來文豪 李平 顧煜林 朱文松 胡鋒

摘?要：“煤礦供電”是一門具體行業(yè)特色的專業(yè)課程，是電氣專業(yè)知識在煤礦行業(yè)的實踐應(yīng)用。課程的培養(yǎng)目標是為煤礦企業(yè)培養(yǎng)具有從事電力系統(tǒng)設(shè)計、運行和維護能力的專門人才。隨著“碳達峰，碳中和”目標的實現(xiàn)，我國的電力網(wǎng)絡(luò)將發(fā)生深刻變化，對電力系統(tǒng)從業(yè)人員的專業(yè)素養(yǎng)和創(chuàng)新能力有著更高的要求。因此，新工科背景下，從創(chuàng)新和實踐方面提出“煤礦供電”課程教學改革措施，培養(yǎng)具有創(chuàng)新能力的高素質(zhì)電力系統(tǒng)從業(yè)人員，以滿足“雙碳”目標下煤礦電力系統(tǒng)對創(chuàng)新人才的要求。

關(guān)鍵詞：煤礦供電；新工科；碳達峰，碳中和；教學改革

Exploration?on?the?Teaching?Reform?of?“Coal?Mine?Power?Supply”under?the

Background?of?New?Engineeringand?“Carbon?Peak?and?Carbon?Neutrality”

Lai?Wenhao?Li?Ping?Gu?Yulin?Zhu?Wensong?Hu?Feng

School?of?Electrical?and?Information?Engineering，Anhui?University?of?Science?and?Technology?AnhuiHuainan?232000

Abstract：Coal?Mine?Power?Supply?is?a?professional?course?with?specific?industry?characteristics，which?is?the?practical?application?of?electrical?professional?knowledge?in?the?coal?mine?industry.It?cultivates?specialized?personnel?for?coal?mining?enterprises?with?the?ability?to?engage?in?the?design，operation，and?maintenance?of?power?systems.With?the?realization?of?the?goal?of?"?Carbon?Peak?and?Carbon?Neutrality?"，China's?power?network?will?undergo?profound?changes，and?there?are?higher?requirements?for?the?professional?quality?and?innovation?ability?of?power?system?practitioners.Therefore，the?teaching?reform?measures?of?the?"Coal?Mine?Power?Supply"?course?are?proposed?from?three?aspects?of?curriculum?politics，innovation，and?practice?under?the?background?of?new?engineering.Cultivate?highquality?power?system?practitioners?with?innovative?capabilities?to?meet?the?requirements?of?coal?mine?power?systems?for?talent?innovation?in?the?context?of?"?Carbon?Peak?and?Carbon?Neutrality".

Keywords：coal?mine?power?supply；new?engineering；carbon?peak?and?carbon?neutrality；teaching?reform

1?概述

煤炭作為我國最主要的能源，其安全穩(wěn)定的供應(yīng)對我國的能源安全具有重要意義。在電氣化和智能化的當下，煤炭企業(yè)安全穩(wěn)定的用電是煤礦正常開采的前提?！懊旱V供電”是一門具體行業(yè)特色的電氣工程課程，涉及煤礦供電系統(tǒng)設(shè)計的電氣設(shè)備基本原理、煤礦用電設(shè)備工作接地和保護接地方法、短路故障分析和電氣設(shè)備的保護等。目標是培養(yǎng)學生具有煤礦供配電設(shè)計和技術(shù)經(jīng)濟指標的分析、比較等能力，以及煤礦企業(yè)供配電系統(tǒng)及礦用高低壓電器設(shè)備在運行中一些實際問題的解決能力，為學生畢業(yè)后從事煤礦供配電技術(shù)、管理工作和終身學習打下牢固的基礎(chǔ)。然而，具有不確定性的新能源高比例的并網(wǎng)，電力網(wǎng)絡(luò)將發(fā)生深刻變化，煤礦企業(yè)的安全用電將面臨更大挑戰(zhàn)。

高等教育是國家培養(yǎng)高級專門人才和職業(yè)人員的主要教育活動，通過研究進行科學創(chuàng)新和社區(qū)服務(wù)產(chǎn)生社會影響來促進經(jīng)濟發(fā)展的重要工具?？沙掷m(xù)發(fā)展的緊迫挑戰(zhàn)需要創(chuàng)新的教學方法，以滿足工業(yè)部門的要求以及世界各地人們不斷變化的環(huán)境和社會需求。在新工業(yè)革命加速發(fā)展的背景下，我國高等工程教育急需培養(yǎng)一批工程科技創(chuàng)新人才。為提高工程教育質(zhì)量，提出“新型工程研究與實踐工程”，是主動應(yīng)對新一輪科技革命的行動。并且，隨著“碳達峰，碳中和”的提出，煤炭在中國的能源的占比會逐步降低，然而風、光發(fā)電具有隨機性和不確定性，使得電力的安全穩(wěn)定供應(yīng)必須發(fā)揮煤炭的兜底角色。因此，在此背景下，煤炭的安全穩(wěn)定供應(yīng)更具現(xiàn)實意義。

煤礦電力系統(tǒng)的安全運行是煤礦企業(yè)穩(wěn)定供電的基礎(chǔ)，需要煤礦電力系統(tǒng)從業(yè)者具有扎實的理論知識和較強的創(chuàng)新能力與實踐能力。針對新工科背景下國家對創(chuàng)新人才的需求，以及“雙碳”目標下煤礦供電系統(tǒng)對創(chuàng)新人才的要求，提出新工科背景下“煤礦供電”課程教學改革措施，并深挖課程的思政元素，通過思想政治教育的灌輸將道德內(nèi)化，培養(yǎng)合格的建設(shè)者和接班人。

2?“雙碳”背景下的新型電力系統(tǒng)特點

在2022年中國的電力結(jié)構(gòu)中，火力發(fā)電占比超65%，而清潔能源風力和太陽能的發(fā)電占比約為8.6%。為助推“雙碳”目標的實現(xiàn)，國家發(fā)改委等部門在2022年5月份發(fā)布《關(guān)于促進新時代新能源高質(zhì)量發(fā)展的實施方案》，要求到2030年我國的太陽能和風能的總裝機容量達到12億千瓦。風電和光電受天氣影響極大，未來電網(wǎng)的穩(wěn)定運行受到極大的挑戰(zhàn)。風力發(fā)電曲線如下圖所示，圖中的數(shù)據(jù)來自Kaggle，時間段是2021年的5月15日—6月14日。

風力發(fā)電曲線圖

由于風力和光伏發(fā)電具有隨機性和不確定性，其大規(guī)模并入網(wǎng)絡(luò)后，會引起現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)發(fā)生深刻而廣泛的變化。此外，大規(guī)模的分布式電源的并網(wǎng)，也使得電力網(wǎng)絡(luò)的功率分布和潮流計算也發(fā)生巨大變化。煤礦企業(yè)的安全穩(wěn)定用電也面臨巨大挑戰(zhàn)，新工科的內(nèi)涵是培養(yǎng)服務(wù)于新興產(chǎn)業(yè)和新經(jīng)濟的具有創(chuàng)新和實踐能力強的高素質(zhì)復合型人才。在新工科與“雙碳”背景下，需要進行“煤礦供電”課程教學改革探索，以培養(yǎng)服務(wù)于煤炭礦電力系統(tǒng)的專門人才。

3?新工科背景下的煤礦供電課程教學不足

3.1?課程的教學內(nèi)容創(chuàng)新不夠突出

煤礦井下供電系統(tǒng)所涉及電氣的知識較為廣泛，要求從事煤礦供電的工作者不僅要掌握電氣設(shè)備的原理和輸變電系統(tǒng)知識，具備礦用設(shè)備的短路故障分析能力，而且還要求他們具有扎實的礦用電氣設(shè)備的保護、工作接地和保護接地等知識。在現(xiàn)實的“煤礦供電”課程安排上，難以將電氣相關(guān)知識與煤礦用電設(shè)備有機地進行一體化教學。由于課程難度大，對于煤礦電氣設(shè)備故障分析等知識，授課老師常采用灌輸性的方式進行教學，導致學生不僅缺乏獨立思考能力，而且對學生在新工科背景下的創(chuàng)新能力培養(yǎng)不足。

隨著“碳達峰”和“碳中和”目標的逐步實現(xiàn)，具有不確定性特點的新能源會被大規(guī)模地接入國家電網(wǎng)，將使電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)和供電模式發(fā)生巨大變化。傳統(tǒng)的輸變電系統(tǒng)、礦用電氣設(shè)備的保護等難以適應(yīng)新型電力系統(tǒng)的發(fā)展，教材內(nèi)容滯后于新技術(shù)的發(fā)展，亟須具有創(chuàng)新能力和扎實新型電力系統(tǒng)知識的煤礦供電工作人才，以保證煤礦企業(yè)在風光不確定的高比例新能源并網(wǎng)時可以安全穩(wěn)定地用電。

3.2?教學過程中理論和實踐相互脫離

煤礦供電的教學主要是要讓學生認識到整個煤礦供電系統(tǒng)的結(jié)線方式、典型結(jié)線、礦用低壓配電系統(tǒng)中性點的不同接地方式、煤礦高壓電網(wǎng)的三相短路計算、短路電流的效應(yīng)及短路穩(wěn)定性的校驗方法、井下保護接地漏電保護和過流保護的實現(xiàn)、煤礦井下高低壓電纜的選擇及其安裝與維護和煤礦井下的特殊環(huán)境的電氣設(shè)備及其選擇等。對“煤礦供電”課程教學改革進行系統(tǒng)分析和探究，從中不難發(fā)現(xiàn)，該課程不僅具有較強的實踐性，并且知識結(jié)構(gòu)相對散亂，知識點之間不具有較強的邏輯關(guān)系。但是在實際的“煤礦供電”教學活動過程中，由于課程知識面廣、知識點難度大，導致實踐教學有所不足。此外，在新工科背景下對“煤礦供電”課程教學活動的組織規(guī)劃進行分析，也可以看出在教學中的實踐性不足的問題。

4?新工科背景下“煤礦供電”課程教學改革措施

4.1?優(yōu)化創(chuàng)新培養(yǎng)理念，提升教師創(chuàng)新教學能力

在“雙碳”背景下，國家電網(wǎng)已實施創(chuàng)新驅(qū)動戰(zhàn)略，并提出加快新型電力系統(tǒng)建設(shè)與人才培養(yǎng)政策。因此，在“煤礦供電”教學改革中需要培養(yǎng)創(chuàng)新能力強、適應(yīng)綠色經(jīng)濟安全穩(wěn)定發(fā)展需要的高質(zhì)量電力工程技術(shù)人才。無可爭辯的是，大學教師的一項關(guān)鍵責任是實施可持續(xù)發(fā)展，是課程改革成功的關(guān)鍵。教師通過對日常狀況和經(jīng)驗的了解作為他們觀察新改革，教師的信仰、價值觀、經(jīng)歷和日常挑戰(zhàn)影響和塑造了教師最終賦予“煤礦供電”教學改革的意義，而教學改革反過來又在他們的接受和課堂實施中起著至關(guān)重要的作用?！懊旱V供電”課程的創(chuàng)新教學，首先更新教材并提升教師的創(chuàng)新能力，實施以學生為中心的方法和促進創(chuàng)新的課堂環(huán)境，強調(diào)在創(chuàng)新教學中使用新的教學內(nèi)容、工具和方法。教師的教學創(chuàng)新涉及使用新穎的教學策略來滿足學生的個性化需求，促進學生的學習興趣，提高他們的創(chuàng)造力并增強教學效果?？沙掷m(xù)發(fā)展教育通過跨學科方法融入課堂，設(shè)計多樣化的教學方法，例如翻轉(zhuǎn)課堂和體驗式教學。

4.2?開展實踐教學探索，強化學生實踐探究能力

從新工科視角對“煤礦供電”課程教學活動進行創(chuàng)新設(shè)計，對教學指導體系進行改革和優(yōu)化，在教學實踐中需要適當?shù)卣{(diào)整教學內(nèi)容和教學模式，適當?shù)卦黾印懊旱V供電”課程教學中實踐教學的比重，有意識地結(jié)合“煤礦供電”課程內(nèi)容，培養(yǎng)學生的實踐探究能力和交往合作能力。在具體教學改革的過程中，教師結(jié)合“煤礦供電”課程內(nèi)容進行系統(tǒng)分析，然后在解讀課程教學內(nèi)容的基礎(chǔ)上結(jié)合新工科背景，重新對課程標準體系進行設(shè)計和規(guī)劃。將理論和實踐聯(lián)系在一起，構(gòu)建理論與實踐教學平衡化發(fā)展的指導體系，積極參觀現(xiàn)代化模擬的礦井實訓基地和井下供電系統(tǒng)，讓學生在實踐過程中對“煤礦供電”課程知識體系有所了解。在煤礦井下供電安全技術(shù)的教學中，讓學生掌握瓦斯和煤塵爆炸的條件、導致爆炸的原因和防治的措施。構(gòu)建理論與實踐教學平衡化發(fā)展的指導體系，促進學生對“煤礦供電”相關(guān)理論知識的學習，有效鍛煉學生應(yīng)用知識解決實際問題的能力。最后，教師要充分利用現(xiàn)代化的教學設(shè)備，模擬井下供電系統(tǒng)的設(shè)計和計算，讓學生充分利用自身所學的理論知識參與實驗技能的訓練，幫助學生打好扎實的專業(yè)基礎(chǔ)。

4.3?以動態(tài)調(diào)整為關(guān)鍵，探索教學內(nèi)容改革

在新工科背景下，定制“煤礦供電”課程與雙碳目標相關(guān)聯(lián)的新大綱、新教案、新課件，落實課程改革實踐的重點環(huán)節(jié)，及時評估學生互動和反饋情況，動態(tài)調(diào)整教學方式方法?！懊旱V供電”課程是一門實踐性強的課程，一些關(guān)于礦用設(shè)備介紹和操作規(guī)程的知識單調(diào)乏味，缺乏內(nèi)在邏輯。將虛擬仿真實驗教學引入到“煤礦供電”教學中，激發(fā)學生學習的興趣以及學習的動力，增強課堂的吸引力和趣味性，能提高教學效率和教學效果。在現(xiàn)有教學內(nèi)容中，特別是煤礦電力系統(tǒng)的建模、井下漏電保護、保護接地和過流保護三大保護的內(nèi)容的教學中，結(jié)合高滲透率新能源電網(wǎng)運行特點，增加新能源模型、新能源參與電網(wǎng)穩(wěn)定控制等相關(guān)內(nèi)容，以二次能源高效轉(zhuǎn)換為重點，加強重型燃氣輪機、火電靈活調(diào)峰、智能發(fā)電、分布式能源和多能互補等新能源類人才培養(yǎng)，提升教學內(nèi)容與新形勢下電力系統(tǒng)發(fā)展方向的契合度，更好地結(jié)合煤礦電力系統(tǒng)的工程實際，為學生走上煤礦電力系統(tǒng)的工作崗位打下堅實基礎(chǔ)。

結(jié)語

新工科的快速形成和發(fā)展將會對高校的電氣工程專業(yè)教育模式的創(chuàng)新和從業(yè)人才的培養(yǎng)產(chǎn)生深刻影響。在新工科背景下，“煤礦供電”課程教學活動要準確定位新時代、新格局的煤礦行業(yè)電力系統(tǒng)建設(shè)和發(fā)展中的對人才需求，保證煤礦企業(yè)安全生產(chǎn)，強化“雙碳”背景下的煤炭的兜底角色。本文重點針對新工科背景下創(chuàng)新教學模式的改革進行分析，促進教師對“煤礦供電”課程內(nèi)容的創(chuàng)新探索以及實踐探索。

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基金項目：安徽省教育廳教研項目“雙碳背景下電氣工程類國家一流本科專業(yè)建設(shè)與探索研究”（2021jyxm0365）；2022年度安徽省新時代育人質(zhì)量工程項目“電氣設(shè)備故障診斷教學案例庫建設(shè)”（2022zyxwjxalk101）

作者簡介：來文豪（1992—?），男，漢族，安徽阜陽人，工學博士，講師，主要從事電力系統(tǒng)及其自動化、模式識別與智能信息處理方向研究工作。