新工科背景下基于应用型人才培养的“电力系统分析”课程改革与实践

沈娜 房大中 杜芸强

摘  要：“电力系统分析”课程是电气工程及其自动化专业的核心课程。文章梳理了该课程存在的问题，结合新工科背景下学校应用型人才培养的定位，从该课程的实践环节、教学方法、考核方式和教材建设等方面进行有針对性的改革工作，提升学生学习兴趣，提高课程教学质量，达到了较好的改革效果。

关键词：新工科;应用型人才培养;课程改革

中图分类号：G642        文献标志码：A         文章编号：2096-000X（2020）17-0143-04

Abstract： The "Electric Power System Analysis" course is a core course for electrical engineering and automation majors. Combining with the new engineering background of the school application-oriented talent training positioning， this paper summarizes the problems existing in this course and the reform in practical links， teaching methods， teaching models， assessment methods and textbook construction in order to improve students' interest in learning and the quality of curriculum teaching， the reform has achieved good results.

Keywords： new engineering background; application-oriented talent training; course reform

在“复旦共识”“天大行动”和“北京指南”指导下，国家对高校提出了“新工科”建设要求[1]。在“互联网+”、大数据、人工智能等技术的推动下，应用型人才的培养及工程教育的创新改革进入了一个崭新的时代[2]。在新工科背景下，推进课程改革就是一项重要工作。“电力系统分析”课程是电气工程及其自动化专业的核心课程，课程内容包括电力系统稳态、暂态分析的基本原理和方法，电力系统的数学模型、潮流计算、短路电流计算等[3-6]。该课程既可让学生获得有关电力系统规划、设计、建设、运行和管理的基本知识，又培养学生综合运用基础知识解决工程实际问题的能力。该课程理论性强，又具有较高的实践要求[7-8]。一些高等院校在这门课的教学内容上，更偏重理论方面。对于独立学院来说，培养应用型人才是学校的指导思想。如何对该门课程进行教学改革，提高学生的学习兴趣、增强学生动手实践能力，达到应用型人才的培养要求就显得尤为重要了。

一、课程存在的问题

“电力系统分析”课程是电气工程及其自动化学科的专业必修课，课程内容与电力系统生产运行过程密切相关，课程具有较强的理论性又具有很强的实践性。该课程对于学生掌握电力系统的基本知识和解决实际电力工程能力具有很重要的作用。电气工程及其自动化专业是我校2006年开办的专业，最初的两届学生由华南理工大学本部教师授课，沿用了华南理工大学的教学模式，课程教学偏于理论，教学难度大，学生出勤率、学习兴趣低。由于该课程部分内容较抽象，工程实践性比较强，课堂讲授无法讲解清楚，不利于学生工程实践能力的培养。为解决该课程存在的以上问题，课程教学团队从实践环节、教学方法、考核方式和教材建设等方面进行有针对性的改革。

二、课程改革措施

在新工科背景下，立足学校应用型人才培养指导思想，结合电力行业的发展及对人才要求，针对该课程存在的问题，教学团队认真梳理教学内容，对电气工程及其自动化专业核心课程“电力系统分析”按照以下思路进行课程改革，如图1所示。按照“需求导向”调整课程体系，按照“就业导向”调整教学内容，按照“能力导向”调整教学方法，此为 “三面导向”。“三层加强”主要是该课程通过增加仿真实验、课程设计及参观实习三个层次加强学生动手实践和工程能力的培养，强化学生将理论知识用于实践的能力，突出应用型学生培养的特色。同时教学团队还对课程考核方式和教材等方面进行一系列改革。

（一）增加实验实践环节提升实践能力

“电力系统分析”课程内容理论性强，加强本课程的实验实践环节有助于帮助与深化学生对理论知识的吸收，进一步提升学生分析问题和解决问题的能力。为提升学生学习兴趣和课程教学效果，该课程增加了由仿真实验、课程设计及参观实习三大部分组成的实验实践环节。

1. 仿真实验面向工程实际

教学团队将课程内容分为稳态和暂态两大模块，通过讲解理论知识让学生对电力系统分析知识有初步认识与理解。同时引入MATLAB程序设计，利用电力系统专业仿真软件PSCAD、BPA等进行包括配电网潮流、短路电流等仿真计算。通过仿真计算，将电力系统分析理论知识用于实际电力工程，培养学生工程应用与计算分析能力。增加仿真计算环节，不仅提高了学生学习兴趣，也加深了学生对理论知识的理解。

2. 增加课程设计环节

依据我校应用型本科人才的培养目标，在“电力系统分析”课程基础上开设了“电力系统分析”课程设计。该课程设计将MATLAB程序设计与电力系统分析中的潮流分析结合在一起，培养学生应用先进的现代计算工具进行具体电力系统工程计算的能力;该课程设计还与电力系统分析中的开式电网潮流程序设计、短路电流程序设计前后结合。通过增加“电力系统分析”课程设计，加深了学生对电力系统分析理论知识的理解，进一步训练学生对实际电力工程进行计算的能力。

3. 通过参观实习加深对电力系统的理解

学院对每届学生基本安排以下几种类型的生产单位进行参观实习：（1）发电厂（加深对电力的生产过程的理解，加深对发电机的印象），如广州黄埔火力发电厂、云浮火力发电厂、沙角C电厂、葛洲坝水力发电厂。（2）变电站（加深电力的传输理解），如花都乐同110kV或林益220kV变电站。（3）电调中心（加深电力的运行和调度、功率平衡、频率稳定概念），如广州供电局电力调度通信中心。

通过到发电厂、变电站及电调中心进行参观实习，让学生了解真正电力系统的组成及电力系统分析所应用的场合，让学生将理论与实际工程相结合，进一步提升学生对电力系统分析课程的理解与应用。

“电力系统分析”课程改革的重点就体现在增加课程实践环节，改变以往只讲理论所存在的问题。课程团队通过增加课程仿真实验、课程设计及参观实习三个层次的实践环节，提升了学生学习该课程积极性，训练了学生应用先进的现代计算工具的能力，增强了学生理论用于实际和工程实践能力，达到了较好的教学效果。

（二）理清思路改革教学方法、利用多种教学手段

“电力系统分析”课程理论分析和计算占主要部分，学习难度较大，因此，在课堂教学中，教学团队注重教学方法和教学手段改进。在教学中不仅运用传统的讲授法，还采用多种教学方法，如启发式、案例式、互动式、课堂教学与网络教学相结合等，注重调动学生学习热情和启发学生思维。

1. 启发式理论教学方法

在理论教学方法的教研和教改中，探索出了一套以“循循善诱”为主导思想的启发式理论教学的方法。如：在讲授电力系统概念性内容时，采用“概念辨析”的方法帮助学生对概念的理解;在讲授技术性内容之前，采用“积极设问”的办法引导学生们思考和参与，实现了以“学生为主体，教师为主导”教学方法的创新。采用启发式教学，注重对学生的科学思维和创新能力的培养，同时也激发了学生的学习热情。

2. 案例教学法

案例教学法是学生和教师一起参与对案例或问题的直接讨论。在这种教学法中有两个重要的责任中心，其一是教师有责任选择教学所需要的材料，其二是学生有责任把所学的有关理论知识应用到案例中并提出一个合理的答案。案例教学法通过实例教学，为锻炼和培养学生面对实际情况的临场决策能力及综合素质提供一个训练的场所。

3. 互动式教学法

为了提高课堂效率，讲课时尽可能采用互动式教学。互动包括教师与学生之间的互动、学生相互之间的互动，如教师提问题让学生回答或让学生相互讨论问题，以此来提高学生学习的主动性和积极性。

4. 课堂教学与网络教学相结合

为了使学生更好学习该课程，课程团队建设了该课程的慕课资源。课程团队对内容進行系统梳理，打破以往常规教学知识体系，将知识点进行碎片化处理，重构慕课教学内容，与超星公司合作历时一年完成慕课视频的制作。目前，该课程慕课资源已共享到学校网络学习平台，学生利用该课程网上慕课资源可以进行课程预习和复习，如此将课堂教学与网络教学进行有机结合，帮助学生更好理解相关知识点，提升学生学习兴趣和学习效果。

5. 上机与课堂相结合

该课程通过课后习题讲解和演算后，再用MATLAB程序编程实现验证验算，从而进一步提高学生对课程知识的理解和掌握。在电力系统仿真实验室开设综合性和开放性实验，通过对电力系统IEEE标准测试系统进行仿真计算，提升学生将电力系统分析理论知识用于解决实际工程问题的能力。通过上机与课程相结合的方式，改变了学生学习兴趣低，提升了学生动手实践能力。

（三）改革课程考核方式

考核方式一直是教育模式和教学方法的指挥棒，在新工科背景下，面向培养高素质应用型人才，必须对传统考核方式进行改革。

一般课程总评成绩由平时成绩（30%）与卷面成绩（70%）组成。课程组依据课程教学实际，将总评成绩调整为平时成绩、作业成绩、考试成绩三部分。平时成绩占20%，主要包括出勤情况、学习态度、课堂参与情况等;作业成绩占20%，包括每章课后作业、课程实验实践等完成情况;期末考试成绩占60%。课程考核适当降低试卷成绩的占比，改变以往仅凭期末考试卷评价学生的学习情况。在考核中加入作业成绩部分，增强学生对课程实验实践环节的重视，提高学生将理论知识用于工程实践的能力，进一步提升教学效果。

（四）使用经典教材与自编教材相结合

“电力系统分析”课程的教材采用经典的由何仰赞，温增银编著、华中科技大学出版社出版的“电力系统分析（上）”和“电力系统分析（下）”，这套教材是普通高等教育“十一五”规划教材。本课程还有配套的习题集、实验指导书等教学辅助材料，并编写了完整的实践教学课件，可供学生课外学习使用。同时，主讲教师房大中教授结合我校学生特点，主编了“电力系统分析”教材，由科学技术出版社出版，重点阐述电力系统分析涉及的元件模型和计算机分析方法。课程内容包括电力网络的数学模型、电力系统潮流的计算机分析方法、电力系统的经济运行、同步发电机的数学模型、同步电机三相短路暂态过程分析、电力系统稳定计算中的元件模型、电力系统稳定性概述、电力系统小扰动稳定性、电力系统暂态稳定性等。可供同学们参考使用。

三、课程改革成效

（一）课程教学效果好

该课程在实践环节、教学方法、考核方式和教材建设等方面进行一系列改革后，学生学习兴趣和学习效果有了明显改善。近几年来，通过院领导听课、教学督导组听课及学生评教等多种形式的教学质量调查与反馈，学生对“电力系统分析”课程的教学效果给予了很高的评价，扭转了以前课程难教难学、挂科率高等困局。学生表示，增加了利用电力系统专业软件进行仿真计算，不仅提升他们学习的兴趣，也锻炼了动手实践能力，进一步加深了对理论知识的理解与掌握。同时通过改革考核方式，学生的挂科率由之前的20%降到现在的8%左右。该课程改革效果明显。

（二）学生创新实践能力得到大幅提升

该课程进行改革以来，受益学生达2000人;学生实践能力和创新能力明显提升，学生参加创新创业项目43项、科研课题8项，获奖19项（其中国家级7项，省级11项）。培养的学生受南方电网公司、各发电集团等主业单位欢迎，能更快适应岗位工作。学生就业质量好，普遍在电厂电网产业单位就业。通过就业回访，毕业生受到好评，人才培养质量得到用人单位的高度认可。

四、结束语

“电力系统分析”课程对于电气工程及其自动化专业学生非常重要，在课程体系中起着承上启下的作用。通过对该课程在实践环节、教学方法、考核方式和教材建设等方面进行改革，激发了学生学习兴趣，提升学生动手实践与创新能力，提高了课程的教学质量，真正实现了电气工程及其自动化专业应用型人才培养的目标。

参考文献：

[1]“新工科”建设复旦共识[J].高等工程教育研究，2017（1）：10-11.

[2]李晶，陈思，于微波，等.“新工科”背景下教学模式的探讨与构建——以电气工程及其自动化专业为例[J].工业和信息化教育，2019（9）：6-9+45.

[3]黄肇，罗隆福，罗庆跃.“电力系统分析”课程教学体系的构建[J].电气电子教学学报，2013，35（1）：47-48.

[4]孟祥侠，李永.新形势下“电力系统分析”教学改革初探[J].中国电力教育，2014（32）：67-68.

[5]柳晶晶.基于工程教育认证的《电力系统分析》课程教学探索[J].教育教学论坛，2016（19）：102-103.

[6]王玉，高心，徐利梅，等.电力系统分析课程的教学探索[J].电气电子教学学报，2011，33（2）：27-28.

[7]徐志伟，丁旭东，姜燕.基于应用型本科的“电力系统分析”课程教学改革研究[J].无线互联科技，2019（6）：90-91.

[8]王红艳.基于应用型人才培养的“电力系统分析”课程教学改革[J].许昌学院学报，2018，37（6）：90-93.