邵定國，畢 青*

（上海大學(xué)機電工程與自動化學(xué)院電氣工程系 上海 200444）

“電網(wǎng)絡(luò)分析與綜合”課程是電氣工程學(xué)科的重要理論基礎(chǔ)課程，也是電氣工程學(xué)科碩士的必修學(xué)位課程。該課程從電氣工程基本的電路原理和理論入手，以電路網(wǎng)絡(luò)和數(shù)學(xué)分析為基礎(chǔ)，培養(yǎng)學(xué)生分析和解決電氣工程領(lǐng)域問題的能力，使學(xué)生掌握電氣工程科學(xué)內(nèi)涵與思維方法。因此，建設(shè)一門高質(zhì)量的“電網(wǎng)絡(luò)分析與綜合”課程，對學(xué)生科研能力的培養(yǎng)和后續(xù)電氣工程領(lǐng)域的發(fā)展具有重要的意義。

1 “電網(wǎng)絡(luò)分析與綜合”課程存在的問題

①課程教學(xué)內(nèi)容不夠凝練，缺乏個性化培養(yǎng)。電網(wǎng)絡(luò)分析與綜合課程教學(xué)內(nèi)容主要分為兩部分：網(wǎng)絡(luò)分析和網(wǎng)絡(luò)綜合，電網(wǎng)絡(luò)分析是在大學(xué)本科電路基礎(chǔ)上，進(jìn)一步研究大規(guī)模電路的基本規(guī)律與分析計算方法。電網(wǎng)絡(luò)綜合介紹了無源濾波器和有源濾波器的基本知識和綜合設(shè)計方法。我國高校電氣工程一級學(xué)科下有電力電子與電力傳動、電機與電器、電工理論與新技術(shù)等多個二級方向，電網(wǎng)絡(luò)分析與綜合課程教學(xué)內(nèi)容繁多[1]，二級專業(yè)研究生學(xué)習(xí)需要根據(jù)專業(yè)拓展部分課程知識，因此針對不同專業(yè)方向的學(xué)生，課程教學(xué)內(nèi)容如何凝練調(diào)整，如何個性化拓展教學(xué)，是課程教學(xué)中面臨的問題。

②教學(xué)方式單一，缺乏啟發(fā)性。電網(wǎng)絡(luò)分析與綜合課程教學(xué)通常采用“滿堂灌”的教學(xué)方式，教師是課堂教學(xué)的中心，學(xué)生被動地學(xué)習(xí)。這種線性教學(xué)方式下，易造成知識點堆積，不利于學(xué)生對知識的理解和掌握，也難以引導(dǎo)學(xué)生自主思考，掌握科學(xué)研究問題的方法。

③課程建設(shè)缺乏實踐環(huán)節(jié)，學(xué)生無法學(xué)以致用?！半娋W(wǎng)絡(luò)分析與綜合”課程建設(shè)一般以基礎(chǔ)理論分析計算、試卷考核為主，試卷考核無法搭建理論和實際應(yīng)用之間的“橋梁”，學(xué)生不能更好地學(xué)以致用，變相抑制了這門課程的實踐性和創(chuàng)造性[2]。課程實踐是學(xué)生深化理解理論知識、學(xué)以致用的有效方法，課程建設(shè)結(jié)合實踐環(huán)節(jié)才能提升教學(xué)效果。

“電網(wǎng)絡(luò)分析與綜合”課程作為電氣工程學(xué)科的專業(yè)基礎(chǔ)課程，針對課程中存在的問題，本文在原有課程內(nèi)容的基礎(chǔ)上，從基本理論向?qū)I(yè)方向領(lǐng)域延伸，對“電網(wǎng)絡(luò)分析與綜合”的課程內(nèi)容和課程實踐進(jìn)行改革探究。

2 “電網(wǎng)絡(luò)分析與綜合”課程改革與實踐

目前上海大學(xué)電氣工程學(xué)科研究生均需修讀“電網(wǎng)絡(luò)分析與綜合”課程，研究生專業(yè)分別為電機與電器、電力電子與電力傳動、電力系統(tǒng)及其自動化和電工理論與新技術(shù)四個二級專業(yè)，充分考慮學(xué)科二級方向的共同點和差異性，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行探究學(xué)習(xí)是本課程建設(shè)改革需要重點關(guān)注的問題。

2.1 課程內(nèi)容改革

上海大學(xué)電氣工程專業(yè)“電網(wǎng)絡(luò)分析與綜合”課程在研究生一年級秋季學(xué)期開設(shè)，共40 學(xué)時，教材為吳寧編著的《電網(wǎng)絡(luò)理論分析與綜合》[3]。由于學(xué)時所限，該課程講授內(nèi)容主要包括電網(wǎng)絡(luò)理論概述、網(wǎng)絡(luò)圖論與網(wǎng)絡(luò)方程、線性網(wǎng)絡(luò)的信號流圖分析法、靈敏度分析、無源網(wǎng)絡(luò)綜合和濾波器綜合等內(nèi)容。為了使本課程更好地服務(wù)于不同專業(yè)方向的學(xué)生，“電網(wǎng)絡(luò)分析與綜合”的課程內(nèi)容需要結(jié)合各個研究方向的專業(yè)特點和最新研究內(nèi)容做出調(diào)整[4]。

課程組對標(biāo)國家核心課程指南中的“高等電路與網(wǎng)絡(luò)分析”（學(xué)術(shù)學(xué)位）課程大綱目標(biāo)和內(nèi)容，學(xué)術(shù)學(xué)位研究生課程在原有基礎(chǔ)理論教學(xué)內(nèi)容中增加優(yōu)化控制理論，最優(yōu)化原理介紹（極小化問題，基本迭代算法、無約束問題的極小化），優(yōu)化問題目標(biāo)函數(shù)的定義等內(nèi)容。課程組對標(biāo)國家核心課程指南中的“電網(wǎng)絡(luò)分析”（專業(yè)學(xué)位）課程大綱目標(biāo)和內(nèi)容，專業(yè)學(xué)位研究生課程增加電磁兼容理論內(nèi)容，同時結(jié)合本校學(xué)科發(fā)展優(yōu)勢，如電動汽車、智能電網(wǎng)及電工新理論等方向，適當(dāng)拓展了課程內(nèi)容。

拓展的各個二級方向的課程內(nèi)容如下：①電機數(shù)學(xué)模型與控制：介紹交流電機的數(shù)學(xué)模型與電網(wǎng)絡(luò)模型，闡述電機控制的基本方法，討論電機調(diào)速控制的應(yīng)用特點。②電力電子變換與微電網(wǎng)應(yīng)用：介紹電力電子變換基本電路和微電網(wǎng)架構(gòu)互聯(lián)，闡述電力電子電路和微電網(wǎng)系統(tǒng)的控制方法，重點講述PWM功率變換和微電網(wǎng)穩(wěn)定性設(shè)計，研究微電網(wǎng)系統(tǒng)建模，包括導(dǎo)納阻抗網(wǎng)絡(luò)分析法等，指導(dǎo)微電網(wǎng)穩(wěn)定性分析與穩(wěn)定控制設(shè)計。③現(xiàn)代電力系統(tǒng)優(yōu)化與決策分析技術(shù)。介紹現(xiàn)代電力系統(tǒng)的優(yōu)化決策問題和方法，闡述現(xiàn)代電力系統(tǒng)的特點，介紹含新能源電力系統(tǒng)的等值電路、潮流優(yōu)化和經(jīng)濟調(diào)度方法，重點講述智能電網(wǎng)與能源互聯(lián)環(huán)境下的資源優(yōu)化調(diào)度和電力市場化運營決策分析技術(shù)。④圖像處理及數(shù)字濾波技術(shù)：介紹圖像處理的相關(guān)概念和分類，重點講述幾種圖像濾波器的原理及其應(yīng)用，小波降噪算法原理及分析等。

這些內(nèi)容作為本課程各個二級方向的拓展內(nèi)容，可以采用調(diào)研報告講座為主，課堂教學(xué)為輔的方式展開。學(xué)生可以提前幾周選擇自己相關(guān)方向的研究主題，通過查閱文獻(xiàn)、小組討論、仿真實驗、PPT 制作以及成果匯報的過程，加深對電網(wǎng)絡(luò)理論知識理解的同時，還能鍛煉學(xué)生的團(tuán)隊合作能力、科研能力以及成果展示能力。教學(xué)實踐表明，這些教學(xué)內(nèi)容的調(diào)整可以更好地激發(fā)學(xué)生的興趣，能夠幫助學(xué)生更好地完成基礎(chǔ)理論到專業(yè)方向研究的過渡。

2.2 課程實踐改革

為了提高學(xué)生立足基本理論，思考解決實際問題的思辨能力和動手實踐能力，本課程在教學(xué)過程中加入實踐環(huán)節(jié)，實踐教學(xué)環(huán)節(jié)秉持“以學(xué)生為中心的”教學(xué)理念，教師在課堂中的角色由主導(dǎo)變?yōu)橹笇?dǎo)，引導(dǎo)學(xué)生探索與探究，本課程實踐教學(xué)環(huán)節(jié)采用項目驅(qū)動教學(xué)法[5]。項目驅(qū)動教學(xué)法是通過實施一個完整的項目而進(jìn)行的教學(xué)活動，其目的是在課堂教學(xué)中把理論和實踐教學(xué)有機地結(jié)合起來，提高學(xué)生解決實際問題的能力。

本課程項目驅(qū)動教學(xué)是兼顧教學(xué)內(nèi)容的理論性、學(xué)科最新發(fā)展及學(xué)生的培養(yǎng)要求，既考慮共性問題又兼顧不同專業(yè)方向，架起理論聯(lián)系實際橋梁的重要環(huán)節(jié)。綜合考慮課程內(nèi)容和二級學(xué)科的特點要求，課程組準(zhǔn)備了以下幾個課程設(shè)計方向：

①濾波器設(shè)計。濾波器在電氣工程不同的研究方向上均有所應(yīng)用[6]，但濾波器設(shè)計是本課程的一大難點。針對這一課程難點，不同專業(yè)方向的學(xué)生可以結(jié)合相關(guān)研究方向的應(yīng)用場景，設(shè)計不同的濾波器，具體課題方向如表1 所示。在濾波器設(shè)計過程中，要求學(xué)生根據(jù)實際應(yīng)用的要求，結(jié)合濾波器的相關(guān)理論確定濾波器的類型、參數(shù)和實際電路元器件的參數(shù)，并進(jìn)行仿真或搭建硬件電路實驗進(jìn)行驗證。

表1 濾波器設(shè)計課題內(nèi)容

②復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)仿真與分析。復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)分析是電氣工程領(lǐng)域重要的分析方法，同時也是本課程的另一難點。這一課題的設(shè)置能讓學(xué)生更好地掌握電路網(wǎng)絡(luò)的分析方法，并將其用于電氣工程中復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)問題的求解分析[7]。根據(jù)本部分的課程內(nèi)容，同時引入不同二級學(xué)科方向及最新研究成果，設(shè)計不同的課題，具體的課題內(nèi)容如表2 所示。學(xué)生可以根據(jù)課題組的研究方向選擇課題內(nèi)容，通過查閱文獻(xiàn)等方式確定研究對象的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，運用電網(wǎng)絡(luò)分析方法，結(jié)合MATLAB 等軟件對其進(jìn)行求解分析[8]。

表2 復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)仿真與分析課題內(nèi)容

③自定義方向。除了教師給定的方向外，也鼓勵學(xué)生根據(jù)導(dǎo)師研究方向和課題要求，或者根據(jù)自己感興趣的方向進(jìn)行實際電路設(shè)計或算法編程應(yīng)用。

本課程實踐的目標(biāo)是引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)入電氣工程學(xué)科領(lǐng)域，能基于性價比、工程可行性分析、實際應(yīng)用工況等進(jìn)行相關(guān)設(shè)計。課程實踐過程中，學(xué)生需要結(jié)合實際的應(yīng)用場景，從電氣工程專業(yè)的角度進(jìn)行分析，同時學(xué)會使用常見的仿真軟件，如MATLAB、Multisim、ANSYS 等[9]。課程項目考核主要以報告的文獻(xiàn)檢索、最新科技發(fā)展、設(shè)計項目目標(biāo)的科學(xué)性及先進(jìn)性、課程設(shè)計的方法和正確性、與工程問題的結(jié)合性等方面進(jìn)行考評，引導(dǎo)學(xué)生獨立思考。學(xué)生的成果展示和反饋結(jié)果表明，課程設(shè)計可以加深學(xué)生對課程知識的理解，培養(yǎng)學(xué)生在電氣工程領(lǐng)域的科研思維，鍛煉學(xué)生獨立分析解決實際問題的能力。

后續(xù)課程實踐研究將通過幾輪課程項目實踐，根據(jù)學(xué)生的選擇及項目報告，優(yōu)化調(diào)整課程項目。

3 課程教學(xué)改革成果

“電網(wǎng)絡(luò)分析與綜合”課程于2019 年列入上海大學(xué)研究生拔尖創(chuàng)新人才培養(yǎng)計劃項目課程建設(shè)，2021 年入選上海大學(xué)一流研究生教育學(xué)位核心課程建設(shè)項目。

4 結(jié)論

針對我國高校電氣工程專業(yè)研究生“電網(wǎng)絡(luò)分析與綜合”課程存在的問題，本文充分考慮研究生二級學(xué)科方向的共同點和差異性，從基本理論向?qū)I(yè)方向領(lǐng)域延伸，對“電網(wǎng)絡(luò)分析與綜合”的課程內(nèi)容和課程實踐進(jìn)行了改進(jìn)。該教學(xué)實踐表明：這些改進(jìn)可幫助學(xué)生更好地實現(xiàn)基礎(chǔ)理論到專業(yè)方向研究的過渡，收到了良好的教學(xué)效果，學(xué)生綜合素質(zhì)和科研能力均有所提升。