楊文輝

摘 ?要：“電力系統(tǒng)分析”課程是電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)必修的專業(yè)核心課程，是進(jìn)一步學(xué)習(xí)“發(fā)電廠變電站工程設(shè)計(jì)”“電力系統(tǒng)自動(dòng)化”“電力系統(tǒng)繼電保護(hù)”等重要專業(yè)課程的基礎(chǔ)。該文針對(duì)目前教學(xué)中存在的問(wèn)題進(jìn)行了分析，進(jìn)一步從教學(xué)方法、教學(xué)手段、考核方法幾個(gè)方面，對(duì)提升“電力系統(tǒng)分析”課程教學(xué)效果的改革舉措進(jìn)行討論，為電氣工程類(lèi)專業(yè)課程的教學(xué)改革提供經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng)分析 ?課程教學(xué) ?教學(xué)方法 ?教學(xué)手段 ?考核方法

中圖分類(lèi)號(hào)：G622 ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2019）12（c）-0101-02

“電力系統(tǒng)分析”課程是三峽大學(xué)國(guó)際文化交流學(xué)院電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)必修的專業(yè)核心課程，課程將電力網(wǎng)絡(luò)以及網(wǎng)絡(luò)中的發(fā)電機(jī)和負(fù)荷作為一個(gè)整體進(jìn)行分析和研究，主要教學(xué)內(nèi)容分為電力系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)分析和暫態(tài)分析兩個(gè)部分[1-2]。其中，電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析主要是針對(duì)正弦穩(wěn)態(tài)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分析計(jì)算，涉及電網(wǎng)潮流方程的建立和非線性代數(shù)方程的求解;電力系統(tǒng)暫態(tài)分析主要是針對(duì)動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分析計(jì)算，涉及同步發(fā)電機(jī)基本方程和轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程的建立和非線性微分方程的求解。課程教學(xué)內(nèi)容具有理論性強(qiáng)、數(shù)值計(jì)算過(guò)程繁瑣、密切聯(lián)系電力生產(chǎn)實(shí)際的特點(diǎn)，容易導(dǎo)致學(xué)生在學(xué)習(xí)中出現(xiàn)畏難情緒。

該文分析了“電力系統(tǒng)分析”課程教學(xué)中存在問(wèn)題和進(jìn)一步提升教學(xué)質(zhì)量的途徑，有助于提升學(xué)生靈活運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決電力系統(tǒng)工程問(wèn)題的能力，為培養(yǎng)適應(yīng)電力行業(yè)需求的高級(jí)電氣工程技術(shù)人才提供教學(xué)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

1 ?教學(xué)現(xiàn)狀和存在問(wèn)題

在教學(xué)方法運(yùn)用方面，“電力系統(tǒng)分析”課程教學(xué)內(nèi)容具有理論性強(qiáng)、數(shù)值計(jì)算過(guò)程繁瑣、密切聯(lián)系電力生產(chǎn)實(shí)際的特點(diǎn)，需要在教師的指導(dǎo)下進(jìn)行學(xué)。實(shí)際教學(xué)中，主要是采取教師課堂講解，學(xué)生被動(dòng)聽(tīng)課法方式進(jìn)行課堂教學(xué)。然而，“電力系統(tǒng)分析”課程教學(xué)內(nèi)容大量涉及正弦穩(wěn)態(tài)網(wǎng)絡(luò)方程和動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)方程的建立過(guò)程，由于該部分涉及的分析方法為先行課程“電路原理”所學(xué)內(nèi)容，重復(fù)交叉內(nèi)容的講授既占用了較多課時(shí)，也不利于吸引學(xué)生的注意力。另一方面，上述網(wǎng)絡(luò)方程通常為非線性代數(shù)方程和微分方程，其求解使用的數(shù)值計(jì)算方法不屬于前期基礎(chǔ)數(shù)學(xué)課的教學(xué)內(nèi)容，簡(jiǎn)單地講授容易導(dǎo)致學(xué)生難以理解，部分學(xué)生失去學(xué)習(xí)興趣。

在教學(xué)手段運(yùn)用方面，“電力系統(tǒng)分析”課程教學(xué)內(nèi)容面向解決工程實(shí)際問(wèn)題，要求學(xué)生能夠針對(duì)一個(gè)電網(wǎng)復(fù)雜工程問(wèn)題建立合適的數(shù)學(xué)模型，并利用恰當(dāng)?shù)倪吔鐥l件求解。然而，常規(guī)基于課堂板書(shū)和PPT的教學(xué)手段，只能直接展示數(shù)學(xué)模型的推理步驟和給出模型的數(shù)值計(jì)算結(jié)果，學(xué)生難以理解也無(wú)法參與模型求解的數(shù)值計(jì)算過(guò)程。數(shù)學(xué)模型求解能力的缺失，導(dǎo)致不少學(xué)生在后續(xù)課程設(shè)計(jì)和畢業(yè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中難以獨(dú)立完成工程設(shè)計(jì)任務(wù)，另一方面，也不利于學(xué)生進(jìn)一步學(xué)習(xí)和掌握電力系統(tǒng)仿真軟件的使用方法。

在課程考核方法方面，“電力系統(tǒng)分析”課程教學(xué)中每位學(xué)生的期末成績(jī)由期末考試和平時(shí)成績(jī)兩部分構(gòu)成。其中，平時(shí)成績(jī)占總成績(jī)的40%，課堂考勤和課后作業(yè)各占20%。根據(jù)電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)的工程教育認(rèn)證以及以及相應(yīng)的新版《電力系統(tǒng)分析教學(xué)大綱》，對(duì)該課程平時(shí)成績(jī)?cè)黾恿艘韵驴己藘?nèi)容：課堂的聽(tīng)課效果和消化所學(xué)知識(shí)的能力;參與考堂專題討論和協(xié)作完成大作業(yè)的能力;應(yīng)用電力系統(tǒng)的基本原理解決實(shí)際工程問(wèn)題的能力?，F(xiàn)有的課堂考勤能夠有效促進(jìn)學(xué)生的到課率，但難以考核學(xué)生課堂中的學(xué)習(xí)活躍程度和學(xué)習(xí)主動(dòng)性;課后作業(yè)能督促學(xué)生及時(shí)復(fù)習(xí)，但課后作業(yè)題目單一、偏重于簡(jiǎn)單的手工計(jì)算，難以培養(yǎng)學(xué)生分析和解決復(fù)雜工程問(wèn)題的能力。

2 ?提升課程教學(xué)質(zhì)量的途徑

2.1 銜接式教學(xué)方法的應(yīng)用

“電力系統(tǒng)分析”課程的基本分析方法立足于“高等數(shù)學(xué)”“電路原理”等先行課程，同時(shí)也是進(jìn)一步學(xué)習(xí)“發(fā)電廠變電站工程設(shè)計(jì)”“電力系統(tǒng)自動(dòng)化”“電力系統(tǒng)繼電保護(hù)”等重要專業(yè)課程的基礎(chǔ)。因此，教學(xué)中需要處理好各門(mén)課程教學(xué)內(nèi)容間的相互配合，采用銜接教學(xué)方法有助于實(shí)現(xiàn)各門(mén)課程在教學(xué)內(nèi)容上的承上啟下。

在實(shí)際教學(xué)中，對(duì)于需要使用的先行課程已講授的知識(shí)點(diǎn)，在課前安排學(xué)生課前復(fù)習(xí)，課堂講授時(shí)相關(guān)內(nèi)容以講清楚思路為主，避免學(xué)生學(xué)習(xí)注意力下降，例如，利用“電路原理”課程中節(jié)點(diǎn)電壓法推導(dǎo)潮流方程的過(guò)程;對(duì)于后續(xù)課程需要使用的重要知識(shí)點(diǎn)，則進(jìn)行較為詳細(xì)的講解，并要求學(xué)生具備基本的計(jì)算能力。例如：“發(fā)電廠變電站工程設(shè)計(jì)”和“電力系統(tǒng)繼電保護(hù)”課程需要使用的知識(shí)點(diǎn)電力系統(tǒng)短路電流的實(shí)用計(jì)算方法;對(duì)于先行課程未能講授的知識(shí)點(diǎn)，則需要進(jìn)行補(bǔ)充講解。例如，非線性代數(shù)方程和微分方程的數(shù)值計(jì)算方法。通過(guò)有效銜接各門(mén)課程間教學(xué)內(nèi)容，既有助于突出教學(xué)重點(diǎn)、保持學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，也有利于合理分配有限的課堂教學(xué)時(shí)間。

2.2 數(shù)值仿真手段輔助教學(xué)

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的普及，電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)開(kāi)設(shè)有“C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)”課程，學(xué)生普遍具備了基本的編程能力，為采用數(shù)值計(jì)算手段輔助“電力系統(tǒng)分析”課程教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生解決電網(wǎng)復(fù)雜工程問(wèn)題的能力提供了前提。

在教學(xué)實(shí)踐中，針對(duì)待分析的電網(wǎng)復(fù)雜工程問(wèn)題的數(shù)學(xué)模型，可以通過(guò)編寫(xiě)迭代程序的方法實(shí)現(xiàn)模型的數(shù)值計(jì)算，進(jìn)一步通過(guò)分析計(jì)算結(jié)果，識(shí)別和判斷智能電網(wǎng)復(fù)雜工程問(wèn)題的關(guān)鍵環(huán)節(jié)和參數(shù)，滿足專業(yè)培養(yǎng)計(jì)劃目標(biāo)的要求。例如，在講授同步發(fā)電機(jī)基本方程內(nèi)容時(shí)，在利用派克變換推導(dǎo)發(fā)電機(jī)電壓方程和磁鏈方程的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步要求學(xué)生以小組為單位，采用C語(yǔ)言和Matlab編寫(xiě)程序[2]，計(jì)算同步發(fā)電機(jī)極端突然三相短路后的電流、電壓隨時(shí)間變化的規(guī)律，鞏固所學(xué)章節(jié)重要知識(shí)點(diǎn)。同時(shí)，通過(guò)自行編程，使學(xué)生理解同步發(fā)電機(jī)基本方程的差分化步驟、同步發(fā)電機(jī)基本方程的初值計(jì)算方法和數(shù)值迭代程序的編寫(xiě)方法，增強(qiáng)學(xué)生解決問(wèn)題的動(dòng)手能力。

2.3 基于雨課堂的考核方法

雨課堂[3]是學(xué)堂在線與清華大學(xué)在線教育辦公室共同研發(fā)的智慧教學(xué)工具，能夠覆蓋了課前、課上、課后的教學(xué)環(huán)節(jié)，有助于師生課堂和課后及時(shí)溝通反饋，為實(shí)現(xiàn)工程教育認(rèn)證要求的課程考核提供了可行的解決方案。在實(shí)際課程教學(xué)中，通過(guò)雨課堂智慧教學(xué)工具建立課程網(wǎng)站平臺(tái)，暢通教師與學(xué)生講的互動(dòng)渠道，建立基于雨課堂的考核方法。

通過(guò)雨課堂的掃碼簽到功能，能夠?qū)崿F(xiàn)課前考勤簽到，節(jié)省了有效上課時(shí)間;通過(guò)雨課堂的課堂測(cè)驗(yàn)和投票功能，能夠隨堂考察每一位學(xué)生的聽(tīng)課效果;通過(guò)雨課堂的彈幕和隨機(jī)點(diǎn)名功能，有助于師生的課堂互動(dòng)和專題談?wù)?通過(guò)雨課堂的課件推送功能，能夠在課前將預(yù)習(xí)任務(wù)發(fā)送到學(xué)生手機(jī)。同時(shí)，借助于雨課堂的數(shù)據(jù)支持和個(gè)性化報(bào)表，能夠及時(shí)記錄每一位學(xué)生的學(xué)習(xí)表現(xiàn)，在期末有據(jù)可依地給出平時(shí)成績(jī)，有效地激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性和學(xué)習(xí)興趣。

3 ?結(jié)語(yǔ)

“電力系統(tǒng)分析”課程教學(xué)改革實(shí)踐表明，針對(duì)教學(xué)方法、教學(xué)手段和考核方法實(shí)施綜合改革，有助于挖掘?qū)W生學(xué)習(xí)潛力，實(shí)現(xiàn)理論教學(xué)各部分知識(shí)點(diǎn)融會(huì)貫通，提升學(xué)生靈活運(yùn)用所學(xué)數(shù)學(xué)和物理等自然科學(xué)、工程基礎(chǔ)知識(shí)、電氣工程及相關(guān)領(lǐng)域?qū)I(yè)知識(shí)解決電力系統(tǒng)工程問(wèn)題的能力，為電氣工程類(lèi)專業(yè)課程教學(xué)改革提供有益經(jīng)驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)

[1] 李響，王龍.“電力系統(tǒng)分析”課程的理論與實(shí)踐教學(xué)研究[J].中國(guó)電力教育，2017（5）：63-65.

[2] 王奕翔，曹琳，何敏，等.基于C語(yǔ)言的MATLAB軟件編程在數(shù)學(xué)建模中的應(yīng)用研究[J].教育現(xiàn)代化，2019，6（48）：127-129.

[3] 劉芳.基于雨課堂的管理學(xué)課程混合式教學(xué)模式研究[J].科技資訊，2016，14（36）：184，186.