智能電網(wǎng)信息工程的專業(yè)課程群教學(xué)模式改革研究＊

馬藝瑋，劉明杰，樸昌浩，胡向東

（重慶郵電大學(xué)自動化學(xué)院，重慶400065）

智能電網(wǎng)信息工程專業(yè)創(chuàng)建于2010年，是依據(jù)中國發(fā)展戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)、緊密結(jié)合中國智能電網(wǎng)建設(shè)之急需而開設(shè)的一種新工科專業(yè)[1]。智能電網(wǎng)的概念首次于2005年提出，現(xiàn)已被世界各國視作未來新型電網(wǎng)的基本模式[2-3]。近十多年來，在全球社會經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展與能源環(huán)境危機(jī)日益嚴(yán)重的大背景下，智能電網(wǎng)不僅是全球電力工業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展、應(yīng)對未來挑戰(zhàn)的必然趨勢，也是依托電力工業(yè)的現(xiàn)代文明社會經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展的必然選擇。

智能電網(wǎng)信息工程屬于中國普通高等學(xué)校本科專業(yè)中的一種新興特設(shè)專業(yè)，是融合集成電氣工程、能源技術(shù)、控制技術(shù)、信息通信、計算機(jī)科學(xué)等多種學(xué)科而發(fā)展的一門新興交叉學(xué)科專業(yè)[4]。迄今，中國及西方發(fā)達(dá)國家已普遍認(rèn)識到智能電網(wǎng)對能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型和社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的巨大效能，并已開展了一系列重要基礎(chǔ)理論研究與技術(shù)試驗開發(fā)，但總體而言，智能電網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展在全世界范圍內(nèi)仍處于初期的理論技術(shù)研究和實驗項目實踐階段。同理，為主動應(yīng)對中國能源戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型與智能電網(wǎng)建設(shè)等迫切需求，中國高等工科院校的智能電網(wǎng)信息工程專業(yè)的課程教學(xué)改革與建設(shè)也處于起步階段[5-7]，在智能電網(wǎng)技術(shù)的認(rèn)知以及智能電網(wǎng)課程群的課程設(shè)置、教學(xué)安排、師資團(tuán)隊和教材建設(shè)等方面都存在著許多突出問題，對于本專業(yè)課程教學(xué)質(zhì)量具有嚴(yán)重的不良影響，難以實現(xiàn)本專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)。

為了有效解決改善智能電網(wǎng)信息工程專業(yè)的課程群教學(xué)質(zhì)量，結(jié)合重慶郵電大學(xué)與國內(nèi)其它高校的智能電網(wǎng)信息工程專業(yè)課程教學(xué)實踐，可以發(fā)現(xiàn)當(dāng)前智能電網(wǎng)信息工程在專業(yè)課程建設(shè)中普遍存在一些突出問題：①課程教學(xué)目標(biāo)過于空泛化、形式化與模糊化，在理論知識與專業(yè)能力之間缺乏具體性、連貫性、遞進(jìn)性和層次性，易偏離該專業(yè)復(fù)合型高素質(zhì)工程技術(shù)人才的培養(yǎng)目標(biāo)；②課程門類劃分不合理，課程選修類型比例不恰當(dāng)，片面理解追求“寬口徑”專業(yè)教育目標(biāo)，忽視了專業(yè)課程群內(nèi)各課程之間的縱向銜接與橫向聯(lián)系，容易導(dǎo)致大學(xué)生難以獲取全面系統(tǒng)性的專業(yè)理論知識與高匹配度的崗位專業(yè)技能；③課程教學(xué)安排次序不合理，尤其割裂了“智能電網(wǎng)概論”總論課程、“智能電網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)”核心課程與“智能電網(wǎng)通信技術(shù)”其它承接課程之間的內(nèi)在銜接關(guān)系，以及繁重的課程內(nèi)容與相對少的課時之間矛盾，都在很大程度上限制了學(xué)生對體系化專業(yè)課程知識及其綜合運用能力的教學(xué)培養(yǎng)；④缺乏相應(yīng)的師資優(yōu)選機(jī)制挑選具備高匹配度專業(yè)科研背景與突出教學(xué)業(yè)績的一線教師團(tuán)隊，以建設(shè)有理論知識與科研實踐相結(jié)合的專業(yè)課程教學(xué)方式；⑤課程教材建設(shè)仍存在相對滯后問題，仍嚴(yán)重缺乏高質(zhì)量、高水平的教材和配套教學(xué)資源。總而言之，為了有效改善解決智能電網(wǎng)信息工程專業(yè)課程教學(xué)質(zhì)量，首先應(yīng)科學(xué)系統(tǒng)地了解掌握智能電網(wǎng)的發(fā)展背景、概念特性以及技術(shù)體系等關(guān)鍵特征信息，然后結(jié)合本專業(yè)人才教育培養(yǎng)目標(biāo)，研究提出一套具有新工科特色的智能電網(wǎng)信息工程專業(yè)課程群教學(xué)模式改革方案。

1 智能電網(wǎng)特性及其技術(shù)體系

1.1 智能電網(wǎng)概念及特性

智能電網(wǎng)是未來新型電網(wǎng)的基本模式，對于應(yīng)對全球氣候變化，促進(jìn)世界經(jīng)濟(jì)社會可持續(xù)發(fā)展具有非常重要的戰(zhàn)略支撐作用。迄今為止，智能電網(wǎng)的發(fā)展在全世界仍處于初期階段，還由于世界各國研究開發(fā)智能電網(wǎng)技術(shù)的側(cè)重點各不相同，導(dǎo)致其沒有一個統(tǒng)一的概念和標(biāo)準(zhǔn)[3]。目前，中國電科院等機(jī)構(gòu)提出一種認(rèn)同度高的智能電網(wǎng)概念，是將物理電網(wǎng)與通訊技術(shù)、信息技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)和控制技術(shù)等多種先進(jìn)科學(xué)技術(shù)進(jìn)行融合集成的一種新型智能化電網(wǎng)，實現(xiàn)電網(wǎng)系統(tǒng)的可靠、安全、經(jīng)濟(jì)、高效、環(huán)境友好和使用安全等目標(biāo)[4]。結(jié)合智能電網(wǎng)概念及其發(fā)展愿景，智能電網(wǎng)的核心價值可以采用表1所示的一些關(guān)鍵指標(biāo)來闡述，并由此可以將智能電網(wǎng)的主要特性用“新能源+新客戶+新電網(wǎng)”來概況[4-5]。

表1 智能電網(wǎng)的核心價值

新能源。即為風(fēng)力發(fā)電、太陽能發(fā)電等新型綠色可再生能源發(fā)電資源，且在能源結(jié)構(gòu)比例將日益增大，如中國計劃在2021年可再生能源發(fā)電比例達(dá)到16%，2030年達(dá)到30%以上。風(fēng)光等間歇性可再生能源發(fā)電比例的規(guī)?；⒕W(wǎng)，將會給現(xiàn)有電力網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的輸配電、調(diào)度、運行與控制等方面都帶來非常大的變化和挑戰(zhàn)，需要研究相應(yīng)的新型關(guān)鍵技術(shù)才能實現(xiàn)。

新用戶。即為通過需求側(cè)響應(yīng)主動參與到大電網(wǎng)系統(tǒng)運行中來的各種新型用戶，包含分布式發(fā)電單元、微電網(wǎng)、電動汽車和各種柔性負(fù)荷等。由此，這些新客戶會對電網(wǎng)帶來一系列新的服務(wù)和更多效益，使得電網(wǎng)系統(tǒng)的電力流、信息流和業(yè)務(wù)流呈現(xiàn)出雙向或多向流動的特點，并導(dǎo)致電網(wǎng)調(diào)度運行方式發(fā)生根本性的變化和挑戰(zhàn)，需要研究相應(yīng)的新型關(guān)鍵技術(shù)才能實現(xiàn)。

新電網(wǎng)。即為融合集成高度的智能化和信息化的新型電網(wǎng)，涉及了超導(dǎo)或特高壓輸電、智能變電、新能源發(fā)電智能接入、電網(wǎng)智能調(diào)度與控制、用戶智能響應(yīng)等一系列新型關(guān)鍵技術(shù)。因此，電網(wǎng)的運行方式與控制方法也將更加復(fù)雜多變，潛在經(jīng)濟(jì)效益也更為巨大突出。

1.2 智能電網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)

智能電網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)是實現(xiàn)未來智能化電網(wǎng)核心價值和目標(biāo)遠(yuǎn)景的堅實基礎(chǔ)和技術(shù)保障。依據(jù)智能電網(wǎng)的概念、核心價值與主要特性，智能電網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)[1-5]主要包含有：①先進(jìn)的設(shè)備技術(shù)。包含各種電力逆變裝置、儲能狀態(tài)監(jiān)控設(shè)備、智能變電設(shè)備、智能靜態(tài)開關(guān)等新型定制電力裝置、新型柔性交流輸電系統(tǒng)裝置、各種新型電力電子輸電設(shè)備等，為設(shè)計構(gòu)建智能電網(wǎng)系統(tǒng)起著堅實的物理基礎(chǔ)作用。②先進(jìn)的控制技術(shù)。包含各種新型發(fā)電并網(wǎng)技術(shù)、超高級直流輸電和超導(dǎo)輸電等先進(jìn)輸電技術(shù)、智能變配電技術(shù)、智能微電網(wǎng)技術(shù)、智能柔性用電技術(shù)、先進(jìn)電網(wǎng)優(yōu)化控制技術(shù)等，對智能電網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)各種先進(jìn)設(shè)備裝置提供了必要的控制方法，為智能電網(wǎng)系統(tǒng)的安全可靠和穩(wěn)定高效運行提供了重要的技術(shù)支撐。③先進(jìn)的傳感量測技術(shù)。包括新型電子式互感器、新型多模態(tài)智能電表、各種新型電力電子傳感器、先進(jìn)相量測量裝置、廣域測量系統(tǒng)等，提高了智能電網(wǎng)系統(tǒng)的可觀測性，為智能電網(wǎng)系統(tǒng)運行與控制起著基礎(chǔ)性支撐作用。④先進(jìn)的信息通信技術(shù)。包含空間信息技術(shù)、信息物理系統(tǒng)技術(shù)、智能信息處理技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)、光纖通信技術(shù)、電力特種光纜輸電技術(shù)、電力線載波通信技術(shù)、電力物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等，對智能電網(wǎng)系統(tǒng)及其各單元設(shè)備之間互聯(lián)互通提供了重要技術(shù)支撐和必要物理信息基礎(chǔ)。⑤先進(jìn)的業(yè)務(wù)應(yīng)用技術(shù)。包含智能電網(wǎng)系統(tǒng)及其基本物理單元的電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)、風(fēng)光等新能源發(fā)電并網(wǎng)接入控制系統(tǒng)、智能化電力運行控制系統(tǒng)、智能用電信息采集系統(tǒng)、電力儲能狀態(tài)監(jiān)測與安全管理系統(tǒng)等，是保障智能電網(wǎng)系統(tǒng)安全可靠、經(jīng)濟(jì)高效運行，為系統(tǒng)供需兩側(cè)提供增值提效的重要應(yīng)用服務(wù)和具體體現(xiàn)。

2 專業(yè)課程群教學(xué)模式改革方案

結(jié)合重慶郵電大學(xué)與國內(nèi)其他高校的智能電網(wǎng)信息工程專業(yè)教育培養(yǎng)實踐可知，智能電網(wǎng)信息工程專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)的關(guān)鍵主要在于專業(yè)課程群教學(xué)模式，該模式的實現(xiàn)有賴于三項基本課程群體系建設(shè)，分別為多方向?qū)I(yè)課程群體系建設(shè)、三層次遞進(jìn)式課程群教學(xué)體系建設(shè)與三位一體式課程群支撐體系建設(shè)。

2.1 多方向?qū)I(yè)課程群體系構(gòu)建

智能電網(wǎng)信息工程的專業(yè)課程課目眾多，總體而言，其專業(yè)課程群是由電氣工程技術(shù)、傳感測控技術(shù)、通信信息技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)等多種學(xué)科交叉而形成各種不同類型技術(shù)領(lǐng)域的專業(yè)課程組合群體，主要包含有“智能電網(wǎng)概論”“智能電網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)”“微電網(wǎng)技術(shù)”“新能源發(fā)電并網(wǎng)技術(shù)”“智能配用電技術(shù)”“智能變電站”“智能電網(wǎng)綜合監(jiān)控技術(shù)”“智能電網(wǎng)通信技術(shù)”“智能電網(wǎng)信息安全”“智能電網(wǎng)先進(jìn)傳感技術(shù)”“物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)”“能源互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)”“直流輸電技術(shù)”“大數(shù)據(jù)技術(shù)”等近20門專業(yè)課程。為了避免智能電網(wǎng)專業(yè)課程群建設(shè)內(nèi)容過于寬泛、忽視知識關(guān)聯(lián)性，本專業(yè)課程群建設(shè)應(yīng)遵循專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)順應(yīng)市場職業(yè)發(fā)展需求的基本原則，構(gòu)建如圖1所示的一種基于多專業(yè)技術(shù)方向的智能電網(wǎng)專業(yè)課程群體系架構(gòu)，且應(yīng)樹立以“智能電網(wǎng)關(guān)建技術(shù)”為核心的多專業(yè)方向課程模塊關(guān)聯(lián)準(zhǔn)則，根據(jù)各個課程模塊及其內(nèi)部課程之間知識相關(guān)性，確定課程之間縱向銜接性和橫向關(guān)聯(lián)性，明確各專業(yè)方向的專業(yè)課程理論知識完整性與專業(yè)技能素質(zhì)生成的專業(yè)課程教學(xué)培養(yǎng)目標(biāo)。

圖1 基于多專業(yè)技術(shù)方向的智能電網(wǎng)專業(yè)課程群體系架構(gòu)

2.2 三層次遞進(jìn)式課程群教學(xué)體系建設(shè)

智能電網(wǎng)信息工程專業(yè)課程教學(xué)應(yīng)該改變原有的學(xué)科本位教學(xué)體系，新構(gòu)建一種融合“鏈條式課程教學(xué)次序安排、寬口徑課程內(nèi)容教學(xué)與復(fù)合式課程教學(xué)方法”的三層次遞進(jìn)式智能電網(wǎng)專業(yè)課程群教學(xué)體系，充分考慮學(xué)生對本專業(yè)課程知識的認(rèn)知發(fā)展規(guī)律與個人職業(yè)興趣，而不過分強(qiáng)調(diào)本專業(yè)課程知識體系自身的完備建設(shè)。

智能電網(wǎng)課程群教學(xué)體系的鏈條式課程教學(xué)次序安排，應(yīng)采用“總論課程、核心課程、承接課程、其它前沿技術(shù)總論課程”的次序安排原則，且將該課程群教學(xué)工作安排于連續(xù)的3～4個學(xué)期進(jìn)行，其中“智能電網(wǎng)概論”為總論課程，“智能電網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)”為核心課程，“智能電網(wǎng)通信信息技術(shù)”等為承接課程，“物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)”等為其它前沿技術(shù)總論課程。寬口徑課程內(nèi)容教學(xué)是指以“先進(jìn)電網(wǎng)技術(shù)課程模塊”為主，兼顧選修其它專業(yè)技術(shù)方向模塊各至少一門專業(yè)課程，使學(xué)生建立起完整的專業(yè)課程群理論知識體系，并生成相應(yīng)的專業(yè)技術(shù)實踐能力。復(fù)合式課程教學(xué)方法是根據(jù)智能電網(wǎng)專業(yè)課程具有的理論聯(lián)系實踐性強(qiáng)、多學(xué)科技術(shù)交叉融合的復(fù)雜特性，根據(jù)課程內(nèi)容難易程度恰當(dāng)選取“傳統(tǒng)講解式”“啟發(fā)式”“開放式”“項目專題式”與“包含課程動畫等多媒體式”等各種課程教學(xué)方法，增強(qiáng)學(xué)生對課程學(xué)習(xí)的積極性和主動性，不僅使學(xué)生正確理解掌握課程知識的內(nèi)在機(jī)理和邏輯性，還培養(yǎng)學(xué)生的科研創(chuàng)新思維和實踐應(yīng)用能力。

2.3 三位一體式課程群支撐體系建設(shè)

智能電網(wǎng)信息工程專業(yè)課程教學(xué)的關(guān)鍵是課程群支撐體系建設(shè)，而其建設(shè)成敗的關(guān)鍵在于3項課程群建設(shè)支撐要素：課程群教師團(tuán)隊、課程群教材建設(shè)與課程群教學(xué)質(zhì)量評估。智能電網(wǎng)專業(yè)課程群的教師團(tuán)隊，應(yīng)選取兼有突出教學(xué)業(yè)績與高匹配度專業(yè)科研背景的教師為課程群帶頭人，其應(yīng)對電氣工程及其智能電網(wǎng)技術(shù)等專業(yè)理論知識與學(xué)科建設(shè)具有系統(tǒng)性、整體性的科學(xué)認(rèn)知，而課程群骨干教師應(yīng)在某個智能電網(wǎng)專業(yè)方向上具備較好的專業(yè)背景與相對突出的教學(xué)業(yè)績，然后以這些教師為核心組建課程群師資團(tuán)隊，對智能電網(wǎng)專業(yè)課程群的內(nèi)涵、教學(xué)理念與建設(shè)措施等進(jìn)行統(tǒng)一化認(rèn)知。智能電網(wǎng)課程群教材建設(shè)應(yīng)采取面向短期和中期的建設(shè)規(guī)劃方案，其中短期教材建設(shè)是指根據(jù)當(dāng)前現(xiàn)有的各種課程教材情況，盡可能選取能極大滿足本專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)的專業(yè)課程教材與和配套教學(xué)資源，并在課程教學(xué)過程中需補(bǔ)充缺失或斷層的知識內(nèi)容；而中期教材建設(shè)是組織由本專業(yè)課程群的帶頭人和骨干教師一起自行編撰有特色、高質(zhì)量與高水平的專業(yè)課程教材，實現(xiàn)課程教材建設(shè)與本專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)的和諧統(tǒng)一。智能電網(wǎng)專業(yè)課程群教學(xué)質(zhì)量評估主要是制定專業(yè)課程群評審標(biāo)準(zhǔn)，以課程群體系結(jié)構(gòu)科學(xué)合理、課程群教學(xué)體系規(guī)范科學(xué)、課程群教師團(tuán)隊專業(yè)水平高與教學(xué)能力突出、兼顧短期合理有效與中期特色高水平的課程群教材建設(shè)作為該專業(yè)課程群教學(xué)質(zhì)量評價的指標(biāo)依據(jù)，避免評價體系復(fù)雜化，對智能電網(wǎng)專業(yè)課程群教學(xué)模式建設(shè)具有重要的理論與實踐意義。

3 結(jié)語

智能電網(wǎng)專業(yè)課程群教學(xué)模式對于智能電網(wǎng)信息工程專業(yè)的人才培養(yǎng)目標(biāo)與課程體系建設(shè)改革具有非常重要的作用與意義，它能夠克服傳統(tǒng)課程教學(xué)模式的不足，通過新改革構(gòu)建的智能電網(wǎng)專業(yè)課程群教學(xué)，促使本專業(yè)學(xué)生形成體系化的專業(yè)理論知識與專業(yè)綜合能力，提高本專業(yè)課程教學(xué)質(zhì)量，實現(xiàn)高水平復(fù)合型電氣工程專業(yè)人才的培養(yǎng)目標(biāo)。