新工科應用型人才培養背景下“電力系統分析”課程教學改革探索

摘"要：針對電力系統分析課程現有教學方式難以適應地方高校新工科應用型人才培養要求的狀況，從課程教學內容、教學方法、課帶實驗、考核方式四個方面開展教學改革探索，并將所提改革策略應用于教學實踐。實踐結果表明，學生在知識掌握、知識應用、能力培養方面均有顯著提升，改革效果較好。

關鍵詞：新工科應用型人才；電力系統分析；教學內容；教學方法；考核方式

0"引言

近幾年，很多地方高校積極深入開展新工科研究和實踐，探索以學生學習成效為導向的工程教育模式，努力提升學生創新創業素養和工程實踐能力，培養適應地方經濟社會發展需要的高素質應用型人才。為適應新工科應用型人才的培養要求，工科專業的培養方案、培養模式需要進行改革創新，工科專業的各門課程也要順應要求進行改革。

“電力系統分析”（以下簡稱電分）課程是電氣工程及其自動化專業的核心必修課程，其延續于“電路原理”“電機學”“電磁場”等多門先導課程，又是后續專業課程學習的重要基礎。多年來，課程一直以任課教師PPT授課、滿堂灌的方式為主，這種傳統的授課模式難以解決教與學存在的諸多問題。

（1）學時縮減但教學內容變化不大。過去應對這個問題的做法是拉快進度，減少例題講解，結果學生普遍反映聽不懂，學習效果較差。

（2）部分內容抽象難懂與學生學習差異性大的問題。課程涉及的先導課程多，理論性強，學生對先導課程掌握的程度參差不齊，通常基礎弱的學生面對難學的內容不是選擇迎難而上，而是直接放棄不學。

（3）單一的授課方式難以長時間集中學生的聽課注意力，學生的學習積極性很難被調動。

（4）學生自主學習能力以及解決問題的能力難以提升。多數學生學習被動，僅停留在表面知識的學習上，很少有學生會應用知識去解決工程實際問題。

（5）現有實驗項目設計偏簡單，沒有與工程實踐緊密結合起來。

為解決上述問題，培養具備實踐能力和創新能力的學生，課程圍繞教學內容、教學方法、課帶實驗與考核方式四個方面進行改進，以達成新工科應用型人才培養目標。

1"優化教學內容

通過優化理論教學內容解決電分課程學時縮減問題。在教學內容中引入貼近工程實際的項目案例解決理論知識與工程聯系不緊密的問題。為學生拓展電力系統新技術、新成果，開拓學生的學術視野，培養學生的創新思維能力。

1.1"基礎教學內容

根據教材內容和學時數合理配置課堂授課內容非常必要。電分課程基礎內容多，公式推導多，比如線路各序參數計算公式、等值電路等內容，推導比較繁瑣，如果這些內容都講授，教學時間不夠，基礎不好的學生不易學懂，容易喪失學習的興趣。

為符合地方普通高校新工科應用型人才培養要求，電氣工程專業的學生應該有電力系統的整體概念，初步掌握電力系統發電、輸電、配電、用電各環節的主要設備和基本組成，掌握電力系統穩態分析和暫態分析的基本概念、基本模型和基本計算方法。因此，課程基礎教學內容的重點放在“基礎+應用”上，即強調學生對電力工程基本概念和基本知識的掌握，以及知識在工程實踐中的應用。鑒于此，課程對各章的基本內容進行梳理，理清各章的主要知識點、重點和難點，教學時以基本概念、基本方法為主線，由淺入深地引出主要知識點，結合知識應用和系統性的工程實例講清重點和難點。對于一些抽象難懂且要求學生基礎好的內容，比如電力線路參數計算，不講授繁瑣的推導，鼓勵學有余力的學生自學，重點講清這部分內容的結論在實際工程中的應用。

1.2"拓展內容

首先，在課程中融入思政元素；其次，為強化“實踐能力、創新能力”，對基礎教學內容進行拓展，引入知識應用案例、系統性的項目實例、最新成果和動態。

（1）融入思政元素。從時代楷模與身邊榜樣、電氣工業重大工程、電氣人的光榮使命等方面介紹本領域的突出人物和重要成就，以人物故事涵養家國情懷，以科技成就傳播科學精神，以科學問題激發學生創新熱情［1-2］。

（2）引入貼近工程實際的項目案例。比如講授短路計算時，引入發電廠升壓站或變電站的短路計算案例，既有助于為學生補充工程背景知識，又能讓學生理解短路計算方法在實際工程中是怎么應用的，能把不同時間段分散學習的知識融匯在一起去解決工程實際問題，實現理論與實際的充分結合。

（3）介紹電力系統的新技術和新成果。比如講授電力系統的基本概念時，在傳統電力系統的基礎上，給學生介紹新能源發電、特高壓電網、智能電網等方面的簡單概念，讓學生初步認識我國能源轉型的發展方向和電力系統發展演化趨勢，對新型電力系統的構成有簡單的認識。

2"改進教學方法

電分課程理論分析和計算占主要部分，學習難度較大，因此，在課堂教學中，要注重教學方法和教學手段的改進。課堂教學不僅要改變全程純粹PPT授課的現狀，還要積極創新課堂教學形式、內容和方法，增強師生的教學互動，激發學生的學習興趣和主動性［3］，讓教師從傳統課堂中心的講授者變為學習的設計者和促進者。在教學中將傳統的講授法與問題啟發、案例教學等方法有機結合，以增強教師與學生之間、學生相互之間的互動。另外，充分利用雨課堂平臺及優質慕課輔助課前、課中、課后的教與學。

2.1"采用啟發式教學法

提問、討論是增強師生互動、交流的有效方式，教師提出問題，啟發學生積極思考或組織學生討論回答，這種方法能很好地體現“教師主導—學生主體”的教學策略。教師結合課程學習目標設計問題，例如：單相電路導出的公式為什么可以直接應用到三相功率和線電壓的計算？變壓器的零序等值電路及其與外電路的連接與變壓器繞組的接線方式有什么關系？利用均一電力網的特性如何簡化潮流計算？教師可以課堂實時提問，也可以課前發給學生，組建小組進行討論學習，形成討論結果及問題解決的好方法，課堂上小組匯報最后由教師進行補充總結。教師還可以通過問題設置幫助學生理解教學中的重點、難點、實例求解等內容。比如，在講解潮流和短路計算實例時，不是直接給出求解過程，而是設置問題啟發學生思考解題步驟，引導學生學會應用所學知識去解決實際問題。啟發式教學能夠充分給予學生自主學習空間，培養自主學習能力和解決問題的能力，通過問題面對面的互動加深學生對基本知識的理解和應用。

2.2"采用案例教學法

案例教學有助于學生理解抽象難懂的知識點，培養學生利用理論知識分析工程問題、提出解決方案的能力。案例教學可以采用三種方式：（1）課堂案例演示，比如電力系統潮流問題，借助仿真軟件演算一個系統，通過改變系統運行方式、網架結構、增減負荷，讓學生觀察潮流數據的變化，對比有功功率損耗、無功功率損耗、壓降的大小，體會潮流計算是分析電力系統運行安全性、經濟性及電壓質量的重要依據；（2）課堂案例講解，學生先自行總結案例求解需要用到的知識模塊，給出解題思路及步驟，教師帶著學生進行分步求解；（3）工程案例討論，比如短路計算模塊，選用變電站或發電廠升壓站的短路計算案例，案例包括三相短路和不對稱短路計算，先由學生課下分組完成，課堂上小組匯報解題思路和計算過程，提出計算中遇到的疑惑或問題供大家交流，最后由教師系統性地講解。

2.3"雨課堂平臺及優質慕課輔助課程教與學

為了使學生更好地學習電分課程，利用雨課堂平臺發布課前預習、課后作業、作業解答等資料，學生通過這些資料進行課前預習、課后復習、提交課后作業等。課堂上利用雨課堂平臺以選擇題、填空題等方式推送知識應用題給學生，方便教師實時掌握學生的課堂學習動態，還能以彈幕方式助力師生互動，增強課堂教學氣氛。為學生推薦優質慕課，要求學生先在線上預習，課堂講授時對于簡單的內容，直接用雨課堂平臺推送知識應用題并進行簡單總結即可；對于重點內容和難點內容，則結合案例詳細講解，這樣有助于在規定的學時內完成更多的授課內容。合理利用優質教學資源，是對課程學習的有效補充，不僅幫助學生更好理解相關知識點以及掌握知識的應用，還能提高學生發現問題、分析問題以及自主學習的能力，提升學生的學習興趣和學習效果。

3"優化實驗項目與改進實驗教學方法

電分課程工程實踐性強，學生不僅要掌握基礎理論知識和基本計算方法，更要具備解決工程實踐問題的能力，為此，實驗內容和實驗教學方法也是課程改革的重要環節。以往實驗項目的設計是以教材內容和任課教師的實際經驗為主，項目內容設計簡單難以貼近工程實際。結合新工科應用型人才培養要求，課程實驗將理論知識應用、工程實踐能力培養、創新能力培養三者有機結合。首先，在理論教學內容中引入項目案例講解，為學生補充專業工程背景知識；其次，結合教材內容和工程實踐項目設計貼近工程實際的實驗項目讓學生加以訓練，在實驗中鍛煉學生的工程實踐能力，提升學生對理論知識的理解與應用能力［4］；最后，以實驗項目為基礎加以凝練與拓展，指導學生申報創新創業訓練項目。

3.1"實驗項目優化

實驗共設置三個項目，結合潮流計算和調壓的學習目標，設置4學時的1個實驗項目，短路模塊設置2個實驗項目，分別為2學時，共計8個學時。每個實驗項目都設置有針對性的問題去引導學生如何利用課程所學知識分析并解決實際問題。

（1）潮流計算與調壓實驗。針對給定網絡，學生首先借助仿真軟件建立網絡模型，計算最大運行方式和最小運行方式的潮流分布；接著引導學生觀察計算結果，再結合理論知識，對不滿足電壓指標的節點，分析引起電壓偏移過大的主要原因；最后通過調節發電機無功、改變變壓器抽頭、接入靜態無功補償器等方式調整電壓，分析不同調壓措施的調節效果。

（2）短路實驗。短路實驗設置2個項目，第一個實驗項目是恒定電勢源供電網絡三相短路暫態過程分析，實驗主要任務是讓學生理解短路電流的變化規律，沖擊電流的概念及出現的條件，非周期分量及周期分量的特點等。第二個項目是發電廠升壓站或變電站的短路故障計算，學生通過三相短路和各種不對稱短路故障計算，掌握不同短路類型的特點和短路計算結果的應用。

3.2"采用探究式實驗教學方法

探究式教學方法是關注學生自主學習過程，通過探究、引導，激發學生積極主動地探索問題，尋求問題的答案，讓學生在探究學習的過程中形成對知識自主構建的一種教學方法。電分課帶實驗以仿真實驗為主，過去學生只學會用仿真軟件完成相關計算，然后整理計算結果撰寫實驗報告即可，整個實驗下來學生不知所云，計算出的數據是何含義也不會深究。為提升實驗教學效果和提高學生實踐能力，實驗教學方法的改革也十分必要。為此，課程嘗試以探究式實驗教學方法為主，實驗中教師加以引導，鼓勵學生分組討論，探究實驗數據，匯總理論知識，并拓展到知識的應用。

下面以“短路故障計算”實驗項目為例，說明探究式實驗教學的實施過程。實驗所用計算網絡如圖1所示，實驗前學生通過預習匯總三相短路和各種不對稱短路的主要知識點，針對給定的計算網絡手算一遍。實驗時學生借助仿真軟件建立網絡模型，先計算三相短路，再按圖1所示依次改變變壓器聯接組別，計算各種不對稱短路的短路電流和母線電壓。教師引導學生結合實驗過程及計算數據關聯出所學的知識點，學生分組討論探究幾個主要問題，比如：聯接組別變化時，單相接地短路和兩相短路接地的短路電流及電壓變化趨勢及原因分析，兩相短路為什么不受影響？如何控制單相接地短路電流小于三相短路電流？結合討論結果進一步探究短路計算結果的應用，比如，中性點接地方式及電氣設備選型的應用分析。最后，讓學生將短路手算結果與軟件計算結果進行對比，促進學生理解模型簡化，計算過程簡化對計算結果的影響。

這種實驗教學方法充分調動學生主動思考意識，拓展學生學以致用的能力，多數學生積極參與，表現出很高的興趣，進而非常認真地完成整個實驗過程，學生分析問題、解決實際問題的能力有效提高。

4"課程考核方式

課程以往的考核方法是期末卷面成績占80%，平時成績占20%，其中，期末考試的考核內容偏重于記憶性的基礎知識和比較單一的計算，平時成績考核以作業、實驗為主，考核方式單一且傾向于學習結果評價，不能充分體現學生自主學習的過程。為充分調動學生自主學習、主動參與學習的積極性，更好地促成新工科應用型人才培養目標的達成，應構建與教學過程相適應的考核內容和評價方式。

4.1"課程考核內容

充分考慮能力培養目標，對考試題型與考試內容均作出調整，例如：簡答題改為簡答與分析題，不僅考察學生對知識點的掌握，也考察應用知識點去分析實際問題的能力；計算題改為綜合計算題，將計算與分析結合起來。

4.2"課程評價方式

期末卷面成績比重降為50%，平時成績占比為50%，平時成績從多方面進行考量：（1）課前預習、課堂表現等（占15%）；（2）平時作業占10%；（3）實驗成績（占15%），根據實驗預習、實驗過程表現、實驗結果和實驗報告等綜合評定；（4）工程案例作業占10%，采用個人獨立完成或分小組協作完成，根據完成情況和課堂展示情況等綜合評定。在課程評價方式中，學生學習過程也成為平時成績評價的重要依據，學習過程評價體現在各項占比中，主要考察學生的日常表現，如，課前預習、課堂問題討論的參與度、知識應用能力、分析和解決實際工程問題的能力和項目協作完成的能力，實驗動手能力、實驗數據的處理和分析能力等。

5"教學效果分析

目前，課程所提改革策略已應用于兩屆學生的教學實踐，從以下幾個方面均能體現課程改革的效果。

（1）教學過程參與率大幅上升。根據雨課堂平臺記錄數據，大部分學生課前主動完成預習，準備充分，課堂上積極參與問題討論，課后認真及時提交作業，課堂答題的正確率也比較高。

（2）知識掌握方面。課堂答題和期末考試卷面成績在一定程度上可以反映學生對課程知識的掌握程度，2020年及以前，卷面不及格率均在50%左右，2021年和2022年降到了20%左右，擺脫了掛科率居高不降的局面。

（3）知識應用方面。后續的電氣工程綜合設計和畢業設計，學生對電網規劃、變電站設計、光伏電站保護整定等課題中涉及的潮流計算和短路計算，均能很好地獨立完成。

（4）能力提升方面。學生在畢業實習中表現較好，能獨立分析問題、解決問題。畢業后能很快適應崗位工作，尤其在光伏電站、變電站、調度等工作崗位。

電分課程通過一系列教學改革措施的實施，極大激發學生學習的積極性和主動性，教學效果顯著提升，學生在掌握基礎知識、課程核心內容、知識應用，以及能力培養等方面都比傳統教學方式有著明顯優勢，這些使得課程教學質量和教學水平得到很大提高。

6"結語

為實現地方高校新工科應用型人才培養目標，切實提高學生自主學習能力、創新能力和解決實際問題的能力，結合多年教學經驗從電分課程的教學內容、教學方法、實驗及課程考核方式四個方面進行教學改進，讓課程教學過程真正成為學生掌握知識、學會知識應用、養成探究思維方法、培養能力的重要過程。

參考文獻：

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［3］"習小慧，王金亮，張世健，等.新工科背景下《材料成型原理》課堂教學模式改革［J］.廣州化工，2022，50（20）：248-250.

［4］"趙東升，趙盼，朱曉靜，等.基于LBL-PBL-TBL整合的藥學專業分析化學實驗教學探究［J］.廣州化工，2022，50（1）：146-148.