學生討論或辯論. 通過學生在討論中的表現，教師能夠及時了解學生對每個知識點的掌握情況，進而更加明確課堂教學的重點和難點. 通過討論和交流，使學生及時審視自己，發現自己的不足，在以后的學習中有針對性的進行補充和強化.

2.3 改革教學模式

結合“電力系統分析”課程難度大、綜合性強的特點，我們借助于網絡學習平臺，將微課、翻轉課堂與傳統的課堂教學相結合，實施混合式教學模式.

(1)微視頻. 根據該課程的特點，將課程中的重難點理論和方法錄制成微視頻，通過網絡學習平臺發布給學生，要求學生在課前通過學習微視頻完成相應的測試題或作業. 通過課前的微課學習，督促學生對教學內容提前了解并形成問題，激發學生的求知欲和學習興趣. 學生帶著思考和疑問回到課堂，聽教師做深入講解，可以有效地提高課堂效率，可以不斷培養學生分析問題繼而解決問題的能力. 同時，對于基礎比較差的同學，可以利用課余時間反復、多次的進行微課學習.

(2)網絡空間. 網絡學習平臺為課程教學開辟了第二課堂，教師將課程的教學大綱、進度安排、講義、課件、微視頻、作業任務、工程項目等教學資源上傳至課程網絡空間，學生可以根據課程進度和自己的知識基礎、理解能力自主選擇學習時間和地點，充分發揮個性化學習的優勢. 學習過程中遇到的問題，學生可以通過網絡學習平臺的答疑區和老師交流，也可以通過課程討論區與老師、同學們進行討論. 老師根據答疑區和討論區的內容，及時了解學生對知識的掌握情況，有目的地對下一教學環節進行組織和設計. 學生可以通過網絡學習平臺提交作業、查看學生互評或教師點評，從而及時了解自己對課程內容的掌握情況.

(3) 課堂教學. 課堂教學從傳統的以教師教為主轉變為以學生學為主，充分體現學生的主體作用. 在課堂教學中，教師做好課堂教學的組織者和引導者，通過創設問題情境、組織小組討論、競賽、搶答、辯論等活動，使學生積極主動地參與到課堂教學中.課堂教學中充分利用現代化信息技術，通過影像、圖片、動畫等素材將課程中抽象的、較難理解的知識形象化、生動化，使學生形成直觀、深刻的印象. 如在課程的開始階段，給學生播放一些介紹電力系統概況和生產流程的紀錄短片，幫助學生認識整個電力系統的結構和運行情況，也對自己將來的工作環境形成初步的了解；對于難度較大的潮流計算，通過引入電力系統的實際潮流圖，增強學生對潮流分布的感性認識，避免純粹的計算公式和數據使課堂變得枯燥和乏味，調動學生的學習積極性.

2.4 加強實踐教學

(1)實驗教學. 充分利用實驗室資源，通過具體的實踐操作過程，使學生掌握基本的實驗操作技能、實驗現象的分析方法、實驗數據的處理方法，把握理論與實踐的區別與聯系，培養學生的實踐應用能力.

(2)仿真實驗. 建立電力系統仿真實驗室和實驗臺，運用MATLAB、PSASP等仿真軟件對實際電力系統的各種運行工況進行模擬和仿真計算，如對電力系統潮流分布、短路計算、穩定性等進行仿真計算和分析，加強計算機在電力系統計算中的應用，培養學生的計算機編程計算能力，為學生從事電力系統相關工作打下一定的基礎.

(3)校外實習. 適時地安排學生到周邊的電力企業、發電廠、變電站、電力調度中心等進行參觀實習和生產實習，由經驗豐富的教師或企業專家進行現場教學. 在電力系統的生產運行現場，指導學生通過潮流分布圖監測電網運行狀態，通過故障錄波記錄觀察短路發生的過程，通過變電所電力電容器的設置掌握無功補償的意義和電壓調整的原理. 通過參觀實習和生產實習，使學生將理論知識與實際電力系統建立起統一的認識，能夠對將來的工作環境進行初步的了解，明確今后的學習目標.

(4)科研項目. 充分利用老師近年來承擔的一些電力系統領域的科研項目，將科研項目及其成果轉化為實驗資源，在實驗室進行項目介紹和演示. 教師科研項目比枯燥的驗證性實驗更具實際意義，使實驗內容更加豐富有趣，可以很好地調動學生的學習熱情. 同時，教師科研項目代表了近年來電力系統領域的研究熱點和新成果，它讓學生更加近距離的感受到電力系統的發展變化，使學生更加深刻的體會到理論與實踐的聯系與區別.

2.5 改革考核方式

為了使學生的學習情況得到更加公平、合理地評價，采用多樣化、全過程的評價方式，學生成績分為五部分：課前預習作業(10%)、項目作業(10%)、課堂表現(10%)、階段性測試(20%)、期末考試(50%)，根據各部分成績及其權重得出最終成績. 改革后的考核方式貫穿課程學習的全過程，使課程學習的每個環節、每個階段都會有相應的成績，可以更好的督促學生腳踏實地的學好每一節課，養成良好的學習習慣，避免以往學生僅靠考前突擊也能考試過關的現象，從而保證教學質量的有效提高.

3 結語

“電力系統分析”課程理論性和實踐性都很強，涉及的知識面比較廣，其教學改革需要不斷地實踐與探索. 近年來，通過對該課程的內容和結構進行優化，采用多樣化的教學方法和手段，實施混合式教學模式，加強實踐環節建設，采用多樣化、全程式的考核方式，取得了較好的教學效果. 教學改革加大了課堂教學的信息量，提高了課堂教學效率，激發了學生的學習熱情，調動了學生的學習積極性和主動性，有效提高了課程的教學質量，為把學生培養成理論基礎扎實、實踐能力較強、具備一定創新能力的應用型人才打下了必要的基礎.