電力系統(tǒng)建模與仿真課程思政的探索與實(shí)踐*

張宏 柴兆森 吳延祥 李宏偉 王洪坤 陳世剛

石河子大學(xué)機(jī)械電氣工程學(xué)院 新疆石河子 832000

0 引言

電力系統(tǒng)建模與仿真是電氣工程及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)的專(zhuān)業(yè)必修實(shí)踐課，是一門(mén)理論與應(yīng)用相結(jié)合且重在實(shí)踐應(yīng)用的課程。該課程以高等數(shù)學(xué)、線性代數(shù)、電路、電力系統(tǒng)分析、繼電保護(hù)原理、新能源發(fā)電技術(shù)等為基礎(chǔ)，通過(guò)分析傳統(tǒng)電力系統(tǒng)及現(xiàn)代新型電力系統(tǒng)的運(yùn)行特征，建立對(duì)應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，在此基礎(chǔ)上，利用電力系統(tǒng)仿真軟件搭建其仿真模型，通過(guò)仿真對(duì)其進(jìn)行研究。通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠熟練掌握電力系統(tǒng)仿真軟件的應(yīng)用、電力系統(tǒng)主要模塊的使用、建立電力系統(tǒng)仿真模型的步驟與方法以及使用仿真軟件對(duì)相關(guān)電力系統(tǒng)問(wèn)題進(jìn)行簡(jiǎn)單分析與設(shè)計(jì)。此外，能夠系統(tǒng)地提升學(xué)生對(duì)電力系統(tǒng)分析的綜合能力，培養(yǎng)學(xué)生初步的科學(xué)研究能力與仿真設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)能力[1]。

習(xí)近平總書(shū)記在全國(guó)高校思想政治工作會(huì)議上的講話為我國(guó)高等教育發(fā)展和改革指明了方向[2-3]。電力系統(tǒng)建模與仿真作為我國(guó)高等院校電氣工程專(zhuān)業(yè)必修實(shí)踐課程，受眾人數(shù)較多?！半p碳”目標(biāo)下，電力系統(tǒng)建模與仿真思政教學(xué)更加受到重視。通過(guò)積極設(shè)計(jì)和完善思政內(nèi)容，將課程專(zhuān)業(yè)理論知識(shí)和思想政治教育二者有機(jī)融合，在講授專(zhuān)業(yè)知識(shí)的同時(shí)，以“潤(rùn)物細(xì)無(wú)聲”的形式傳授課程思政理念[4]。

1 電力系統(tǒng)建模與仿真課程思政育人目標(biāo)

電力系統(tǒng)建模與仿真課程在實(shí)施教學(xué)計(jì)劃達(dá)成課程教學(xué)目標(biāo)的同時(shí)，將立德樹(shù)人貫徹課堂教學(xué)全過(guò)程、全方位、全員之中，力爭(zhēng)打破長(zhǎng)期以來(lái)思想政治教育與專(zhuān)業(yè)教育相互隔絕的“孤島效應(yīng)”，培養(yǎng)學(xué)生的綜合設(shè)計(jì)能力和工程實(shí)踐能力，提高學(xué)生解決復(fù)雜工程問(wèn)題的能力[5-6]；同時(shí)強(qiáng)化學(xué)生自身成長(zhǎng)過(guò)程中修身立德，做到德才兼?zhèn)洌瑢?shí)現(xiàn)課程思政育人的總目標(biāo)。

1）家國(guó)情懷和社會(huì)責(zé)任感：弘揚(yáng)社會(huì)主義核心價(jià)值觀，傳播愛(ài)黨愛(ài)國(guó)和積極向上的正能量，培養(yǎng)學(xué)生高尚品德和社會(huì)責(zé)任感。

2）職業(yè)精神和職業(yè)規(guī)范：緊密結(jié)合職業(yè)道德、勞動(dòng)素養(yǎng)和課程教學(xué)內(nèi)容，從職業(yè)道德和職業(yè)倫理方面，加強(qiáng)工匠精神教育。在實(shí)踐過(guò)程中引導(dǎo)學(xué)生深刻理解并自覺(jué)實(shí)踐行業(yè)的職業(yè)精神和職業(yè)規(guī)范，培養(yǎng)良好合格的職業(yè)品格和行為習(xí)慣。

3）復(fù)合型人才：通過(guò)創(chuàng)設(shè)線上線下的學(xué)習(xí)條件，從實(shí)現(xiàn)國(guó)情教育和主流價(jià)值熏陶兩個(gè)維度，將家國(guó)情懷自然滲入課程實(shí)踐教學(xué)中，實(shí)現(xiàn)潤(rùn)物無(wú)聲的效果，將學(xué)生培養(yǎng)成具有愛(ài)國(guó)情懷、品德高尚、專(zhuān)業(yè)過(guò)硬、職業(yè)素養(yǎng)的專(zhuān)業(yè)技術(shù)人才。

2 電力系統(tǒng)建模與仿真課程思政探索

2.1 課程思政建設(shè)

2.1.1 實(shí)施思路

總體推行“先理論后仿真、邊教邊練、課后強(qiáng)化訓(xùn)練”的電力系統(tǒng)建模與仿真的教學(xué)方式。“先理論后仿真”，即在教學(xué)過(guò)程中首先將有關(guān)理論知識(shí)復(fù)習(xí)，同時(shí)融入思政理念，然后基于理論知識(shí)進(jìn)行建模與仿真?！斑吔踢吘殹?，即任課教師首先通過(guò)主控電腦進(jìn)行案例講解，然后讓學(xué)生對(duì)相同案例或類(lèi)似案例進(jìn)行練習(xí)?！罢n后強(qiáng)化訓(xùn)練”，即在課后融入思政理念的實(shí)際案例展開(kāi)訓(xùn)練。在整個(gè)教學(xué)全過(guò)程，應(yīng)結(jié)合實(shí)際案例，并圍繞課程思政展開(kāi)現(xiàn)代電力系統(tǒng)的建模與仿真。

科學(xué)設(shè)計(jì)電力系統(tǒng)建模與仿真教學(xué)方案，將其作為一門(mén)教、學(xué)、練一體化的項(xiàng)目化課程來(lái)開(kāi)發(fā)，精心整體設(shè)計(jì)和單元安排。針對(duì)不同學(xué)生，開(kāi)展學(xué)情分析，選擇安排合適的訓(xùn)練案例，制定“個(gè)性化”仿真建模技術(shù)訓(xùn)練方案，以融合課程思政的實(shí)際案例為訓(xùn)練項(xiàng)目和教學(xué)情景，設(shè)置明確的知識(shí)目標(biāo)、技能目標(biāo)和素養(yǎng)目標(biāo)。將兵團(tuán)精神與胡楊精神、民族自豪感與專(zhuān)業(yè)歸屬感、職業(yè)素養(yǎng)與工匠精神、職業(yè)道德與職業(yè)理論、科學(xué)方法與生態(tài)文明融入教學(xué)當(dāng)中，建立課程思政教育教學(xué)與專(zhuān)業(yè)授課相結(jié)合的雜糅式教學(xué)思路，采用思政育德與專(zhuān)業(yè)授課相結(jié)合、課堂講授與實(shí)驗(yàn)教學(xué)相結(jié)合的授課方式，制定育德育才、行之有效的電力系統(tǒng)建模與仿真教學(xué)方案。

2.1.2 重點(diǎn)措施

通過(guò)“課程思政”教育教學(xué)改革，深化教書(shū)育人內(nèi)涵，探尋電力系統(tǒng)建模與仿真課程思想政治教育的切入點(diǎn)，梳理課程所蘊(yùn)含的思想政治教育元素，采用靈活多樣的形式適時(shí)開(kāi)展行之有效的思想政治教育，將思想政治教育貫穿教育教學(xué)全過(guò)程。

1）教學(xué)大綱建設(shè)。課程教學(xué)大綱是教師進(jìn)行課程教學(xué)的主要依據(jù)，也是檢查和評(píng)定學(xué)生學(xué)業(yè)成績(jī)和衡量教師教學(xué)質(zhì)量的重要標(biāo)準(zhǔn)。綜合電力系統(tǒng)建模與仿真課程特點(diǎn)和課程思政教育內(nèi)涵，并結(jié)合以往授課的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，根據(jù)課程思政目標(biāo)設(shè)計(jì)相應(yīng)教學(xué)環(huán)境，將課程思政元素融入學(xué)生的學(xué)習(xí)任務(wù)中，體現(xiàn)在學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)方案中。

2）實(shí)踐教學(xué)教材的改革。市面上關(guān)于電力系統(tǒng)建模與仿真課程的教材大多理論性太強(qiáng)，缺乏實(shí)踐指導(dǎo)環(huán)節(jié)，且只有基于傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的仿真，缺乏現(xiàn)代電力系統(tǒng)部分，沒(méi)有思政元素的融入。所以編寫(xiě)一部融入思政元素的教材是非常必要的。原先教材只包含模型建立、簡(jiǎn)單仿真分析等內(nèi)容。修改后加入MATLAB 編程基礎(chǔ)、Simulink、高比例新能源電力系統(tǒng)建模與仿真實(shí)例的內(nèi)容，對(duì)學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)，提高人才培養(yǎng)質(zhì)量以及學(xué)生的動(dòng)手能力具有重要意義。

3）實(shí)踐教學(xué)方法改革。原先的電力系統(tǒng)建模與仿真課程是以教室上課為主要形式，配以幾學(xué)時(shí)的上機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)。上課時(shí)，學(xué)生只能觀摩教師操作，仿真實(shí)驗(yàn)時(shí)，學(xué)生被動(dòng)地走馬觀花地看看實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，缺乏思考與操作環(huán)節(jié)，且沒(méi)有融入任何思政元素。修改后，教學(xué)全部在電力系統(tǒng)仿真實(shí)驗(yàn)室，邊教邊練，可以極大地提高學(xué)習(xí)效率和積極性，并配以多個(gè)圍繞課程思政的設(shè)計(jì)性實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，從系統(tǒng)認(rèn)識(shí)到系統(tǒng)仿真全部自主查找文獻(xiàn)、分析、設(shè)計(jì)，培養(yǎng)學(xué)生綜合實(shí)踐能力以及嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ鲬B(tài)度和優(yōu)良的工作作風(fēng)。

4）實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容改革。原先電力系統(tǒng)建模與仿真教授內(nèi)容以傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的教學(xué)內(nèi)容為基礎(chǔ)，現(xiàn)需增加現(xiàn)代電力系統(tǒng)的相關(guān)理論知識(shí)，增加課程思政背景下的電力系統(tǒng)建模與仿真案例，比如新疆定速風(fēng)電機(jī)組的仿真實(shí)例、雙饋?zhàn)兯亠L(fēng)電機(jī)組的仿真實(shí)例、石河子光伏發(fā)電仿真實(shí)例等，從而將教學(xué)內(nèi)容與思政理念有效融合，發(fā)揮課程中蘊(yùn)含的文化基因和價(jià)值方式，并且將其轉(zhuǎn)化為社會(huì)主義核心價(jià)值觀具體化、生動(dòng)化的有效教學(xué)載體，實(shí)現(xiàn)在“潤(rùn)物細(xì)無(wú)聲”的知識(shí)學(xué)習(xí)中有效融入理想信念層面的精神指引。

5）考核方式改革。此課程應(yīng)以培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力和掌握先進(jìn)理論為教學(xué)目的，考核方式不應(yīng)以傳統(tǒng)閉卷考試為考核形式或者實(shí)驗(yàn)報(bào)告形式?？己朔绞皆O(shè)定為一人一機(jī)的上機(jī)考核形式，考查以課程思政理念下現(xiàn)代電力系統(tǒng)的建模和仿真為主。寫(xiě)出建模思路、算法設(shè)計(jì)等原理思路以及程序和仿真結(jié)果分析等內(nèi)容，培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)、規(guī)范的工作態(tài)度的職業(yè)精神，突出學(xué)生的主體地位和教學(xué)思政理念的體現(xiàn)。

6）教學(xué)資源運(yùn)用。結(jié)合課堂教學(xué)和網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源，利用現(xiàn)代化教學(xué)手段和途徑，創(chuàng)建各種教育教學(xué)資源，依托校園網(wǎng)，完善網(wǎng)絡(luò)課程和相關(guān)資源的建設(shè)，實(shí)現(xiàn)立體化教學(xué)，為學(xué)生創(chuàng)建個(gè)性化、自主學(xué)習(xí)提供廣闊空間。采用多媒體課件、開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室等教學(xué)手段，更好地實(shí)施課程思政教育。

基于“引領(lǐng)式學(xué)習(xí)”教學(xué)理念，通過(guò)多元化方式搭建相互溝通交流渠道，并結(jié)合電力系統(tǒng)建模與仿真課程大綱、課件、教案等多種教學(xué)資源，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、思考問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，積極營(yíng)造良好的學(xué)習(xí)氛圍并搭建高水平大學(xué)開(kāi)放平臺(tái)。開(kāi)展慕課、微課、雨課堂、課程思政教學(xué)案例設(shè)計(jì)等專(zhuān)題討論，完善電力系統(tǒng)建模與仿真課程群網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)教學(xué)系統(tǒng)建設(shè)。

2.2 教學(xué)內(nèi)容選擇與安排

結(jié)合教學(xué)大綱和目標(biāo)，將課程內(nèi)容與思政育人要素的結(jié)合具體化。將思政內(nèi)容、思政元素貫穿并巧妙融入課后作業(yè)、課堂教學(xué)以及專(zhuān)業(yè)理論知識(shí)中。在教學(xué)內(nèi)容設(shè)置上注重與其他理論課和設(shè)計(jì)課的結(jié)合，由淺入深，使學(xué)生逐步掌握電力系統(tǒng)建模的方法和技巧，教學(xué)內(nèi)容與課程思政設(shè)計(jì)如表1 所示。具體教學(xué)過(guò)程安排如下。

表1 教學(xué)內(nèi)容與課程思政設(shè)計(jì)

1）按照育人目標(biāo)，制定科學(xué)合理的教案，通過(guò)分析課程目標(biāo)、教材內(nèi)容、學(xué)生學(xué)情，確定教學(xué)目標(biāo)內(nèi)容，設(shè)計(jì)教學(xué)方法，進(jìn)行教學(xué)難點(diǎn)、重點(diǎn)分析，并融合思政教學(xué)理念，進(jìn)行課程反思。

2）提煉和挖掘?qū)I(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)與課程實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)中思政元素之間的有機(jī)契合點(diǎn)，依托電力系統(tǒng)建模與仿真課程特點(diǎn)，以科學(xué)和創(chuàng)新精神為導(dǎo)線，將思政教育元素和所承載的教育功能，融入課堂實(shí)踐教學(xué)各環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)思想政治教育與知識(shí)體系教育的有機(jī)統(tǒng)一。

3）建立課前、課中和課后的教學(xué)計(jì)劃。課前通過(guò)線上教學(xué)，發(fā)布學(xué)習(xí)任務(wù)，學(xué)生根據(jù)任務(wù)鞏固建模與仿真所需理論基礎(chǔ)知識(shí)，通過(guò)思政內(nèi)容的融合，有針對(duì)性地提出問(wèn)題。課中通過(guò)課前回顧知識(shí)點(diǎn)，采用邊教邊練的教學(xué)模式，幫助學(xué)生解決實(shí)踐過(guò)程的問(wèn)題，鞏固建模思路與步驟。課后通過(guò)典型習(xí)題，整合知識(shí)脈絡(luò)圖，及時(shí)反饋建模過(guò)程中的疑點(diǎn)和難點(diǎn)。

4）依據(jù)教學(xué)內(nèi)容，將教、學(xué)、做融為一體，實(shí)現(xiàn)綜合鍛煉學(xué)生實(shí)踐能力，達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生職業(yè)素養(yǎng)的能力，并設(shè)定實(shí)際職業(yè)崗位角色，以實(shí)際崗位任務(wù)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)情境，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)精神。

5）建立多元化課程評(píng)價(jià)體系，細(xì)化過(guò)程考核，使評(píng)價(jià)考核突出能力培養(yǎng)，達(dá)到激勵(lì)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的目的。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文以電力系統(tǒng)建模與仿真為例，從兵團(tuán)精神、生態(tài)文明建設(shè)以及雙碳目標(biāo)等多方面進(jìn)行課程思政探索與實(shí)踐。結(jié)合工程教育認(rèn)證的理念和標(biāo)準(zhǔn)與課程思政教學(xué)設(shè)計(jì)，加強(qiáng)對(duì)學(xué)生工程能力和實(shí)踐能力的培養(yǎng)，并將人文教育與專(zhuān)業(yè)教育相結(jié)合，有效推動(dòng)科學(xué)教育和人文教育的相互融合。同時(shí)深入挖掘課程中蘊(yùn)含的思政教育資源，從教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)實(shí)踐環(huán)節(jié)、教學(xué)策略與方法等方面融入課程思政內(nèi)容，使社會(huì)主義核心價(jià)值觀內(nèi)化于心、外化于行。