“電力系統(tǒng)基礎”課程教學方法改革的研究

王仁麗　韓成春

摘要：“電力系統(tǒng)基礎”課程理論性較強，傳統(tǒng)的教學模式偏重公式推導，學生感覺比較抽象，較難理解。為體現(xiàn)應用型本科高校的特點，培養(yǎng)學生實踐能力和動手能力，結合我院實際情況，將MATLAB軟件引入課程教學過程，對電力系統(tǒng)常見的潮流計算，短路計算進行仿真計算，同時結合網絡教學，可達到提高教學質量，從而適應人才培養(yǎng)的需要。

關鍵詞：電力系統(tǒng)基礎；課堂教學；教學改革

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）39-0121-02

“電力系統(tǒng)基礎”是一門理論分析嚴謹，涉及內容廣泛的電氣工程及其自動化專業(yè)學生的專業(yè)課程，重點研究內容在穩(wěn)態(tài)分析，相對于暫態(tài)分析部分稍簡單，但內容較重要。該課程理論性較強，以《電路》、《自動控制理論》、《電機與拖動》、《電力電子技術》等課程為基礎，本身包含大量的分析計算。傳統(tǒng)的教學模式偏重公式推導，學生感覺比較抽象，較難理解。

一、我校“電力系統(tǒng)基礎”課程教學存在的問題：

我校地處徐州市，專業(yè)畢業(yè)生主要就業(yè)目標在徐州地區(qū)以及蘇北地區(qū)。相比省內其他院校來說，本校電力系統(tǒng)課程建設起步較晚。本課程在新專業(yè)建設之初被定為我校電氣工程及其自動化專業(yè)面向電氣工程方向學生的專業(yè)選修課程。同時，由于實驗條件不足，本課程尚未開設實驗學時。在高校課時縮減和專業(yè)課改革背景下，“電力系統(tǒng)基礎”課程已由建課之初的64學時減少到48學時，而隨著科技的進步，人民生活水平的提高，電力事業(yè)的飛速發(fā)展，目前我國電網已經進入高電壓等級、大容量機組、數字化的時代，教師要將新興的技術通過課堂介紹給學生，電力系統(tǒng)的教學內容因此越來越豐富。同時，學生畢業(yè)后去供電局、電廠的需要（我們對2012屆畢業(yè)生的就業(yè)情況進行了初步調研發(fā)現(xiàn)，目前我校畢業(yè)生畢業(yè)后從事電力系統(tǒng)相關行業(yè)工作的比例很高），加上學生考研對該門課程的需要（注：電力系統(tǒng)分析為華北電力大學、東南大學、華南理工大學、南京理工大學、河海大學等高校電氣相關的專業(yè)課程之一），教學要求越來越高。但由于本門課程開設在第六學期，在教學中就有這兩種情況出現(xiàn)：一是很多學生基礎太差，對教師的授課內容很難馬上接受；二是部分學生對這門課程興趣較高，希望獲取更多知識來拓展自己。

因此，為了適應應用型本科對大學生的新要求，對“電力系統(tǒng)基礎”課程要深入進行一系列改革，其中不僅包括對教學內容、教學手段的改革，還包括對課堂教學方法的改革和對該門課實驗形式的改革。

二、“電力系統(tǒng)基礎”課程教學改革的探索

電氣自動化教研室通過一系列方法，包括整合教師的教學資源，收集當前最新的電力工業(yè)發(fā)展的信息，有效獲取網上其他高校資源，尋找新的教學方法，更好地理解教材，消化課程，以提高學生的學習興趣和接受能力。

1.“電力系統(tǒng)基礎”網絡平臺資料庫的建立。在以往“電力系統(tǒng)基礎”的教學過程中，基本上都是運用的傳統(tǒng)模式教學，老師按教材授課為主。但是，一部分學生由于已經提前確定就業(yè)目標，還有一部分學生為了考研需要，都有勇于拓展自己知識面的需要。傳統(tǒng)的教學方式無法滿足這部分學生的學習要求，要求他們自己課后查找資料又覺得無從下手，認為老師的課堂教學難度不夠，學習積極性不高。結合網絡模式教學，不僅能使基礎差的學生通過教師布置的任務有重點地預習和復習，也能讓那些想拓展知識面的學生更好地了解課程當前的最新發(fā)展。

“電力系統(tǒng)基礎”網絡平臺資料庫主要包括以下內容：（1）《課件庫》：以主要知識點（等值電路、潮流計算、有功平衡、無功平衡、短路計算、系統(tǒng)的穩(wěn)定性）為單元，對每一個知識點精心準備了適合該教學單元教學所需要的課件。由于《電力系統(tǒng)基礎》課程教學的抽象性，對其中具體的應用環(huán)節(jié)學生很難理解，學生在教材中也很難獲得電力系統(tǒng)實物的直觀感覺。因此，在課堂教學過程中，學生感覺所學內容比較空洞，既沒有興趣又難理解，而現(xiàn)場教學條件又不成熟，對教學過程中涉及到的具體電力系統(tǒng)設備也難以解釋清楚。通過將一些系統(tǒng)的實物照片加入到教學過程中，如母線、斷路器、桿塔、變配電系統(tǒng)模擬圖等，能調動起學生的學習興趣和求知欲，獲得更加滿意的效果；（2）《案例庫》：提供“電力系統(tǒng)基礎”的“課堂討論案例”，學生和老師通過案例去分析問題，解決問題，加深對課堂理論的理解和掌握；（3）《習題庫》：以相關章節(jié)的主要知識點分布，由易入難，貫穿課程的主要內容，既有利于學生的課后自主學習，又有利于學生拓展知識面的需要。如第四章的潮流計算，其中簡單電力網的潮流計算部分，在《習題庫》中既包括輻射型網絡由簡單到復雜的典型習題，又包括環(huán)網內有變壓器和無變壓器的典型習題；（4）《輔助資料庫》：包括《電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析》和《電力系統(tǒng)暫態(tài)分析》的內容。由于在第六學期開設《電力系統(tǒng)基礎》課程，而課程學習的特點是對本科階段所學各課程知識的綜合運用，如電力系統(tǒng)的有功功率平衡部分，就包括了《自動控制理論》課程中的PID調節(jié)器部分內容，《電機與拖動》課程中發(fā)電機組轉子運動方程，《電力電子技術》課程中的整流電路等。在輔助資料庫中增加這部分知識，可以讓學生更加有目的地對相關內容進行更加有針對性的復習。

針對潮流計算的計算機算法，由于課堂教學時間有限，在課堂僅介紹牛頓-拉夫遜迭代法在直角坐標系中的求解方法，而其在極坐標下的求解，以及其他算法如高斯-賽德爾迭代法和P-Q分解法的介紹，都放在輔助資料庫中。

而對于故障計算部分，在“電力系統(tǒng)基礎”課程中僅僅介紹了最簡單的三相對稱的短路計算方法，由于部分學生拓展知識的需要，在課程中增加對稱分量法在不對稱短路中的應用，并在輔助資料庫中增加相應實例。

2.大力推進互動式教學，促進師生角色的轉變。（1）傳統(tǒng)的教學過程中主要問題是學生的能動性較差。如何調動學生的學習積極性是本次改革的主要目的。首先，重視每個四十五分鐘的課堂教學，每節(jié)課均留五到十分鐘時間做簡單的課堂測驗，及時查找教學過程中的問題并反饋成績。將此部分作為平時成績的主要部分，有效改善了學生聽課不集中，糊弄交作業(yè)的現(xiàn)象；（2）在“電力系統(tǒng)基礎”課程的教學過程中，提倡學生積極上網自學，充分利用學校的交互式網絡平臺，學生和老師在這個虛擬網絡上進行課堂重點總結，題目討論，電子答疑，課外課題的布置，以及提交網絡作業(yè)。通過匯集學生的共同問題，在課堂上進行討論和講解。鼓勵有能力的學生制作ppt，將任務布置下去，針對具體的某個例題或某個知識點，讓學生站在講臺上講解。對比較大的知識點進行分解，幾個同學互成一組，課后互相討論，以匯報的形式出現(xiàn)。通過這種方式，學生更愿意參加，也容易發(fā)現(xiàn)課程教學中較難掌握的問題，既可以拉近師生間的距離，同時也能提高學生自主學習的興趣。

3.基于MATLAB仿真技術的“電力系統(tǒng)基礎”課程實驗教學體系研究。“電力系統(tǒng)基礎”課程實驗教學改革以前由于條件所限，沒有增設實踐教學環(huán)節(jié)，學生很難將課堂所學內容應用到具體的實際問題中，學生的主動學習能力得不到鍛煉。改革的目標，將實驗以大作業(yè)的形式進行，通過計算機編程和軟件仿真，學生可以不必進行枯燥、煩瑣的計算，不僅能提高學生的動手能力，也能提高學生的參與程度。在本課程的第四章教學過程中，由于電力系統(tǒng)潮流部分的計算機教學，算法抽象，學生很難在上課時間有效吸收理解。因此，將該部分內容以大作業(yè)的形式布置下來，利用MATLAB仿真軟件，開出電力系統(tǒng)潮流計算的實驗，鼓勵有能力的學生利用課余時間編寫潮流計算程序。具體操作過程中，為了調動每個學生的學習主動性，對每個學生的任務具體化，讓學生通過具體的程序修改參數，很好地理解潮流計算的原理，節(jié)點導納矩陣的參數意義等，并鼓勵有能力的學生，將潮流計算程序做成GUI界面，可以通過友好的界面修改線路參數，顯示計算結果。學生也通過這一系列的課后作業(yè)，查找資料的能力得到了鍛煉，動手能力得到了提高，學習興趣也得到了提高。在對我校2011級學生的任務布置中，學生積極參與度達到95%以上。未來的主要工作，是對課程實驗教學體系的設計和研究，增加電力系統(tǒng)網損分析，短路計算等諸多實驗內容，完善實驗教學體系。

三、結語

總之，“電力系統(tǒng)基礎”課程改革的核心在于使課程更加“實用”和“有效”，盡最大努力調動學生學習專業(yè)課的興趣。在對本校2010級，2011級電氣工程及其自動化專業(yè)學生進行的綜合測試中，2011級學生的合格率達到87%，高出2010級8個百分點，這表明課程教學改革效果非常明顯。結合網絡平臺教學，通過課堂上師生之間互動，開設綜合實驗等各項措施，加深學生對課程的相關理論知識的理解和掌握，使學生能夠更好地與工程實際結合，成為能力和素質全面發(fā)展的高級應用型人才，正是我們應用型本科教育的目的。而教學改革是一項長期而艱巨的任務，只有在教學過程中通過不斷地探索，充實自己，完善自己，通過學習先進的教育教學理論，才能真正走進課程，以適應當今社會的需要。

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