高職《電力系統分析》課程教學改革探討

范其麗 甄亞

【摘 ? ?要】電力系統分析課程是高職供用電技術專業的核心課程，其理論性、實踐性和綜合性都很強，是培養我國的電力行業人才的基礎。它有助于提升學生的理論知識理解及實踐能力，培養學生的社會實踐和科研能力，因此，脫離工程實踐的教學毫無意義。然而目前我國各大高校在該課程的教學過程中普遍存在一些問題，急需改革。本文針對目前該課程教學中存在的問題進行了分析，提出了教學改革的策略。

【關鍵詞】高職院校 ?電力系統分析課程 ?教學改革 ?探討

中圖分類號：G4 ? ? 文獻標識碼：A DOI：10.3969/j.issn.1672-0407.2020.08.020

一、電力系統分析課程概述

《電力系統分析》課程是我國各大高職院校供用電技術專業的核心專業課程之一。該課程的主要內容是講解電力系統中暫態分析和穩態分析的相關概念、原理、計算等。通過該課程的理論學習和試驗教學，專業內的學生首先必須掌握的是電力系統的基礎理論知識，并具備一定的動手操作能力，能夠將所學理論與實踐作業緊密地結合在一起。只能這樣，才能夠更好地為我國的電力系統服務，才能更好地保障我國電力系統的安全性和高質量，同時也更好的保障了自身和他人的生命財產安全。

二、電力系統分析課程教學改革的必要性

高職《電力系統分析》的改革必須以社會需求為要求，通過科學合理的改革與創新提高課程教學質量。電力系統分析課程主要提升學生的電學知識水平及職業素養，對于培養電學職業型人才具有重要意義。電力系統分析課程主要包含三部分：一是電力系統穩態分析;二是電力系統暫態分析;三是專業課實踐。學生通過學習實踐掌握相應的系統知識技能，在實踐過程中鍛煉動手能力，這能夠為后期考試或深造打下良好的基礎。要提升學生的實踐能力，就必須培養學生自主學習精神并激發學生主動探究的動力，因此，不管是在教學內容方面，還是在教學方法方面，對電力系統分析課程進行教學改革都是非常有必要的。通過改革，課程培養目標與時代的發展要求接軌，對人才的培養效果就能夠更好地反映出學生在綜合素質方面的提升，應用型人才需要具備較強的實踐能力和創新意識。因此在電力系統分析教學中應重視對學生這兩方面能力的培養。

三、電力系統分析課程教學存在的現狀與問題

首先，該課程在教學設置上主要是理論知識和分析計算。理論知識包括概念、原理、方法等，分析計算包括三相短路的計算、簡單不對稱故障的計算、潮流計算等。該課程中無論是理論知識還是分析計算，都具有很強的復雜性、關聯性和抽象化。如果僅僅是課堂上的傳統的講解方法，學生沒有足夠的時間和條件將所學結合實踐，導致的結果就是理論和實踐的脫節。

其次，重理論輕實踐。目前高職院校在教學電力系統分析課程時，教師花大量的時間對公式進行理論推導和演算，很少聯系實踐進行教學，導致學生無法建立起相關的電力物理模型概念，整個教學過程中缺乏對學生的工程實踐能力的培養及規劃。該課程的教學內容主要分為電力系統穩態分析和電力系統暫態分析，當前，課程以理論分析為主，對線性方程、非線性方程、微積分等數學基礎課程要求較高，同時涵蓋了電路理論、電機學、電磁場等專業技術基礎課程。在理論分析的同時實踐課程占課時比重很小，學校在課程安排上沒有給予足夠的重視，造成了實踐課程教學不足，在一定程度上限制了學生的實踐操作能力、科技創新能力甚至團隊協作能力。

再次，教學方法落后，理論和實踐的脫節，學生缺乏興趣。主要表現在：（1）在教學內容上，過多強調理論知識的講授，忽視了與電力工程實踐問題的聯系，缺乏工程實際背景分析;（2）在教學方法上，重視電力系統理論的推導與分析，忽視了電力系穩態與暫態之間、各元件之間的綜合內在聯系，缺乏各部分在電力工程中的應用;（3）在教學組織上，重視課堂教學，忽視了實踐教學的輔助作用，缺乏對學生實踐能力和工程素質的培養。這些問題造成了教師課堂講授困難，學生課堂學習枯燥、缺乏興趣。

最后，理論性強、數值計算過程繁瑣，內容重復交叉。電力系統分析課程教學內容具有理論性強、數值計算過程繁瑣、密切聯系電力生產實際的特點，然而，由于該課程教學內容大量涉及正弦穩態網絡方程和動態網絡方程的建立過程，分析方法為先行課程電路原理所學內容，重復交叉內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，上述網絡方程通常為非線性代數方程和微分方程，其求解使用的數值計算方法不屬于前期基礎數學課的教學內容，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。另外，數學模型的推理步驟和給出模型的數值計算結果，學生難以理解也無法參與模型求解的數值計算過程，造成數學模型求解能力的缺失，也不利于學生進一步學習和掌握電力系統仿真軟件的使用方法，難以培養學生分析和解決復雜工程問題的能力，導致不少學生在后續課程設計和畢業設計環節中難以獨立完成工程設計任務。

四、高職電力系統分析課程教學改革的思路與途徑

（一）構建電力系統分析課程體系

根據電氣工程及其自動化專業的人才培養目標，按照教學大綱要求結合工程教育的要求和專業特點，將工程應用融入到課堂教學的理論計算與分析中，加強學生電力系統工程的整體概念，提高學生的工程實踐能力，增強學生課程學習的興趣。結合改革與實踐探索，要積極構建以工程應用為主線，加強理論教學，突出實踐教學，擴展綜合課程設計、畢業設計和科研實踐的三位一體的立體化教學體系。該體系可體現理論教學、實踐教學與工程應用的有機結合。 實踐教學體系的重點是加強工程訓練，突出工程素質培養，將課程實驗、課程設計、畢業設計與科研創新進行有機結合，實現對大學生工程應用能力和創新能力的培養。兩個教學體系是相互滲透，教學體系更加科學合理，加強了教師教學的針對性，提高了學生學習的主動性和積極性。

（二）更新課堂教學思想，優化課程內容設計

對于教學思想建設，高校和教師都應突出應用特色，重視對學生實踐能力的培養，以提升教學的質量為主要目標。新的教育思想應重視培養學生對運行數據和拓撲結構的開發提取，讓學生真正掌握技巧和實踐規律，培養學生在工程實踐中的應用能力，促使教學和科研緊密結合。內容設計應重視基礎知識脈絡，清晰展現各基礎概念和技巧，在課程內容安排上，應針對不同概念間的聯系對課程進行合理安排。在教學新章節時應加強新舊知識之間的聯系，促進不同知識點的相互補充。如出現和舊課程重復的內容，教師應簡化甚至避免重復闡述，例如，在學習電機過程中會涉及等效模型及電壓磁鏈等內容，教師在教學過程中應對這些內容進行適當編排，將重復的內容簡化處理以節省課堂教學時間，而節省下來的時間就可讓學生進行實驗設計和操作。另外，教師應積極在課堂教學中加入電力系統的技術及理論成果，拓寬學生視野，充分培養學生對知識的綜合運用能力。電力系統分析課程的教學內容也可以由企業專家或相關學者進行講解，學校可以邀請專業人士來校講解并研討相關課題，專家對我國當前的電力運行狀況以及未來國家電力系統的發展前景作出科學評估。與此同時，來校專家還可以給學生多講解一些現實案例，使學生積累更多的實際運用知識，讓知識超越書本的限制。

（三）改進教學方法和方式，積極構建模塊化教學

1.采用行動導向教學。行動導向教學是近年來高職高專嘗試采用且行動有效的教學方法。電力系統分析在開篇介紹完電力系統相關概念后，介紹學生熟悉ETAP軟件，讓學生以小組的形式嘗試建立一個簡單的水電廠、電網、2個10kV小區這樣一個簡單的電力系統接線圖，讓學生思考接線圖中的電氣元件都有哪些、元件有哪些參數、何為發電機和變壓器的中性點等相關知識，讓各個小組帶著問題去學習。針對供用電技術專業的教學，給予學生工業與民用配電設計手冊和注冊電氣工程師相關設計手冊的電子版，讓他們嘗試學會查資料，盡早接觸工程勘察設計相關知識。

2.啟發式和討論式教學。將原有的填鴨式教學變為討論式教學，在講解過程中允許學生提問并開展討論，例如在講解電力系統電壓、頻率調整、經濟運行模式時，讓學生以小組形式提前預習電能質量的三個要素電壓、頻率、波形，并討論如何保障電能質量的三個指標滿足要求。將原有的填鴨式教學變為啟發式教學，引導學生思考，并給學生的思考空間，比如在講不對稱短路電流分析時，由于已經學過了對稱短路電流分析，引導學生想辦法把不對稱短路化為對稱分量，進而推導出對稱分量法。

3.采用翻轉課堂教學法。將班上學生分成若干小組（3人一組為宜），在課下通過分工合作完成ETAP軟件項目式作業和課后作業，課堂上由組員展示、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。翻轉課堂提高了學生的自主學習能力、團隊合作能力、溝通能力和語言表達能力。

4.教學方式采用網絡教學和ETAP軟件教學。隨著高職網絡學習平臺（慕課、智慧職教以及學院智慧校園平臺）的建設，教師將課程教學大綱、進度計劃、課件、微課、相應的國家標準、工具書、以國網公司試題庫為基礎的任務練習、以ETAP為基礎的工程項目等教學資源上傳課程網絡空間。學生根據自己的安排進行學習、提交平臺作業，算入平時成績，期間可通過微信或者在線答疑等形式進行交流。采用ETAP軟件教學，教師對比了PWS軟件、PSASP軟件、MATLAB/SIMULINK軟件和ETAP軟件各自的優缺點，再結合高職生的英語水平提出采用ETAP軟件教學。學完模塊以后引導學生完成電力系統建模，學完潮流分析后引導各小組完成電力系統的潮流計算及結果分析。學習完電力系統分析調整與優化模塊后，引導各小組完成電力系統分析的電壓調整及經濟性分析。學習電力系統故障分析后，引導各小組完成電力系統對稱性短路計算及結果分析。以虛擬仿真平臺為依托，進行數值仿真手段輔助教學，ETAP仿真軟件教學使抽象的電力系統變得可視化，使學生對電力系統的計算分析更易于理解、掌握。

（四）利用仿真實驗，加強實踐教學

電網綜合自動化實驗室具有豐富的教學資源，電網變電站仿真系統軟件，能模擬電力系統發電、輸電及配電的工作過程;通過電網變電站仿真系統平臺，猶如進入真實的現場，學生可按照實際電網及變電站的運行模式，進行實踐操作學習，提高學生的工程實踐能力，使學生能將理論與實踐結合起來。對實驗室來說，電力系統專業所能接觸到的所有應用幾乎在這里都可以實踐，教師根據課程內容，在實驗室環境下模擬現實的電力系統故障，學生根據自己所掌握的知識分析并判斷操作技巧。將課堂知識和實際緊密結合，學生在解決問題的同時也有效地鞏固自己的知識體系，并且實驗具有一定趣味性，學生通過實驗能夠增進對學科學習的興趣，以此提升教學品質和效率。實踐教學方面，高職院校課建立一定數量相對穩定的電力類校外實習基地保障開展實踐教學，組織學生到水利發電廠、變電站、設備制造企業和10kV配電端參觀學習，在前兩個實習單位由經驗豐富的教師或企業專家帶領學生參觀了調度中心，介紹他們的工作內容，指導學生通過潮流分布圖監測電網運行狀態，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，通過故障錄波記錄觀察短路發生的過程，使學生體會到電力系統分析在調度、運行方式等方面的應用。

總之，《電力系統分析》課程是高職供用電技術專業的一門重要專業核心課程，它為后續開設的電力系統繼電保護、發電廠電氣部分、高電壓技術、電力系統調度自動化、電力系統自動裝置等專業課程提供了必要的知識儲備，對電力專業人才培養起著舉足輕重的作用。本文對電力系統分析課程進行改革，并在教學中不斷進行新的探索和修正，不斷提高課程的教學質量，注重課程理論與工程實踐的有效結合，從而培養和提高學生解決工程實踐問題的能力，提高學生自主學習和綜合分析問題的能力。

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