“電力系統分析”數智化教學技術實踐應用

摘要：隨著近幾年新興科技革命的興起，人工智能、互聯網、物聯網、增強和虛擬現實、區塊鏈技術等已經被越來越多地應用到教育領域，未來的教育格局與學習模式將面臨一場深刻的變革。在科技推動教育轉型的大背景下，新時期對教學與教師的要求也越來越高。高校教育教學改革、虛擬教研室、人工智能在教師教學中的應用，賦予教師更多元化、更專業化的角色，從而培養出更高更全面的素質?！半娏ο到y分析”是電氣工程專業一門重要的專業基礎課，它是一門理論強、概念抽象、內容涉及面廣、與其他電力學科關系密切的專業基礎課。學生和教師反映教學困難，學習困難。為解決傳統課堂教學中存在的問題，我校的“電力系統分析”教學小組大膽地引進了多種數字化教學技術，并在教室中進行了實踐與探究，對不同的數智化教學技術對教學效果的作用進行了檢驗，這對今后的“電力系統分析”課程改革具有一定的借鑒意義。

關鍵詞：數智化教學；電力系統分析；人工智能；課程改革

中圖分類號：G642.0文獻標識碼：A

Abstract：Withtheriseoftheemergingtechnologicalrevolutioninrecentyears，artificialintelligence，theInternet，theInternetofThings，augmentedandvirtualreality，andblockchaintechnologyhavebeenincreasinglyappliedtothefieldofeducation.Thefutureeducationlandscapeandlearningmodelwillfaceaprofoundchange.Inthecontextoftechnologydriveneducationaltransformation，theneweraisalsoincreasinglydemandingforteaching andteachers.Thereformofeducationandteachingincollegesanduniversities，thevirtualteachingandresearchroom，andtheapplicationofartificialintelligenceinteachers'teachinghavegiventeachersamorediversifiedandspecializedrole，soastocultivateahigherandmorecomprehensivequality."Powersystemanalysis"isanimportantprofessionalfoundationcourseforelectricalengineeringmajors.Itisaprofessionalbasiccoursewithstrongtheory，abstractconcepts，widecontentcoverageandcloserelationshipwithotherelectricpowerdisciplines.Studentsandteachersreflectteachingdifficultiesandlearningdifficulties.Inordertoimprovetheproblemsexistingintraditionalclassroomteaching，the"powersystemanalysis"teachinggroupinouruniversityboldlyintroducedavarietyofdigitalteachingtechniques，andcarriedoutpracticeandexplorationintheclassroomtotesttheroleofdifferentdigitalintelligentteachingtechniquesontheteachingeffect，whichisofsomereferencesignificanceforthefuturereformofthe"powersystemanalysis"course.

Keywords：DigitalIntelligentTeaching；PowerSystemAnalysis；ArtificialIntelligence；CurriculumReforms

在新一輪科技革命和產業變革不斷深化的背景下，大數據、云計算、人工智能、區塊鏈等數智技術不斷創新，使數據成為一種重要的生產要素，其價值越來越突出，并且已經滲入了經濟社會的各個領域和各個環節［1］。在數字化轉型持續推進下，傳統產業正以更快的速度向智能化、綠色化、融合化方向轉變，新的產業、新業態和新模式不斷涌現，推動了生產方式和生活方式的深刻變革。在新時期，如何適應數字化時代的發展趨勢，推進數字化智能化的轉型和創新，是當今世界各國共同面對的重要問題［2］。隨著數字經濟的發展，職業結構和人才的知識和技能結構發生了變化，這也促使了高等教育向數字化轉變。因此，培養具有數字思維、數字素養和智算能力的數字人，已經成為全球教育改革的一種重要方向。以數字化轉型推進高等教育高質量發展，既是新時期高校面臨的歷史性機遇，更是高校服務于國家重大戰略的必然選擇［3］。

我們不難發現，在日常的教育管理工作中，出現了許多新的狀況，比如，知識的生產與傳播主體越來越多元化，各種在線課程開放平臺、視頻平臺提供了大量的線上教學資源，這對傳統的人才培養模式提出了嚴峻的挑戰。知識的儲存與組織形式更加碎片化，長時間地學習碎片化的知識，會給深度學習和系統學習能力的培養帶來困難，并深刻地影響了學生的學習習慣。同時，數智化對于師資也有更高的需求，在當前的時代，教師除了要不斷地積累自己的專業知識之外，還要積極地去學習、去適應新的教育情景，并掌握新的教育手段。高校的科研、教學、管理等各項工作都面臨著新的發展機遇和挑戰［4］。高校如何與時俱進，守正創新，走出一條新路。

為滿足“數字化教學”的要求，對“電力系統分析”這門課程進行了改革與創新。教育不僅要注重知識的灌輸，而且要重視對信息的獲取、處理和創造的能力的培養。在電網自身的數字化、智能化水平不斷提高的背景下，培養符合新時期要求的電工人才已是刻不容緩。

1數智化教育概述

1.1數智化教育的基本概念

數智化指的是數字化與智能化的結合，它是在基于數字化的前提下，利用云計算、大數據、人工智能等新技術，挖掘、分析和管理知識數據，并以此來優化行業的相關業務［5］。在數字化時代，電網的運行和控制已由純粹的數字化過渡到數智化，隨著新技術的出現與應用，電力系統中出現了許多新的操作模式與控制手段。在這種情況下，怎樣才能更好地培養出符合時代發展與科技進步要求的電氣工程專業人才，進行教學改革使行業需要與其融合，已經是一個迫切需要解決的教學改革問題。

基于上述數智化的概念，本論文中所探討的數智化教育一般是指以大數據和人工智能技術作為主體，以培養學生的數字思維、數字素養和智算能力，以及解決數智時代中存在的數字能力為目的的跨學科人才培養模式。

1.2數智化教育的基本特征

當前，我們對數智化教育大致有三個方面的特點［6］：

（1）將數智技能作為終生學習的一個主要組成部分。數字化轉型具有深刻的意義，各行業正以數字化技術為基礎，探索構建以數字化技術為基礎的發展模式，要求人才既要掌握本專業的知識與技能，又要具備數字思維、數字素養以及利用智算技巧創新地解決復雜問題的能力。要準確把握數字化轉型對宏觀整體勞動力結構、中觀行業人才需求、微觀工作過程與工作能力需求等因素的作用規律，建立面向數字化能力的人才培養理念。

（2）要重視對學生進行數字化與智能化的科學與技術道德的培養。數智技術的發展，一方面促進了人類生產生活方式的變革，另一方面也使人類社會面臨一些道德問題。在數智化時代，科技人才的培養不僅是一種技術與觀念的繼承，同時也是一種促進技術與社會準則可持續互動發展的關鍵環節，所以，應該加強對科技人員的培訓與道德教育，讓他們能夠更好地解決科技倫理問題。

（3）將數字智慧與數智教育的數字化融合起來。以多學科交叉、應用情境牽動為主要特點的數字化技術，更注重以多樣化途徑培養復合型人才。這就要求在構建數據密集研究范式的基礎上，培養具有數字化轉型系統思維，并能將數據科學技巧和專業知識有機融合的研究人員；同時，還應積極推動產教融合，校企合作，為學生提供有較好的理論功底和較強的動手能力。與此同時，以人工智能為代表的數字化技術，為培養體系的智能化、培養內容的針對性、教學方法的靈活性提供了支持。

2數智化技術在電氣工程專業教學中的應用方式

2.1重設教學目標

數智時代下，電網運行模式將發生翻天覆地的變化，要求電氣專業學生必須具有一定的電氣工程基礎知識，同時還必須具有數據思考與大數據處理與分析的能力，才能適應電網向數據智能轉變的要求［7］。所以，在電氣工程專業的“電力系統分析”課程的教學目的，除了要了解和掌握電力系統的基礎知識和電力系統的潮流計算和短路計算等基本的計算能力之外，還要對學生的數據思維、數據知識和數據技巧進行訓練，使學生能在不同的情況下，對整個系統的信息流進行分析，形成收集、分析和理解數據的思維和習慣。

2.2重設實踐環節

電力系統本身的規模大，安全性要求高，而且不能隨意斷電，這就使得傳統的實踐教學環節很難給學生帶來直觀、感性、全面的感受與認識。因此，該專業實踐課程的設計難度很大，還有許多有待完善的地方［8］，只有加強與電網企業的協作，才能更好地解決這一問題。只有從企業的需要出發，結合企業的具體情況來進行，才能為教學工作提供借鑒。鑒于數智化時代的特征，在實際操作過程中，不僅要讓學生在虛擬仿真平臺上進行仿真操作，還要將更多的實際案例融入教學之中，在實際教學過程中，讓學生作為小組協作的方式來研究、分析、提出解決辦法。充分運用實際電網數據，力求與實際工作情境相結合，既提高了學生的實際動手能力，又能使學生更快地適應工作崗位的需要；采用團隊協作的方式開展實習，是由于在現實生活中，十分需要和其他部門的員工進行交流協作，才能一起完成工作，因此，培養學生的團隊協作精神至關重要。

2.3調整教學內容

由于電氣類課程與電力系統的需要有著密切的關系，所以，教師的授課內容不應該是固定不變的，而是要隨著社會、企業的需要而不斷地調整、豐富自己的教學內容。在教學過程中，不僅要讓學生掌握會計核算的基本知識和技巧，而且要讓學生對交易產生的各種變化進行分析。由于能源和電力工業的發展，使得傳統的計算和分析方法有了較大的變化。比如，在“電力系統分析”課程中，潮流和短路電流的計算是教學中的重要內容，但通常只是要求學生能夠對一些簡單的電力系統進行手算。手工計算在電力系統中的應用，其計算精度和計算速度都很慢，已經逐漸被計算機所取代。因此，教師們在講課的時候，要跟上時代的步伐，不斷地更新自己的教學內容，把重點放在培養學生的數據思維上，探討在數智化環境下，把大數據、人工智能和機器學習等現代信息技術融入“電力系統分析”課程的教學之中，讓學生們在學校里學到的知識和能力，都能與數字化時代的電力企業的工作需要相匹配。

2.4改進教學手段

在“電力系統分析”的實踐教學中，最大的困難就是要對電力系統的實際工作環境進行仿真，創造一個實習場景，讓學生們盡可能地在實際工作中，對電力系統的實際工作情況有一個直觀的認識。數智化時代，信息技術的應用日益廣泛，而虛擬現實技術的出現，為構建模擬工作環境創造了條件。為此，教師應該充分運用信息技術輔助課堂教學，通過中國大學慕課（MOOC）、智慧樹等信息技術，采取混合式教學、翻轉課堂等多種教學方式，實現以數字技術為基礎的數字化升級與多元交互式學習的課堂變革，實現教學時長、課堂空間擴展，解決原本在課堂實踐中，學生的學習進度與知識掌握情況不能完全把握的問題。在教學的全過程中，教師要充分利用數字化技術，優化課前、課中、課后的教學安排，把學生放在第一位，充分考慮到學生的需要，充分發揮他們的主動性，保證最佳的學習結果。在課前，教師可以制作微課，并針對學生提出的問題進行教學。在課堂教學中，通過設置情境，使學生親身體驗電網運行，加深對所學知識的理解；加強教學交互，及時掌握學生的學習狀況，并幫助他們解決學習過程中出現的問題；通過逐步提問，激發學生的獨立思維與探索能力。課程結束后，本課程將以云平臺為基礎，以實際企業為背景，讓學生自主完成作業，以強化所學內容，實現知識與技能的高效轉移。

2.5改革評價方式

在數智化的時代里，教師們必須跟上網絡信息技術的發展步伐和時代的步伐，對新的知識、新的技術進行持續的學習，并熟練地利用信息技術來建立教學情境，并制作多媒體教學資源，以多維、交互式的方式將教學中的難點和重點內容展現出來，讓學生們能夠更好地掌握有關的技能。所以，在“電力系統分析”的教學改革中，師資隊伍是至關重要的。唯有具有深厚專業知識、高度信息化能力的教師，才能將人才培養目標和電力系統新工科建設的需要相結合，為教學內容提供行業場景，并以崗位為指導，搭建一個符合數字化時代對電氣工程人才培養需要的教學平臺。為此，大學要加強師資隊伍的建設，為教師提供訓練和學術交流的機會，并鼓勵并支持他們參加企業的橫向項目，提高他們的專業知識和信息技術水平，這樣才能更好地引導學生。

結語

在科技革命的背景下，我們必須遵循教育的基本規律，緊緊抓住“以學生成長為中心”這個永恒的基本原則。數智化時代下的線上教育平臺可以提供海量的數字化教學資源，它突破了學校與課堂的物理界限，拉近了人們的時間和空間，使所有人都可以在任何時間、任何地點獲得知識。同時，更應該注意的是，要利用這些技術工具，讓學生成為學習的主體，注重師生互動、協同共創，注重探究和發現，激勵和幫助學生有更多的自主選擇，建立自己的知識系統，提高自己的學習能力，真正做到終身學習。

參考文獻：

［1］吳霓，任昌山，潘靜文，等.數智時代的知識生產和教育變革［J］.天津師范大學學報（社會科學版），2024（04）：4056.

［2］劉洋，王利艷，韓峰.高校數智化教學評價理念下：循證教學整體運作模式框架的構建［J］.黃山學院學報，2024，26（03）：108112.

［3］陳立征，曹立霞，侯傳晶，等.數據驅動在“電力系統分析”中的應用探究［J］.電氣電子教學學報，2024，46（03）：154157.

［4］袁亮，劉永露，孫堯，等.基于數字孿生的“電力系統分析”混合教學模式改革探索［J］.中國電力教育，2024（03）：5152.

［5］王曉宇，李立新，于瑞紅.項目導向法在“電力系統分析”教學中的應用［J］.電氣電子教學學報，2023，45（06）：2428.

［6］劉廣敏，李小偉，解兆延，等.新工科背景下“電氣工程基礎”課程改革教學研究［J］.科技風，2022（21）：105107.

［7］李佳佳，殷軍光，朱更輝，等.“電力系統分析”線上+線下混合式教學模式的探索與實踐［J］.科技風，2021（11）：190192.

［8］張磊.高校思政教育數智化發展的趨勢、回應與把控［J］.黑龍江高教研究，2024，42（07）：146152.

基金項目：成都工業學院人才培養質量和教育教學改革項目“電力系統暫態分析線上線下混合式課程教學模式建設與改革”

作者簡介：馮明（1988—），男，漢族，河南駐馬店人，博士，講師，研究方向：電力系統穩定與控制、高壓直流輸電技術。