“电力系统基础”课程教学方法改革的研究

王仁丽　韩成春

摘要：“电力系统基础”课程理论性较强，传统的教学模式偏重公式推导，学生感觉比较抽象，较难理解。为体现应用型本科高校的特点，培养学生实践能力和动手能力，结合我院实际情况，将MATLAB软件引入课程教学过程，对电力系统常见的潮流计算，短路计算进行仿真计算，同时结合网络教学，可达到提高教学质量，从而适应人才培养的需要。

关键词：电力系统基础；课堂教学；教学改革

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2015）39-0121-02

“电力系统基础”是一门理论分析严谨，涉及内容广泛的电气工程及其自动化专业学生的专业课程，重点研究内容在稳态分析，相对于暂态分析部分稍简单，但内容较重要。该课程理论性较强，以《电路》、《自动控制理论》、《电机与拖动》、《电力电子技术》等课程为基础，本身包含大量的分析计算。传统的教学模式偏重公式推导，学生感觉比较抽象，较难理解。

一、我校“电力系统基础”课程教学存在的问题：

我校地处徐州市，专业毕业生主要就业目标在徐州地区以及苏北地区。相比省内其他院校来说，本校电力系统课程建设起步较晚。本课程在新专业建设之初被定为我校电气工程及其自动化专业面向电气工程方向学生的专业选修课程。同时，由于实验条件不足，本课程尚未开设实验学时。在高校课时缩减和专业课改革背景下，“电力系统基础”课程已由建课之初的64学时减少到48学时，而随着科技的进步，人民生活水平的提高，电力事业的飞速发展，目前我国电网已经进入高电压等级、大容量机组、数字化的时代，教师要将新兴的技术通过课堂介绍给学生，电力系统的教学内容因此越来越丰富。同时，学生毕业后去供电局、电厂的需要（我们对2012届毕业生的就业情况进行了初步调研发现，目前我校毕业生毕业后从事电力系统相关行业工作的比例很高），加上学生考研对该门课程的需要（注：电力系统分析为华北电力大学、东南大学、华南理工大学、南京理工大学、河海大学等高校电气相关的专业课程之一），教学要求越来越高。但由于本门课程开设在第六学期，在教学中就有这两种情况出现：一是很多学生基础太差，对教师的授课内容很难马上接受；二是部分学生对这门课程兴趣较高，希望获取更多知识来拓展自己。

因此，为了适应应用型本科对大学生的新要求，对“电力系统基础”课程要深入进行一系列改革，其中不仅包括对教学内容、教学手段的改革，还包括对课堂教学方法的改革和对该门课实验形式的改革。

二、“电力系统基础”课程教学改革的探索

电气自动化教研室通过一系列方法，包括整合教师的教学资源，收集当前最新的电力工业发展的信息，有效获取网上其他高校资源，寻找新的教学方法，更好地理解教材，消化课程，以提高学生的学习兴趣和接受能力。

1.“电力系统基础”网络平台资料库的建立。在以往“电力系统基础”的教学过程中，基本上都是运用的传统模式教学，老师按教材授课为主。但是，一部分学生由于已经提前确定就业目标，还有一部分学生为了考研需要，都有勇于拓展自己知识面的需要。传统的教学方式无法满足这部分学生的学习要求，要求他们自己课后查找资料又觉得无从下手，认为老师的课堂教学难度不够，学习积极性不高。结合网络模式教学，不仅能使基础差的学生通过教师布置的任务有重点地预习和复习，也能让那些想拓展知识面的学生更好地了解课程当前的最新发展。

“电力系统基础”网络平台资料库主要包括以下内容：（1）《课件库》：以主要知识点（等值电路、潮流计算、有功平衡、无功平衡、短路计算、系统的稳定性）为单元，对每一个知识点精心准备了适合该教学单元教学所需要的课件。由于《电力系统基础》课程教学的抽象性，对其中具体的应用环节学生很难理解，学生在教材中也很难获得电力系统实物的直观感觉。因此，在课堂教学过程中，学生感觉所学内容比较空洞，既没有兴趣又难理解，而现场教学条件又不成熟，对教学过程中涉及到的具体电力系统设备也难以解释清楚。通过将一些系统的实物照片加入到教学过程中，如母线、断路器、杆塔、变配电系统模拟图等，能调动起学生的学习兴趣和求知欲，获得更加满意的效果；（2）《案例库》：提供“电力系统基础”的“课堂讨论案例”，学生和老师通过案例去分析问题，解决问题，加深对课堂理论的理解和掌握；（3）《习题库》：以相关章节的主要知识点分布，由易入难，贯穿课程的主要内容，既有利于学生的课后自主学习，又有利于学生拓展知识面的需要。如第四章的潮流计算，其中简单电力网的潮流计算部分，在《习题库》中既包括辐射型网络由简单到复杂的典型习题，又包括环网内有变压器和无变压器的典型习题；（4）《辅助资料库》：包括《电力系统稳态分析》和《电力系统暂态分析》的内容。由于在第六学期开设《电力系统基础》课程，而课程学习的特点是对本科阶段所学各课程知识的综合运用，如电力系统的有功功率平衡部分，就包括了《自动控制理论》课程中的PID调节器部分内容，《电机与拖动》课程中发电机组转子运动方程，《电力电子技术》课程中的整流电路等。在辅助资料库中增加这部分知识，可以让学生更加有目的地对相关内容进行更加有针对性的复习。

针对潮流计算的计算机算法，由于课堂教学时间有限，在课堂仅介绍牛顿-拉夫逊迭代法在直角坐标系中的求解方法，而其在极坐标下的求解，以及其他算法如高斯-赛德尔迭代法和P-Q分解法的介绍，都放在辅助资料库中。

而对于故障计算部分，在“电力系统基础”课程中仅仅介绍了最简单的三相对称的短路计算方法，由于部分学生拓展知识的需要，在课程中增加对称分量法在不对称短路中的应用，并在辅助资料库中增加相应实例。

2.大力推进互动式教学，促进师生角色的转变。（1）传统的教学过程中主要问题是学生的能动性较差。如何调动学生的学习积极性是本次改革的主要目的。首先，重视每个四十五分钟的课堂教学，每节课均留五到十分钟时间做简单的课堂测验，及时查找教学过程中的问题并反馈成绩。将此部分作为平时成绩的主要部分，有效改善了学生听课不集中，糊弄交作业的现象；（2）在“电力系统基础”课程的教学过程中，提倡学生积极上网自学，充分利用学校的交互式网络平台，学生和老师在这个虚拟网络上进行课堂重点总结，题目讨论，电子答疑，课外课题的布置，以及提交网络作业。通过汇集学生的共同问题，在课堂上进行讨论和讲解。鼓励有能力的学生制作ppt，将任务布置下去，针对具体的某个例题或某个知识点，让学生站在讲台上讲解。对比较大的知识点进行分解，几个同学互成一组，课后互相讨论，以汇报的形式出现。通过这种方式，学生更愿意参加，也容易发现课程教学中较难掌握的问题，既可以拉近师生间的距离，同时也能提高学生自主学习的兴趣。

3.基于MATLAB仿真技术的“电力系统基础”课程实验教学体系研究。“电力系统基础”课程实验教学改革以前由于条件所限，没有增设实践教学环节，学生很难将课堂所学内容应用到具体的实际问题中，学生的主动学习能力得不到锻炼。改革的目标，将实验以大作业的形式进行，通过计算机编程和软件仿真，学生可以不必进行枯燥、烦琐的计算，不仅能提高学生的动手能力，也能提高学生的参与程度。在本课程的第四章教学过程中，由于电力系统潮流部分的计算机教学，算法抽象，学生很难在上课时间有效吸收理解。因此，将该部分内容以大作业的形式布置下来，利用MATLAB仿真软件，开出电力系统潮流计算的实验，鼓励有能力的学生利用课余时间编写潮流计算程序。具体操作过程中，为了调动每个学生的学习主动性，对每个学生的任务具体化，让学生通过具体的程序修改参数，很好地理解潮流计算的原理，节点导纳矩阵的参数意义等，并鼓励有能力的学生，将潮流计算程序做成GUI界面，可以通过友好的界面修改线路参数，显示计算结果。学生也通过这一系列的课后作业，查找资料的能力得到了锻炼，动手能力得到了提高，学习兴趣也得到了提高。在对我校2011级学生的任务布置中，学生积极参与度达到95%以上。未来的主要工作，是对课程实验教学体系的设计和研究，增加电力系统网损分析，短路计算等诸多实验内容，完善实验教学体系。

三、结语

总之，“电力系统基础”课程改革的核心在于使课程更加“实用”和“有效”，尽最大努力调动学生学习专业课的兴趣。在对本校2010级，2011级电气工程及其自动化专业学生进行的综合测试中，2011级学生的合格率达到87%，高出2010级8个百分点，这表明课程教学改革效果非常明显。结合网络平台教学，通过课堂上师生之间互动，开设综合实验等各项措施，加深学生对课程的相关理论知识的理解和掌握，使学生能够更好地与工程实际结合，成为能力和素质全面发展的高级应用型人才，正是我们应用型本科教育的目的。而教学改革是一项长期而艰巨的任务，只有在教学过程中通过不断地探索，充实自己，完善自己，通过学习先进的教育教学理论，才能真正走进课程，以适应当今社会的需要。

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