高职《电力系统分析》课程教学改革探讨

范其丽 甄亚

【摘    要】电力系统分析课程是高职供用电技术专业的核心课程，其理论性、实践性和综合性都很强，是培养我国的电力行业人才的基础。它有助于提升学生的理论知识理解及实践能力，培养学生的社会实践和科研能力，因此，脱离工程实践的教学毫无意义。然而目前我国各大高校在该课程的教学过程中普遍存在一些问题，急需改革。本文针对目前该课程教学中存在的问题进行了分析，提出了教学改革的策略。

【关键词】高职院校  电力系统分析课程  教学改革  探讨

中图分类号：G4     文献标识码：A DOI：10.3969/j.issn.1672-0407.2020.08.020

一、电力系统分析课程概述

《电力系统分析》课程是我国各大高职院校供用电技术专业的核心专业课程之一。该课程的主要内容是讲解电力系统中暂态分析和稳态分析的相关概念、原理、计算等。通过该课程的理论学习和试验教学，专业内的学生首先必须掌握的是电力系统的基础理论知识，并具备一定的动手操作能力，能够将所学理论与实践作业紧密地结合在一起。只能这样，才能够更好地为我国的电力系统服务，才能更好地保障我国电力系统的安全性和高质量，同时也更好的保障了自身和他人的生命财产安全。

二、电力系统分析课程教学改革的必要性

高职《电力系统分析》的改革必须以社会需求为要求，通过科学合理的改革与创新提高课程教学质量。电力系统分析课程主要提升学生的电学知识水平及职业素养，对于培养电学职业型人才具有重要意义。电力系统分析课程主要包含三部分：一是电力系统稳态分析;二是电力系统暂态分析;三是专业课实践。学生通过学习实践掌握相应的系统知识技能，在实践过程中锻炼动手能力，这能够为后期考试或深造打下良好的基础。要提升学生的实践能力，就必须培养学生自主学习精神并激发学生主动探究的动力，因此，不管是在教学内容方面，还是在教学方法方面，对电力系统分析课程进行教学改革都是非常有必要的。通过改革，课程培养目标与时代的发展要求接轨，对人才的培养效果就能够更好地反映出学生在综合素质方面的提升，应用型人才需要具备较强的实践能力和创新意识。因此在电力系统分析教学中应重视对学生这两方面能力的培养。

三、电力系统分析课程教学存在的现状与问题

首先，该课程在教学设置上主要是理论知识和分析计算。理论知识包括概念、原理、方法等，分析计算包括三相短路的计算、简单不对称故障的计算、潮流计算等。该课程中无论是理论知识还是分析计算，都具有很强的复杂性、关联性和抽象化。如果仅仅是课堂上的传统的讲解方法，学生没有足够的时间和条件将所学结合实践，导致的结果就是理论和实践的脱节。

其次，重理论轻实践。目前高职院校在教学电力系统分析课程时，教师花大量的时间对公式进行理论推导和演算，很少联系实践进行教学，导致学生无法建立起相关的电力物理模型概念，整个教学过程中缺乏对学生的工程实践能力的培养及规划。该课程的教学内容主要分为电力系统稳态分析和电力系统暂态分析，当前，课程以理论分析为主，对线性方程、非线性方程、微积分等数学基础课程要求较高，同时涵盖了电路理论、电机学、电磁场等专业技术基础课程。在理论分析的同时实践课程占课时比重很小，学校在课程安排上没有给予足够的重视，造成了实践课程教学不足，在一定程度上限制了学生的实践操作能力、科技创新能力甚至团队协作能力。

再次，教学方法落后，理论和实践的脱节，学生缺乏兴趣。主要表现在：（1）在教学内容上，过多强调理论知识的讲授，忽视了与电力工程实践问题的联系，缺乏工程实际背景分析;（2）在教学方法上，重视电力系统理论的推导与分析，忽视了电力系稳态与暂态之间、各元件之间的综合内在联系，缺乏各部分在电力工程中的应用;（3）在教学组织上，重视课堂教学，忽视了实践教学的辅助作用，缺乏对学生实践能力和工程素质的培养。这些问题造成了教师课堂讲授困难，学生课堂学习枯燥、缺乏兴趣。

最后，理论性强、数值计算过程繁琐，内容重复交叉。电力系统分析课程教学内容具有理论性强、数值计算过程繁琐、密切联系电力生产实际的特点，然而，由于该课程教学内容大量涉及正弦稳态网络方程和动态网络方程的建立过程，分析方法为先行课程电路原理所学内容，重复交叉内容的讲授既占用了较多课时，也不利于吸引学生的注意力。另一方面，上述网络方程通常为非线性代数方程和微分方程，其求解使用的数值计算方法不属于前期基础数学课的教学内容，简单地讲授容易导致学生难以理解，部分学生失去学习兴趣。另外，数学模型的推理步骤和给出模型的数值计算结果，学生难以理解也无法参与模型求解的数值计算过程，造成数学模型求解能力的缺失，也不利于学生进一步学习和掌握电力系统仿真软件的使用方法，难以培养学生分析和解决复杂工程问题的能力，导致不少学生在后续课程设计和毕业设计环节中难以独立完成工程设计任务。

四、高职电力系统分析课程教学改革的思路与途径

（一）构建电力系统分析课程体系

根据电气工程及其自动化专业的人才培养目标，按照教学大纲要求结合工程教育的要求和专业特点，将工程应用融入到课堂教学的理论计算与分析中，加强学生电力系统工程的整体概念，提高学生的工程实践能力，增强学生课程学习的兴趣。结合改革与实践探索，要积极构建以工程应用为主线，加强理论教学，突出实践教學，扩展综合课程设计、毕业设计和科研实践的三位一体的立体化教学体系。该体系可体现理论教学、实践教学与工程应用的有机结合。 实践教学体系的重点是加强工程训练，突出工程素质培养，将课程实验、课程设计、毕业设计与科研创新进行有机结合，实现对大学生工程应用能力和创新能力的培养。两个教学体系是相互渗透，教学体系更加科学合理，加强了教师教学的针对性，提高了学生学习的主动性和积极性。

（二）更新课堂教学思想，优化课程内容设计

对于教学思想建设，高校和教师都应突出应用特色，重视对学生实践能力的培养，以提升教学的质量为主要目标。新的教育思想应重视培养学生对运行数据和拓扑结构的开发提取，让学生真正掌握技巧和实践规律，培养学生在工程实践中的应用能力，促使教学和科研紧密结合。内容设计应重视基础知识脉络，清晰展现各基础概念和技巧，在课程内容安排上，应针对不同概念间的联系对课程进行合理安排。在教学新章节时应加强新旧知识之间的联系，促进不同知识点的相互补充。如出现和旧课程重复的内容，教师应简化甚至避免重复阐述，例如，在学习电机过程中会涉及等效模型及电压磁链等内容，教师在教学过程中应对这些内容进行适当编排，将重复的内容简化处理以节省课堂教学时间，而节省下来的时间就可让学生进行实验设计和操作。另外，教师应积极在课堂教学中加入电力系统的技术及理论成果，拓宽学生视野，充分培养学生对知识的综合运用能力。电力系统分析课程的教学内容也可以由企业专家或相关学者进行讲解，学校可以邀请专业人士来校讲解并研讨相关课题，专家对我国当前的电力运行状况以及未来国家电力系统的发展前景作出科学评估。与此同时，来校专家还可以给学生多讲解一些现实案例，使学生积累更多的实际运用知识，让知识超越书本的限制。

（三）改进教学方法和方式，积极构建模块化教学

1.采用行动导向教学。行动导向教学是近年来高职高专尝试采用且行动有效的教学方法。电力系统分析在开篇介绍完电力系统相关概念后，介绍学生熟悉ETAP软件，让学生以小组的形式尝试建立一个简单的水电厂、电网、2个10kV小区这样一个简单的电力系统接线图，让学生思考接线图中的电气元件都有哪些、元件有哪些参数、何为发电机和变压器的中性点等相关知识，让各个小组带着问题去学习。针对供用电技术专业的教学，给予学生工业与民用配电设计手册和注册电气工程师相关设计手册的电子版，让他们尝试学会查资料，尽早接触工程勘察设计相关知识。

2.启发式和讨论式教学。将原有的填鸭式教学变为讨论式教学，在讲解过程中允许学生提问并开展讨论，例如在讲解电力系统电压、频率调整、经济运行模式时，让学生以小组形式提前预习电能质量的三个要素电压、频率、波形，并讨论如何保障电能质量的三个指标满足要求。将原有的填鸭式教学变为启发式教学，引导学生思考，并给学生的思考空间，比如在讲不对称短路电流分析时，由于已经学过了对称短路电流分析，引导学生想办法把不对称短路化为对称分量，进而推导出对称分量法。

3.采用翻转课堂教学法。将班上学生分成若干小组（3人一组为宜），在课下通过分工合作完成ETAP软件项目式作业和课后作业，课堂上由组员展示、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。翻转课堂提高了学生的自主学习能力、团队合作能力、沟通能力和语言表达能力。

4.教学方式采用网络教学和ETAP软件教学。随着高职网络学习平台（慕课、智慧职教以及学院智慧校园平台）的建设，教师将课程教学大纲、进度计划、课件、微课、相应的国家标准、工具书、以国网公司试题库为基础的任务练习、以ETAP为基础的工程项目等教学资源上传课程网络空间。学生根据自己的安排进行学习、提交平台作业，算入平时成绩，期间可通过微信或者在线答疑等形式进行交流。采用ETAP软件教学，教师对比了PWS软件、PSASP软件、MATLAB/SIMULINK软件和ETAP软件各自的优缺点，再结合高职生的英语水平提出采用ETAP软件教学。学完模块以后引导学生完成电力系统建模，学完潮流分析后引导各小组完成电力系统的潮流计算及结果分析。学习完电力系统分析调整与优化模块后，引导各小组完成电力系统分析的电压调整及经济性分析。学习电力系统故障分析后，引导各小组完成电力系统对称性短路计算及结果分析。以虚拟仿真平台为依托，进行数值仿真手段辅助教学，ETAP仿真软件教学使抽象的电力系统变得可视化，使学生对电力系统的计算分析更易于理解、掌握。

（四）利用仿真实验，加强实践教学

电网综合自动化实验室具有丰富的教学资源，电网变电站仿真系统软件，能模拟电力系统发电、输电及配电的工作过程;通过电网变电站仿真系统平台，犹如进入真实的现场，学生可按照实际电网及变电站的运行模式，进行实践操作学习，提高学生的工程实践能力，使学生能将理论与实践结合起来。对实验室来说，电力系统专业所能接触到的所有应用几乎在这里都可以实践，教师根据课程内容，在实验室环境下模拟现实的电力系统故障，学生根据自己所掌握的知识分析并判断操作技巧。将课堂知识和实际紧密结合，学生在解决问题的同时也有效地巩固自己的知识体系，并且实验具有一定趣味性，学生通过实验能够增进对学科学习的兴趣，以此提升教学品质和效率。实践教学方面，高职院校课建立一定数量相对稳定的电力类校外实习基地保障开展实践教学，组织学生到水利发电厂、变电站、设备制造企业和10kV配电端参观学习，在前两个实习单位由经验丰富的教师或企业专家带领学生参观了调度中心，介绍他们的工作内容，指導学生通过潮流分布图监测电网运行状态，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，通过故障录波记录观察短路发生的过程，使学生体会到电力系统分析在调度、运行方式等方面的应用。

总之，《电力系统分析》课程是高职供用电技术专业的一门重要专业核心课程，它为后续开设的电力系统继电保护、发电厂电气部分、高电压技术、电力系统调度自动化、电力系统自动装置等专业课程提供了必要的知识储备，对电力专业人才培养起着举足轻重的作用。本文对电力系统分析课程进行改革，并在教学中不断进行新的探索和修正，不断提高课程的教学质量，注重课程理论与工程实践的有效结合，从而培养和提高学生解决工程实践问题的能力，提高学生自主学习和综合分析问题的能力。

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