電力系統(tǒng)分析課程設(shè)計(jì)改革探索

孫文瑤?趙毅　李博

摘 要：電力系統(tǒng)分析是電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)最重要的專業(yè)基礎(chǔ)課之一。該課程緊緊圍繞電力系統(tǒng)的運(yùn)行方式進(jìn)行分析和運(yùn)算。其中課程設(shè)計(jì)作為課程教學(xué)中的重要環(huán)節(jié)，是對(duì)所學(xué)知識(shí)的一次整體檢驗(yàn)。電力工業(yè)的快速發(fā)展，對(duì)原有教學(xué)模式的工程實(shí)踐性提出了更高的要求。本文就電力系統(tǒng)分析課程設(shè)計(jì)改革進(jìn)行探索，提出了課程設(shè)計(jì)改革方案，而本方案的實(shí)施有效地調(diào)動(dòng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，取得了良好的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng)分析 課程設(shè)計(jì) 教學(xué)改革

隨著電力行業(yè)的迅猛發(fā)展，新產(chǎn)品、新技術(shù)的不斷涌現(xiàn)，人才培養(yǎng)顯得格外重要，如何在夯實(shí)學(xué)生專業(yè)基礎(chǔ)的同時(shí)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)、創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力，就成為當(dāng)前教師的一項(xiàng)重要任務(wù)。課程設(shè)計(jì)作為培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的重要環(huán)節(jié)，必須對(duì)其進(jìn)行改革以適應(yīng)時(shí)代的發(fā)展。因此巧妙地引入實(shí)踐環(huán)節(jié)，進(jìn)行科學(xué)合理的課程設(shè)計(jì)，是電力系統(tǒng)分析課程設(shè)計(jì)改革的重要組成部分。

一、電力系統(tǒng)分析課程設(shè)計(jì)的意義

電力系統(tǒng)分析是電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)的主干課程之一，建立在高等數(shù)學(xué)、電路、電機(jī)學(xué)的課程基礎(chǔ)上，講解電力系統(tǒng)的基本概念，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)電力系統(tǒng)的基本分析和計(jì)算能力的一門重要課程。其核心思路是將復(fù)雜的電力系統(tǒng)建立成數(shù)學(xué)模型，用分析電路的方法來(lái)分析系統(tǒng)，用高等數(shù)學(xué)的計(jì)算方法進(jìn)行計(jì)算。該課程奠定了后續(xù)課程發(fā)電廠電氣部分、繼電保護(hù)的理論基礎(chǔ)，在專業(yè)建設(shè)中起著承上啟下的關(guān)鍵作用。

課程設(shè)計(jì)的任務(wù)是電力系統(tǒng)的綜合計(jì)算與分析，通過(guò)課程設(shè)計(jì)，加深對(duì)理論知識(shí)的理解，綜合所學(xué)內(nèi)容，幫助學(xué)生從整體上建立起電力系統(tǒng)分析計(jì)算的概念，培養(yǎng)學(xué)生綜合分析問(wèn)題的能力。同時(shí)，課程設(shè)計(jì)是高等教育最重要的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，它是由學(xué)生獨(dú)立完成的一項(xiàng)綜合性、創(chuàng)造性、設(shè)計(jì)性的大型作業(yè)。

二、電力系統(tǒng)分析課程設(shè)計(jì)的現(xiàn)狀

電力系統(tǒng)分析課程設(shè)計(jì)安排在該課程主要教學(xué)內(nèi)容完成之后，進(jìn)行為期一周的電力系統(tǒng)“三大計(jì)算”，即“短路計(jì)算、潮流計(jì)算、穩(wěn)定性計(jì)算”。傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方式是由指導(dǎo)教師指定某一種計(jì)算類型的設(shè)計(jì)題目，并給出設(shè)計(jì)任務(wù)書，對(duì)學(xué)生進(jìn)行分組。若干名學(xué)生為一組，按照任務(wù)書的要求，共同完成設(shè)計(jì)任務(wù)，最終提交一份20頁(yè)左右的設(shè)計(jì)報(bào)告。傳統(tǒng)的課程設(shè)計(jì)往往并不能體現(xiàn)“設(shè)計(jì)”的本質(zhì)要求，主要存在以下不足。

1.設(shè)計(jì)任務(wù)復(fù)雜枯燥，存在過(guò)多手工計(jì)算

任務(wù)書中針對(duì)系統(tǒng)模型的不同節(jié)點(diǎn)，運(yùn)用同一原理，進(jìn)行手工計(jì)算，這樣雖然加強(qiáng)了學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的理解，但由于設(shè)計(jì)過(guò)程枯燥乏味，很容易使他們喪失學(xué)習(xí)的積極性。

2.設(shè)計(jì)結(jié)果分析缺乏仿真結(jié)果支撐

學(xué)生通過(guò)復(fù)雜的手工計(jì)算得出的結(jié)論，由于缺少仿真結(jié)果的支撐容易使學(xué)生對(duì)自己的計(jì)算結(jié)果產(chǎn)生質(zhì)疑，進(jìn)而影響基礎(chǔ)知識(shí)的掌握。

3.設(shè)計(jì)題目單一，缺乏創(chuàng)新性

由于指導(dǎo)教師受各種因素的限制，不可能為每一名學(xué)生量身打造出一套適合他自己的設(shè)計(jì)題目。另外其選擇的設(shè)計(jì)題目比較單一，而且網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、元件型號(hào)、參數(shù)設(shè)置都比較陳舊，很可能與現(xiàn)場(chǎng)脫節(jié)。學(xué)生在這一環(huán)節(jié)中只能被動(dòng)接受，缺乏了主觀的創(chuàng)造性和創(chuàng)新性。

三、電力系統(tǒng)分析課程設(shè)計(jì)改革方案

針對(duì)上述問(wèn)題，筆者認(rèn)為電力系統(tǒng)分析課程設(shè)計(jì)改革應(yīng)從現(xiàn)代電力系統(tǒng)不斷發(fā)展、培養(yǎng)具有綜合思維能力和處理問(wèn)題能力的應(yīng)用型人才的角度來(lái)考慮。

根據(jù)學(xué)院的實(shí)際情況，依托現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，我們緊密圍繞電力系統(tǒng)的三大計(jì)算，在課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容，成績(jī)?cè)u(píng)定方式等方面做出全面改革（見(jiàn)圖1、圖2）。

1.繼承傳統(tǒng)課程設(shè)計(jì)的精華，減少冗余手工計(jì)算

傳統(tǒng)的課程設(shè)計(jì)主要分為三大類：短路計(jì)算、潮流計(jì)算和穩(wěn)定性計(jì)算，其非常重視學(xué)生基本理論和基礎(chǔ)知識(shí)的掌握。在設(shè)計(jì)過(guò)程中存在同一知識(shí)點(diǎn)或同一算法的重復(fù)計(jì)算，因此我們減少了任務(wù)書中的設(shè)計(jì)任務(wù)，但仍然保留了經(jīng)典理論的分析和運(yùn)算。

2.依托仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，增加仿真實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)

現(xiàn)代電力系統(tǒng)是人類所建立的最復(fù)雜的人工系統(tǒng)之一，電網(wǎng)規(guī)模龐大而復(fù)雜，電力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、運(yùn)行、控制和理論研究等都離不開(kāi)數(shù)字仿真。為此學(xué)院建設(shè)了電網(wǎng)仿真實(shí)驗(yàn)室，引進(jìn)了清華大學(xué)研發(fā)的TH2100電網(wǎng)仿真軟件，為培養(yǎng)電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)學(xué)生從事電力系統(tǒng)運(yùn)行、工程設(shè)計(jì)和理論研究建立必要的基礎(chǔ)。本實(shí)驗(yàn)室符合先進(jìn)性、系統(tǒng)性、綜合性及開(kāi)放性的要求，為學(xué)生做實(shí)驗(yàn)和課程設(shè)計(jì)創(chuàng)造了良好的條件。設(shè)計(jì)過(guò)程中，學(xué)生利用計(jì)算機(jī)建立任務(wù)書中給定的電力系統(tǒng)模型，獨(dú)立輸入?yún)?shù)，進(jìn)行仿真分析和計(jì)算，并將計(jì)算結(jié)果與手工計(jì)算結(jié)果比對(duì)，驗(yàn)證手工計(jì)算的正確性。借助TH2100軟件的強(qiáng)大計(jì)算功能，可以把學(xué)生從繁瑣低級(jí)的重復(fù)計(jì)算中解放出來(lái)，把時(shí)間放在方案設(shè)計(jì)和元件選擇上。本實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)作為改革后設(shè)計(jì)方案中重要的組成部分，可以有效樹(shù)立學(xué)生實(shí)踐觀念，培養(yǎng)分析解決實(shí)際問(wèn)題的能力，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高綜合素質(zhì)。

3.博覽眾家之長(zhǎng)，增加創(chuàng)新設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)

在創(chuàng)新設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中，學(xué)生始終處于積極主動(dòng)的地位，具有較大的選擇自由，指導(dǎo)教師不需要指定設(shè)計(jì)題目，只需對(duì)學(xué)生所選題目提出設(shè)計(jì)要求。學(xué)生可以根據(jù)自己的興趣，在圖書館、互聯(lián)網(wǎng)等處尋找設(shè)計(jì)的資源，選擇經(jīng)典的、合理的、最新的電力系統(tǒng)模型，在仿真平臺(tái)上親手建模，并分析和計(jì)算。這種設(shè)計(jì)方式，從設(shè)計(jì)資料的搜集、選取，設(shè)計(jì)方案的確立，到最后的結(jié)果分析，完全由學(xué)生自己規(guī)劃、設(shè)計(jì)、完成。最終學(xué)生完成的創(chuàng)新設(shè)計(jì)五花八門、各具特色。為了驗(yàn)證設(shè)計(jì)方案和設(shè)計(jì)結(jié)論的正確性，指導(dǎo)教師組織學(xué)生分組討論每一種設(shè)計(jì)方案，由學(xué)生自我評(píng)定其合理性和正確性，并將公認(rèn)的優(yōu)秀的設(shè)計(jì)方案存入TH2100仿真數(shù)據(jù)庫(kù)中，為今后的課程教學(xué)、課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)和科研開(kāi)發(fā)提供了豐富的資源平臺(tái)。學(xué)生們?yōu)榱烁玫赝瓿蓜?chuàng)新設(shè)計(jì)，爭(zhēng)取將自己的作品存入母校的設(shè)計(jì)題庫(kù)中，不斷查找資料，進(jìn)一步鞏固了相關(guān)的理論知識(shí)，迸發(fā)出極大的學(xué)習(xí)熱情，真正做到了從“要我學(xué)”到“我要學(xué)”的思想轉(zhuǎn)變。

四、小結(jié)

通過(guò)電力系統(tǒng)分析課程設(shè)計(jì)改革，我們深刻認(rèn)識(shí)到實(shí)踐教學(xué)要以學(xué)生為中心，以掌握知識(shí)為基礎(chǔ)，以培養(yǎng)能力為重點(diǎn)，以提高素質(zhì)為目標(biāo)，利用三種渠道，即“課堂講授、分組討論、網(wǎng)上答疑”，做出三種轉(zhuǎn)變，即“轉(zhuǎn)變?cè)O(shè)計(jì)思想、轉(zhuǎn)變?cè)O(shè)計(jì)方法，轉(zhuǎn)變?cè)O(shè)計(jì)目標(biāo)”，形成三種模式，即“手工計(jì)算、軟件仿真、創(chuàng)新設(shè)計(jì)”。實(shí)踐證明，改革后的課程設(shè)計(jì)取得了良好的教學(xué)效果，得到了學(xué)生的好評(píng)。其改革方法值得在課程建設(shè)中借鑒。

參考文獻(xiàn)：

[1]杜作潤(rùn)，廖文武.高等教育學(xué)[M].上海：復(fù)旦大學(xué)出版社，2003.

（作者單位：孫文瑤、趙毅，沈陽(yáng)工程學(xué)院；

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