“电力系统分析”数智化教学技术实践应用

摘要：随着近几年新兴科技革命的兴起，人工智能、互联网、物联网、增强和虚拟现实、区块链技术等已经被越来越多地应用到教育领域，未来的教育格局与学习模式将面临一场深刻的变革。在科技推动教育转型的大背景下，新时期对教学与教师的要求也越来越高。高校教育教学改革、虚拟教研室、人工智能在教师教学中的应用，赋予教师更多元化、更专业化的角色，从而培养出更高更全面的素质。“电力系统分析”是电气工程专业一门重要的专业基础课，它是一门理论强、概念抽象、内容涉及面广、与其他电力学科关系密切的专业基础课。学生和教师反映教学困难，学习困难。为解决传统课堂教学中存在的问题，我校的“电力系统分析”教学小组大胆地引进了多种数字化教学技术，并在教室中进行了实践与探究，对不同的数智化教学技术对教学效果的作用进行了检验，这对今后的“电力系统分析”课程改革具有一定的借鉴意义。

关键词：数智化教学；电力系统分析；人工智能；课程改革

中图分类号：G642.0文献标识码：A

Abstract：Withtheriseoftheemergingtechnologicalrevolutioninrecentyears，artificialintelligence，theInternet，theInternetofThings，augmentedandvirtualreality，andblockchaintechnologyhavebeenincreasinglyappliedtothefieldofeducation.Thefutureeducationlandscapeandlearningmodelwillfaceaprofoundchange.Inthecontextoftechnologydriveneducationaltransformation，theneweraisalsoincreasinglydemandingforteaching andteachers.Thereformofeducationandteachingincollegesanduniversities，thevirtualteachingandresearchroom，andtheapplicationofartificialintelligenceinteachers'teachinghavegiventeachersamorediversifiedandspecializedrole，soastocultivateahigherandmorecomprehensivequality."Powersystemanalysis"isanimportantprofessionalfoundationcourseforelectricalengineeringmajors.Itisaprofessionalbasiccoursewithstrongtheory，abstractconcepts，widecontentcoverageandcloserelationshipwithotherelectricpowerdisciplines.Studentsandteachersreflectteachingdifficultiesandlearningdifficulties.Inordertoimprovetheproblemsexistingintraditionalclassroomteaching，the"powersystemanalysis"teachinggroupinouruniversityboldlyintroducedavarietyofdigitalteachingtechniques，andcarriedoutpracticeandexplorationintheclassroomtotesttheroleofdifferentdigitalintelligentteachingtechniquesontheteachingeffect，whichisofsomereferencesignificanceforthefuturereformofthe"powersystemanalysis"course.

Keywords：DigitalIntelligentTeaching；PowerSystemAnalysis；ArtificialIntelligence；CurriculumReforms

在新一轮科技革命和产业变革不断深化的背景下，大数据、云计算、人工智能、区块链等数智技术不断创新，使数据成为一种重要的生产要素，其价值越来越突出，并且已经渗入了经济社会的各个领域和各个环节［1］。在数字化转型持续推进下，传统产业正以更快的速度向智能化、绿色化、融合化方向转变，新的产业、新业态和新模式不断涌现，推动了生产方式和生活方式的深刻变革。在新时期，如何适应数字化时代的发展趋势，推进数字化智能化的转型和创新，是当今世界各国共同面对的重要问题［2］。随着数字经济的发展，职业结构和人才的知识和技能结构发生了变化，这也促使了高等教育向数字化转变。因此，培养具有数字思维、数字素养和智算能力的数字人，已经成为全球教育改革的一种重要方向。以数字化转型推进高等教育高质量发展，既是新时期高校面临的历史性机遇，更是高校服务于国家重大战略的必然选择［3］。

我们不难发现，在日常的教育管理工作中，出现了许多新的状况，比如，知识的生产与传播主体越来越多元化，各种在线课程开放平台、视频平台提供了大量的线上教学资源，这对传统的人才培养模式提出了严峻的挑战。知识的储存与组织形式更加碎片化，长时间地学习碎片化的知识，会给深度学习和系统学习能力的培养带来困难，并深刻地影响了学生的学习习惯。同时，数智化对于师资也有更高的需求，在当前的时代，教师除了要不断地积累自己的专业知识之外，还要积极地去学习、去适应新的教育情景，并掌握新的教育手段。高校的科研、教学、管理等各项工作都面临着新的发展机遇和挑战［4］。高校如何与时俱进，守正创新，走出一条新路。

为满足“数字化教学”的要求，对“电力系统分析”这门课程进行了改革与创新。教育不仅要注重知识的灌输，而且要重视对信息的获取、处理和创造的能力的培养。在电网自身的数字化、智能化水平不断提高的背景下，培养符合新时期要求的电工人才已是刻不容缓。

1数智化教育概述

1.1数智化教育的基本概念

数智化指的是数字化与智能化的结合，它是在基于数字化的前提下，利用云计算、大数据、人工智能等新技术，挖掘、分析和管理知识数据，并以此来优化行业的相关业务［5］。在数字化时代，电网的运行和控制已由纯粹的数字化过渡到数智化，随着新技术的出现与应用，电力系统中出现了许多新的操作模式与控制手段。在这种情况下，怎样才能更好地培养出符合时代发展与科技进步要求的电气工程专业人才，进行教学改革使行业需要与其融合，已经是一个迫切需要解决的教学改革问题。

基于上述数智化的概念，本论文中所探讨的数智化教育一般是指以大数据和人工智能技术作为主体，以培养学生的数字思维、数字素养和智算能力，以及解决数智时代中存在的数字能力为目的的跨学科人才培养模式。

1.2数智化教育的基本特征

当前，我们对数智化教育大致有三个方面的特点［6］：

（1）将数智技能作为终生学习的一个主要组成部分。数字化转型具有深刻的意义，各行业正以数字化技术为基础，探索构建以数字化技术为基础的发展模式，要求人才既要掌握本专业的知识与技能，又要具备数字思维、数字素养以及利用智算技巧创新地解决复杂问题的能力。要准确把握数字化转型对宏观整体劳动力结构、中观行业人才需求、微观工作过程与工作能力需求等因素的作用规律，建立面向数字化能力的人才培养理念。

（2）要重视对学生进行数字化与智能化的科学与技术道德的培养。数智技术的发展，一方面促进了人类生产生活方式的变革，另一方面也使人类社会面临一些道德问题。在数智化时代，科技人才的培养不仅是一种技术与观念的继承，同时也是一种促进技术与社会准则可持续互动发展的关键环节，所以，应该加强对科技人员的培训与道德教育，让他们能够更好地解决科技伦理问题。

（3）将数字智慧与数智教育的数字化融合起来。以多学科交叉、应用情境牵动为主要特点的数字化技术，更注重以多样化途径培养复合型人才。这就要求在构建数据密集研究范式的基础上，培养具有数字化转型系统思维，并能将数据科学技巧和专业知识有机融合的研究人员；同时，还应积极推动产教融合，校企合作，为学生提供有较好的理论功底和较强的动手能力。与此同时，以人工智能为代表的数字化技术，为培养体系的智能化、培养内容的针对性、教学方法的灵活性提供了支持。

2数智化技术在电气工程专业教学中的应用方式

2.1重设教学目标

数智时代下，电网运行模式将发生翻天覆地的变化，要求电气专业学生必须具有一定的电气工程基础知识，同时还必须具有数据思考与大数据处理与分析的能力，才能适应电网向数据智能转变的要求［7］。所以，在电气工程专业的“电力系统分析”课程的教学目的，除了要了解和掌握电力系统的基础知识和电力系统的潮流计算和短路计算等基本的计算能力之外，还要对学生的数据思维、数据知识和数据技巧进行训练，使学生能在不同的情况下，对整个系统的信息流进行分析，形成收集、分析和理解数据的思维和习惯。

2.2重设实践环节

电力系统本身的规模大，安全性要求高，而且不能随意断电，这就使得传统的实践教学环节很难给学生带来直观、感性、全面的感受与认识。因此，该专业实践课程的设计难度很大，还有许多有待完善的地方［8］，只有加强与电网企业的协作，才能更好地解决这一问题。只有从企业的需要出发，结合企业的具体情况来进行，才能为教学工作提供借鉴。鉴于数智化时代的特征，在实际操作过程中，不仅要让学生在虚拟仿真平台上进行仿真操作，还要将更多的实际案例融入教学之中，在实际教学过程中，让学生作为小组协作的方式来研究、分析、提出解决办法。充分运用实际电网数据，力求与实际工作情境相结合，既提高了学生的实际动手能力，又能使学生更快地适应工作岗位的需要；采用团队协作的方式开展实习，是由于在现实生活中，十分需要和其他部门的员工进行交流协作，才能一起完成工作，因此，培养学生的团队协作精神至关重要。

2.3调整教学内容

由于电气类课程与电力系统的需要有着密切的关系，所以，教师的授课内容不应该是固定不变的，而是要随着社会、企业的需要而不断地调整、丰富自己的教学内容。在教学过程中，不仅要让学生掌握会计核算的基本知识和技巧，而且要让学生对交易产生的各种变化进行分析。由于能源和电力工业的发展，使得传统的计算和分析方法有了较大的变化。比如，在“电力系统分析”课程中，潮流和短路电流的计算是教学中的重要内容，但通常只是要求学生能够对一些简单的电力系统进行手算。手工计算在电力系统中的应用，其计算精度和计算速度都很慢，已经逐渐被计算机所取代。因此，教师们在讲课的时候，要跟上时代的步伐，不断地更新自己的教学内容，把重点放在培养学生的数据思维上，探讨在数智化环境下，把大数据、人工智能和机器学习等现代信息技术融入“电力系统分析”课程的教学之中，让学生们在学校里学到的知识和能力，都能与数字化时代的电力企业的工作需要相匹配。

2.4改进教学手段

在“电力系统分析”的实践教学中，最大的困难就是要对电力系统的实际工作环境进行仿真，创造一个实习场景，让学生们尽可能地在实际工作中，对电力系统的实际工作情况有一个直观的认识。数智化时代，信息技术的应用日益广泛，而虚拟现实技术的出现，为构建模拟工作环境创造了条件。为此，教师应该充分运用信息技术辅助课堂教学，通过中国大学慕课（MOOC）、智慧树等信息技术，采取混合式教学、翻转课堂等多种教学方式，实现以数字技术为基础的数字化升级与多元交互式学习的课堂变革，实现教学时长、课堂空间扩展，解决原本在课堂实践中，学生的学习进度与知识掌握情况不能完全把握的问题。在教学的全过程中，教师要充分利用数字化技术，优化课前、课中、课后的教学安排，把学生放在第一位，充分考虑到学生的需要，充分发挥他们的主动性，保证最佳的学习结果。在课前，教师可以制作微课，并针对学生提出的问题进行教学。在课堂教学中，通过设置情境，使学生亲身体验电网运行，加深对所学知识的理解；加强教学交互，及时掌握学生的学习状况，并帮助他们解决学习过程中出现的问题；通过逐步提问，激发学生的独立思维与探索能力。课程结束后，本课程将以云平台为基础，以实际企业为背景，让学生自主完成作业，以强化所学内容，实现知识与技能的高效转移。

2.5改革评价方式

在数智化的时代里，教师们必须跟上网络信息技术的发展步伐和时代的步伐，对新的知识、新的技术进行持续的学习，并熟练地利用信息技术来建立教学情境，并制作多媒体教学资源，以多维、交互式的方式将教学中的难点和重点内容展现出来，让学生们能够更好地掌握有关的技能。所以，在“电力系统分析”的教学改革中，师资队伍是至关重要的。唯有具有深厚专业知识、高度信息化能力的教师，才能将人才培养目标和电力系统新工科建设的需要相结合，为教学内容提供行业场景，并以岗位为指导，搭建一个符合数字化时代对电气工程人才培养需要的教学平台。为此，大学要加强师资队伍的建设，为教师提供训练和学术交流的机会，并鼓励并支持他们参加企业的横向项目，提高他们的专业知识和信息技术水平，这样才能更好地引导学生。

结语

在科技革命的背景下，我们必须遵循教育的基本规律，紧紧抓住“以学生成长为中心”这个永恒的基本原则。数智化时代下的线上教育平台可以提供海量的数字化教学资源，它突破了学校与课堂的物理界限，拉近了人们的时间和空间，使所有人都可以在任何时间、任何地点获得知识。同时，更应该注意的是，要利用这些技术工具，让学生成为学习的主体，注重师生互动、协同共创，注重探究和发现，激励和帮助学生有更多的自主选择，建立自己的知识系统，提高自己的学习能力，真正做到终身学习。

参考文献：

［1］吴霓，任昌山，潘静文，等.数智时代的知识生产和教育变革［J］.天津师范大学学报（社会科学版），2024（04）：4056.

［2］刘洋，王利艳，韩峰.高校数智化教学评价理念下：循证教学整体运作模式框架的构建［J］.黄山学院学报，2024，26（03）：108112.

［3］陈立征，曹立霞，侯传晶，等.数据驱动在“电力系统分析”中的应用探究［J］.电气电子教学学报，2024，46（03）：154157.

［4］袁亮，刘永露，孙尧，等.基于数字孪生的“电力系统分析”混合教学模式改革探索［J］.中国电力教育，2024（03）：5152.

［5］王晓宇，李立新，于瑞红.项目导向法在“电力系统分析”教学中的应用［J］.电气电子教学学报，2023，45（06）：2428.

［6］刘广敏，李小伟，解兆延，等.新工科背景下“电气工程基础”课程改革教学研究［J］.科技风，2022（21）：105107.

［7］李佳佳，殷军光，朱更辉，等.“电力系统分析”线上+线下混合式教学模式的探索与实践［J］.科技风，2021（11）：190192.

［8］张磊.高校思政教育数智化发展的趋势、回应与把控［J］.黑龙江高教研究，2024，42（07）：146152.

基金项目：成都工业学院人才培养质量和教育教学改革项目“电力系统暂态分析线上线下混合式课程教学模式建设与改革”

作者简介：冯明（1988—），男，汉族，河南驻马店人，博士，讲师，研究方向：电力系统稳定与控制、高压直流输电技术。