專業(yè)認證背景下電力系統(tǒng)基礎(chǔ)課程教學(xué)改革研究

張玥

摘 ?要 基于專業(yè)認證標(biāo)準(zhǔn)，畢業(yè)生要有一定的分析問題、設(shè)計解決方案和解決實際問題的能力。針對電力系統(tǒng)基礎(chǔ)課程，從教學(xué)方式、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段和課程考核方式四個方面提出改革措施，以提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力、分析問題和解決問題的能力。

關(guān)鍵詞 電力系統(tǒng)基礎(chǔ);MATLAB;教學(xué)改革;專業(yè)認證

中圖分類號：G642.0 ? ?文獻標(biāo)識碼：B

文章編號：1671-489X（2019）12-0100-03

Research on Teaching Reform of Basic Course of Electric Power System under Background of Professional Accreditation//ZHANG

Yue

Abstract Based on the professional accreditation standards， uni-versity graduates should have the ability of analyzing problem， designing scheme and solving problem. Aiming at the course of electric power system， the reform measures are put forward from four aspects： teaching method， teaching content， teaching means and evaluation mode， so as to improve students autonomous learning ability and ability of analyzing and solving problems.

Key words power system foundation; MATLAB; teaching reform; professional accreditation

1 前言

2015年，中國工程教育專業(yè)認證協(xié)會發(fā)布新的本科生畢業(yè)要求，與之前的本科生畢業(yè)要求相比，新要求更重視深入理解和解決工程實際問題，研究和使用現(xiàn)代工具的能力以及終身學(xué)習(xí)等內(nèi)容，其中有10條畢業(yè)要求提到復(fù)雜工程問題。根據(jù)專業(yè)認證要求，每門課程都應(yīng)該服務(wù)于畢業(yè)要求的總目標(biāo)。具體到電力系統(tǒng)基礎(chǔ)這門專業(yè)課，在新形勢下，為了跟國際接軌，學(xué)生應(yīng)該深入理解電力系統(tǒng)穩(wěn)定運行的要求和理論知識，為了滿足用戶需求，電力部門應(yīng)該如何操作以保證用戶的供電質(zhì)量。解決復(fù)雜工程問題，就是如何保證經(jīng)濟合理地安排發(fā)電供電任務(wù)，保證用戶的電能質(zhì)量。因為現(xiàn)在電力網(wǎng)越來越大，越來越復(fù)雜，因此，保證用戶的電能質(zhì)量其實是非常復(fù)雜的工程問題。

電力系統(tǒng)基礎(chǔ)作為電氣工程及其自動化專業(yè)的核心專業(yè)課，需要對課程進行全方位教學(xué)改革，提高學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中對基礎(chǔ)知識的理解能力，能自己對工程問題進行分析，提出解決問題的方案，找到最優(yōu)解決問題的方案。

2 電力系統(tǒng)基礎(chǔ)課程改革的必要性

在培養(yǎng)方式上，傳統(tǒng)的教學(xué)方法是教師在課堂上傳授知識和學(xué)生課后做習(xí)題相結(jié)合，按照統(tǒng)一的模式培養(yǎng)學(xué)生，對學(xué)生的不同需求考慮不周，不利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，不利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和分析解決實際問題的能力，不利于形成團隊合作意識;在教學(xué)內(nèi)容上，主要依靠教材和參考書目，參考書目是學(xué)生課后有時間自己閱讀，內(nèi)容跟教材有很大的相似性，而教材是學(xué)生學(xué)習(xí)這門課程專業(yè)知識的主要來源;在教學(xué)模式上，主要依靠課堂，教學(xué)模式比較單一，沒有其他的教學(xué)渠道。

基于專業(yè)認證標(biāo)準(zhǔn)，查找電力系統(tǒng)基礎(chǔ)課程教學(xué)設(shè)計中的不足，如教師講、學(xué)生聽，學(xué)生被動地接受知識，忽略了學(xué)生的主體性和能動性，未能到達工程教育專業(yè)認證所需要達到的要求和高等教育的真正目的。因此，需要從以教師為中心轉(zhuǎn)為以學(xué)生為中心，加強實踐和實驗教學(xué)，深入開展電力系統(tǒng)基礎(chǔ)課程教學(xué)改革的探索和實施。

3 電力系統(tǒng)基礎(chǔ)課程改革方法

筆者結(jié)合多年的教學(xué)經(jīng)驗以及對專業(yè)認證的學(xué)習(xí)和理解，認為本課程的改革可以從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)手段和考核方式四個方面進行。

教學(xué)內(nèi)容改革 ?教學(xué)內(nèi)容改革從刪除、簡化、增加三個角度出發(fā)。

1）增加實用部分的內(nèi)容，突出重點。電力系統(tǒng)基礎(chǔ)課程是48個學(xué)時，包括電力系統(tǒng)元件參數(shù)計算和模型、潮流計算、電力系統(tǒng)的無功功率平衡等。受學(xué)時限制，潮流計算部分著重講述簡單電力網(wǎng)的潮流計算人工算法，而復(fù)雜電力系統(tǒng)的計算機算法只講授兩學(xué)時。但是隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，計算機已經(jīng)成為人們工作中不可缺少的一部分，能幫助人們從復(fù)雜的計算中解放出來。因此，電氣工程及其自動化專業(yè)的學(xué)生應(yīng)該具備一定的編程能力，通過計算機來輔助自己的工作，提高解決問題、分析問題的效率。

齊魯工業(yè)大學(xué)學(xué)校電氣工程及其自動化專業(yè)的學(xué)生都選修過C語言或者MATLAB編程語言，特別是對于電力網(wǎng)絡(luò)這個特殊的對象而言，不可能手動計算潮流，手動計算只適合三四個節(jié)點的非常簡單的網(wǎng)絡(luò)，不適合幾百個甚至幾千個節(jié)點的電力網(wǎng)絡(luò)的潮流計算。因此，首先可以把復(fù)雜系統(tǒng)的計算機算法增加到六個學(xué)時，并且在講授計算機算法的同時，找一個四節(jié)點的系統(tǒng)，編寫相應(yīng)的程序，給學(xué)生講解，因為只講算法很抽象，學(xué)生很難理解。如學(xué)生經(jīng)常會問用牛頓-拉夫遜法進行潮流計算的時候，如何編程才能形成雅可比矩陣？

其次，還要增加六學(xué)時的MATLAB電力系統(tǒng)仿真知識的講解。由于電力系統(tǒng)運行控制的概念比較抽象，采用實物操作或演示難以實現(xiàn)，而建立縮小版的電力系統(tǒng)實驗室來模擬電力系統(tǒng)的運行控制，需要花費大量的金錢和比較寬敞的實驗場所，在學(xué)校暫時難以實現(xiàn)，因此導(dǎo)致學(xué)生難以理解。可以將電力系統(tǒng)仿真軟件MATLAB引入課堂，通過形象的圖形界面形象直觀地反映電力系統(tǒng)的運行，監(jiān)視到線路電流電壓潮流的實時變化，加深學(xué)生對電力系統(tǒng)概念的理解[1]。同時，詳細地講解如何用MATLAB去搭建電力系統(tǒng)模型，讓學(xué)生掌握這種方法，對學(xué)生以后繼續(xù)深造和進行科學(xué)研究都是很有幫助的[2]。

最后，增加兩學(xué)時的文獻檢索知識介紹，引導(dǎo)學(xué)生課余時間充分利用學(xué)校的數(shù)字圖書館和網(wǎng)絡(luò)資源，查閱并學(xué)習(xí)IEEE相關(guān)學(xué)術(shù)期刊，提高英文資料查閱能力和文獻檢索能力，了解最新的科研動向和技術(shù)革新并開展課堂討論。

2）簡化煩瑣的理論推導(dǎo)，刪除不實用的內(nèi)容。如輸電線路的電感、電導(dǎo)和電容參數(shù)計算的理論推導(dǎo)很復(fù)雜，其實只要知道結(jié)果，知道這些參數(shù)跟哪些因數(shù)有關(guān)，會運用這些公式進行計算就可以了。對于輸電線路的參數(shù)計算的理論推導(dǎo)，教師可以把公式的推導(dǎo)過程邊在黑板上演示邊錄像，然后將理論推導(dǎo)視頻發(fā)到課程學(xué)習(xí)網(wǎng)站，讓學(xué)生課前預(yù)習(xí)或課后復(fù)習(xí)的時候自己學(xué)習(xí)。

此外，傳統(tǒng)考核方式是期末閉卷考試，因此，授課內(nèi)容是基礎(chǔ)理論知識的講解和推導(dǎo)，加上大量的例題和課后習(xí)題的講解。目前，在新形勢之下，學(xué)生不僅要掌握基礎(chǔ)的理論知識，更重要的是具備運用知識分析問題和解決問題的能力，因此可以刪除原有的2～4學(xué)時習(xí)題課。

教學(xué)方法改革 ?目前，電力系統(tǒng)基礎(chǔ)課程以教師傳授知識為主。在工程教育專業(yè)認證體系下，教學(xué)方法應(yīng)該多樣化，可以采取分組學(xué)習(xí)、項目管理和課程論文等形式，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、查找文獻資料、團隊合作和溝通能力，提高工程整體意識和設(shè)計能力，改講授型教學(xué)方法為講授和討論并舉，項目管理、小組學(xué)習(xí)為有利補充的教學(xué)方法。

講授教學(xué)應(yīng)該是板書與多媒體相結(jié)合，適當(dāng)?shù)赝ㄟ^制作的視頻來輔助講解。公式的推導(dǎo)在黑板上一步一步地演示，比用PPT講解更清楚，學(xué)生的思維能緊跟教師的思維。但是一些文字和圖表，如果在課堂上板書會太浪費時間，就應(yīng)該采用PPT來講解[3]。

學(xué)生分組討論學(xué)習(xí)的教學(xué)方法通過討論、辯論、學(xué)生講授和學(xué)生答疑等活動，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的獨立性、合作能力和語言表達能力。如在講授各種調(diào)壓措施之后，讓學(xué)生四人一組，采用MATLAB仿真方法比較各種調(diào)壓措施的好壞;也可以去圖書館數(shù)據(jù)庫查找相關(guān)文獻，根據(jù)文獻內(nèi)容，用MATLAB搭建模型，直觀地感受調(diào)壓效果。四個人分工合作，完成四項工作：查找文獻;搭建模型;課堂上完整講解小組工作;解答同學(xué)疑問。

在這個作業(yè)之后，增加兩學(xué)時的討論課，每組派出代表在課堂上講解，小組全體成員對同學(xué)提出的疑問進行解答，回答正確可以給本組加分。學(xué)生通過查閱中英文資料和自己動手搭建模型進行仿真，能提升對理論知識的感性認識，培養(yǎng)總結(jié)知識、查找資料的能力，更重要的是發(fā)揮主觀能動性和培養(yǎng)合作精神[4]。

教學(xué)手段改革 ?近幾年網(wǎng)絡(luò)技術(shù)飛速發(fā)展，轉(zhuǎn)眼間已全面進入互聯(lián)網(wǎng)時代，人們獲取信息的方式發(fā)生巨大改變。現(xiàn)在人們的很多信息、資源和知識來源于網(wǎng)絡(luò)，特別是大學(xué)生，網(wǎng)絡(luò)成為大學(xué)生生活中不可或缺的一部分。網(wǎng)絡(luò)授課這一新型的授課模式受到大學(xué)生的喜愛和認可。教師可以把電力系統(tǒng)基礎(chǔ)課程中的某個教學(xué)重點、教學(xué)難點、普遍存在的疑點或者某些理論的推導(dǎo)過程，做成不超過10分鐘的視頻并上傳到課程網(wǎng)站，學(xué)生可以將視頻下載保存到筆記本、電腦和手機等設(shè)備上進行自主學(xué)習(xí)，非常方便。借助網(wǎng)絡(luò)平臺，學(xué)生可以根據(jù)需要選擇進一步學(xué)習(xí)的專業(yè)知識，并且視頻短小，每一個視頻就是一個知識點，能讓學(xué)生全程注意力集中，學(xué)習(xí)效率高，還可以鍛煉學(xué)生的自學(xué)能力。學(xué)生可以根據(jù)自己的實際情況，選擇學(xué)習(xí)時間和內(nèi)容，還可以反復(fù)進行學(xué)習(xí)[5]。

在學(xué)習(xí)網(wǎng)站上，對每一個知識點，學(xué)生可以提出自己的疑問和建議，教師能及時回答和講解。這樣的交流模式比固定時間、地點答疑，反饋更及時，交流更方便快捷。所有學(xué)生都可以看見老師和同學(xué)之間的交流，很多學(xué)生會有類似疑問，能幫助同學(xué)理解和掌握相應(yīng)知識點。

考核方式改革 ?根據(jù)工程教育專業(yè)認證標(biāo)準(zhǔn)，要求學(xué)生不僅要掌握相關(guān)知識點，更加強調(diào)運用知識解決問題的能力，因此，考核方式應(yīng)該多元化，考核內(nèi)容應(yīng)該重點放在學(xué)生運用專業(yè)知識分析問題和解決復(fù)雜工程問題的能力上。學(xué)生的最后成績由平時成績、階段測試（中期考核）成績、論文成績和期末成績組成。

平時成績?yōu)槌銮凇⒄n后作業(yè)、討論課表現(xiàn)的綜合成績，占總成績的30%。

階段測試（中期考核）為編寫潮流計算程序，算法不限定，編程語言不限定，潮流計算的原始數(shù)據(jù)可以由教師給定，也可以由學(xué)生在學(xué)校電子圖書館查找相應(yīng)的原始數(shù)據(jù)。完成潮流計算程序的編寫后，學(xué)生參加答辯，考查其對前期知識理解和運用的程度，并通過答辯杜絕程序抄襲現(xiàn)象。程序編寫和答辯占總成績的20%。

期末考試的重點是考查學(xué)生對基礎(chǔ)理論知識的掌握情況，占總成績的30%。

課程結(jié)束之后，要求學(xué)生寫一篇大論文，題目不限，跟課本知識相關(guān)就可以。教師也可以給出一些題目讓學(xué)生選擇，如電能質(zhì)量的影響因數(shù)，無功電源存在的問題及改進措施，F(xiàn)ACTS設(shè)備的發(fā)展，負荷對電能的影響，負荷模型的選擇，等等。學(xué)生論文應(yīng)該包括背景介紹、研究方法介紹、仿真模型的搭建、仿真結(jié)果或者相關(guān)程序和結(jié)論。這個結(jié)論可以是已有的，但是學(xué)生必須自己用MATLAB搭建模型或者自己編寫程序，鍛煉查找資料、運用所學(xué)知識分析解決問題、撰寫論文和運用MATLAB建模仿真（編程）的能力。論文成績占總成績的20%。

以前學(xué)生的總成績由平時成績和期末考試成績組成，注重基礎(chǔ)理論知識和運用課本知識進行計算的能力;新的考核方式中，增加的階段測試（中期考核）和論文、討論課的表現(xiàn)，考核學(xué)生團隊分工合作、口頭表達和寫作能力及運用專業(yè)知識分析解決問題的能力。

4 結(jié)語

通過對電力系統(tǒng)基礎(chǔ)教學(xué)改革方法的研究，使該課程的教學(xué)方法多樣化，考核方式多樣化，使學(xué)生能將基礎(chǔ)理論與工程實際聯(lián)系起來。通過多種途徑，努力將學(xué)生培養(yǎng)為具有綜合思維能力和綜合處理問題能力的新型人才，達到專業(yè)認證標(biāo)準(zhǔn)。

參考文獻

[1]王世山，高欣欣，陳杰，等.“電力系統(tǒng)分析”課程的教學(xué)革新探索[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報，2017，39（5）：46-49.

[2]張艷麗，劉曉敏，崔繼仁，等.Matlab在電力系統(tǒng)分析教學(xué)中的應(yīng)用[J].中國管理信息化，2017，20（19）：223-224.

[3]周珊，高嬿.“電力系統(tǒng)分析”課程教學(xué)改革方法的研究[J].中國電力教育，2009（16）：56-57.

[4]余強，夏雙.電力系統(tǒng)課程體系教研一體化教學(xué)模型探討[J].教育教學(xué)論壇，2017（50）：146-147.

[5]俞曉冬.微課促進高校教學(xué)模式改革思考[J].中國教育技術(shù)裝備，2018（8）：105-106，114.