关于“电力系统分析”课程教学改革的探索
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摘 要：“电力系统分析”课程是电气工程及其自动化专业必修的专业核心课程，是进一步学习“发电厂变电站工程设计”“电力系统自动化”“电力系统继电保护”等重要专业课程的基础。该文针对目前教学中存在的问题进行了分析，进一步从教学方法、教学手段、考核方法几个方面，对提升“电力系统分析”课程教学效果的改革举措进行讨论，为电气工程类专业课程的教学改革提供经验。
关键词：电力系统分析 课程教学 教学方法 教学手段 考核方法
中图分类号：G622 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2019）12（c）-0101-02
“電力系统分析”课程是三峡大学国际文化交流学院电气工程及其自动化专业必修的专业核心课程，课程将电力网络以及网络中的发电机和负荷作为一个整体进行分析和研究，主要教学内容分为电力系统的稳态分析和暂态分析两个部分[1-2]。其中，电力系统稳态分析主要是针对正弦稳态网络进行分析计算，涉及电网潮流方程的建立和非线性代数方程的求解;电力系统暂态分析主要是针对动态网络进行分析计算，涉及同步发电机基本方程和转子运动方程的建立和非线性微分方程的求解。课程教学内容具有理论性强、数值计算过程繁琐、密切联系电力生产实际的特点，容易导致学生在学习中出现畏难情绪。
该文分析了“电力系统分析”课程教学中存在问题和进一步提升教学质量的途径，有助于提升学生灵活运用所学知识解决电力系统工程问题的能力，为培养适应电力行业需求的高级电气工程技术人才提供教学实践经验。
1 教学现状和存在问题
在教学方法运用方面，“电力系统分析”课程教学内容具有理论性强、数值计算过程繁琐、密切联系电力生产实际的特点，需要在教师的指导下进行学。实际教学中，主要是采取教师课堂讲解，学生被动听课法方式进行课堂教学。然而，“电力系统分析”课程教学内容大量涉及正弦稳态网络方程和动态网络方程的建立过程，由于该部分涉及的分析方法为先行课程“电路原理”所学内容，重复交叉内容的讲授既占用了较多课时，也不利于吸引学生的注意力。另一方面，上述网络方程通常为非线性代数方程和微分方程，其求解使用的数值计算方法不属于前期基础数学课的教学内容，简单地讲授容易导致学生难以理解，部分学生失去学习兴趣。
在教学手段运用方面，“电力系统分析”课程教学内容面向解决工程实际问题，要求学生能够针对一个电网复杂工程问题建立合适的数学模型，并利用恰当的边界条件求解。然而，常规基于课堂板书和PPT的教学手段，只能直接展示数学模型的推理步骤和给出模型的数值计算结果，学生难以理解也无法参与模型求解的数值计算过程。数学模型求解能力的缺失，导致不少学生在后续课程设计和毕业设计环节中难以独立完成工程设计任务，另一方面，也不利于学生进一步学习和掌握电力系统仿真软件的使用方法。
在课程考核方法方面，“电力系统分析”课程教学中每位学生的期末成绩由期末考试和平时成绩两部分构成。其中，平时成绩占总成绩的40%，课堂考勤和课后作业各占20%。根据电气工程及其自动化专业的工程教育认证以及以及相应的新版《电力系统分析教学大纲》，对该课程平时成绩增加了以下考核内容：课堂的听课效果和消化所学知识的能力;参与考堂专题讨论和协作完成大作业的能力;应用电力系统的基本原理解决实际工程问题的能力。现有的课堂考勤能够有效促进学生的到课率，但难以考核学生课堂中的学习活跃程度和学习主动性;课后作业能督促学生及时复习，但课后作业题目单一、偏重于简单的手工计算，难以培养学生分析和解决复杂工程问题的能力。
2 提升课程教学质量的途径
2.1 衔接式教学方法的应用
“电力系统分析”课程的基本分析方法立足于“高等数学”“电路原理”等先行课程，同时也是进一步学习“发电厂变电站工程设计”“电力系统自动化”“电力系统继电保护”等重要专业课程的基础。因此，教学中需要处理好各门课程教学内容间的相互配合，采用衔接教学方法有助于实现各门课程在教学内容上的承上启下。
在实际教学中，对于需要使用的先行课程已讲授的知识点，在课前安排学生课前复习，课堂讲授时相关内容以讲清楚思路为主，避免学生学习注意力下降，例如，利用“电路原理”课程中节点电压法推导潮流方程的过程;对于后续课程需要使用的重要知识点，则进行较为详细的讲解，并要求学生具备基本的计算能力。例如：“发电厂变电站工程设计”和“电力系统继电保护”课程需要使用的知识点电力系统短路电流的实用计算方法;对于先行课程未能讲授的知识点，则需要进行补充讲解。例如，非线性代数方程和微分方程的数值计算方法。通过有效衔接各门课程间教学内容，既有助于突出教学重点、保持学生的学习兴趣，也有利于合理分配有限的课堂教学时间。
2.2 数值仿真手段辅助教学
随着计算机技术的普及，电气工程及其自动化专业开设有“C语言程序设计”课程，学生普遍具备了基本的编程能力，为采用数值计算手段辅助“电力系统分析”课程教学，培养学生解决电网复杂工程问题的能力提供了前提。
在教学实践中，针对待分析的电网复杂工程问题的数学模型，可以通过编写迭代程序的方法实现模型的数值计算，进一步通过分析计算结果，识别和判断智能电网复杂工程问题的关键环节和参数，满足专业培养计划目标的要求。例如，在讲授同步发电机基本方程内容时，在利用派克变换推导发电机电压方程和磁链方程的基础上，进一步要求学生以小组为单位，采用C语言和Matlab编写程序[2]，计算同步发电机极端突然三相短路后的电流、电压随时间变化的规律，巩固所学章节重要知识点。同时，通过自行编程，使学生理解同步发电机基本方程的差分化步骤、同步发电机基本方程的初值计算方法和数值迭代程序的编写方法，增强学生解决问题的动手能力。
2.3 基于雨课堂的考核方法
雨课堂[3]是学堂在线与清华大学在线教育办公室共同研发的智慧教学工具，能够覆盖了课前、课上、课后的教学环节，有助于师生课堂和课后及时沟通反馈，为实现工程教育认证要求的课程考核提供了可行的解决方案。在实际课程教学中，通过雨课堂智慧教学工具建立课程网站平台，畅通教师与学生讲的互动渠道，建立基于雨课堂的考核方法。
通过雨课堂的扫码签到功能，能够实现课前考勤签到，节省了有效上课时间;通过雨课堂的课堂测验和投票功能，能够随堂考察每一位学生的听课效果;通过雨课堂的弹幕和随机点名功能，有助于师生的课堂互动和专题谈论;通过雨课堂的课件推送功能，能够在课前将预习任务发送到学生手机。同时，借助于雨课堂的数据支持和个性化报表，能够及时记录每一位学生的学习表现，在期末有据可依地给出平时成绩，有效地激发了学生的学习主动性和学习兴趣。
3 结语
“电力系统分析”课程教学改革实践表明，针对教学方法、教学手段和考核方法实施综合改革，有助于挖掘学生学习潜力，实现理论教学各部分知识点融会贯通，提升学生灵活运用所学数学和物理等自然科学、工程基础知识、电气工程及相关领域专业知识解决电力系统工程问题的能力，为电气工程类专业课程教学改革提供有益经验。
参考文献
[1] 李响，王龙.“电力系统分析”课程的理论与实践教学研究[J].中国电力教育，2017（5）：63-65.
[2] 王奕翔，曹琳，何敏，等.基于C语言的MATLAB软件编程在数学建模中的应用研究[J].教育现代化，2019，6（48）：127-129.
[3] 刘芳.基于雨课堂的管理学课程混合式教学模式研究[J].科技资讯，2016，14（36）：184，186.
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