許昌學(xué)院 電氣機(jī)電工程學(xué)院，河南 許昌 461000)

“電力系統(tǒng)分析”是電氣工程及其自動化專業(yè)的專業(yè)核心課程，其內(nèi)容以電力系統(tǒng)潮流計算、短路計算和穩(wěn)定性計算三大常規(guī)計算為核心[1]. 該課程以數(shù)學(xué)、電路、電機(jī)學(xué)、自動控制等先修課程為基礎(chǔ)，同時又是電力系統(tǒng)繼電保護(hù)、高電壓技術(shù)、電力系統(tǒng)自動化等后續(xù)課程的理論基礎(chǔ)[2-5]，在電氣工程專業(yè)的課程體系中起著承上啟下的作用[6]，是學(xué)生進(jìn)入電力系統(tǒng)規(guī)劃、設(shè)計、建設(shè)、運(yùn)行和管理等相關(guān)行業(yè)的主要向?qū)Ш蜆蛄?，在電氣專業(yè)應(yīng)用型人才培養(yǎng)體系中具有舉足輕重的地位.為了適應(yīng)電力工業(yè)發(fā)展對電氣專業(yè)應(yīng)用型人才培養(yǎng)的要求，全面提高“電力系統(tǒng)分析”課程的教學(xué)質(zhì)量，需要對目前課程教學(xué)中存在的問題進(jìn)行深入剖析，采取有效措施在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式、教學(xué)方法、考核方式等方面進(jìn)行改革和創(chuàng)新.

1 存在的問題分析

1.1 教材內(nèi)容陳舊

電力系統(tǒng)行業(yè)發(fā)展速度較快，特別是智能化程度的不斷提高，系統(tǒng)中的設(shè)備、技術(shù)更新較快，因此電力系統(tǒng)領(lǐng)域的知識更新比較快. “電力系統(tǒng)分析”課程的教材雖然也在不斷出現(xiàn)新的版本，但其內(nèi)容更新較少，無法充分體現(xiàn)近年來電力系統(tǒng)領(lǐng)域的最新發(fā)展動態(tài)和前沿技術(shù).同時，教材內(nèi)容不能充分體現(xiàn)課程的工程實(shí)踐性，導(dǎo)致學(xué)生理論與實(shí)踐脫節(jié).

1.2 教學(xué)難度較大

“電力系統(tǒng)分析”課程綜合性強(qiáng)，涉及知識面廣，涵蓋了多門先修基礎(chǔ)專業(yè)課程的知識點(diǎn)，要求學(xué)生具有扎實(shí)的專業(yè)基礎(chǔ)；課程的核心內(nèi)容即三大常規(guī)計算，涉及到矩陣運(yùn)算、微分方程、非線性方程等，計算量大并且復(fù)雜，要求學(xué)生具有較強(qiáng)的科學(xué)計算能力和綜合分析能力. 而學(xué)生對專業(yè)基礎(chǔ)知識的掌握程度參差不齊，對新知識的理解和接受能力差別也很大[7]，往往導(dǎo)致教師難教、學(xué)生難學(xué)，課程教學(xué)推進(jìn)困難.同時，課程前后知識的銜接性較強(qiáng)，學(xué)習(xí)難度逐漸增大，導(dǎo)致基礎(chǔ)沒打好的學(xué)生越往后學(xué)習(xí)越困難.

1.3 教學(xué)方式單一

在傳統(tǒng)的課堂教學(xué)模式中，普遍是以教師為中心，教師講、學(xué)生聽，學(xué)生在整個教學(xué)過程處于被動接受知識的狀態(tài)，并且課堂教學(xué)被公式和計算占滿. 該方式下的課堂教學(xué)單一、枯燥，缺乏師生互動，學(xué)生參與力度不夠，學(xué)習(xí)效率不高，課堂效果不是很好. 同時，由于“電力系統(tǒng)分析”課程的工程實(shí)踐性比較強(qiáng)，部分內(nèi)容比較抽象，課堂講授法無法講解清楚，給學(xué)生的理解帶來困難[2].

1.4 實(shí)踐環(huán)節(jié)薄弱

由于實(shí)驗(yàn)設(shè)備所需經(jīng)費(fèi)較多，更新率不高，不能適應(yīng)電力系統(tǒng)的發(fā)展變化. 實(shí)驗(yàn)項目大多為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容單調(diào)枯燥，缺乏綜合性和實(shí)用性，不能全面反映課程的知識體系，不利于學(xué)生工程實(shí)踐能力的培養(yǎng).

1.5 考核方式單一

傳統(tǒng)的考核方式中，課程總成績由平時成績和考試成績兩部分組成. 考試成績即期末考試的卷面成績，占總成績的70%. 平時成績又分為課堂考勤和課后作業(yè)兩部分，占總成績的30%. 這樣的考核方式比較單一，注重學(xué)習(xí)結(jié)果而忽略學(xué)習(xí)過程，導(dǎo)致學(xué)生平時上課不積極、作業(yè)抄襲，考前突擊過關(guān)，考完就忘記了[3]，不利于教學(xué)質(zhì)量的保證.

2 教學(xué)改革措施

2.1 優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容

結(jié)合社會企業(yè)對電氣專業(yè)人才的素質(zhì)要求，對課程的內(nèi)容和結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化、調(diào)整. 將課程的基本概念、各元件的參數(shù)和模型劃為基礎(chǔ)知識模塊，排在課程的起始階段；在基本概念部分增加近年來發(fā)展迅速的太陽能發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電等新能源發(fā)電的介紹，增加微電網(wǎng)并網(wǎng)、電網(wǎng)互聯(lián)、高壓直流輸電工程、特高壓交流輸電項目的介紹，使學(xué)生充分了解電力系統(tǒng)的發(fā)展動態(tài)和學(xué)科前沿. 將潮流計算、電壓調(diào)整、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行、頻率調(diào)整劃為穩(wěn)態(tài)運(yùn)行與控制模塊，根據(jù)內(nèi)容的銜接性依次引入；該模塊理論難度較大，并且計算量大、計算過程復(fù)雜，教學(xué)中盡量避開繁瑣的公式推導(dǎo)過程[5]，強(qiáng)調(diào)其中重點(diǎn)理論的分析和應(yīng)用方法，并通過適當(dāng)引入教師的科研項目和成果如：無功補(bǔ)償與電壓調(diào)整、諧波治理等，幫助學(xué)生理解和掌握. 將三相短路和不對稱故障劃為短路計算模塊，其中的公式推導(dǎo)比較復(fù)雜、繁瑣，在課程中只做簡要介紹，重點(diǎn)放在短路的實(shí)用計算方法部分，加強(qiáng)對計算方法的應(yīng)用和推廣.

2.2 改進(jìn)教學(xué)方法

為了提高教學(xué)效果，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性，在課堂教學(xué)中充分利用各種教學(xué)資源，努力實(shí)現(xiàn)教學(xué)方法和手段的多樣化[8].

圖1 模塊化結(jié)構(gòu)圖

(1) 采用模塊化教學(xué)法. 將優(yōu)化、調(diào)整后的課程內(nèi)容劃分為3大模塊：基礎(chǔ)知識模塊、穩(wěn)態(tài)運(yùn)行與控制模塊、短路計算模塊，課程模塊化結(jié)構(gòu)圖如圖1所示. 將聯(lián)系緊密的知識點(diǎn)集中在同一模塊，教學(xué)過程按照模塊內(nèi)容分階段進(jìn)行. 模塊化教學(xué)法幫助學(xué)生更加深刻地理解前后知識的內(nèi)在聯(lián)系，使學(xué)生更加清晰地掌握課程內(nèi)容的總體框架，有效改善學(xué)生因?yàn)閷η斑厡W(xué)過的知識點(diǎn)遺忘較多導(dǎo)致對新知識理解困難的現(xiàn)象.

(2) 采用啟發(fā)式教學(xué)法.研究每個知識點(diǎn)的切入點(diǎn)，創(chuàng)設(shè)問題情境，將學(xué)生一步步帶到問題面前，對思維方向做簡要、適當(dāng)?shù)靥崾?，啟發(fā)、引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行深入的思考和探索，鼓勵學(xué)生自己解決問題. 如講到派克變換時，引導(dǎo)學(xué)生觀察同步電機(jī)原始磁鏈方程的系數(shù)矩陣，思考轉(zhuǎn)子系數(shù)和定子系數(shù)規(guī)律不同的根本原因，進(jìn)而鼓勵學(xué)生分析派克變換的思想. 通過適當(dāng)?shù)貑l(fā)和引導(dǎo)，使學(xué)生快速進(jìn)入學(xué)習(xí)狀態(tài)并對所學(xué)內(nèi)容產(chǎn)生濃厚的興趣，激發(fā)學(xué)生的求知欲望，通過鼓勵學(xué)生自主思考和分析，培養(yǎng)學(xué)生的自主思維能力和科學(xué)分析能力.

(3) 采用項目驅(qū)動式教學(xué)法. 將電力系統(tǒng)實(shí)際工程項目、學(xué)科研究熱點(diǎn)、教師科研項目和成果，如：無功補(bǔ)償與電壓調(diào)整、諧波治理等，通過綜合項目的形式適時地引入課堂，每個綜合項目分解為若干個子項目，與課程的相關(guān)知識點(diǎn)緊密結(jié)合. 隨著課程內(nèi)容的推進(jìn)，要求學(xué)生自主完成項目式作業(yè). 項目驅(qū)動式教學(xué)法加強(qiáng)了理論與實(shí)踐的結(jié)合，使學(xué)生的學(xué)習(xí)效率更高、學(xué)習(xí)效果更好.

(4) 采用翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)法. 將各班學(xué)生分為若干小組，在課下通過分工合作完成項目式作業(yè)，課堂上向同學(xué)們展示、闡述完成情況，解答其他小組的提問，然后老師進(jìn)行指點(diǎn)和評價. 課后各小組將項目作業(yè)進(jìn)行修改和完善，并寫出總結(jié)或心得. 翻轉(zhuǎn)課堂增加了互動環(huán)節(jié)，使學(xué)生在課前、課上、課后的學(xué)習(xí)得到有效的互補(bǔ)和融合，可以充分發(fā)揮學(xué)生的個性化學(xué)習(xí)優(yōu)勢，提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力、溝通能力和團(tuán)隊合作能力.

(5) 采用討論式教學(xué)法. 適時地組織小組討論、競賽、搶答、辯論等多樣化的課堂教學(xué)活動，使學(xué)生積極參與到課堂教學(xué)中. 如：前一次上課結(jié)束時，將本次課的內(nèi)容提煉為幾個問題，讓學(xué)生提前預(yù)習(xí)思考，本次上課開始時安排一定的時間組織學(xué)生討論或辯論. 通過學(xué)生在討論中的表現(xiàn)，教師能夠及時了解學(xué)生對每個知識點(diǎn)的掌握情況，進(jìn)而更加明確課堂教學(xué)的重點(diǎn)和難點(diǎn). 通過討論和交流，使學(xué)生及時審視自己，發(fā)現(xiàn)自己的不足，在以后的學(xué)習(xí)中有針對性的進(jìn)行補(bǔ)充和強(qiáng)化.

2.3 改革教學(xué)模式

結(jié)合“電力系統(tǒng)分析”課程難度大、綜合性強(qiáng)的特點(diǎn)，我們借助于網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺，將微課、翻轉(zhuǎn)課堂與傳統(tǒng)的課堂教學(xué)相結(jié)合，實(shí)施混合式教學(xué)模式.

(1)微視頻. 根據(jù)該課程的特點(diǎn)，將課程中的重難點(diǎn)理論和方法錄制成微視頻，通過網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺發(fā)布給學(xué)生，要求學(xué)生在課前通過學(xué)習(xí)微視頻完成相應(yīng)的測試題或作業(yè). 通過課前的微課學(xué)習(xí)，督促學(xué)生對教學(xué)內(nèi)容提前了解并形成問題，激發(fā)學(xué)生的求知欲和學(xué)習(xí)興趣. 學(xué)生帶著思考和疑問回到課堂，聽教師做深入講解，可以有效地提高課堂效率，可以不斷培養(yǎng)學(xué)生分析問題繼而解決問題的能力. 同時，對于基礎(chǔ)比較差的同學(xué)，可以利用課余時間反復(fù)、多次的進(jìn)行微課學(xué)習(xí).

(2)網(wǎng)絡(luò)空間. 網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺為課程教學(xué)開辟了第二課堂，教師將課程的教學(xué)大綱、進(jìn)度安排、講義、課件、微視頻、作業(yè)任務(wù)、工程項目等教學(xué)資源上傳至課程網(wǎng)絡(luò)空間，學(xué)生可以根據(jù)課程進(jìn)度和自己的知識基礎(chǔ)、理解能力自主選擇學(xué)習(xí)時間和地點(diǎn)，充分發(fā)揮個性化學(xué)習(xí)的優(yōu)勢. 學(xué)習(xí)過程中遇到的問題，學(xué)生可以通過網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺的答疑區(qū)和老師交流，也可以通過課程討論區(qū)與老師、同學(xué)們進(jìn)行討論. 老師根據(jù)答疑區(qū)和討論區(qū)的內(nèi)容，及時了解學(xué)生對知識的掌握情況，有目的地對下一教學(xué)環(huán)節(jié)進(jìn)行組織和設(shè)計. 學(xué)生可以通過網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺提交作業(yè)、查看學(xué)生互評或教師點(diǎn)評，從而及時了解自己對課程內(nèi)容的掌握情況.

(3) 課堂教學(xué). 課堂教學(xué)從傳統(tǒng)的以教師教為主轉(zhuǎn)變?yōu)橐詫W(xué)生學(xué)為主，充分體現(xiàn)學(xué)生的主體作用. 在課堂教學(xué)中，教師做好課堂教學(xué)的組織者和引導(dǎo)者，通過創(chuàng)設(shè)問題情境、組織小組討論、競賽、搶答、辯論等活動，使學(xué)生積極主動地參與到課堂教學(xué)中.課堂教學(xué)中充分利用現(xiàn)代化信息技術(shù)，通過影像、圖片、動畫等素材將課程中抽象的、較難理解的知識形象化、生動化，使學(xué)生形成直觀、深刻的印象. 如在課程的開始階段，給學(xué)生播放一些介紹電力系統(tǒng)概況和生產(chǎn)流程的紀(jì)錄短片，幫助學(xué)生認(rèn)識整個電力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和運(yùn)行情況，也對自己將來的工作環(huán)境形成初步的了解；對于難度較大的潮流計算，通過引入電力系統(tǒng)的實(shí)際潮流圖，增強(qiáng)學(xué)生對潮流分布的感性認(rèn)識，避免純粹的計算公式和數(shù)據(jù)使課堂變得枯燥和乏味，調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性.

2.4 加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)

(1)實(shí)驗(yàn)教學(xué). 充分利用實(shí)驗(yàn)室資源，通過具體的實(shí)踐操作過程，使學(xué)生掌握基本的實(shí)驗(yàn)操作技能、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的分析方法、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理方法，把握理論與實(shí)踐的區(qū)別與聯(lián)系，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐應(yīng)用能力.

(2)仿真實(shí)驗(yàn). 建立電力系統(tǒng)仿真實(shí)驗(yàn)室和實(shí)驗(yàn)臺，運(yùn)用MATLAB、PSASP等仿真軟件對實(shí)際電力系統(tǒng)的各種運(yùn)行工況進(jìn)行模擬和仿真計算，如對電力系統(tǒng)潮流分布、短路計算、穩(wěn)定性等進(jìn)行仿真計算和分析，加強(qiáng)計算機(jī)在電力系統(tǒng)計算中的應(yīng)用，培養(yǎng)學(xué)生的計算機(jī)編程計算能力，為學(xué)生從事電力系統(tǒng)相關(guān)工作打下一定的基礎(chǔ).

(3)校外實(shí)習(xí). 適時地安排學(xué)生到周邊的電力企業(yè)、發(fā)電廠、變電站、電力調(diào)度中心等進(jìn)行參觀實(shí)習(xí)和生產(chǎn)實(shí)習(xí)，由經(jīng)驗(yàn)豐富的教師或企業(yè)專家進(jìn)行現(xiàn)場教學(xué). 在電力系統(tǒng)的生產(chǎn)運(yùn)行現(xiàn)場，指導(dǎo)學(xué)生通過潮流分布圖監(jiān)測電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)，通過故障錄波記錄觀察短路發(fā)生的過程，通過變電所電力電容器的設(shè)置掌握無功補(bǔ)償?shù)囊饬x和電壓調(diào)整的原理. 通過參觀實(shí)習(xí)和生產(chǎn)實(shí)習(xí)，使學(xué)生將理論知識與實(shí)際電力系統(tǒng)建立起統(tǒng)一的認(rèn)識，能夠?qū)淼墓ぷ鳝h(huán)境進(jìn)行初步的了解，明確今后的學(xué)習(xí)目標(biāo).

(4)科研項目. 充分利用老師近年來承擔(dān)的一些電力系統(tǒng)領(lǐng)域的科研項目，將科研項目及其成果轉(zhuǎn)化為實(shí)驗(yàn)資源，在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行項目介紹和演示. 教師科研項目比枯燥的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)更具實(shí)際意義，使實(shí)驗(yàn)內(nèi)容更加豐富有趣，可以很好地調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情. 同時，教師科研項目代表了近年來電力系統(tǒng)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)和新成果，它讓學(xué)生更加近距離的感受到電力系統(tǒng)的發(fā)展變化，使學(xué)生更加深刻的體會到理論與實(shí)踐的聯(lián)系與區(qū)別.

2.5 改革考核方式

為了使學(xué)生的學(xué)習(xí)情況得到更加公平、合理地評價，采用多樣化、全過程的評價方式，學(xué)生成績分為五部分：課前預(yù)習(xí)作業(yè)(10%)、項目作業(yè)(10%)、課堂表現(xiàn)(10%)、階段性測試(20%)、期末考試(50%)，根據(jù)各部分成績及其權(quán)重得出最終成績. 改革后的考核方式貫穿課程學(xué)習(xí)的全過程，使課程學(xué)習(xí)的每個環(huán)節(jié)、每個階段都會有相應(yīng)的成績，可以更好的督促學(xué)生腳踏實(shí)地的學(xué)好每一節(jié)課，養(yǎng)成良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣，避免以往學(xué)生僅靠考前突擊也能考試過關(guān)的現(xiàn)象，從而保證教學(xué)質(zhì)量的有效提高.

3 結(jié)語

“電力系統(tǒng)分析”課程理論性和實(shí)踐性都很強(qiáng)，涉及的知識面比較廣，其教學(xué)改革需要不斷地實(shí)踐與探索. 近年來，通過對該課程的內(nèi)容和結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，采用多樣化的教學(xué)方法和手段，實(shí)施混合式教學(xué)模式，加強(qiáng)實(shí)踐環(huán)節(jié)建設(shè)，采用多樣化、全程式的考核方式，取得了較好的教學(xué)效果. 教學(xué)改革加大了課堂教學(xué)的信息量，提高了課堂教學(xué)效率，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，調(diào)動了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動性，有效提高了課程的教學(xué)質(zhì)量，為把學(xué)生培養(yǎng)成理論基礎(chǔ)扎實(shí)、實(shí)踐能力較強(qiáng)、具備一定創(chuàng)新能力的應(yīng)用型人才打下了必要的基礎(chǔ).