邵定國(guó)，畢 青*

（上海大學(xué)機(jī)電工程與自動(dòng)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(duì)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(gè)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(jì)算方法。電網(wǎng)絡(luò)綜合介紹了無(wú)源濾波器和有源濾波器的基本知識(shí)和綜合設(shè)計(jì)方法。我國(guó)高校電氣工程一級(jí)學(xué)科下有電力電子與電力傳動(dòng)、電機(jī)與電器、電工理論與新技術(shù)等多個(gè)二級(jí)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(jí)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(shí)，因此針對(duì)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(gè)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(dòng)地學(xué)習(xí)。這種線性教學(xué)方式下，易造成知識(shí)點(diǎn)堆積，不利于學(xué)生對(duì)知識(shí)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(shí)踐環(huán)節(jié)，學(xué)生無(wú)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(jì)算、試卷考核為主，試卷考核無(wú)法搭建理論和實(shí)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(shí)踐性和創(chuàng)造性[2]。課程實(shí)踐是學(xué)生深化理解理論知識(shí)、學(xué)以致用的有效方法，課程建設(shè)結(jié)合實(shí)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(duì)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(duì)“電網(wǎng)絡(luò)分析與綜合”的課程內(nèi)容和課程實(shí)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(shí)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(jī)與電器、電力電子與電力傳動(dòng)、電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化和電工理論與新技術(shù)四個(gè)二級(jí)專業(yè)，充分考慮學(xué)科二級(jí)方向的共同點(diǎn)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(diǎn)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(jí)秋季學(xué)期開設(shè)，共40 學(xué)時(shí)，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(shí)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(hào)流圖分析法、靈敏度分析、無(wú)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(gè)研究方向的專業(yè)特點(diǎn)和最新研究?jī)?nèi)容做出調(diào)整[4]。

課程組對(duì)標(biāo)國(guó)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(wú)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(duì)標(biāo)國(guó)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(shí)結(jié)合本校學(xué)科發(fā)展優(yōu)勢(shì)，如電動(dòng)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(gè)二級(jí)方向的課程內(nèi)容如下：①電機(jī)數(shù)學(xué)模型與控制：介紹交流電機(jī)的數(shù)學(xué)模型與電網(wǎng)絡(luò)模型，闡述電機(jī)控制的基本方法，討論電機(jī)調(diào)速控制的應(yīng)用特點(diǎn)。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(diǎn)講述PWM功率變換和微電網(wǎng)穩(wěn)定性設(shè)計(jì)，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(jì)。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(diǎn)，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(jì)調(diào)度方法，重點(diǎn)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(chǎng)化運(yùn)營(yíng)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(diǎn)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(gè)二級(jí)方向的拓展內(nèi)容，可以采用調(diào)研報(bào)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(guò)查閱文獻(xiàn)、小組討論、仿真實(shí)驗(yàn)、PPT 制作以及成果匯報(bào)的過(guò)程，加深對(duì)電網(wǎng)絡(luò)理論知識(shí)理解的同時(shí)，還能鍛煉學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作能力、科研能力以及成果展示能力。教學(xué)實(shí)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(guò)渡。

2.2 課程實(shí)踐改革

為了提高學(xué)生立足基本理論，思考解決實(shí)際問題的思辨能力和動(dòng)手實(shí)踐能力，本課程在教學(xué)過(guò)程中加入實(shí)踐環(huán)節(jié)，實(shí)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(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)采用項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)法[5]。項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)法是通過(guò)實(shí)施一個(gè)完整的項(xiàng)目而進(jìn)行的教學(xué)活動(dòng)，其目的是在課堂教學(xué)中把理論和實(shí)踐教學(xué)有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，提高學(xué)生解決實(shí)際問題的能力。

本課程項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)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(shí)際橋梁的重要環(huán)節(jié)。綜合考慮課程內(nèi)容和二級(jí)學(xué)科的特點(diǎn)要求，課程組準(zhǔn)備了以下幾個(gè)課程設(shè)計(jì)方向：

①濾波器設(shè)計(jì)。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(jì)是本課程的一大難點(diǎn)。針對(duì)這一課程難點(diǎn)，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(chǎng)景，設(shè)計(jì)不同的濾波器，具體課題方向如表1 所示。在濾波器設(shè)計(jì)過(guò)程中，要求學(xué)生根據(jù)實(shí)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(shí)際電路元器件的參數(shù)，并進(jìn)行仿真或搭建硬件電路實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。

表1 濾波器設(shè)計(jì)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(shí)也是本課程的另一難點(diǎn)。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(shí)引入不同二級(jí)學(xué)科方向及最新研究成果，設(shè)計(jì)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(guò)查閱文獻(xiàn)等方式確定研究對(duì)象的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，運(yùn)用電網(wǎng)絡(luò)分析方法，結(jié)合MATLAB 等軟件對(duì)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(lì)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(shí)際電路設(shè)計(jì)或算法編程應(yīng)用。

本課程實(shí)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(jià)比、工程可行性分析、實(shí)際應(yīng)用工況等進(jìn)行相關(guān)設(shè)計(jì)。課程實(shí)踐過(guò)程中，學(xué)生需要結(jié)合實(shí)際的應(yīng)用場(chǎng)景，從電氣工程專業(yè)的角度進(jìn)行分析，同時(shí)學(xué)會(huì)使用常見的仿真軟件，如MATLAB、Multisim、ANSYS 等[9]。課程項(xiàng)目考核主要以報(bào)告的文獻(xiàn)檢索、最新科技發(fā)展、設(shè)計(jì)項(xiàng)目目標(biāo)的科學(xué)性及先進(jìn)性、課程設(shè)計(jì)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(píng)，引導(dǎo)學(xué)生獨(dú)立思考。學(xué)生的成果展示和反饋結(jié)果表明，課程設(shè)計(jì)可以加深學(xué)生對(duì)課程知識(shí)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(dú)立分析解決實(shí)際問題的能力。

后續(xù)課程實(shí)踐研究將通過(guò)幾輪課程項(xiàng)目實(shí)踐，根據(jù)學(xué)生的選擇及項(xiàng)目報(bào)告，優(yōu)化調(diào)整課程項(xiàng)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(jì)劃項(xiàng)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(xiàng)目。

4 結(jié)論

針對(duì)我國(guó)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(jí)學(xué)科方向的共同點(diǎn)和差異性，從基本理論向?qū)I(yè)方向領(lǐng)域延伸，對(duì)“電網(wǎng)絡(luò)分析與綜合”的課程內(nèi)容和課程實(shí)踐進(jìn)行了改進(jìn)。該教學(xué)實(shí)踐表明：這些改進(jìn)可幫助學(xué)生更好地實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)理論到專業(yè)方向研究的過(guò)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。