电力工程基础课程多元化教学改革与实践

林 健 温秀兰 万 其 王建红

南京工程学院自动化学院 江苏南京 211167

1 电力工程基础课程特点与存在问题

自动化专业偏向于弱电领域，电力工程基础课程是该专业唯一一门涉及强电的专业课程，是引导学生进入电力工程知识领域的基础课程，其教学效果直接影响到学生能否具备最基本的电力工程知识，因此学好该课程对于拓宽自动化专业学生的技术视野具有重要意义。该课程具有实践性强、内容繁杂、知识更新快的特点，如果在课堂上无法让学生打下扎实的电力工程知识基础，学生将来进入电力自动化相关行业将失去应有的竞争力，因此提高电力工程基础的课堂教学实效势在必行[1-3]。

电力工程基础课程介绍了电力工程领域大量概念、规程与计算方法，有的章节一旦展开实际上是一门电力专业课[4]。因此教好与学好这门课有一定难度。

当前该课程教学主要存在如下问题。

1.1 课时少与内容多的矛盾

作为一门综合电力工程知识的专业课，内容繁多，而且随着电力技术的快速发展，该课程知识不断更新。该课程不是自动化主干课程，学时少，不设实验，因此要想在有限的课堂教学时间内让学生全面掌握扎实的电力工程基础知识、具备基本的供电设计能力必须采取有效措施提高教学效率。

1.2 知识分散与系统应用的矛盾

该课程内容涉及供电系统的方方面面，知识点比较琐碎，章节之间的逻辑联系较弱，一直以来，学生对工厂供电的学习体会是单个的知识点较易掌握，但要将所学知识联系起来运用于实际却很困难，对知识的掌握仅仅停留在孤立的概念性理解、公式的简单套用上，缺乏对知识内在联系的发现及综合运用能力。

1.3 教材内容与新技术发展的矛盾

教材内容更新的速度跟不上新设备、新技术的发展步伐，如现在教材里对继电保护的介绍仍然以电磁式继电器为主，而现在已是数字保护的时代，所以如何让学生能及时接收到最新有用的知识是该课程必须解决的问题。

2 电力工程基础课程教学改革措施

本次改革在对原教学内容分析研究的基础上，对本门课的教学体系进行改造，采用理论与实践相结合、课内课外相结合的多元化教学方法[5-7]帮助学生建立系统的电力工程知识体系，将繁杂的知识转化为学生供电设计的应用能力，提高自动化专业学生在电力自动化领域就业的竞争力。改革措施包括以下三方面。

2.1 围绕课程目标以供电系统设计串联各分散的教学章节使学生建立供电系统的整体概念

电力工程基础各章节内容相对独立，没有明显的内在联系，各章节学完学生头脑中的供电系统概念零散片面，根据教育心理学理论，明确的教学目标是激发学生学习兴趣的有效手段。电力工程基础课程学习目标是让学生通过查阅工程设计资料掌握供电系统设计的基本步骤、学会从技术经济角度论证供电方案的优劣，为此提出以工厂供电系统的设计为课程的总体目标，以这一线索将各章节串联起来，让学生理解各章节在供电系统中的地位与作用，从而建立起供电系统的整体概念。

具体方法是将整个供电系统设计按照设计内容分解成若干个子课题，分别安排在对应的教学章节，同时精心安排好每章节设计内容。在每个教学阶段中引入相应的子课题，学生按照设计任务分组。在学习相关章节时，要求应用所学理论完成子课题，确保每个学生都能独立完成所有设计环节，对学生设计中的错误和不规范及时加以引导，鼓励学生创造性地运用所学知识采用不同的方案设计、比较多种方案之间的优劣解决供电设计的有关问题。教学与设计相辅相成，激发学生的研究兴趣，在设计实践中培养学生灵活应用所学理论知识的能力，形成“理论—实践—能力”的教学模式，达到“学以致用”的教学目标。

2.2 虚实结合 灵活运用专题讨论和现场教学等多元化教学方法提升学生实践能力

电力工程基础课程是一门实践性强的课程，一些关于设备介绍和操作规程的知识单调乏味，缺乏内在逻辑，此时若采用单调的灌输式教学方法，学生不感兴趣，这时可根据内容特点采取不同的教学模式，往往收到事半功倍的效果。

对单纯的计算方法的教学，如负荷计算、短路电流计算等仍可用传统的课堂讲授方法让学生通过作业来巩固。对于继电保护等内容则先在课堂上讲授基本理论，然后通过视频介绍目前流行的数字保护结构与工作原理，让学生加深理解，增强感性认识，有利于学生适应将来的工作环境。

对于高低压设备的结构、原理的讲授可以通过现场教学完成。教师在校内的电气设备实验中心介绍常用设备的结构、接线方式，并进行操作演示，学生可以现场提问。

对于供电一次系统的学习，组织学生参观变电所，请有经验的工程技术人员现场讲解，要求学生了解供电电压等级、供电线路形式、变压器型号规格、主接线、功率因数补偿方式等内容，写出调查报告。现场教学可以将烦琐枯燥的设备结构知识形象化地传授给学生，让学生动手操作，在较短时间内理解和掌握设备应用的关键技术和注意事项，是理论知识快速转化为应用能力的捷径。

对于一些与旧知识密切相关的新概念，如标幺制法计算短路电流，可采用温故知新法，利用学生在电力拖动基础课程中学过的标幺值知识导入新课，即在复习标幺值基础上提出一个有待解决的问题，而答案则是将要讲解的新内容，这一教学手段可以强化新旧知识的内在联系，让学生快速掌握新知识。

对于主接线设计、变电所变压器选型等涉及方案比较和论证的内容，可以采取专题讨论式教学方法，由教师提出一个具体的需求案例，学生分成讨论小组，让尽可能多的学生提出不同的方案，鼓励各小组从技术和经济的角度论证不同方案的可行性和优缺点，小组之间可以互相质问，教师也会提出观点，使学生在论辩中理解理论认识，使知识越辩越明，同时让大家掌握工程设计中的成本意识、环保意识和辩证方法。

电力工程基础有大量的思考题和计算题，以往都是教师针对易错题集中评讲，学生被动接受，抄袭现象严重。为了改变这一状况，有针对性选择几个有代表性的易错习题，让学生唱主角，请学生上台做题，做完后让学生点评，并将其综合表现纳入平时成绩，增强学生做习题的积极性。

2.3 合理取舍教学内容 补充新知识 突出实践应用

针对电力工程基础内容多学时少的矛盾，讲授时不能面面俱到，必须变“全讲”“细讲”为“少讲”和“精讲”。

首先，根据工厂供电的实际应用情况对讲授内容有所取舍。例如，供电系统接线方式，课本里从单母线到双母线介绍了全部的接线方式，本课程主要针对的是中小型工厂的供电系统，很少会用到双母线接线，所以这部分内容可以舍去。再如，短路电流计算，课本里涵盖了从不对称短路到对称短路的所有短路电流计算方法，但工厂供电设计中短路电流主要用于设备选择和继电保护整定计算，而这两方面的选择整定基本上以最严重的三相短路电流为依据，因此学生只需掌握三相短路电流的计算就可以满足供电设计的需要。又如中小型工厂单台主变容量不会超过1 000 KVA，而教材中大量讲述的一些继电保护如差动保护等是针对大容量系统的，因此这部分内容可略讲，而将重点放在中低压保护上。

其次，对应该讲授的内容要分清主次，教师在课堂上讲深讲透基本概念、原理与方法，讲清关键问题和内在联系，突出应用，对教材中一般性内容由学生课后阅读。例如，三相短路电流计算、短路电流物理过程只需讲清与短路计算相关的短路稳态电流、冲击电流的概念即可，重点应该放在短路电流计算的原理与步骤上，特别是要详细分析各种电气元件标幺阻抗的求解，这是短路计算的难点和重点。

电力工程基础讲授的电力技术发展迅速，新设备层出不穷，而教材中介绍的很多技术与设备已经淘汰，因此增加新设备新技术介绍是当务之急。为此，在相应的章节中穿插介绍了一些最新的电力技术与设备，如分布式发电与微网简介、核电厂的最新发展概况、数字保护平台的发展趋势、以太网在变电所自动化中的应用等，引导学生的学习兴趣，共同探讨技术发展前景。

3 结语

围绕自动化专业培养现场工程师的培养目标，电力工程基础多元化教学模式的改革根据课程的特点改革教学模式与手段，有效提高了学生学习该课程的积极性，达到了预期目标，主要体现在以下三方面。

(1)提出以工厂供电系统的设计为课程的总体目标，将不同章节的分散内容以供电设计这条主线连为一体，既达到整合课程各章节知识的目的，又促使学生将所学知识转化为供电设计的应用能力。学生反映通过供电系统的设计，深刻理解了各章节内容在供电系统中的地位和作用，对供电系统的设计流程和方法有了系统的认识，学生应用所学知识解决实际问题的能力明显提高。

(2)突出学生的主体地位，采用现场教学、专题讨论和学练结合等多元化教学法将原来单调的灌输教授转化为生动的互动体验，学生自主思考、独立研究，学用结合，不仅活跃了课堂气氛，突破教学中的难点，学生电力工程素质也有明显提高。

(3)合理取舍教学内容，分清主次，同时补充前沿知识，突出实践应用，解决了教材与实际应用脱钩的问题。