新型电力系统背景下的《电力系统分析》课程教学模式改革

张弦 李文立

[摘要]在“双碳”目标及新型电力系统建设的背景下，传统《电力系统分析》课程存在教学内容与现实脱节、教学形式缺乏场景创新和师生互动、考核形式不能考察学生解决实际问题的能力以及课堂思政与国家战略联系不足等问题。对此，课程应从以下方面进行优化创新：教学内容上加入低碳视角下的新型电力系统内容；教学形式上实施多维互动教学模式；考核方案上着重考核学生学以致用的能力；课堂思政上运用“大思政课”将国家“双碳”战略融入思政教学。

[关键词]高等院校；电力系统分析；教学内容；教学方法；课程优化

[中图分类号]C41 [文献标识码]A

[DOI]：10.20122/j.cnki.2097-0536.2023.09.044

《电力系统分析》是电气工程及其自动化专业的核心课程，课程全面介绍电力系统运行整体概念，深入探讨电力系统模型、分析方法和计算技术等方面，为学生提供全面的电力系统知识和理论基础[1]。课程内容与电力生产各环节密切相关，随着世界各国对绿色低碳电力系统的持续探索，现代计算机技术与新能源发展的结合，教学内容必须与时俱进，确保学生具备相关知识和技能，以适应时代的发展[2]。为应对飞速发展的技术革新并助力国家“双碳”目标的达成，为培养建设新型电力系统的新工科人才，电力系统分析课程的教学内容、教学方法和教学手段必须改革创新、与时俱进。

本文将从《电力系统分析》课程教学现状与问题、实施改革方法（包括教学内容、教学形式、考核方案和课程思政）等方面进行探讨。

一、电力系统分析课程教学现状与问题

目前，《电力系统分析》课程教学普遍存在以下问题：

（一）教学内容、知识结构与实际电力系统发展脱节

新型电力系统是低碳环保、高效智能的能源系统，以智能电网为枢纽平台，通过源网荷储互动与多能互补等方式协同运作，能有效解决传统电力系统存在的问题，提高电力资源利用效率，促进能源转型升级，推动可持续发展。因此，在“双碳”目标的背景下，建设新型电力系统是电力系统发展的重要目标。另外，随着科技的发展和社会的进步，电力系统领域的知识和技术也在不断更新和演进。

然而，“新型电力系统”的概念在现在各类《电力系统分析》课程教材中并未提及。传统的《电力系统分析》课程内容过于陈旧，从理论教材中无法看到近年来电气工程专业学科以及电力系统的最新进展。近年来，全球电力系统的很多环节已经发生巨大改变，但《电力系统分析》教材的内容和现实严重脱节，无法真实展现当前电力行业的发展。

（二）教学形式缺乏场景创新、师生互动欠缺

目前《电力系统分析》课程的绝大部分仍沿用“满堂灌”式教学，思考和探究机会缺失，学生对学习的兴趣不高。与此同时，教师过于依赖教材内容，未能更好地发挥自己的专业知识和创造力，导致教学效果欠佳[3]。另外，课上课下师生互动不足，调动学生反馈积极性手段欠缺。

现代电力系统是高电压、大电流的复杂非线性网络系统，包括发电、输电、配电和用电等方面。然而，在实际运行中无法采用在线物理试验来研究其运行状态，以免威胁到电力系统的安全稳定性和人身安全。由此导致当前《电力系统分析》课程教学中操作环节不足、实验设置过于简单的问题，难以让学生全面深入地了解电力系统的运行状态和新技术。

（三）考核形式不能考察学生解决实际问题的能力

为了实现学生积极性的有效调动，多维化的考核方式改革应际而生[4][5]。针对本专业的实际教学情况来看，以上方法主要是通过成绩导向的方式激发学生的学习热情，通过设置多元化的成绩考核机制完成学生学习行为的有效引导。从实际实施情况来看，其效果差强人意，对比早前的一次期末考试定成绩的方法，其能一定程度上分散期末考试的考前突击，刺激学生日常的学习热情，但学生专业兴趣并没有显著提高、专业视角并没有有效拓宽、解决实际问题的能力并没有实际增长。

（四）课堂思政与国家“双碳”等战略紧密性不足

根据习近平总书记关于“大思政课”指示批示，面对高速发展的电力行业技术更新换代以及响应国家“双碳”战略出台的相关政策措施给行业带来的巨大变革，思政内容并没有快速反应、及时跟进，这导致学生对“双碳”战略的深刻内涵理解不够充分、对电力系统实施低碳改革的方式策略思考不够深入、对电力系统各方的碳排放责任的分配机制不够明晰。

二、实施改革方法

结合以上问题，课程改革方案主要包括以下几个方面：

（一）更新教学内容和知识框架，加入低碳视角下的新型电力系统相关内容

面对新能源不确定性导致的电力系统新挑战，低碳新型电力系统背景下的《电力系统分析》课程教学模式必须顺应低碳战略发展趋势，深入挖掘专业知识，增加新型电力系统的供需平衡理论，高比例新能源接入的电压控制技术，新能源发电的季节性调节。另外，加入碳视角下的电力系统分析与优化，通过了解碳分析、碳优化、碳规划和碳轨迹理论，让学生了解绿色电力的发展前景，认识到电力系统结构形态面临转型，以及新型电力系统对碳足迹分析的研究现状和发展方向。新能源高速发展，储能、光热、氢能等新兴元素将逐步由小众化向普及化迈进，因此有关可再生能源的知识也需要加入课程知识体系，让学生进行深入了解与学习。

（二）改变课堂教学形式，将“互动学习”的过程融入上课的前中后

1.善用授课平台，实现多维互动教学模式

善用雨课堂等网络授课平台引导学生预习[6]。“雨课堂”中的统计数据能够让教师对同学的预习情况有清晰的了解，从而上课时能进行针对性的辅导与指导。课中，教师通过“雨课堂”的答题小程序布置较为较简单问答题，学生根据自己对课程内容的理解做出回答，并利用弹幕等手段及时收到学生在课堂上的反馈，实现师生互动。课后，教师可以根据同学课上学习情况，以及课上完成相应的练习，推送相关的练习使学生们能够独立作答；推送相关扩展链接，使学生们掌握更多、更便捷的电力系统分析学习方法；教师定期在课程群里推送课堂反馈投票，及时了解学生对老师上课内容以及进度是否有意见和建议。

通过课堂主体与互联网云教学平台的优势互补，达到电力系统分析相关实际问题思考于课前、电力系统分析主体知识完成于课堂、电力系统低碳优化运行拓展学习于课后的多维度学习相互促进目的。

2.结合仿真软件，赋能电力系统低碳转型的实践

电力系统是一个完整的能源供应系统，要深入理解电力系统的结构和特点，不仅需要理论知识的学习，更需要结合仿真软件进行实践学习。结合仿真软件进行实践学习可以帮助学生在虚拟环境下进行电力系统的建模、仿真和分析，通过使用仿真软件，学生可以深入了解电力系统的各个组成部分，并且可以模拟不同情况下的系统运行状态，从而更好地理解电力系统的运行原理和特点；还能够帮助学生提高解决问题的能力和创新思维，例如在仿真环境下进行系统优化设计，改进电力系统的性能和可靠性；另外，结合电力系统低碳排放的目标进行仿真计算，使电力系统的低碳转型付诸实践。

3.通过主题汇报，鼓励学生自主学习，培养学生自我探索的能力

鼓励学生对电力系统学科前沿发展动态的了解和探索，通过给学生指定多个与新型电力系统相关的主题，引导学生分组合作完成高水平论文的检索、阅读、汇报以及撰写报告。此外，还可以鼓励学生提出自己的观点、看法、问题以及解决方案，促进学生的思维和创新能力的发展。

通过从资料收集、PPT汇报以及撰写报告的全过程实施，可以让学生深入了解新型电力系统等相关技术的背景、意义和现状，同时也能够提高学生的自主学习能力和科研素养。此外，通过分组讨论和汇报，可以促进学生之间的交流和合作，增强团队合作精神和创新意识。

（三）发挥思政对课程的价值“导航”作用，培育和践行社会主义核心价值观

思政教育与电气专业教育结合的重点是讲清楚我国“双碳”战略的目的、意义以及全国上下实现“双碳”目标的决心。思政教育与专业教育的结合，可以帮助学生深入了解“双碳”战略的背景和实施情况，明确其重要性和紧迫性，同时也能够提高学生的社会责任感和环保意识。不仅能够培养学生强烈的爱国情怀和崇高的道德素质，还能够激发学生对本课程的学习热情，树立未来成为卓越电气工程师去为推进“双碳”战略的实施和落实做出积极贡献，为推进我国绿色电力事业的目标而奋斗。

（四）改变考核模式，加大比重考察学生自主调研、解决实际问题的能力

考核方式为期末考试引入学习过程考核和拓展技能考核。学习过程考核包括平时作业、课堂互动、小组讨论等方面，更加注重考察学生的课堂学习专注度和思考能力。拓展技能考核包括指定主题分组调研并汇报和利用仿真软件解决工程问题撰写实验报告，主题汇报是学生分小组根据老师指定的主题，借助网络、图书等多种手段搜集资料，通过团队分工完成PPT汇报、报告撰写等任务，教师主要从汇报展示和报告质量、团队沟通交流等方面对小组各个成员的工作进行综合考评；仿真实验是学生根据老师给出的结合实际的工程问题，利用仿真软件去编写程序给出一个解决方案并最后撰写实验报告，教师从程序的结果、方案的合理性以及实验报告的质量来给出考核评价。

这种考核模式的多维化可以帮助学生更好地掌握知识和技能，增加学生的学习积极性和主动性，提升学习质量，帮助学生在日后的职业生涯中更好地适应复杂多变的工作环境和任务需求，为学生未来的职业发展打下坚实的理论和实践基础。

三、结语

拟建设的低碳新型电力系统背景下的《电力系统分析》课程教学模式顺应“低碳”战略发展趋势，兼具传统课程的较强的理论性和新时代电力系统分析与计算的实践性，通过更新教学内容、改变教学形式和考核方案以及深入课堂思政，强化电气工程专业领域与能源经济专业领域的跨界整合，深化高新技术与工科专业的知识、能力、素质融合，对达到培养三位一体的电力人才具有推动作用。

参考文献：

[1]赵晓莉，李宏仲，李振坤.“电力系统分析”课程思政教学探索与应用[J].中国电力教育，2021（S1）：158-160.

[2]徐德明，迟正刚.基于卓越电气工程师培养的电力系统分析课程改革[J].大学教育，2016（11）：161-162.

[3]任洲洋，杨帆，夏威夷.面向新一代电力系统的电力系统分析金课构建[J].大学教育，2022（2）：110-112.

[4]刘阳升，罗奕，高鹏，李会琴.面向学生综合能力培养的《电力系统分析》课程改革研究[J].中国电力教育，2021（3）：50-51.

[5]侯宝华，温家铭.基于微课和雨课堂混合教学模式的“电气制图”课程改革与探究[J].无线互联科技，2022，19（8）：162-163.

[6]顾丹珍，黄海涛.研究生“高等电力系统分析”课程建设的实践与探索[J].中国电力教育，2013（20）：48-49.

基金项目：2022年度哈尔滨工业大学深圳校区质量工程项目（高等教育教学改革项目），项目名称：建设低碳新型电力系统背景下的《电力系统分析》课程教学模式改革与实践（项目编号：HITSZERP22006）

作者简介：

张弦（1988.12-），女，汉族，江西南昌人，博士，助理教授，研究方向：电力系统及其自动化；

李文立（1992.12-），女，汉族，河南洛阳人，硕士，助理实验师，研究方向：电力系统保护与控制。