摘要：電氣工程專業(yè)有一些重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程，理論性強(qiáng)，學(xué)習(xí)難度大。以電力系統(tǒng)分析課程為例，介紹了在課堂中進(jìn)行工程融合貫通式教學(xué)的方法和經(jīng)驗，在課堂中將理論教學(xué)與工程體驗、工程應(yīng)用、工程創(chuàng)新研究性學(xué)習(xí)同步融合貫通，培養(yǎng)學(xué)生的工程思想、提高學(xué)生的工程應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力，對改變強(qiáng)理論性專業(yè)基礎(chǔ)課程與工程應(yīng)用脫節(jié)的傳統(tǒng)教學(xué)模式進(jìn)行了有益探索。

關(guān)鍵詞：工程融合貫通；教學(xué)改革與實踐；電力系統(tǒng)分析

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）36-0140-02

培養(yǎng)工科學(xué)生的工程實踐能力、工程設(shè)計能力和工程創(chuàng)新能力是工科教育“回歸工程實踐”教學(xué)改革的目標(biāo)，而要改變一些理論性很強(qiáng)的課程以教科書為中心、以教師講授為中心、以課堂為中心的傳統(tǒng)模式具有一定的難度，需要更加精心地設(shè)計。像電力系統(tǒng)分析這種理論性很強(qiáng)的課程特點是很難采用現(xiàn)場教學(xué)的方式，即便在現(xiàn)場，這些抽象理論很難直觀地呈現(xiàn)在同學(xué)們眼前。普通的CAI教學(xué)，也很容易變成黑板屏幕化的升級，而讓學(xué)生在缺乏理論基礎(chǔ)的條件下以研究性自主學(xué)習(xí)方式進(jìn)入工程實踐或項目研究，在實踐過程中發(fā)現(xiàn)也很難達(dá)到預(yù)期的效果。

課堂中的工程融合貫通式教學(xué)是我們在多年的教學(xué)實踐中，以自主開發(fā)的工程融合教學(xué)平臺為基礎(chǔ)，以工程為引導(dǎo)，以學(xué)生為中心的教學(xué)模式。將工程體驗、工程應(yīng)用、工程設(shè)計以及研究性學(xué)習(xí)融入整個教學(xué)過程，通過重構(gòu)課程體系和教學(xué)內(nèi)容，將工程思想、理論學(xué)習(xí)和工程應(yīng)用融會貫通，在教學(xué)過程中幫助學(xué)生建立工程概念、培養(yǎng)工程思想、提高工程應(yīng)用能力、創(chuàng)新能力和團(tuán)隊合作精神等，并建立起一套面向過程的過程評價體系。通過多種方式引導(dǎo)學(xué)生將理論應(yīng)用于工程實踐，激發(fā)學(xué)生的興趣，變“以教為主”為“以學(xué)為主”，變“灌輸式”為“啟發(fā)式”，變“苦學(xué)”為“樂學(xué)”，變“死學(xué)”為“創(chuàng)新”，激發(fā)學(xué)生的研究熱情、創(chuàng)新意識和團(tuán)隊精神。

一、電力系統(tǒng)分析課程特點

電力系統(tǒng)分析包括電力系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)分析和暫態(tài)分析，是一門理論分析嚴(yán)謹(jǐn)、涉及內(nèi)容廣泛的電氣工程及其自動化專業(yè)重要專業(yè)基礎(chǔ)課，該課程在電氣工程及其自動化專業(yè)課程的樹型結(jié)構(gòu)圖中的位置如圖1所示。

由圖1可見，從課程之間的相互關(guān)系上看，它像是一門技術(shù)基礎(chǔ)課，對后續(xù)課程起著承上啟下的作用；從課程的性質(zhì)上看，電力系統(tǒng)分析又是一門獨(dú)立的專業(yè)課，其重要性不言而喻。

由于“電力系統(tǒng)分析”課程將電工、電子、電機(jī)、自動化、計算機(jī)、高等數(shù)學(xué)和最優(yōu)化理論等學(xué)科知識綜合運(yùn)用于電力系統(tǒng)運(yùn)行分析和計算中，故這門課程難度較大，理論性強(qiáng)。因而長期以來都被當(dāng)成一門強(qiáng)理論課來進(jìn)行教學(xué)和學(xué)習(xí)。但電力系統(tǒng)分析的研究和服務(wù)對象是實際的電力系統(tǒng)，具有明顯的工程特點。另外，同學(xué)們對實際的電力系統(tǒng)，對電能生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)還缺乏必要的感性認(rèn)識，很難將書本知識和電力系統(tǒng)聯(lián)系在一起來理解和掌握，不知道這些知識在將來的工作中有什么用，更不會去思考如何應(yīng)用，由于難度大，很多同學(xué)存在畏難和厭學(xué)情緒。

二、構(gòu)建“工程融合貫通”的電力系統(tǒng)分析教學(xué)體系

針對本課程的特點，在教學(xué)中引入工程元素，將工程理念貫穿于整個教學(xué)過程，重構(gòu)課程體系和教學(xué)內(nèi)容，“工程融合貫通”的電力系統(tǒng)分析教學(xué)體系如圖2所示。

1.構(gòu)建可視化“工程融合”電力系統(tǒng)分析軟件教學(xué)平臺

在“工程融合貫通”的思想指導(dǎo)下，經(jīng)過多年不斷的研究、開發(fā)、修改、補(bǔ)充、完善，形成了一套完整的工程融合教學(xué)平臺。平臺開發(fā)以工程實際為背景，能同時進(jìn)行教學(xué)及工程體驗與應(yīng)用，應(yīng)用實例既列舉了典型實例（IEEE的標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)），又給出了與實際工程相結(jié)合的工程范例，以使學(xué)生在學(xué)習(xí)過程接觸到的就是生產(chǎn)實際中使用的，增加工程體驗和工程應(yīng)用經(jīng)驗，達(dá)到學(xué)以致用的效果。通過使用該平臺教學(xué)，學(xué)生既可以加深對專業(yè)理論的進(jìn)一步理解，又可以初步掌握應(yīng)用專業(yè)知識解決實際工程的技能。這樣一來，培養(yǎng)出來的學(xué)生就可以達(dá)到基礎(chǔ)扎實、知識面寬、能力強(qiáng)、素質(zhì)高的培養(yǎng)目標(biāo)。教學(xué)平臺的主要特點如下。

（1）理論與教學(xué)及工程實踐的緊密結(jié)合，即學(xué)生們在課堂使用的教學(xué)軟件，就是他們今后工作中使用的軟件，實現(xiàn)了教學(xué)與工程實踐的無縫聯(lián)接。為此，我們在平臺設(shè)計上既考慮了本科教學(xué)的基本需要，又考慮了電力系統(tǒng)工程的實際情況。例如，電力系統(tǒng)計算中的標(biāo)幺值與有名值的問題。在教科書中，通常使用標(biāo)幺值，但作為工程實際應(yīng)用，則以有名值更為常用。為此，我們既考慮了標(biāo)幺值又考慮了有名值，以及標(biāo)幺值與有名值的轉(zhuǎn)換。由于兩者并存，在滿足教學(xué)需要的同時，又能夠進(jìn)行實際電力系統(tǒng)的分析計算，深受學(xué)生的歡迎。

（2）將可視化技術(shù)應(yīng)用于電力系統(tǒng)分析計算，使原先枯燥無味的數(shù)值計算，變得十分形象有趣。例如，在電力系統(tǒng)潮流分析中，算法的收斂特性是一個十分難理解的概念。不同的算法具有不同的收斂特性，相同的算法不同的運(yùn)行狀態(tài)，收斂特性也不一樣。但是在傳統(tǒng)的教學(xué)中，學(xué)生僅從抽象的數(shù)學(xué)上是很難突破這一難點的。為此，我們專門設(shè)計了功率不平衡量圖像表示窗口，以形象地反映出算法的收斂特性。改變運(yùn)行參數(shù)，圖像窗口就可以得到不同的收斂特性（圖3）。由于圖像對認(rèn)識感官的沖擊，同學(xué)們對收斂特性的直觀認(rèn)識和內(nèi)在聯(lián)系加深了。

（3）多功能的系統(tǒng)集成，使得電力系統(tǒng)的運(yùn)行方式、潮流分析、網(wǎng)絡(luò)等值、短路容量計算及比較、故障分析、保護(hù)整定及參數(shù)計算等，統(tǒng)一在一個用戶界面，提高了數(shù)據(jù)的共享程度，融匯了與電力系統(tǒng)分析課程相關(guān)的其他課程內(nèi)容，讓學(xué)生深刻理解到該課程在電力系統(tǒng)中應(yīng)用的廣泛性和重要性。

（4）直接的工程體驗。在傳統(tǒng)的教學(xué)中，學(xué)生除了普遍反映課程難學(xué)以外，更重要是不知道學(xué)了有什么用，更不用說去思考如何用了。在該教學(xué)平臺上，所學(xué)的知識直接反映到了工程應(yīng)用上，并能讓學(xué)生自己動手操作，讓學(xué)生了解理論如何應(yīng)用到工程上，并能體驗理論應(yīng)用的效果，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和研究熱情，進(jìn)一步促進(jìn)了對理論的理解。

2.工程應(yīng)用

單純的實驗性或驗證性的算例往往還不能激發(fā)學(xué)生強(qiáng)烈的探索欲望，也往往被學(xué)生認(rèn)為是與現(xiàn)實脫節(jié)的，因此，教學(xué)改革的另一關(guān)鍵是工程實現(xiàn)，通過工程實現(xiàn)激發(fā)學(xué)生內(nèi)在的原動力和自主學(xué)習(xí)的激情。我們將教學(xué)平臺的部分成果轉(zhuǎn)化為直接為電網(wǎng)多個生產(chǎn)部門服務(wù)的生產(chǎn)軟件：（1）故障分析及整定計算，用于某調(diào)度中心進(jìn)行指揮調(diào)度電力系統(tǒng)的電力生產(chǎn)。（2）電網(wǎng)的潮流分析及參數(shù)計算，用于某供電局進(jìn)行指揮電力調(diào)度。以上幾個成功的工程應(yīng)用案例，對同學(xué)產(chǎn)生了強(qiáng)大的心理沖擊，知道自己所學(xué)的知識將來有什么用，如何用，這大大激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。為同學(xué)自主學(xué)習(xí)、研究性學(xué)習(xí)打下了良好的基礎(chǔ)。

3.工程實踐與創(chuàng)新探索

在傳統(tǒng)的教學(xué)過程，也有部分實踐環(huán)節(jié)，如課程設(shè)計和畢業(yè)設(shè)計，但這些環(huán)節(jié)往往滯后于課程學(xué)習(xí)，同學(xué)們或已對課程學(xué)習(xí)的熱情減退，或?qū)W(xué)過的知識已有所遺忘，針對這樣的情況，在同學(xué)們進(jìn)行過工程應(yīng)用和體驗后，趁學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和研究熱情高漲的時候，采用開放的帶工程背景的多樣性設(shè)計內(nèi)容，如系統(tǒng)等值、短路計算、潮流計算、安全分析、線路損耗等，學(xué)生可以根據(jù)自己的興趣進(jìn)行選擇，也可以自創(chuàng)設(shè)計內(nèi)容，尊重個性化的發(fā)展，挖掘?qū)W生創(chuàng)造潛能。培養(yǎng)學(xué)生主動學(xué)習(xí)，參與意識，更好地發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)的自主性、互動性和進(jìn)行個性化教學(xué)。學(xué)生通過自主學(xué)習(xí)、應(yīng)用創(chuàng)新，掌握隱含在問題或?qū)嵗澈蟮闹R，變“以教為主”為“以學(xué)為主”，變“灌輸”為“啟發(fā)”，變“苦學(xué)”為“樂學(xué)”，變“死學(xué)”為“創(chuàng)新”，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)和研究熱情，獲得工程應(yīng)用經(jīng)驗，提高學(xué)習(xí)成就感。

學(xué)生在此基礎(chǔ)上有的編寫了高技巧的算法，有的做出了應(yīng)用Internet工具進(jìn)行遠(yuǎn)程計算的電力系統(tǒng)潮流計算程序，有的研究基于云計算的電力系統(tǒng)潮流計算，甚至有學(xué)生對一些具體地區(qū)電網(wǎng)的網(wǎng)損進(jìn)行了分析，提出了自己的整改意見，并得到電網(wǎng)相關(guān)單位的采納。這些都體現(xiàn)了工程融合貫通教學(xué)所煥發(fā)的活力。

4.過程評價

對學(xué)生的學(xué)習(xí)情況考評，也是教學(xué)中的一個重要環(huán)節(jié)，直接影響了學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度，具有導(dǎo)向性。過程評價的理念是在學(xué)習(xí)中實施評價，在評價中促進(jìn)學(xué)習(xí)。從過去的只注重考試結(jié)果的評價轉(zhuǎn)移到關(guān)注學(xué)習(xí)過程的評價，關(guān)注教學(xué)過程中學(xué)生過程性結(jié)果，如解決現(xiàn)實問題的能力等，及時地對學(xué)生的學(xué)習(xí)質(zhì)量水平做出判斷，肯定成績，找出問題，強(qiáng)調(diào)目標(biāo)與過程并重，把課堂討論、階段性知識點總結(jié)、工程應(yīng)用、設(shè)計能力與考試結(jié)果構(gòu)建成一個1∶1綜合測評體系，對學(xué)生的學(xué)習(xí)效果進(jìn)行全面的考核，促進(jìn)學(xué)生綜合素質(zhì)的全面發(fā)展，取得了較好的教學(xué)效果。

三、結(jié)語

以上是我們在工程融合貫通的教育思路指導(dǎo)下進(jìn)行的電力系統(tǒng)分析課程教學(xué)改革的一些嘗試，是一個將理論學(xué)習(xí)、工程體驗、研究性學(xué)習(xí)的融合探索過程，課程教學(xué)中，體現(xiàn)出形象生動的CAI作用，同時結(jié)合工程實踐的實例，學(xué)生從中學(xué)習(xí)和了解到工程應(yīng)用的思路與方法，激勵了學(xué)習(xí)的興趣和研究的積極性。并通過同步實踐設(shè)計環(huán)節(jié)，發(fā)揮同學(xué)自主學(xué)習(xí)、研究性學(xué)習(xí)的熱情，激發(fā)創(chuàng)新潛能，使學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中獲得自信與成就感，同時教師在構(gòu)建教學(xué)平臺過程中同樣經(jīng)歷了工程應(yīng)用、成果轉(zhuǎn)化的過程，提高了師資隊伍的建設(shè)，并在與學(xué)生的互動創(chuàng)新中收獲了課堂改革的樂趣和新成果，為強(qiáng)理論課程的課堂教學(xué)改革進(jìn)行了有益的探索。

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（責(zé)任編輯：劉麗娜）