關(guān)于“電力系統(tǒng)分析”課程教學改革的探索

楊文輝

摘 ?要：“電力系統(tǒng)分析”課程是電氣工程及其自動化專業(yè)必修的專業(yè)核心課程，是進一步學習“發(fā)電廠變電站工程設(shè)計”“電力系統(tǒng)自動化”“電力系統(tǒng)繼電保護”等重要專業(yè)課程的基礎(chǔ)。該文針對目前教學中存在的問題進行了分析，進一步從教學方法、教學手段、考核方法幾個方面，對提升“電力系統(tǒng)分析”課程教學效果的改革舉措進行討論，為電氣工程類專業(yè)課程的教學改革提供經(jīng)驗。

關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng)分析 ?課程教學 ?教學方法 ?教學手段 ?考核方法

中圖分類號：G622 ? 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2019）12（c）-0101-02

“電力系統(tǒng)分析”課程是三峽大學國際文化交流學院電氣工程及其自動化專業(yè)必修的專業(yè)核心課程，課程將電力網(wǎng)絡(luò)以及網(wǎng)絡(luò)中的發(fā)電機和負荷作為一個整體進行分析和研究，主要教學內(nèi)容分為電力系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)分析和暫態(tài)分析兩個部分[1-2]。其中，電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析主要是針對正弦穩(wěn)態(tài)網(wǎng)絡(luò)進行分析計算，涉及電網(wǎng)潮流方程的建立和非線性代數(shù)方程的求解;電力系統(tǒng)暫態(tài)分析主要是針對動態(tài)網(wǎng)絡(luò)進行分析計算，涉及同步發(fā)電機基本方程和轉(zhuǎn)子運動方程的建立和非線性微分方程的求解。課程教學內(nèi)容具有理論性強、數(shù)值計算過程繁瑣、密切聯(lián)系電力生產(chǎn)實際的特點，容易導致學生在學習中出現(xiàn)畏難情緒。

該文分析了“電力系統(tǒng)分析”課程教學中存在問題和進一步提升教學質(zhì)量的途徑，有助于提升學生靈活運用所學知識解決電力系統(tǒng)工程問題的能力，為培養(yǎng)適應(yīng)電力行業(yè)需求的高級電氣工程技術(shù)人才提供教學實踐經(jīng)驗。

1 ?教學現(xiàn)狀和存在問題

在教學方法運用方面，“電力系統(tǒng)分析”課程教學內(nèi)容具有理論性強、數(shù)值計算過程繁瑣、密切聯(lián)系電力生產(chǎn)實際的特點，需要在教師的指導下進行學。實際教學中，主要是采取教師課堂講解，學生被動聽課法方式進行課堂教學。然而，“電力系統(tǒng)分析”課程教學內(nèi)容大量涉及正弦穩(wěn)態(tài)網(wǎng)絡(luò)方程和動態(tài)網(wǎng)絡(luò)方程的建立過程，由于該部分涉及的分析方法為先行課程“電路原理”所學內(nèi)容，重復交叉內(nèi)容的講授既占用了較多課時，也不利于吸引學生的注意力。另一方面，上述網(wǎng)絡(luò)方程通常為非線性代數(shù)方程和微分方程，其求解使用的數(shù)值計算方法不屬于前期基礎(chǔ)數(shù)學課的教學內(nèi)容，簡單地講授容易導致學生難以理解，部分學生失去學習興趣。

在教學手段運用方面，“電力系統(tǒng)分析”課程教學內(nèi)容面向解決工程實際問題，要求學生能夠針對一個電網(wǎng)復雜工程問題建立合適的數(shù)學模型，并利用恰當?shù)倪吔鐥l件求解。然而，常規(guī)基于課堂板書和PPT的教學手段，只能直接展示數(shù)學模型的推理步驟和給出模型的數(shù)值計算結(jié)果，學生難以理解也無法參與模型求解的數(shù)值計算過程。數(shù)學模型求解能力的缺失，導致不少學生在后續(xù)課程設(shè)計和畢業(yè)設(shè)計環(huán)節(jié)中難以獨立完成工程設(shè)計任務(wù)，另一方面，也不利于學生進一步學習和掌握電力系統(tǒng)仿真軟件的使用方法。

在課程考核方法方面，“電力系統(tǒng)分析”課程教學中每位學生的期末成績由期末考試和平時成績兩部分構(gòu)成。其中，平時成績占總成績的40%，課堂考勤和課后作業(yè)各占20%。根據(jù)電氣工程及其自動化專業(yè)的工程教育認證以及以及相應(yīng)的新版《電力系統(tǒng)分析教學大綱》，對該課程平時成績增加了以下考核內(nèi)容：課堂的聽課效果和消化所學知識的能力;參與考堂專題討論和協(xié)作完成大作業(yè)的能力;應(yīng)用電力系統(tǒng)的基本原理解決實際工程問題的能力。現(xiàn)有的課堂考勤能夠有效促進學生的到課率，但難以考核學生課堂中的學習活躍程度和學習主動性;課后作業(yè)能督促學生及時復習，但課后作業(yè)題目單一、偏重于簡單的手工計算，難以培養(yǎng)學生分析和解決復雜工程問題的能力。

2 ?提升課程教學質(zhì)量的途徑

2.1 銜接式教學方法的應(yīng)用

“電力系統(tǒng)分析”課程的基本分析方法立足于“高等數(shù)學”“電路原理”等先行課程，同時也是進一步學習“發(fā)電廠變電站工程設(shè)計”“電力系統(tǒng)自動化”“電力系統(tǒng)繼電保護”等重要專業(yè)課程的基礎(chǔ)。因此，教學中需要處理好各門課程教學內(nèi)容間的相互配合，采用銜接教學方法有助于實現(xiàn)各門課程在教學內(nèi)容上的承上啟下。

在實際教學中，對于需要使用的先行課程已講授的知識點，在課前安排學生課前復習，課堂講授時相關(guān)內(nèi)容以講清楚思路為主，避免學生學習注意力下降，例如，利用“電路原理”課程中節(jié)點電壓法推導潮流方程的過程;對于后續(xù)課程需要使用的重要知識點，則進行較為詳細的講解，并要求學生具備基本的計算能力。例如：“發(fā)電廠變電站工程設(shè)計”和“電力系統(tǒng)繼電保護”課程需要使用的知識點電力系統(tǒng)短路電流的實用計算方法;對于先行課程未能講授的知識點，則需要進行補充講解。例如，非線性代數(shù)方程和微分方程的數(shù)值計算方法。通過有效銜接各門課程間教學內(nèi)容，既有助于突出教學重點、保持學生的學習興趣，也有利于合理分配有限的課堂教學時間。

2.2 數(shù)值仿真手段輔助教學

隨著計算機技術(shù)的普及，電氣工程及其自動化專業(yè)開設(shè)有“C語言程序設(shè)計”課程，學生普遍具備了基本的編程能力，為采用數(shù)值計算手段輔助“電力系統(tǒng)分析”課程教學，培養(yǎng)學生解決電網(wǎng)復雜工程問題的能力提供了前提。

在教學實踐中，針對待分析的電網(wǎng)復雜工程問題的數(shù)學模型，可以通過編寫迭代程序的方法實現(xiàn)模型的數(shù)值計算，進一步通過分析計算結(jié)果，識別和判斷智能電網(wǎng)復雜工程問題的關(guān)鍵環(huán)節(jié)和參數(shù)，滿足專業(yè)培養(yǎng)計劃目標的要求。例如，在講授同步發(fā)電機基本方程內(nèi)容時，在利用派克變換推導發(fā)電機電壓方程和磁鏈方程的基礎(chǔ)上，進一步要求學生以小組為單位，采用C語言和Matlab編寫程序[2]，計算同步發(fā)電機極端突然三相短路后的電流、電壓隨時間變化的規(guī)律，鞏固所學章節(jié)重要知識點。同時，通過自行編程，使學生理解同步發(fā)電機基本方程的差分化步驟、同步發(fā)電機基本方程的初值計算方法和數(shù)值迭代程序的編寫方法，增強學生解決問題的動手能力。

2.3 基于雨課堂的考核方法

雨課堂[3]是學堂在線與清華大學在線教育辦公室共同研發(fā)的智慧教學工具，能夠覆蓋了課前、課上、課后的教學環(huán)節(jié)，有助于師生課堂和課后及時溝通反饋，為實現(xiàn)工程教育認證要求的課程考核提供了可行的解決方案。在實際課程教學中，通過雨課堂智慧教學工具建立課程網(wǎng)站平臺，暢通教師與學生講的互動渠道，建立基于雨課堂的考核方法。

通過雨課堂的掃碼簽到功能，能夠?qū)崿F(xiàn)課前考勤簽到，節(jié)省了有效上課時間;通過雨課堂的課堂測驗和投票功能，能夠隨堂考察每一位學生的聽課效果;通過雨課堂的彈幕和隨機點名功能，有助于師生的課堂互動和專題談?wù)?通過雨課堂的課件推送功能，能夠在課前將預(yù)習任務(wù)發(fā)送到學生手機。同時，借助于雨課堂的數(shù)據(jù)支持和個性化報表，能夠及時記錄每一位學生的學習表現(xiàn)，在期末有據(jù)可依地給出平時成績，有效地激發(fā)了學生的學習主動性和學習興趣。

3 ?結(jié)語

“電力系統(tǒng)分析”課程教學改革實踐表明，針對教學方法、教學手段和考核方法實施綜合改革，有助于挖掘?qū)W生學習潛力，實現(xiàn)理論教學各部分知識點融會貫通，提升學生靈活運用所學數(shù)學和物理等自然科學、工程基礎(chǔ)知識、電氣工程及相關(guān)領(lǐng)域?qū)I(yè)知識解決電力系統(tǒng)工程問題的能力，為電氣工程類專業(yè)課程教學改革提供有益經(jīng)驗。

參考文獻

[1] 李響，王龍.“電力系統(tǒng)分析”課程的理論與實踐教學研究[J].中國電力教育，2017（5）：63-65.

[2] 王奕翔，曹琳，何敏，等.基于C語言的MATLAB軟件編程在數(shù)學建模中的應(yīng)用研究[J].教育現(xiàn)代化，2019，6（48）：127-129.

[3] 劉芳.基于雨課堂的管理學課程混合式教學模式研究[J].科技資訊，2016，14（36）：184，186.