“电力系统自动化”课程多向融合探究式教学

翁国庆， 黄飞腾， 谢路耀， 张有兵

(浙江工业大学 信息工程学院 电气系， 浙江 杭州 310023)

“电力系统自动化”课程多向融合探究式教学

翁国庆， 黄飞腾， 谢路耀， 张有兵

(浙江工业大学 信息工程学院 电气系， 浙江 杭州 310023)

本文提出了“电力系统自动化”课程中进行多向融合探究式教学方法改革的方案。方案从探究式和认识式教学、科研资源与教学资源、第一课堂和第二课堂、课程知识与多学科关联知识应用、过程性和终结性评价等五个方面进行多方位一体化融合。实践表明，所提方案可实现科研对教学的高效反哺，有效提升学生交叉学科知识的综合应用能力和创新实践能力。

多向融合；探究式；电力系统自动化

0 引言

随着电力信息化以及智能电网的兴起，电力系统自动化技术得以迅速发展，其控制要求不断提高、涉及知识领域和技术不断拓展，新技术和新设备日新月异[1]。

“电力系统自动化”属于多学科交叉课程，它以电力系统相关理论为理论支撑、自动控制理论为系统实现指导思想，计算机和通信技术为实践平台，集理论分析、系统设计、软、硬件开发为一体，是一门适合培养学生理论结合实际、创新实践的思维和能力的课程[2]。

但在该课程现有的教学实践中，存在着不少问题，这些问题制约着其教学效果以及学生创新实践能力的提升[3]。这些问题归结起来，主要有：①经典与前沿专业知识难以有效结合；②专业知识灌输与学生能力、素质培养不协调；③学生创新实践平台缺乏；④多学科交叉学习不适应；⑤优势科研难以高效反哺教学；⑥课内和课外学习协调性差；⑦考核机制激励性、合理性欠缺。

通常单一的改革措施已无力实现期望的教学目标。本文提出多向融合探究式的课程教学方法改革思路，其目的在于通过教学方式、教学资源、课堂组织、关联知识、评价考核等各方面的多向融合，实践探究式教学模式，改革教学组织形式，融合科研和教学资源，激发学生自主学习热情，培养学生专业知识、交叉学科知识的综合应用能力，大力提升学生创新实践和问题解决能力。

1 多向融合探究式教学及改革目标

多向融合探究式教学法是多向融合的教学改革思想和探究式教学模式的有机结合[4]。多向融合意为“内容、模式、手段、途径、评价”的多方向综合改革。探究式教学模式源于杜威提出的“思维起源于直接经验的情境”教学理念，意在教学环节中创设探究式教学情境，营造学生自主探究空间，激发其探究兴趣，引导分步探索，提高学生发现、分析和解决问题的能力[5]。

多向融合探究式教学法在“电力系统自动化”课程教学中的内涵为

(1)探究式和认识式教学方式的融合；

(3)基于探究式课题的第一课堂和第二课堂融合；

(4)课程知识与多学科关联知识应用的融合；

(5)过程性和终结性评价的融合。

这五个方面融合的详细内容将在下节介绍。

2 多向融合探究式教学

2.1 探究式和认识式教学方式的融合

“电力系统自动化”课程的多向融合探究式教学首先要革新课堂组织形式：基本理论和以认知为导向的实践教学内容仍采用传统式教学模式，而主要体现领域内众多技术主题的创新实践教学内容则需要我们采用以学生为主体的开放探究型教学模式。为此，针对课程各章节教学内容，结合相关交叉学科知识，合理设置一系列以培养学生自主学习能力、提升其创新实践能力的开放探究型技术主题课题。这些开放探究型技术主题列示于表1。学生需根据自己兴趣和能力评估，分组选择若干个课题，按要求进行课外文献查阅、主题讨论、方案论证、设计实践，并分批进行开放性答辩。整个过程中，教师将一直鼓励学生发扬探索、创新和合作的精神。

单位的收付款业务需管理人员具体负责。实现对国家现金管理制度的严格执行，基于具体收付款业务中。关于库存现金的限额规定，严格依据现金管理制度执行，及时送存银行超出超过部分。坚决杜绝现金收支中以白条冲抵现金或坐收坐支的行为，同时严格票据管理制度。需经财务主管及单位主管领导的同意，方可出具支票。将完善的银行存款账目建立健全。在对每一笔收付款业务经办之前，出纳员均需查实凭证中的项目和金额，复核收付款凭证。妥善保管各种印章。对于财务人员而言，精通业务无疑是其必备的素质。在财务管理中，公路养护单位的财务人员需不断学习新经验及知识，开放眼界、掌握外语、加强电算化知识的学习，适应对外业务工作需求。

表1 各章节开放探究式技术主题课题

注：A—难度较高；B—难度一般；C—难度较低

2.2 科研资源与教学资源的融合

我校电气工程及自动化专业为浙江省“十二五”高校首批省级新兴特色建设专业，新能源发电及应用是其重要新兴特色方向之一。同时，专业依托的学科是浙江省重点学科，课程组教师均为“智能电网”创新团队核心成员，具有较高的科研水平(主持智能电网领域国家级、省部级各类科研项目20余项)，并投资100多万新建了功能完备的新能源发电与智能微网实验平台。这些科研资源和平台与本课程教学密切相关[6]。

为使科研资源能更好反哺专业教学，可以综合多方面考虑，建立将科研资源高效转化为本课程教学资源的多向融合机制，如图1所示。以建成的新能源发电与智能微网实验平台为例，除用于教师、研究生从事相关科研目的外，可以基于该实验平台开发设置部分与本课程密切相关的、面向本科学生教学和创新实践能力培养的创新型实验项目，如表2所示。

图1 优势科研与课程教学的多向融合机制

序号实验项目1太阳能发电特性及其运行控制2风能发电特性及其运行控制3微网的监控与调度自动化4微网的能量管理系统5新能源发电系统中储能系统监控与管理6新能源发电预测7电动汽车接入对微网影响8微网电能质量监控

2.3 基于探究式课题的第一和第二课堂融合

以教师“教”为主的课堂教学一方面课时非常有限，另一方面也不适合开展深入、有效的实践能力培养。因此，为实现改革目标，必须将课程教学的教学空间由单一的“课堂教学”拓展为“课堂教学--个人和团队自主创新实践”这一由“第一课堂”和学生课外“第二课堂”共同组成的协调机制。

采用2.1节所述的探究式和认识性教学方式的融合，充分调动学生学习的主观能动性，协调利用课内教学时间和课外“第二课堂”。图2显示了学生开展第二课堂学习可采用的多种形式以及和第一课堂融合关系。

图2 第一和第二课堂融合关系

2.4 课程知识与多学科关联知识应用的融合

在设置各章节的开放探究型课题任务、引进团队教师科研项目案例、以及参与第二课堂的各种科技实践活动中，均可将本课程包含的专业知识，与“电机学”、“电气工程基础”、“电力系统分析”、“电力电子技术”、“自动控制理论”、“程序设计”、“微机系统”、“单片机技术”和“计算机网络与通信”等相关课程知识有机融合，实现专业课题的分析、解决，系统设计、软硬件开发等，真正学会多学科交叉知识融会贯通应用。

以表1中的开放探究课题案例2——“同步发电机并列控制程序设计”为例分析，其涉及的交叉学科知识及相关课程如图3所示。其中，“电力系统自动化”、“电机学”和“自动控制原理”课程提供该探究主题案例的理论分析和建模依据；“C语言及编程”、“单片机技术”及“电气控制及PLC技术”课程知识用于学生进行不同类型的装置及程序开发设计。

图3 课题2涉及的交叉学科知识及课程

2.5 过程性和终结性评价的融合

就该课程的考核而言，需从考核内容、考核方法、考核形式等多方面进行探索改革，减少记忆性、概念性考核要求，大幅度增加平时开放设计探究类课外作业任务考核的比重系数，积极探索以教学内容、教学方法提升考核质量，以考核形式和要求引导学生学习方式和习惯的互促模式，最终使学生在掌握课程知识体系的同时，大力提高了创新实践能力。

通过优化调整教学大纲，大大提升本课程成绩综合评定依据中过程性评价的比重。其中，过程性评价主要包含平时学习态度(到课率、课堂纪律等)、作业、实验，特别要顾及开放探究课题任务的完成情况。设置过程性评价制度时，既注意充分调动学生的自主学习动力，真正反映其在团队所付出的努力和自身的水平，又要考虑不同层次学生能力差异化，兼具激励性和公平性。过程性评价和终结性评价融合机制如图4所示。

3 多向融合探究式教学法案例实施

3.1 探究式教学法的组织过程与实施案例

为培养学生自主学习融合应用知识能力、提升其创新实践能力，正如2.1节所述，课程各章节设置了一系列开放探究型技术主题案例，列于表1。该探究式教学方式的组织与实施基本过程如图5所示。

图4 过程性评价和终结性评价融合机制

图5 探究式教学方式的组织与实施过程

以表1中案例5“自动低频减载装置设计与开发”为例，进行探究式技术主题案例任务说明：①研究(分析、对比)目前常用的自动低频减载策略；②调研现有的主要自动低频减载产品及其特性；③选择一种先进策略，进行装置原型的设计开发，其中开发平台可选项为(均为已修课程)--基于VC可视化软件平台实现、基于单片机开发平台实现、基于PLC开发平台实现(后两种设备实验室可获得)。

图6所示，为选修本课程专业学生，以小组(2～3人)形式完成的探究式技术主题课题的示例。其中：图6(a)所示为基于PLC开发的电力系统多功能自动装置原型，包含了发电机自动准同期并列、自动低频减载等多项功能(对应表1中任务2和任务5)；图6(a)所示为虚拟仪器Labview软件开发的微网电能质量监测平台原型，包括电压、频率偏差、谐波分析、三相不平衡度、电能质量综合评价、预警等各种功能。

3.2 探究式教学法的考核、评价和要求

作为过程性评价重要参考依据之一，基于小组形式完成的开放探究式技术主题课题成绩评定非常重要。为做到公平合理，需从课题难度、答辩情况、展示效果、报告质量等多个方面进行考核，并且进一步根据小组内各成员贡献度进行总分值的二次分配(由组长负责)。开放探究式技术课题任务评价机制如图7所示。

(a)基于PLC的电力系统多功能自动装置原型

(b)基于Labview的微网电能质量监测平台原型图6 探究式课题学生成果案例

图7 开放探究式技术课题评价机制

该探究式教学法要求学生实现本课程专业知识与其他相关学科知识的有机融合，以及专业理论知识与软、硬件开发等实践能力的有机融合，因此，一般适合于高年级段本科生以及研究生的专业课程教学。同时，该教学方法的高质量实施，必然要求教师和学生双方投入更多的时间和精力。建议采用小班化教学，并为主讲教师配置合适的助课教师(可由年轻教师或高年级研究生担任)。在课程改革效果经考核达到预期效果的前提下，可给予助课教师适当工作量进行补偿，给予助课研究生以及选课学生适当的实践课程学分以进行激励。

4 结语

“电力系统自动化” 是电气工程及自动化专业一门多学科交叉课程，对学生理论结合实际、创新实践的思维和能力的培养非常重要。

(翁国庆等文)

本文从探究式和认识式教学方式融合、科研资源与教学资源融合、第一课堂和第二课堂融合、课程知识与多学科关联知识应用融合、过程性和终结性评价融合五个方面综合阐述了多向融合探究式教学法的理念、设计、典型教学案例设计、实施及应用。通过两个学期的教学实施，教学效果明显：有效调动了学生的积极性、主动性和探索意愿，第二课堂得到高效利用；实现了学科科研资源对专业教学的有效反哺，学生增强了对专业前沿领域的认识，对专业知识的应用有了更真实认识；增强了学生对专业理论知识与关联学科知识的交叉结合应用的理解；学生创新实践和问题解决能力得到很大提升，团队合作意识大大增强；学生在其后期的各种课外科技实践、毕业设计、研究生面试、就业面试等环节中均受益匪浅。

[1] 刘青松. 智能技术在电力系统自动化中的应用探析[J]. 北京：中国新技术新产品, 2015,01:53.

[2] 解大, 冯俊淇, 刘东, 等. “电力系统自动化”实践教学活动设计[J]. 南京：电气电子教学学报, 2014,02:76-78.

[3] 黄飞腾, 翁国庆. 新能源智能微网实验平台构建与应用[J]. 上海：实验室研究与探索, 2015,03:108-110+141.

[4] 吴元亮, 徐勇, 关宇, 等. 多向融合探究式教学法及其在“通信电子电路”中的应用初探[J] . 北京：工业和信息化教育, 2015.01：13-17,68.

[5] 李华, 刘素贞, 黎霞, 等. 探究式教学在“电工学”课程中的探索实践[J] . 南京：电气电子教学学报, 2012.06, 34：71-73.

[6] 黄飞腾,翁国庆. 新能源发电技术在特色专业建设中的应用[J]. 北京：实验技术与管理, 2015, 10:67-69+82.

Teaching of Multi-directional Integration Research-style for Automation of Electric Power System Course

WENG Guo-qing, HUANG Fei-teng, XIE Lu-yao, ZHANG You-bing

(CollegeofInformationEngineering,ZhejiangUniversityofTechnology,Hangzhou310023,China)

The exploratory teaching reform scheme of multidirectional Integration for the Automation of Electric Power System course is presented. The solutions include five aspects that the teaching method integration of the research-style and the cognize-style, the resources integration of preponderant scientific research and teaching, the integration of the first class and second class, the application integration of curriculum knowledge and correlative multidisciplinary knowledge, the integration of process evaluation and summative evaluation. The practice shows that, the proposed reform scheme can realize the effective feedback for teaching from scientific research, train students to own the comprehensive application ability of the interdisciplinary knowledge and enhance their innovative practice ability.

multi-directional integration; research-style; power system automation

2016-03-15;

2016-07-27

浙江省高等教育课堂教学改革项目(kg2015066)，浙江省“十二五”普通本科高校新兴特色专业建设项目(080601)，浙江工业大学校级教学改革项目(JG1418)，浙江工业大学2013年教学方法改革专项项目(JGZ13O3)。

翁国庆(1977-)，男，博士，副教授，主要从事电气工程专业教学、智能电网领域的科学研究工作，E-mail：wgq@zjut.edu.cn

TM762

A

1008-0686(2017)01-0079-05