新工科导向下的“电力系统分析”课程改革

钟嘉庆　张晓辉　殷桂梁

摘要：为了适应新工科的人才培养新模式，我校电力系统及其自动化专业人才培养定位是研究应用型高级工程技术人才，专业培养目标围绕知识、能力和素养3个方面。培养计划实施中，大力开展适应电力专业毕业培养目标的教学改革，力求培养电力系统专业的学生在选择与使用恰当的技术、资源、现代工程工具和信息技术工具的基础上，综合所学的理论知识来解决工程问题的能力。

关键词：新工科;教学方式改革;解决工程问题

一、“新工科”建设方向下高等教育教学改革的指导思想

新工科建设是应对新经济的挑战，从服务国家战略、满足产业需求和面向未来发展的高度，提出的一项持续深化工程教育改革的重大行动计划。在高等教育中，应加强落实以学生为中心的理念，增强师生互动，改革教学方法和考核方式，形成以学习者为中心的工程教育模式。推进信息技术和教育教学深度融合，建设和推广应用在线开放课程，充分利用虚拟仿真等技术创新工程实践教学方式。

以教育思想和教学观念转变为先导，以OBE人才培养模式为导向，在教学学术的思想指导下，以教学内容和课程体系改革为核心，以高水平的学科群为依托，以国内外名校的同类课程为参照系，树立教学层次多元化、培养途径多样化的教育理念，将教育创新和高质量人才培养有机结合。

工程教育认证模式是目前我国高等学校培养高质量应用型专业人才的新方向。在教学过程中，注重训练学生的思维逻辑性，加强对学生解决工程实际问题能力的培养。本文通过对电力系统及其自动化专业课程体系的研究，将学生能力培养的核心理念贯穿到整个教学过程中，从教学内容、教学方法方面进行改革，以适应不用专业人才培养需求。

二、“电力系统分析”课程教学存在问题及改革目标

“电力系统分析”课程主要研究电力系统的正常运行和故障运行状态的分析和计算方法，是培养学生进入电力系统领域学习和研究的核心课程，处于专业基础课和专业课之间的枢纽地位。

1.原有教学中存在的问题

目前的课程教学存在下述主要问题有：①课程教学内容注重知识传授，强调理论的严谨性，忽视工程问题的物理本原和相关的能源经济环境社会背景。②教学方法上，重分析，轻综合，忽视各部分知识之间的联系及在电力系统工程中的作用。③教学组织上，重课堂教学，轻实践教学，忽视对学生学习兴趣的培养。即“工程不突出，实践少而散，课外无活动”。

2.课程改革要达到的预期目标

为适应电力工业的快速发展对人才培养的新要求，全面提高“电力系统分析”课程的教学质量，课程小组通过调研分析，基于培养具有“实践能力、创新精神和创业精神”的高素质应用型人才为人才培养定位，遵循“突出工程，强化实践”的原则，提出精简优化课程内容，整合强化实践教学、创新构建课外活动，全面提升课程教学水平的课程改革方案。

（1）改革和优化教学大纲、教学内容和教学日历;

（2）将案例教学引入到课程教学环节，通过课程实验、课程设计和课外案例仿真分析，使学生具有深厚的电力系统分析理论基础知识和分析计算能力;

（3）建立“电力系统分析”课程教学的案例分析计算机仿真库、课程设计案例库;

（4）建立电力系统分析课程网站，实现在线学习、在线交流等功能，进一步拓展学生知识范围。

三、“电力系统分析”课程教学内容及教学方法改革

通过广泛的调研分析，确定教学内容修订方案。在新的教学内容中强化本课程与电路和电机学等基础课、电力系统继电保護和电力系统自动控制等专业课的承上启下的关系，重点培养学生电力系统潮流计算、短路计算、经济调度和稳定性分析等方面在工程实践中的应用和设计能力。

针对电力系统各种抽象概念（如暂态电抗与次暂态电抗、暂态电势与次暂态电势等）、复杂的暂态过程（如同步发电机短路过程）、多变的序网图与相量图等内容很难讲清楚，难理解，采用多媒体教学方式，用动画描述、互动过程、输出对比等各种手段解释复杂的电力系统过程和难以理解的物理概念，采用电力系统分析仿真软件演示一些电力系统物理过程和现象，使学生加强对电力系统物理过程的理解。除此之外，开办专业教学网站，实现网上资源共享，鼓励网上教学和答疑，真正实现师生在线交流互动。

1.教学内容的调整

通过教学改革实际经验，总结改革过程中存在的问题，将教学内容进行调整如下：①发电厂、变电站和组成电力系统的基本元件的视频、图片的演示和讲解，重点强化学生对电力系统的元件、结构、运行方式的感性认识。②将同步电机的数学模型，与线路模型和变压器模型衔接，形成组成电力系统主要元件的整体概念，采用Matlab案例设计，分析元件及电力网络的运行特性。③结合Matlab设计电力系统有功和无功控制仿真案例，重点介绍电力系统一次和二次调频以及电压、无功功率的的控制方法。④应用Matlab案例，分析无限大功率电源供电及同步发电机在无阻尼、有阻尼情况下三相短路电流的特点。分析不对称三相电压、电流的正序、负序和零序参数的计算方法。⑤结合PowerWorld的仿真案例，加深潮流计算的基本方法、计算机潮流计算的实现和电力系统潮流计算的特点等的理解。⑥应用PowerWorld分析各种类型短路电流的计算以及电力系统稳定性的分析和计算。

2. “电力系统分析”课程教学方法的改革

（1）强化本课程与先修课程之间在课程内容、学习方法之间的联系与区别，与后续课程的关系，促使学生将本专业方向的各个主干课程形成一个体系，并充分认识本课程在整个课程体系中的作用。（2）强化案例教学。在学习每个知识点之前，由任课教师给出一个实际应用案例，由学生和教师一起，对案例中所涉及的本课程的相关内容进行梳理和提炼，在此基础上引导学生进行资料和查阅和学习。理论教学部分以教师板书讲授为主、多媒体演示为辅，侧重强调课程中的重要的原理和过程，弱化理论推导和繁琐的计算过程。在理论教学部分结束时，再由教师组织学生对案例进行讨论，鼓励学生提出自己的设计方案和实现过程。（3）通过案例讨论激发学生学习兴趣，引导学生应用Matlab和PowerWorld软件进行案例分析和设计，利用学院实验室资源在课余时间进行设计实践，锻炼学生实践创新能力。

四、结论

要想满足“新工科”人才培养目标，实现“电力系统分析”课程教学改革，须制定新的教学目标、更新教学内容，使学生学习并掌握新的知识、新的技能，以提高自身的理论知识与实践能力，培养独立和创新意识。本研究成果包括两方面：（1）在课堂教学方面，通过优化课程教学和实践内容，改进了教学方法和手段，将教学内容从以理论教学为主逐步转变为以案例教学为主，增加了学生对教学内容的直观认识，通过案例引导学生主动学习实践、主动思考创新，提高了学生的实践能力和创新能力。（2）在实践教学方面，在熟练掌握Matlab和PowerWorld仿真软件的同时，充分利用实验室资源，增加和强化实践教学环节，培养了学生的实践设计能力和在实践过程中发现问题、解决问题的创新能力。

参考文献：

[1] 吴爱华，杨秋波，郝杰. 以“新工科”建设引领高等教育创新变革[J]. 高等工程教育研究，2019（1）：1-7.

[2] 王翠，杨小品，李瑾，孙小强，卢莉. 新工科背景下《电力电子技术》课程项目式教学方法的探索[J].教育现代化，2019 （25）：195-196.

基金项目：河北省高等教育教学改革研究实践项目（2018GJJG065）。