“電網絡分析與綜合”課程改革與實踐研究

邵定國，畢 青*

（上海大學機電工程與自動化學院電氣工程系 上海 200444）

“電網絡分析與綜合”課程是電氣工程學科的重要理論基礎課程，也是電氣工程學科碩士的必修學位課程。該課程從電氣工程基本的電路原理和理論入手，以電路網絡和數學分析為基礎，培養學生分析和解決電氣工程領域問題的能力，使學生掌握電氣工程科學內涵與思維方法。因此，建設一門高質量的“電網絡分析與綜合”課程，對學生科研能力的培養和后續電氣工程領域的發展具有重要的意義。

1 “電網絡分析與綜合”課程存在的問題

①課程教學內容不夠凝練，缺乏個性化培養。電網絡分析與綜合課程教學內容主要分為兩部分：網絡分析和網絡綜合，電網絡分析是在大學本科電路基礎上，進一步研究大規模電路的基本規律與分析計算方法。電網絡綜合介紹了無源濾波器和有源濾波器的基本知識和綜合設計方法。我國高校電氣工程一級學科下有電力電子與電力傳動、電機與電器、電工理論與新技術等多個二級方向，電網絡分析與綜合課程教學內容繁多[1]，二級專業研究生學習需要根據專業拓展部分課程知識，因此針對不同專業方向的學生，課程教學內容如何凝練調整，如何個性化拓展教學，是課程教學中面臨的問題。

②教學方式單一，缺乏啟發性。電網絡分析與綜合課程教學通常采用“滿堂灌”的教學方式，教師是課堂教學的中心，學生被動地學習。這種線性教學方式下，易造成知識點堆積，不利于學生對知識的理解和掌握，也難以引導學生自主思考，掌握科學研究問題的方法。

③課程建設缺乏實踐環節，學生無法學以致用。“電網絡分析與綜合”課程建設一般以基礎理論分析計算、試卷考核為主，試卷考核無法搭建理論和實際應用之間的“橋梁”，學生不能更好地學以致用，變相抑制了這門課程的實踐性和創造性[2]。課程實踐是學生深化理解理論知識、學以致用的有效方法，課程建設結合實踐環節才能提升教學效果。

“電網絡分析與綜合”課程作為電氣工程學科的專業基礎課程，針對課程中存在的問題，本文在原有課程內容的基礎上，從基本理論向專業方向領域延伸，對“電網絡分析與綜合”的課程內容和課程實踐進行改革探究。

2 “電網絡分析與綜合”課程改革與實踐

目前上海大學電氣工程學科研究生均需修讀“電網絡分析與綜合”課程，研究生專業分別為電機與電器、電力電子與電力傳動、電力系統及其自動化和電工理論與新技術四個二級專業，充分考慮學科二級方向的共同點和差異性，引導學生進行探究學習是本課程建設改革需要重點關注的問題。

2.1 課程內容改革

上海大學電氣工程專業“電網絡分析與綜合”課程在研究生一年級秋季學期開設，共40 學時，教材為吳寧編著的《電網絡理論分析與綜合》[3]。由于學時所限，該課程講授內容主要包括電網絡理論概述、網絡圖論與網絡方程、線性網絡的信號流圖分析法、靈敏度分析、無源網絡綜合和濾波器綜合等內容。為了使本課程更好地服務于不同專業方向的學生，“電網絡分析與綜合”的課程內容需要結合各個研究方向的專業特點和最新研究內容做出調整[4]。

課程組對標國家核心課程指南中的“高等電路與網絡分析”（學術學位）課程大綱目標和內容，學術學位研究生課程在原有基礎理論教學內容中增加優化控制理論，最優化原理介紹（極小化問題，基本迭代算法、無約束問題的極小化），優化問題目標函數的定義等內容。課程組對標國家核心課程指南中的“電網絡分析”（專業學位）課程大綱目標和內容，專業學位研究生課程增加電磁兼容理論內容，同時結合本校學科發展優勢，如電動汽車、智能電網及電工新理論等方向，適當拓展了課程內容。

拓展的各個二級方向的課程內容如下：①電機數學模型與控制：介紹交流電機的數學模型與電網絡模型，闡述電機控制的基本方法，討論電機調速控制的應用特點。②電力電子變換與微電網應用：介紹電力電子變換基本電路和微電網架構互聯，闡述電力電子電路和微電網系統的控制方法，重點講述PWM功率變換和微電網穩定性設計，研究微電網系統建模，包括導納阻抗網絡分析法等，指導微電網穩定性分析與穩定控制設計。③現代電力系統優化與決策分析技術。介紹現代電力系統的優化決策問題和方法，闡述現代電力系統的特點，介紹含新能源電力系統的等值電路、潮流優化和經濟調度方法，重點講述智能電網與能源互聯環境下的資源優化調度和電力市場化運營決策分析技術。④圖像處理及數字濾波技術：介紹圖像處理的相關概念和分類，重點講述幾種圖像濾波器的原理及其應用，小波降噪算法原理及分析等。

這些內容作為本課程各個二級方向的拓展內容，可以采用調研報告講座為主，課堂教學為輔的方式展開。學生可以提前幾周選擇自己相關方向的研究主題，通過查閱文獻、小組討論、仿真實驗、PPT 制作以及成果匯報的過程，加深對電網絡理論知識理解的同時，還能鍛煉學生的團隊合作能力、科研能力以及成果展示能力。教學實踐表明，這些教學內容的調整可以更好地激發學生的興趣，能夠幫助學生更好地完成基礎理論到專業方向研究的過渡。

2.2 課程實踐改革

為了提高學生立足基本理論，思考解決實際問題的思辨能力和動手實踐能力，本課程在教學過程中加入實踐環節，實踐教學環節秉持“以學生為中心的”教學理念，教師在課堂中的角色由主導變為指導，引導學生探索與探究，本課程實踐教學環節采用項目驅動教學法[5]。項目驅動教學法是通過實施一個完整的項目而進行的教學活動，其目的是在課堂教學中把理論和實踐教學有機地結合起來，提高學生解決實際問題的能力。

本課程項目驅動教學是兼顧教學內容的理論性、學科最新發展及學生的培養要求，既考慮共性問題又兼顧不同專業方向，架起理論聯系實際橋梁的重要環節。綜合考慮課程內容和二級學科的特點要求，課程組準備了以下幾個課程設計方向：

①濾波器設計。濾波器在電氣工程不同的研究方向上均有所應用[6]，但濾波器設計是本課程的一大難點。針對這一課程難點，不同專業方向的學生可以結合相關研究方向的應用場景，設計不同的濾波器，具體課題方向如表1 所示。在濾波器設計過程中，要求學生根據實際應用的要求，結合濾波器的相關理論確定濾波器的類型、參數和實際電路元器件的參數，并進行仿真或搭建硬件電路實驗進行驗證。

表1 濾波器設計課題內容

②復雜網絡仿真與分析。復雜網絡分析是電氣工程領域重要的分析方法，同時也是本課程的另一難點。這一課題的設置能讓學生更好地掌握電路網絡的分析方法，并將其用于電氣工程中復雜網絡問題的求解分析[7]。根據本部分的課程內容，同時引入不同二級學科方向及最新研究成果，設計不同的課題，具體的課題內容如表2 所示。學生可以根據課題組的研究方向選擇課題內容，通過查閱文獻等方式確定研究對象的網絡結構，運用電網絡分析方法，結合MATLAB 等軟件對其進行求解分析[8]。

表2 復雜網絡仿真與分析課題內容

③自定義方向。除了教師給定的方向外，也鼓勵學生根據導師研究方向和課題要求，或者根據自己感興趣的方向進行實際電路設計或算法編程應用。

本課程實踐的目標是引導學生進入電氣工程學科領域，能基于性價比、工程可行性分析、實際應用工況等進行相關設計。課程實踐過程中，學生需要結合實際的應用場景，從電氣工程專業的角度進行分析，同時學會使用常見的仿真軟件，如MATLAB、Multisim、ANSYS 等[9]。課程項目考核主要以報告的文獻檢索、最新科技發展、設計項目目標的科學性及先進性、課程設計的方法和正確性、與工程問題的結合性等方面進行考評，引導學生獨立思考。學生的成果展示和反饋結果表明，課程設計可以加深學生對課程知識的理解，培養學生在電氣工程領域的科研思維，鍛煉學生獨立分析解決實際問題的能力。

后續課程實踐研究將通過幾輪課程項目實踐，根據學生的選擇及項目報告，優化調整課程項目。

3 課程教學改革成果

“電網絡分析與綜合”課程于2019 年列入上海大學研究生拔尖創新人才培養計劃項目課程建設，2021 年入選上海大學一流研究生教育學位核心課程建設項目。

4 結論

針對我國高校電氣工程專業研究生“電網絡分析與綜合”課程存在的問題，本文充分考慮研究生二級學科方向的共同點和差異性，從基本理論向專業方向領域延伸，對“電網絡分析與綜合”的課程內容和課程實踐進行了改進。該教學實踐表明：這些改進可幫助學生更好地實現基礎理論到專業方向研究的過渡，收到了良好的教學效果，學生綜合素質和科研能力均有所提升。