張玥

摘 ?要 基于專(zhuān)業(yè)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)，畢業(yè)生要有一定的分析問(wèn)題、設(shè)計(jì)解決方案和解決實(shí)際問(wèn)題的能力。針對(duì)電力系統(tǒng)基礎(chǔ)課程，從教學(xué)方式、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段和課程考核方式四個(gè)方面提出改革措施，以提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。

關(guān)鍵詞 電力系統(tǒng)基礎(chǔ);MATLAB;教學(xué)改革;專(zhuān)業(yè)認(rèn)證

中圖分類(lèi)號(hào)：G642.0 ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1671-489X（2019）12-0100-03

Research on Teaching Reform of Basic Course of Electric Power System under Background of Professional Accreditation//ZHANG

Yue

Abstract Based on the professional accreditation standards， uni-versity graduates should have the ability of analyzing problem， designing scheme and solving problem. Aiming at the course of electric power system， the reform measures are put forward from four aspects： teaching method， teaching content， teaching means and evaluation mode， so as to improve students autonomous learning ability and ability of analyzing and solving problems.

Key words power system foundation; MATLAB; teaching reform; professional accreditation

1 前言

2015年，中國(guó)工程教育專(zhuān)業(yè)認(rèn)證協(xié)會(huì)發(fā)布新的本科生畢業(yè)要求，與之前的本科生畢業(yè)要求相比，新要求更重視深入理解和解決工程實(shí)際問(wèn)題，研究和使用現(xiàn)代工具的能力以及終身學(xué)習(xí)等內(nèi)容，其中有10條畢業(yè)要求提到復(fù)雜工程問(wèn)題。根據(jù)專(zhuān)業(yè)認(rèn)證要求，每門(mén)課程都應(yīng)該服務(wù)于畢業(yè)要求的總目標(biāo)。具體到電力系統(tǒng)基礎(chǔ)這門(mén)專(zhuān)業(yè)課，在新形勢(shì)下，為了跟國(guó)際接軌，學(xué)生應(yīng)該深入理解電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的要求和理論知識(shí)，為了滿(mǎn)足用戶(hù)需求，電力部門(mén)應(yīng)該如何操作以保證用戶(hù)的供電質(zhì)量。解決復(fù)雜工程問(wèn)題，就是如何保證經(jīng)濟(jì)合理地安排發(fā)電供電任務(wù)，保證用戶(hù)的電能質(zhì)量。因?yàn)楝F(xiàn)在電力網(wǎng)越來(lái)越大，越來(lái)越復(fù)雜，因此，保證用戶(hù)的電能質(zhì)量其實(shí)是非常復(fù)雜的工程問(wèn)題。

電力系統(tǒng)基礎(chǔ)作為電氣工程及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)的核心專(zhuān)業(yè)課，需要對(duì)課程進(jìn)行全方位教學(xué)改革，提高學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的理解能力，能自己對(duì)工程問(wèn)題進(jìn)行分析，提出解決問(wèn)題的方案，找到最優(yōu)解決問(wèn)題的方案。

2 電力系統(tǒng)基礎(chǔ)課程改革的必要性

在培養(yǎng)方式上，傳統(tǒng)的教學(xué)方法是教師在課堂上傳授知識(shí)和學(xué)生課后做習(xí)題相結(jié)合，按照統(tǒng)一的模式培養(yǎng)學(xué)生，對(duì)學(xué)生的不同需求考慮不周，不利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，不利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和分析解決實(shí)際問(wèn)題的能力，不利于形成團(tuán)隊(duì)合作意識(shí);在教學(xué)內(nèi)容上，主要依靠教材和參考書(shū)目，參考書(shū)目是學(xué)生課后有時(shí)間自己閱讀，內(nèi)容跟教材有很大的相似性，而教材是學(xué)生學(xué)習(xí)這門(mén)課程專(zhuān)業(yè)知識(shí)的主要來(lái)源;在教學(xué)模式上，主要依靠課堂，教學(xué)模式比較單一，沒(méi)有其他的教學(xué)渠道。

基于專(zhuān)業(yè)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)，查找電力系統(tǒng)基礎(chǔ)課程教學(xué)設(shè)計(jì)中的不足，如教師講、學(xué)生聽(tīng)，學(xué)生被動(dòng)地接受知識(shí)，忽略了學(xué)生的主體性和能動(dòng)性，未能到達(dá)工程教育專(zhuān)業(yè)認(rèn)證所需要達(dá)到的要求和高等教育的真正目的。因此，需要從以教師為中心轉(zhuǎn)為以學(xué)生為中心，加強(qiáng)實(shí)踐和實(shí)驗(yàn)教學(xué)，深入開(kāi)展電力系統(tǒng)基礎(chǔ)課程教學(xué)改革的探索和實(shí)施。

3 電力系統(tǒng)基礎(chǔ)課程改革方法

筆者結(jié)合多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)以及對(duì)專(zhuān)業(yè)認(rèn)證的學(xué)習(xí)和理解，認(rèn)為本課程的改革可以從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)手段和考核方式四個(gè)方面進(jìn)行。

教學(xué)內(nèi)容改革 ?教學(xué)內(nèi)容改革從刪除、簡(jiǎn)化、增加三個(gè)角度出發(fā)。

1）增加實(shí)用部分的內(nèi)容，突出重點(diǎn)。電力系統(tǒng)基礎(chǔ)課程是48個(gè)學(xué)時(shí)，包括電力系統(tǒng)元件參數(shù)計(jì)算和模型、潮流計(jì)算、電力系統(tǒng)的無(wú)功功率平衡等。受學(xué)時(shí)限制，潮流計(jì)算部分著重講述簡(jiǎn)單電力網(wǎng)的潮流計(jì)算人工算法，而復(fù)雜電力系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)算法只講授兩學(xué)時(shí)。但是隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)已經(jīng)成為人們工作中不可缺少的一部分，能幫助人們從復(fù)雜的計(jì)算中解放出來(lái)。因此，電氣工程及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)的學(xué)生應(yīng)該具備一定的編程能力，通過(guò)計(jì)算機(jī)來(lái)輔助自己的工作，提高解決問(wèn)題、分析問(wèn)題的效率。

齊魯工業(yè)大學(xué)學(xué)校電氣工程及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)的學(xué)生都選修過(guò)C語(yǔ)言或者M(jìn)ATLAB編程語(yǔ)言，特別是對(duì)于電力網(wǎng)絡(luò)這個(gè)特殊的對(duì)象而言，不可能手動(dòng)計(jì)算潮流，手動(dòng)計(jì)算只適合三四個(gè)節(jié)點(diǎn)的非常簡(jiǎn)單的網(wǎng)絡(luò)，不適合幾百個(gè)甚至幾千個(gè)節(jié)點(diǎn)的電力網(wǎng)絡(luò)的潮流計(jì)算。因此，首先可以把復(fù)雜系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)算法增加到六個(gè)學(xué)時(shí)，并且在講授計(jì)算機(jī)算法的同時(shí)，找一個(gè)四節(jié)點(diǎn)的系統(tǒng)，編寫(xiě)相應(yīng)的程序，給學(xué)生講解，因?yàn)橹恢v算法很抽象，學(xué)生很難理解。如學(xué)生經(jīng)常會(huì)問(wèn)用牛頓-拉夫遜法進(jìn)行潮流計(jì)算的時(shí)候，如何編程才能形成雅可比矩陣？

其次，還要增加六學(xué)時(shí)的MATLAB電力系統(tǒng)仿真知識(shí)的講解。由于電力系統(tǒng)運(yùn)行控制的概念比較抽象，采用實(shí)物操作或演示難以實(shí)現(xiàn)，而建立縮小版的電力系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室來(lái)模擬電力系統(tǒng)的運(yùn)行控制，需要花費(fèi)大量的金錢(qián)和比較寬敞的實(shí)驗(yàn)場(chǎng)所，在學(xué)校暫時(shí)難以實(shí)現(xiàn)，因此導(dǎo)致學(xué)生難以理解。可以將電力系統(tǒng)仿真軟件MATLAB引入課堂，通過(guò)形象的圖形界面形象直觀地反映電力系統(tǒng)的運(yùn)行，監(jiān)視到線(xiàn)路電流電壓潮流的實(shí)時(shí)變化，加深學(xué)生對(duì)電力系統(tǒng)概念的理解[1]。同時(shí)，詳細(xì)地講解如何用MATLAB去搭建電力系統(tǒng)模型，讓學(xué)生掌握這種方法，對(duì)學(xué)生以后繼續(xù)深造和進(jìn)行科學(xué)研究都是很有幫助的[2]。

最后，增加兩學(xué)時(shí)的文獻(xiàn)檢索知識(shí)介紹，引導(dǎo)學(xué)生課余時(shí)間充分利用學(xué)校的數(shù)字圖書(shū)館和網(wǎng)絡(luò)資源，查閱并學(xué)習(xí)IEEE相關(guān)學(xué)術(shù)期刊，提高英文資料查閱能力和文獻(xiàn)檢索能力，了解最新的科研動(dòng)向和技術(shù)革新并開(kāi)展課堂討論。

2）簡(jiǎn)化煩瑣的理論推導(dǎo)，刪除不實(shí)用的內(nèi)容。如輸電線(xiàn)路的電感、電導(dǎo)和電容參數(shù)計(jì)算的理論推導(dǎo)很復(fù)雜，其實(shí)只要知道結(jié)果，知道這些參數(shù)跟哪些因數(shù)有關(guān)，會(huì)運(yùn)用這些公式進(jìn)行計(jì)算就可以了。對(duì)于輸電線(xiàn)路的參數(shù)計(jì)算的理論推導(dǎo)，教師可以把公式的推導(dǎo)過(guò)程邊在黑板上演示邊錄像，然后將理論推導(dǎo)視頻發(fā)到課程學(xué)習(xí)網(wǎng)站，讓學(xué)生課前預(yù)習(xí)或課后復(fù)習(xí)的時(shí)候自己學(xué)習(xí)。

此外，傳統(tǒng)考核方式是期末閉卷考試，因此，授課內(nèi)容是基礎(chǔ)理論知識(shí)的講解和推導(dǎo)，加上大量的例題和課后習(xí)題的講解。目前，在新形勢(shì)之下，學(xué)生不僅要掌握基礎(chǔ)的理論知識(shí)，更重要的是具備運(yùn)用知識(shí)分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，因此可以刪除原有的2～4學(xué)時(shí)習(xí)題課。

教學(xué)方法改革 ?目前，電力系統(tǒng)基礎(chǔ)課程以教師傳授知識(shí)為主。在工程教育專(zhuān)業(yè)認(rèn)證體系下，教學(xué)方法應(yīng)該多樣化，可以采取分組學(xué)習(xí)、項(xiàng)目管理和課程論文等形式，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、查找文獻(xiàn)資料、團(tuán)隊(duì)合作和溝通能力，提高工程整體意識(shí)和設(shè)計(jì)能力，改講授型教學(xué)方法為講授和討論并舉，項(xiàng)目管理、小組學(xué)習(xí)為有利補(bǔ)充的教學(xué)方法。

講授教學(xué)應(yīng)該是板書(shū)與多媒體相結(jié)合，適當(dāng)?shù)赝ㄟ^(guò)制作的視頻來(lái)輔助講解。公式的推導(dǎo)在黑板上一步一步地演示，比用PPT講解更清楚，學(xué)生的思維能緊跟教師的思維。但是一些文字和圖表，如果在課堂上板書(shū)會(huì)太浪費(fèi)時(shí)間，就應(yīng)該采用PPT來(lái)講解[3]。

學(xué)生分組討論學(xué)習(xí)的教學(xué)方法通過(guò)討論、辯論、學(xué)生講授和學(xué)生答疑等活動(dòng)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的獨(dú)立性、合作能力和語(yǔ)言表達(dá)能力。如在講授各種調(diào)壓措施之后，讓學(xué)生四人一組，采用MATLAB仿真方法比較各種調(diào)壓措施的好壞;也可以去圖書(shū)館數(shù)據(jù)庫(kù)查找相關(guān)文獻(xiàn)，根據(jù)文獻(xiàn)內(nèi)容，用MATLAB搭建模型，直觀地感受調(diào)壓效果。四個(gè)人分工合作，完成四項(xiàng)工作：查找文獻(xiàn);搭建模型;課堂上完整講解小組工作;解答同學(xué)疑問(wèn)。

在這個(gè)作業(yè)之后，增加兩學(xué)時(shí)的討論課，每組派出代表在課堂上講解，小組全體成員對(duì)同學(xué)提出的疑問(wèn)進(jìn)行解答，回答正確可以給本組加分。學(xué)生通過(guò)查閱中英文資料和自己動(dòng)手搭建模型進(jìn)行仿真，能提升對(duì)理論知識(shí)的感性認(rèn)識(shí)，培養(yǎng)總結(jié)知識(shí)、查找資料的能力，更重要的是發(fā)揮主觀能動(dòng)性和培養(yǎng)合作精神[4]。

教學(xué)手段改革 ?近幾年網(wǎng)絡(luò)技術(shù)飛速發(fā)展，轉(zhuǎn)眼間已全面進(jìn)入互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，人們獲取信息的方式發(fā)生巨大改變?，F(xiàn)在人們的很多信息、資源和知識(shí)來(lái)源于網(wǎng)絡(luò)，特別是大學(xué)生，網(wǎng)絡(luò)成為大學(xué)生生活中不可或缺的一部分。網(wǎng)絡(luò)授課這一新型的授課模式受到大學(xué)生的喜愛(ài)和認(rèn)可。教師可以把電力系統(tǒng)基礎(chǔ)課程中的某個(gè)教學(xué)重點(diǎn)、教學(xué)難點(diǎn)、普遍存在的疑點(diǎn)或者某些理論的推導(dǎo)過(guò)程，做成不超過(guò)10分鐘的視頻并上傳到課程網(wǎng)站，學(xué)生可以將視頻下載保存到筆記本、電腦和手機(jī)等設(shè)備上進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，非常方便。借助網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，學(xué)生可以根據(jù)需要選擇進(jìn)一步學(xué)習(xí)的專(zhuān)業(yè)知識(shí)，并且視頻短小，每一個(gè)視頻就是一個(gè)知識(shí)點(diǎn)，能讓學(xué)生全程注意力集中，學(xué)習(xí)效率高，還可以鍛煉學(xué)生的自學(xué)能力。學(xué)生可以根據(jù)自己的實(shí)際情況，選擇學(xué)習(xí)時(shí)間和內(nèi)容，還可以反復(fù)進(jìn)行學(xué)習(xí)[5]。

在學(xué)習(xí)網(wǎng)站上，對(duì)每一個(gè)知識(shí)點(diǎn)，學(xué)生可以提出自己的疑問(wèn)和建議，教師能及時(shí)回答和講解。這樣的交流模式比固定時(shí)間、地點(diǎn)答疑，反饋更及時(shí)，交流更方便快捷。所有學(xué)生都可以看見(jiàn)老師和同學(xué)之間的交流，很多學(xué)生會(huì)有類(lèi)似疑問(wèn)，能幫助同學(xué)理解和掌握相應(yīng)知識(shí)點(diǎn)。

考核方式改革 ?根據(jù)工程教育專(zhuān)業(yè)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)，要求學(xué)生不僅要掌握相關(guān)知識(shí)點(diǎn)，更加強(qiáng)調(diào)運(yùn)用知識(shí)解決問(wèn)題的能力，因此，考核方式應(yīng)該多元化，考核內(nèi)容應(yīng)該重點(diǎn)放在學(xué)生運(yùn)用專(zhuān)業(yè)知識(shí)分析問(wèn)題和解決復(fù)雜工程問(wèn)題的能力上。學(xué)生的最后成績(jī)由平時(shí)成績(jī)、階段測(cè)試（中期考核）成績(jī)、論文成績(jī)和期末成績(jī)組成。

平時(shí)成績(jī)?yōu)槌銮凇⒄n后作業(yè)、討論課表現(xiàn)的綜合成績(jī)，占總成績(jī)的30%。

階段測(cè)試（中期考核）為編寫(xiě)潮流計(jì)算程序，算法不限定，編程語(yǔ)言不限定，潮流計(jì)算的原始數(shù)據(jù)可以由教師給定，也可以由學(xué)生在學(xué)校電子圖書(shū)館查找相應(yīng)的原始數(shù)據(jù)。完成潮流計(jì)算程序的編寫(xiě)后，學(xué)生參加答辯，考查其對(duì)前期知識(shí)理解和運(yùn)用的程度，并通過(guò)答辯杜絕程序抄襲現(xiàn)象。程序編寫(xiě)和答辯占總成績(jī)的20%。

期末考試的重點(diǎn)是考查學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)理論知識(shí)的掌握情況，占總成績(jī)的30%。

課程結(jié)束之后，要求學(xué)生寫(xiě)一篇大論文，題目不限，跟課本知識(shí)相關(guān)就可以。教師也可以給出一些題目讓學(xué)生選擇，如電能質(zhì)量的影響因數(shù)，無(wú)功電源存在的問(wèn)題及改進(jìn)措施，F(xiàn)ACTS設(shè)備的發(fā)展，負(fù)荷對(duì)電能的影響，負(fù)荷模型的選擇，等等。學(xué)生論文應(yīng)該包括背景介紹、研究方法介紹、仿真模型的搭建、仿真結(jié)果或者相關(guān)程序和結(jié)論。這個(gè)結(jié)論可以是已有的，但是學(xué)生必須自己用MATLAB搭建模型或者自己編寫(xiě)程序，鍛煉查找資料、運(yùn)用所學(xué)知識(shí)分析解決問(wèn)題、撰寫(xiě)論文和運(yùn)用MATLAB建模仿真（編程）的能力。論文成績(jī)占總成績(jī)的20%。

以前學(xué)生的總成績(jī)由平時(shí)成績(jī)和期末考試成績(jī)組成，注重基礎(chǔ)理論知識(shí)和運(yùn)用課本知識(shí)進(jìn)行計(jì)算的能力;新的考核方式中，增加的階段測(cè)試（中期考核）和論文、討論課的表現(xiàn)，考核學(xué)生團(tuán)隊(duì)分工合作、口頭表達(dá)和寫(xiě)作能力及運(yùn)用專(zhuān)業(yè)知識(shí)分析解決問(wèn)題的能力。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)電力系統(tǒng)基礎(chǔ)教學(xué)改革方法的研究，使該課程的教學(xué)方法多樣化，考核方式多樣化，使學(xué)生能將基礎(chǔ)理論與工程實(shí)際聯(lián)系起來(lái)。通過(guò)多種途徑，努力將學(xué)生培養(yǎng)為具有綜合思維能力和綜合處理問(wèn)題能力的新型人才，達(dá)到專(zhuān)業(yè)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)。

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