“电网络分析与综合”课程改革与实践研究

邵定国，毕 青*

（上海大学机电工程与自动化学院电气工程系 上海 200444）

“电网络分析与综合”课程是电气工程学科的重要理论基础课程，也是电气工程学科硕士的必修学位课程。该课程从电气工程基本的电路原理和理论入手，以电路网络和数学分析为基础，培养学生分析和解决电气工程领域问题的能力，使学生掌握电气工程科学内涵与思维方法。因此，建设一门高质量的“电网络分析与综合”课程，对学生科研能力的培养和后续电气工程领域的发展具有重要的意义。

1 “电网络分析与综合”课程存在的问题

①课程教学内容不够凝练，缺乏个性化培养。电网络分析与综合课程教学内容主要分为两部分：网络分析和网络综合，电网络分析是在大学本科电路基础上，进一步研究大规模电路的基本规律与分析计算方法。电网络综合介绍了无源滤波器和有源滤波器的基本知识和综合设计方法。我国高校电气工程一级学科下有电力电子与电力传动、电机与电器、电工理论与新技术等多个二级方向，电网络分析与综合课程教学内容繁多[1]，二级专业研究生学习需要根据专业拓展部分课程知识，因此针对不同专业方向的学生，课程教学内容如何凝练调整，如何个性化拓展教学，是课程教学中面临的问题。

②教学方式单一，缺乏启发性。电网络分析与综合课程教学通常采用“满堂灌”的教学方式，教师是课堂教学的中心，学生被动地学习。这种线性教学方式下，易造成知识点堆积，不利于学生对知识的理解和掌握，也难以引导学生自主思考，掌握科学研究问题的方法。

③课程建设缺乏实践环节，学生无法学以致用。“电网络分析与综合”课程建设一般以基础理论分析计算、试卷考核为主，试卷考核无法搭建理论和实际应用之间的“桥梁”，学生不能更好地学以致用，变相抑制了这门课程的实践性和创造性[2]。课程实践是学生深化理解理论知识、学以致用的有效方法，课程建设结合实践环节才能提升教学效果。

“电网络分析与综合”课程作为电气工程学科的专业基础课程，针对课程中存在的问题，本文在原有课程内容的基础上，从基本理论向专业方向领域延伸，对“电网络分析与综合”的课程内容和课程实践进行改革探究。

2 “电网络分析与综合”课程改革与实践

目前上海大学电气工程学科研究生均需修读“电网络分析与综合”课程，研究生专业分别为电机与电器、电力电子与电力传动、电力系统及其自动化和电工理论与新技术四个二级专业，充分考虑学科二级方向的共同点和差异性，引导学生进行探究学习是本课程建设改革需要重点关注的问题。

2.1 课程内容改革

上海大学电气工程专业“电网络分析与综合”课程在研究生一年级秋季学期开设，共40 学时，教材为吴宁编著的《电网络理论分析与综合》[3]。由于学时所限，该课程讲授内容主要包括电网络理论概述、网络图论与网络方程、线性网络的信号流图分析法、灵敏度分析、无源网络综合和滤波器综合等内容。为了使本课程更好地服务于不同专业方向的学生，“电网络分析与综合”的课程内容需要结合各个研究方向的专业特点和最新研究内容做出调整[4]。

课程组对标国家核心课程指南中的“高等电路与网络分析”（学术学位）课程大纲目标和内容，学术学位研究生课程在原有基础理论教学内容中增加优化控制理论，最优化原理介绍（极小化问题，基本迭代算法、无约束问题的极小化），优化问题目标函数的定义等内容。课程组对标国家核心课程指南中的“电网络分析”（专业学位）课程大纲目标和内容，专业学位研究生课程增加电磁兼容理论内容，同时结合本校学科发展优势，如电动汽车、智能电网及电工新理论等方向，适当拓展了课程内容。

拓展的各个二级方向的课程内容如下：①电机数学模型与控制：介绍交流电机的数学模型与电网络模型，阐述电机控制的基本方法，讨论电机调速控制的应用特点。②电力电子变换与微电网应用：介绍电力电子变换基本电路和微电网架构互联，阐述电力电子电路和微电网系统的控制方法，重点讲述PWM功率变换和微电网稳定性设计，研究微电网系统建模，包括导纳阻抗网络分析法等，指导微电网稳定性分析与稳定控制设计。③现代电力系统优化与决策分析技术。介绍现代电力系统的优化决策问题和方法，阐述现代电力系统的特点，介绍含新能源电力系统的等值电路、潮流优化和经济调度方法，重点讲述智能电网与能源互联环境下的资源优化调度和电力市场化运营决策分析技术。④图像处理及数字滤波技术：介绍图像处理的相关概念和分类，重点讲述几种图像滤波器的原理及其应用，小波降噪算法原理及分析等。

这些内容作为本课程各个二级方向的拓展内容，可以采用调研报告讲座为主，课堂教学为辅的方式展开。学生可以提前几周选择自己相关方向的研究主题，通过查阅文献、小组讨论、仿真实验、PPT 制作以及成果汇报的过程，加深对电网络理论知识理解的同时，还能锻炼学生的团队合作能力、科研能力以及成果展示能力。教学实践表明，这些教学内容的调整可以更好地激发学生的兴趣，能够帮助学生更好地完成基础理论到专业方向研究的过渡。

2.2 课程实践改革

为了提高学生立足基本理论，思考解决实际问题的思辨能力和动手实践能力，本课程在教学过程中加入实践环节，实践教学环节秉持“以学生为中心的”教学理念，教师在课堂中的角色由主导变为指导，引导学生探索与探究，本课程实践教学环节采用项目驱动教学法[5]。项目驱动教学法是通过实施一个完整的项目而进行的教学活动，其目的是在课堂教学中把理论和实践教学有机地结合起来，提高学生解决实际问题的能力。

本课程项目驱动教学是兼顾教学内容的理论性、学科最新发展及学生的培养要求，既考虑共性问题又兼顾不同专业方向，架起理论联系实际桥梁的重要环节。综合考虑课程内容和二级学科的特点要求，课程组准备了以下几个课程设计方向：

①滤波器设计。滤波器在电气工程不同的研究方向上均有所应用[6]，但滤波器设计是本课程的一大难点。针对这一课程难点，不同专业方向的学生可以结合相关研究方向的应用场景，设计不同的滤波器，具体课题方向如表1 所示。在滤波器设计过程中，要求学生根据实际应用的要求，结合滤波器的相关理论确定滤波器的类型、参数和实际电路元器件的参数，并进行仿真或搭建硬件电路实验进行验证。

表1 滤波器设计课题内容

②复杂网络仿真与分析。复杂网络分析是电气工程领域重要的分析方法，同时也是本课程的另一难点。这一课题的设置能让学生更好地掌握电路网络的分析方法，并将其用于电气工程中复杂网络问题的求解分析[7]。根据本部分的课程内容，同时引入不同二级学科方向及最新研究成果，设计不同的课题，具体的课题内容如表2 所示。学生可以根据课题组的研究方向选择课题内容，通过查阅文献等方式确定研究对象的网络结构，运用电网络分析方法，结合MATLAB 等软件对其进行求解分析[8]。

表2 复杂网络仿真与分析课题内容

③自定义方向。除了教师给定的方向外，也鼓励学生根据导师研究方向和课题要求，或者根据自己感兴趣的方向进行实际电路设计或算法编程应用。

本课程实践的目标是引导学生进入电气工程学科领域，能基于性价比、工程可行性分析、实际应用工况等进行相关设计。课程实践过程中，学生需要结合实际的应用场景，从电气工程专业的角度进行分析，同时学会使用常见的仿真软件，如MATLAB、Multisim、ANSYS 等[9]。课程项目考核主要以报告的文献检索、最新科技发展、设计项目目标的科学性及先进性、课程设计的方法和正确性、与工程问题的结合性等方面进行考评，引导学生独立思考。学生的成果展示和反馈结果表明，课程设计可以加深学生对课程知识的理解，培养学生在电气工程领域的科研思维，锻炼学生独立分析解决实际问题的能力。

后续课程实践研究将通过几轮课程项目实践，根据学生的选择及项目报告，优化调整课程项目。

3 课程教学改革成果

“电网络分析与综合”课程于2019 年列入上海大学研究生拔尖创新人才培养计划项目课程建设，2021 年入选上海大学一流研究生教育学位核心课程建设项目。

4 结论

针对我国高校电气工程专业研究生“电网络分析与综合”课程存在的问题，本文充分考虑研究生二级学科方向的共同点和差异性，从基本理论向专业方向领域延伸，对“电网络分析与综合”的课程内容和课程实践进行了改进。该教学实践表明：这些改进可帮助学生更好地实现基础理论到专业方向研究的过渡，收到了良好的教学效果，学生综合素质和科研能力均有所提升。