“30·60”双碳目标下《电力系统分析》课程教学改革

摘要：电力系统低碳转型是实现我国“30·60”双碳目标的关键环节。电力系统分析作为电气工程专业的核心课程，需要培养电力人才助力其发展。本文从能源转型对《电力系统分析》教学课程的影响入手，结合课程教学目标、教学途径、教学内容和课程形式，提出了“30·60”双碳目标下的课程教学体系，更进一步提高了《电力系统分析》课程在培养电力人才方面所发挥的作用。

关键词：  电力系统分析  双碳目标  教学改革  低碳转型

Teaching Reform of Course <Power System Analysis> under the "30·60" Double Carbon Goal

JIANG Xin

（School of Electrical Engineering， Zhengzhou University， Zhengzhou  ， Henan Province， 450001 China）

Abstract： The low-carbon transformation of the power system is a key link in achieving China's "3060" dual-carbon goal. As the core course of electrical engineering， power system analysis needs to train power talents to help its revolution. This paper starts with the impact of the energy transition on the <Power System Analysis> teaching curriculum， and combines the curriculum teaching goals， teaching methods， teaching content and curriculum forms， and proposes a curriculum teaching system under the "30·60" dual carbon goal， enhancing the professional role of the "Power System Analysis" course in cultivating electrical talents.

Key Words： Power System Analysis; Double carbon target; Teaching reform; Low-carbon transition

《电力系统分析》课程是电气工程专业领域的一门重要专业课程[1]，其以电力系统作为研究对象，在教学中涉及电路、电机、电磁场等专业基础课程，也涉及电力电子、高电压技术、发电厂电气部分等专业课程，通过对此课程的研究，让学生了解电力系统的规划、设计、运行的背景知识。本课程主要包括短路计算、潮流计算、优化调整和机电稳定分析，这是电力系统中的常见的问题，也是相关专业学生必须要掌握的知识[2]。

2021年3月11日，第十三届全国人民代表大会第四次会议制定“30·60”双碳目标的确定[3]，将对当今社会生活方式全新改革，它的背后蕴藏着一种对电力系统分析新思维方式和供给方式，将会给教学的理念、体系、形式、评价等方面的变革带来深远的影响，因此，《电力系统分析》课程更应该及时进行教学改革。双碳目标的提出使得能源行业发生了深刻的变化，将碳达峰、碳中和理念融入学校课程教学过程中，不仅能使师生立足新发展阶段，还能强化绿色环保意识，践行低碳生活。

1 “30·60”双碳目标的含义

碳中和是指通过植树造林、节能减排等形式、抵消自身产生的二氧化碳或温室气体排放量，实现正负抵消，达到相对“零排放”;碳达峰是指在某一时刻，二氧化碳的排放量达到历史最高值，随后逐步回落[4]。本质上碳中和与碳达峰都是为减少碳排放量所设定的目标，我国95%左右的非化石能源主要通过转化为电能加以利用[5]。“30·60”双碳目标对电力系统提出了更高要求：建设成为可消纳大规模集中式和分布式可再生能源发电的坚强输配电网。

“30·60”目标带来的变革超出想象，许多颠覆性的“重新定义”正在发生。而当前《电力系统分析》课程中仅仅只涉及传统电源和电网的概念，这与现代化电网的发展是相悖的。

2 《电力系统分析》教学改革

课程是教师教学的主要手段，其教学质量的高低直接会影响人才培养的质量的高低。随着电力事业的不断发展，很多新颖技术也在该领域中不断被应用，因此对《电力系统分析》课程的实践教学也有了更高的要求[5]。

2.1 传统课堂设计现状

2.1.1    教学内容单一

教学内容是提高本科教学质量重要因素之一，但是传统课堂上有些高校教师教学几十年，使用的教材从来不变，教学的内容也没有更新过，更有甚者，对于课程中的较难知识点和动手实验课程，直接跳過，导致学生学习知识体系不完善，工作后较难适应分析电力系统实际问题。

《电力系统分析》课程涉及的模型和理论较多且抽象，知识点较难理解，教师教学内容上应该更丰富多样，增加动手实践课程的比重，不仅仅是传授理论知识，还应提高学生解决实际问题的能力。

2.1.2  教学方式单一

传统课堂仅仅由教师讲授相关内容知识，学生根据给定的内容进行复习考试，课程的学习被局限在实验室和教室，过程较为枯燥，课外实践学习被忽略，限制了学生和教师的互动性，学生兴趣不高;此外，仅采用“教师讲学生听”的方式难以调动学生的学习积极性。

随着互联网技术的快速发展，教学方式上也要充分利用网络、多媒体等技术[6]。例如，可以辅助多媒体手段将电机转子旋转的过程以动画的形式向学生展示，让学生更直观地认识到定子和转子电感系数变化的本质，提高学生学习的积极性。

2.1.3  学生重视程度不高

学生本身原因：一是部分学生经过初、高中灌输式学习方式，进入大学后容易产生放松和懈怠学习的心理[7];二是学生在填报志愿时，对相关专业并不了解，而是抱着哪个专业热门报哪个的心态，或是完全按照家长意愿进行填报，导致学生到学校学习后发现自己对专业学习难以提起兴趣;三是学生对大学所学知识的重要性认知不够，认为所学知识在以后工作中不实用，并对大学所学专业知识产生怀疑和否定态度。

除学生本身因素外，教学体系也是重要原因之一，包括上文所提到的教学内容单一、教学方式单一。正是教学体系的一成不变，让理论知识的学习变得索然无味，学生学习兴趣不高。教学体系的单一也导致学生容易摸清教学过程，掌握做题套路，出现不用上课认真听讲也能拿高分的现象，自然课程的学习就得不到重视。

本节针对某高校2017级电气工程的120名本科生《电力系统分析》课堂学习情况进行了调研，学生对课程态度如图1所示。

由图1可得，从未逃过课的学生仅仅有30人，占总人数25%，从未与教师交流过的人数有88人，占总人数的73.3%，以上数据足以说明学生对课堂态度并不理想。

接着对逃过课的90名学生进行调研，学生逃课原因占比如图2所示。

从图2可以看出，认为课程枯燥无聊和知识点抽象听不懂是学生逃课的主要原因，亟需从教学内容、教学方式等方面全方位改革，提高教学质量。

2.2 双碳目标融入课程教学改革

2.2.1  课程设计、教学大纲

首先，围绕“碳达峰与碳中和”这一主题，定制与双碳目标相关联的新大纲、新教案、新课件，提升课程教学效果。例如，在课程绪论时，开篇引入——2020年12月发布的《新时代的中国能源发展》，让学生了解当前中国能源发展的背景、发展中出现的问题、为什么要提出双碳目标以及如何实现双碳目标。进而从第一节《电力系统概述》入手，从认识电力系统，理解并掌握电力系统的组成、运行与发展，将教学重点由传统电网转向“碳达峰、碳中和”和清洁能源方面，为学生灌输绿色低碳理念。

2.2.2  理论教学、课堂互动

“授课”“总结”是任何课程的掌握的两个必要环节。授课过程需加强师生互动，可以通过“提问、探讨、汇报”等方式，加深学生对电力系统知识点的理解，结合“碳达峰与碳中和”组织学生分组上台汇报，并与台下学生进行专题探讨，教师最后进行专题总结。课后要求学生对知识进行系统归纳。

2.2.3  强化培养途径

《电力系统分析》课程教学应该打破传统课程学习的惯例，拓展学习空间，通过“学习通网课建设、线上线下教学互动、实验平台与软件仿真、虚拟仿真实验”4个模块的教学模式实践，增强学生学习的能动性，提高课程教学的质量和水平。

首先是学习通网课的建设，其优点有很多，比如，讲解电力系统相关知识时，网课中可以插入相关专业的图片和视频，让学生更加直观地了解电气设备，有身临其境的体验，并且如果学生上课没有听的很明白，也可以在课下反复观看学习通，加深对知识的理解。其次，学习通的建设能促进线下线上教学的互动，增强学生对知识点的记忆。最后是学生进行仿真实验，增强其动手实践能力的同时也让他们对专业知识更加理解。同时加入课程设计模块，通过理论与实际相互结合，让学生理解电力系统存在的问题，抓住主要矛盾，推进碳达峰、碳中和协同发展。

2.2.4  建立综合考核评价机制

传统课堂的考核方式太过单一，书面成绩占的比重过大。根据课程体系的4个进阶模块（听课模块、互动模块、實践模块、测试模块），针对电气专业的知识、能力目标，建立了综合考核机制，分别包括学习通网课测试环节（20%）、随堂测试（20%）、课程设计（30%）以及期中考试（30%），相比于传统考核机制，大大加重了过程考核在期末总成绩中的比重，打破了“不用上课认真听讲也能拿高分”的现象。

对于网课测试、随堂测试和考试的内容几乎全为主观题，即使设置的有部分客观题也需要给出正确的原因解释，否则视为错误，部分测试也采用了口试的形式，教师提问，学生回答，助教做记录，考试成绩当场给出;对于网课测试和随堂测试不达标的学生禁止参加课程设计和期中考试;课程设计利用“系统仿真+手工计算”实现可视化的电力系统潮流分析。以上综合的考核机制不仅拓展了学生的综合能力，而且能让学生对专业课的学习更加重视。

3 结语

基于《电力系统分析》课程的特点，本文对《电力系统分析》课程体系的构建和教学模式进行了创新，首先分析了传统课堂上的不足，从教学内容、教学方式、学生重视程度3个方面并结合相关数据综合分析了传统课堂中的弊端问题;其次针对以上出现的问题提出了一种“30·60”双碳目标下的课程教学体系，从培养途径、考核机制等方面进行了全方位改革，打破了“不用上课认真听讲也能拿高分”的现象。在教学内容中增加了目前国内研究热点双碳目标的知识，极大提高了学生的积极性，为培养电气工程专业技术人才起到了积极的推动作用。

参考文献

[1] Huds A. Shah S J. Castans A. et al.A meachine learning model for systematic identification of wildtype transthyretin cardiomyopathy[J].Joural of Cardiac Failure，2019，25（8）：S53-54.

[2] Li L， Jiang P， Xu H， et al.Water quality prediction based on recurrent neural network and improved evidence theory： a case study of Qiantang River， China[J].Environmental Science and Pollution Research International，2019，26（19）：19879-19896.

[3] 王菡娟.“双碳”大考中的政协行动[N].人民政协报，2021-07-08（005）.

[4] 渠沛然，赵紫原.碳达峰、碳中和助力新能源高质量发展[N].中国能源报，2021-06-28（015）.

[5] 刘志坦，李玉刚，杨光俊，等.低碳转型背景下我国气电产业发展路径[J].天然气工业，2021， 41（6）：152-161.

[6] 黄媛，刘天琪，李长松，等.互联网环境下《电力系统分析理论》课程教学改革与探索[J].中国电力教育，2020（9）：41-42.

[7] 叶志军，林燎源，项雷军.中德本科课程教学对比——以电力系统暂态分析课程为例[J].中国现代教育装备，2021（9）：153-155.

作者简介：

姜欣（1991—），女，博士，副教授，研究方向为电力系统运行与规划 。

邮箱：jiangxin@zzu.edu.cn