基于应用型人才培养的“电力系统分析”课程教学改革

许昌学院 电气机电工程学院，河南 许昌 461000)

“电力系统分析”是电气工程及其自动化专业的专业核心课程，其内容以电力系统潮流计算、短路计算和稳定性计算三大常规计算为核心[1]. 该课程以数学、电路、电机学、自动控制等先修课程为基础，同时又是电力系统继电保护、高电压技术、电力系统自动化等后续课程的理论基础[2-5]，在电气工程专业的课程体系中起着承上启下的作用[6]，是学生进入电力系统规划、设计、建设、运行和管理等相关行业的主要向导和桥梁，在电气专业应用型人才培养体系中具有举足轻重的地位.为了适应电力工业发展对电气专业应用型人才培养的要求，全面提高“电力系统分析”课程的教学质量，需要对目前课程教学中存在的问题进行深入剖析，采取有效措施在教学内容、教学模式、教学方法、考核方式等方面进行改革和创新.

1 存在的问题分析

1.1 教材内容陈旧

电力系统行业发展速度较快，特别是智能化程度的不断提高，系统中的设备、技术更新较快，因此电力系统领域的知识更新比较快. “电力系统分析”课程的教材虽然也在不断出现新的版本，但其内容更新较少，无法充分体现近年来电力系统领域的最新发展动态和前沿技术.同时，教材内容不能充分体现课程的工程实践性，导致学生理论与实践脱节.

1.2 教学难度较大

“电力系统分析”课程综合性强，涉及知识面广，涵盖了多门先修基础专业课程的知识点，要求学生具有扎实的专业基础；课程的核心内容即三大常规计算，涉及到矩阵运算、微分方程、非线性方程等，计算量大并且复杂，要求学生具有较强的科学计算能力和综合分析能力. 而学生对专业基础知识的掌握程度参差不齐，对新知识的理解和接受能力差别也很大[7]，往往导致教师难教、学生难学，课程教学推进困难.同时，课程前后知识的衔接性较强，学习难度逐渐增大，导致基础没打好的学生越往后学习越困难.

1.3 教学方式单一

在传统的课堂教学模式中，普遍是以教师为中心，教师讲、学生听，学生在整个教学过程处于被动接受知识的状态，并且课堂教学被公式和计算占满. 该方式下的课堂教学单一、枯燥，缺乏师生互动，学生参与力度不够，学习效率不高，课堂效果不是很好. 同时，由于“电力系统分析”课程的工程实践性比较强，部分内容比较抽象，课堂讲授法无法讲解清楚，给学生的理解带来困难[2].

1.4 实践环节薄弱

由于实验设备所需经费较多，更新率不高，不能适应电力系统的发展变化. 实验项目大多为验证性实验，实验内容单调枯燥，缺乏综合性和实用性，不能全面反映课程的知识体系，不利于学生工程实践能力的培养.

1.5 考核方式单一

传统的考核方式中，课程总成绩由平时成绩和考试成绩两部分组成. 考试成绩即期末考试的卷面成绩，占总成绩的70%. 平时成绩又分为课堂考勤和课后作业两部分，占总成绩的30%. 这样的考核方式比较单一，注重学习结果而忽略学习过程，导致学生平时上课不积极、作业抄袭，考前突击过关，考完就忘记了[3]，不利于教学质量的保证.

2 教学改革措施

2.1 优化教学内容

结合社会企业对电气专业人才的素质要求，对课程的内容和结构进行优化、调整. 将课程的基本概念、各元件的参数和模型划为基础知识模块，排在课程的起始阶段；在基本概念部分增加近年来发展迅速的太阳能发电、风力发电等新能源发电的介绍，增加微电网并网、电网互联、高压直流输电工程、特高压交流输电项目的介绍，使学生充分了解电力系统的发展动态和学科前沿. 将潮流计算、电压调整、经济运行、频率调整划为稳态运行与控制模块，根据内容的衔接性依次引入；该模块理论难度较大，并且计算量大、计算过程复杂，教学中尽量避开繁琐的公式推导过程[5]，强调其中重点理论的分析和应用方法，并通过适当引入教师的科研项目和成果如：无功补偿与电压调整、谐波治理等，帮助学生理解和掌握. 将三相短路和不对称故障划为短路计算模块，其中的公式推导比较复杂、繁琐，在课程中只做简要介绍，重点放在短路的实用计算方法部分，加强对计算方法的应用和推广.

2.2 改进教学方法

为了提高教学效果，激发学生的学习兴趣和积极性，在课堂教学中充分利用各种教学资源，努力实现教学方法和手段的多样化[8].

图1 模块化结构图

(1) 采用模块化教学法. 将优化、调整后的课程内容划分为3大模块：基础知识模块、稳态运行与控制模块、短路计算模块，课程模块化结构图如图1所示. 将联系紧密的知识点集中在同一模块，教学过程按照模块内容分阶段进行. 模块化教学法帮助学生更加深刻地理解前后知识的内在联系，使学生更加清晰地掌握课程内容的总体框架，有效改善学生因为对前边学过的知识点遗忘较多导致对新知识理解困难的现象.

(2) 采用启发式教学法.研究每个知识点的切入点，创设问题情境，将学生一步步带到问题面前，对思维方向做简要、适当地提示，启发、引导学生进行深入的思考和探索，鼓励学生自己解决问题. 如讲到派克变换时，引导学生观察同步电机原始磁链方程的系数矩阵，思考转子系数和定子系数规律不同的根本原因，进而鼓励学生分析派克变换的思想. 通过适当地启发和引导，使学生快速进入学习状态并对所学内容产生浓厚的兴趣，激发学生的求知欲望，通过鼓励学生自主思考和分析，培养学生的自主思维能力和科学分析能力.

(3) 采用项目驱动式教学法. 将电力系统实际工程项目、学科研究热点、教师科研项目和成果，如：无功补偿与电压调整、谐波治理等，通过综合项目的形式适时地引入课堂，每个综合项目分解为若干个子项目，与课程的相关知识点紧密结合. 随着课程内容的推进，要求学生自主完成项目式作业. 项目驱动式教学法加强了理论与实践的结合，使学生的学习效率更高、学习效果更好.

(4) 采用翻转课堂教学法. 将各班学生分为若干小组，在课下通过分工合作完成项目式作业，课堂上向同学们展示、阐述完成情况，解答其他小组的提问，然后老师进行指点和评价. 课后各小组将项目作业进行修改和完善，并写出总结或心得. 翻转课堂增加了互动环节，使学生在课前、课上、课后的学习得到有效的互补和融合，可以充分发挥学生的个性化学习优势，提高学生的自主学习能力、沟通能力和团队合作能力.

(5) 采用讨论式教学法. 适时地组织小组讨论、竞赛、抢答、辩论等多样化的课堂教学活动，使学生积极参与到课堂教学中. 如：前一次上课结束时，将本次课的内容提炼为几个问题，让学生提前预习思考，本次上课开始时安排一定的时间组织学生讨论或辩论. 通过学生在讨论中的表现，教师能够及时了解学生对每个知识点的掌握情况，进而更加明确课堂教学的重点和难点. 通过讨论和交流，使学生及时审视自己，发现自己的不足，在以后的学习中有针对性的进行补充和强化.

2.3 改革教学模式

结合“电力系统分析”课程难度大、综合性强的特点，我们借助于网络学习平台，将微课、翻转课堂与传统的课堂教学相结合，实施混合式教学模式.

(1)微视频. 根据该课程的特点，将课程中的重难点理论和方法录制成微视频，通过网络学习平台发布给学生，要求学生在课前通过学习微视频完成相应的测试题或作业. 通过课前的微课学习，督促学生对教学内容提前了解并形成问题，激发学生的求知欲和学习兴趣. 学生带着思考和疑问回到课堂，听教师做深入讲解，可以有效地提高课堂效率，可以不断培养学生分析问题继而解决问题的能力. 同时，对于基础比较差的同学，可以利用课余时间反复、多次的进行微课学习.

(2)网络空间. 网络学习平台为课程教学开辟了第二课堂，教师将课程的教学大纲、进度安排、讲义、课件、微视频、作业任务、工程项目等教学资源上传至课程网络空间，学生可以根据课程进度和自己的知识基础、理解能力自主选择学习时间和地点，充分发挥个性化学习的优势. 学习过程中遇到的问题，学生可以通过网络学习平台的答疑区和老师交流，也可以通过课程讨论区与老师、同学们进行讨论. 老师根据答疑区和讨论区的内容，及时了解学生对知识的掌握情况，有目的地对下一教学环节进行组织和设计. 学生可以通过网络学习平台提交作业、查看学生互评或教师点评，从而及时了解自己对课程内容的掌握情况.

(3) 课堂教学. 课堂教学从传统的以教师教为主转变为以学生学为主，充分体现学生的主体作用. 在课堂教学中，教师做好课堂教学的组织者和引导者，通过创设问题情境、组织小组讨论、竞赛、抢答、辩论等活动，使学生积极主动地参与到课堂教学中.课堂教学中充分利用现代化信息技术，通过影像、图片、动画等素材将课程中抽象的、较难理解的知识形象化、生动化，使学生形成直观、深刻的印象. 如在课程的开始阶段，给学生播放一些介绍电力系统概况和生产流程的纪录短片，帮助学生认识整个电力系统的结构和运行情况，也对自己将来的工作环境形成初步的了解；对于难度较大的潮流计算，通过引入电力系统的实际潮流图，增强学生对潮流分布的感性认识，避免纯粹的计算公式和数据使课堂变得枯燥和乏味，调动学生的学习积极性.

2.4 加强实践教学

(1)实验教学. 充分利用实验室资源，通过具体的实践操作过程，使学生掌握基本的实验操作技能、实验现象的分析方法、实验数据的处理方法，把握理论与实践的区别与联系，培养学生的实践应用能力.

(2)仿真实验. 建立电力系统仿真实验室和实验台，运用MATLAB、PSASP等仿真软件对实际电力系统的各种运行工况进行模拟和仿真计算，如对电力系统潮流分布、短路计算、稳定性等进行仿真计算和分析，加强计算机在电力系统计算中的应用，培养学生的计算机编程计算能力，为学生从事电力系统相关工作打下一定的基础.

(3)校外实习. 适时地安排学生到周边的电力企业、发电厂、变电站、电力调度中心等进行参观实习和生产实习，由经验丰富的教师或企业专家进行现场教学. 在电力系统的生产运行现场，指导学生通过潮流分布图监测电网运行状态，通过故障录波记录观察短路发生的过程，通过变电所电力电容器的设置掌握无功补偿的意义和电压调整的原理. 通过参观实习和生产实习，使学生将理论知识与实际电力系统建立起统一的认识，能够对将来的工作环境进行初步的了解，明确今后的学习目标.

(4)科研项目. 充分利用老师近年来承担的一些电力系统领域的科研项目，将科研项目及其成果转化为实验资源，在实验室进行项目介绍和演示. 教师科研项目比枯燥的验证性实验更具实际意义，使实验内容更加丰富有趣，可以很好地调动学生的学习热情. 同时，教师科研项目代表了近年来电力系统领域的研究热点和新成果，它让学生更加近距离的感受到电力系统的发展变化，使学生更加深刻的体会到理论与实践的联系与区别.

2.5 改革考核方式

为了使学生的学习情况得到更加公平、合理地评价，采用多样化、全过程的评价方式，学生成绩分为五部分：课前预习作业(10%)、项目作业(10%)、课堂表现(10%)、阶段性测试(20%)、期末考试(50%)，根据各部分成绩及其权重得出最终成绩. 改革后的考核方式贯穿课程学习的全过程，使课程学习的每个环节、每个阶段都会有相应的成绩，可以更好的督促学生脚踏实地的学好每一节课，养成良好的学习习惯，避免以往学生仅靠考前突击也能考试过关的现象，从而保证教学质量的有效提高.

3 结语

“电力系统分析”课程理论性和实践性都很强，涉及的知识面比较广，其教学改革需要不断地实践与探索. 近年来，通过对该课程的内容和结构进行优化，采用多样化的教学方法和手段，实施混合式教学模式，加强实践环节建设，采用多样化、全程式的考核方式，取得了较好的教学效果. 教学改革加大了课堂教学的信息量，提高了课堂教学效率，激发了学生的学习热情，调动了学生的学习积极性和主动性，有效提高了课程的教学质量，为把学生培养成理论基础扎实、实践能力较强、具备一定创新能力的应用型人才打下了必要的基础.