基于发电厂电气部分的教学评价方案设计*

◆贾周

1 前言

随着工业4.0 时代的来临、各行业领域的发展以及人们生活水平的提高，对电力系统提出更高要求，而发电厂又是电力系统的重要组成环节，它直接影响整个电力系统的安全与经济运行。这对与电力系统相关的电气工程、自动化、动力工程等专业技术人才培养提出更加严格的要求。为此，国内很多相关专业开设了发电厂电气部分课程，以电路、电机学、电力系统分析等先修课程为基础，讲述电气一次系统和二次系统的原理、结构、设计及运行，着重介绍发电、变电和输电的电气主系统的构成、设计和运行的基本理论与计算方法。通过本课程的学习，使学生掌握一次接线的基本形式和设计原则，掌握二次接线的类型及分析方法，对各类发电厂的电气主接线及厂用电接线特点有完整了解，为从事电气设计等奠定基础。

2 本课程在教学体系中的定位

基于以上课程要求和严谨的专业课程衔接，构建完整有机的专业教学体系和本科培养方案，本课程通常安排在本科教育阶段第六学期开课。选择在大三下学期开课，有其基础性的要求和内在的人才培养逻辑：通常电类专业学生在这个学期之前基本修完了高等数学、数字电路、模拟电路等基础课程，以及电路、电机学、电力系统分析等专业课程，而高数、模电、数电等有关知识是进行电气系统理论分析计算的先决基础和能力要求。在此将本课程的主体部分与各先修课程关系梳理如下。

第二章“导体的发热和电动力”涉及大量高等数学知识，如指数函数运算、三角函数运算和复杂微积分运算。以短路电流热效应计算为例，在教学实践中经常碰到学生对其基本概念、物理原理以及数学模型都能够很好掌握，一涉及数学计算就“卡壳”的情况。究其原因，高数课程通常在大一学期开设，差不多有两年没有训练，因此也就无法保证计算部分的有效进行，即便之前数学抽象思维运算能力很强。同理，第三章“灭弧原理”涉及二阶常微分方程的求解，这些内容在高数和电路相关课程中均有比较系统的讲解和学习。

第四章“电气主接线设计”则与电路和电力系统分析联系紧密，其主接线的基础来源于电路的物理数学模型、基本理论和分析计算方法以及电力系统分析的输变电部分内容。本章“可靠性分析”的内容则是建立在统计学相关课程的理论基础上，以及电路方程的矩阵化处理基础知识上。

第五章“厂用电接线”的厂用变压器和厂用电动机的选择均来源于电机学的内容，可以说电机学基础知识是否扎实，直接影响这部分的学习。因此，在进行这部分教学的时候，笔者通常要求学生把电机学的教科书也带上，必要时可以翻阅参考，同时会布置电机学相关知识的课后作业。

第六章“电气设备的选择”则以电工学相关课程内容为基础，电气设备的介绍、互感器以及电力系统相关设备的选择计算均有联系和交叉。

第七章“配电装置”的内容则与继电保护有很多交叉，此部分的电气设备和前几章节主接线如发电机、变压器、继电器和母线等电气基础设备的保护则是继电保护的重要内容和延伸。配电装置的布置与电厂电气设施的总平面布置设计，继电保护装备、自动装置与测量表计配置设计，则是电力系统设计体系的构成部分。

其他章节如“控制与信号”以数电、模电、信号与系统为基础，“同步发电机的运行”和“电力变压器的运行”则大部分在电机学内容的基础上提高和深化。

综上分析可知，发电厂电气部分与各先修课程衔接紧密，知识点相互支撑，更多的是作为多门课程的“提高综合”，这是这一专业课的典型特征。基于此引出本课程的教学评价方案设计，对教与学活动的顺利运行和有效评估意义重大。

3 教学评价方案构建

本课程特点是与实践结合较为紧密，涉及设备和器件较为繁多庞杂，且有较多的描述性概念和知识点不适合考试考查方式。比如可靠性，高压和低压及由此引申出的系统和设备，均是相对描述，而一次设备和二次设备及其接线方式又是本课程的主线。因此，经过慎重权衡，优先选择课程论文的考查方式。考核预期是课程结束后，学生应具备整合所学概念、方法、理论，强化对发电厂电气系统的整体把握并独立设计一个完整的电气系统的能力，以及对发电厂电气主接线及厂用电接线特点有完整的了解，为从事电气设计奠定基础，避免出现考完即忘记的情况。同时，加强学生的论文撰写初步训练，为毕业论文打下基础。为此，对课程论文任务的内容、格式和评分标准构思如下，并结合教学实践进行成绩分析。

内容要求设计一条包含发电、输电、配电的电气接线图，主要包括五部分内容：应用场合，如扬子石化某条生产线的电气接线；基本原理，要求绘出主系统电路图且阐述条理清晰、技术细节全面：重点突出，选取主电路中发电、输电、配电任一部分进行详细阐述；设备参数，提供选用设备的主要参数作为接线图的设计依据；总结，一定要有自己的经验归纳，对所设计接线图存在的局限性和适用性进行说明。不仅完成规定的任务，而且体现出一定的创新思路和严谨的学习态度。

课程论文的命题以教学大纲为依据，按知识体系的主体结构，基本覆盖了教材大部分知识点，力求从基本概念、基本原理和基本技能角度考查学生的综合素质，兼顾了学生分析综合以及创新能力。

格式要求具有完整的论文功能模块和全文布局，全文采用两栏，A4 纸打印；要有摘要、关键词、正文、参考文献、总结；排版清晰、规范，格式要求参考《中国电机工程学报》等期刊；页数要求不少于四页；绘图部分可以手绘，然后粘贴在对应位置，也可以在对应位置留白，然后直接绘制；统一格式的南信大课程论文封面。

评分标准课程设计按满分100 分计算，并按照以下细化要求确定分数等级。

90 分以上（优秀等级），具有完整的论文功能模块；排版清晰，格式规范；整个系统阐述条理清晰，技术细节全面；不仅完成了规定的任务，而且体现出一定的创新思路和严谨的学习态度。

80 分～89 分（良好等级），具有完整的论文功能模块；偶有排版不清晰、格式不规范；整个系统阐述基本清晰，技术细节部分体现；基本完成规定任务，体现出端正的学习态度。

70 分～79 分（一般等级），具有基本论文功能模块；多处论文排版不清晰、格式不规范；整个系统阐述不够清晰，技术细节不够体现；基本完成规定任务。

60 分～69 分（及格等级），具有部分论文功能模块；多处论文排版不清晰、格式不规范；整个系统阐述混乱，技术细节缺失；部分完成规定任务，体现出较差的学习态度。

成绩分析现结合教学实践，对电气专业2014 级64名和2015 级66 名学生近两学年的发电厂电气部分成绩进行分析，各分数段的人数及占比数据详见表1 和表2。

表1 14 级电气专业成绩分布

表2 15 级电气专业成绩分布

从上表成绩分布可得出结论：不同分数段的学生人数基本上呈现出正态分布规律。其中优秀的比例稍微偏高，原因是考虑到基于课程论文的考查方式评分标准虽然尽量细化了，但批改过程的误差以及把握尺度的“最小分辨率”有可能有三两分的偏差，因此在批阅过程中结合所有学生的平时表现和作业完成情况，基本上按照这个误差补足。

本课程作为选修课，要求学生对发电厂电气部分相关理论知识有一定了解和掌握，对相关概念和原理有定性分析，掌握发输变配供电系统的原理，对相应的电气设备参数能够进行计算和正确选择。多数学生能够做到理解基本概念、基本原理，反映在优良等级比例占到一半以上；及格比例部分反映出仍有部分学生学习态度不够端正。针对极个别学生学习态度不够端正的情况，后续的教学中适当给予鼓励和引导，至少要求掌握发输变配供电系统基本概念和基本原理，逐步提升学习成绩。

4 结语和展望

本文剖析发电厂电气部分课程在理工学科中的定位及其与其他课程的衔接关系，明晰其是建立在多门基础课程理论知识基础之上的综合性专业课程。结合课程概念多、设备多、描述性知识点多等特点，对此课程的教学活动提供了详细且可行有效的论文考核评价方案并付诸实践。结果表明，此方案的设计可有效考查学生对基本概念、理论知识、原理分析、参数计算和设备选择的掌握情况，并且结合分数等级细则和成绩分布对评价方案和学生素质进行改进提高。

教学评价方案的设计有效提高了教与学的效率，有利于师生对此课程的整体把握，是对此课程评价方式的改革和尝试，为工科教学积累了有益经验。融合信息技术的教学方式、基于虚拟实验技术的实验方式在今后的课程教学中亦将不断涌现，这也是此类课程改革的发展方向和趋势。■