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關(guān)于“電力系統(tǒng)分析”教學(xué)方法探索
論文摘要：針對(duì)“電力系統(tǒng)分析”課程內(nèi)容的特點(diǎn)，及課時(shí)少，且沒有實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐環(huán)節(jié)支持的實(shí)際情況，本文探討了提高該課程教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果的方法和手段，提出“一明確，二聯(lián)系，三重視”的教學(xué)方法，以學(xué)生掌握知識(shí)為中心，以培養(yǎng)能力為重點(diǎn)，以提高素質(zhì)為目標(biāo)。該教學(xué)方法在教學(xué)實(shí)踐中取得了良好的教學(xué)效果。
論文關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng)分析；教學(xué)研究；教學(xué)方法；教學(xué)手段
一、引言
“電力系統(tǒng)分析”是電氣工程學(xué)科一門重要的專業(yè)必修課，在整個(gè)電氣工程專業(yè)課程體系中起著承上啟下的作用，一方面它將先修的課程，如“電路”、“電機(jī)學(xué)”、“電磁場(chǎng)”、“自動(dòng)控制原理”、“計(jì)算機(jī)編程”、“高等數(shù)學(xué)”、“線性代數(shù)”等知識(shí)綜合運(yùn)用于電力系統(tǒng)運(yùn)行分析與計(jì)算，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際工程問題的能力有著重要的案例教育作用；另一方面，課程涉及電力系統(tǒng)分析中最基本的知識(shí)和分析方法，可為學(xué)生學(xué)習(xí)后續(xù)電力系統(tǒng)相關(guān)專業(yè)知識(shí)以及將來從事電力系統(tǒng)相關(guān)研究或工作打下重要的基礎(chǔ)�！半娏ο到y(tǒng)分析”課程的特點(diǎn)是，涉及面廣、理論計(jì)算多、工程性強(qiáng)、內(nèi)容抽象難懂，電力系統(tǒng)背景強(qiáng)的院校一般分為兩個(gè)學(xué)期來講授，時(shí)間一般在80個(gè)學(xué)時(shí)以上，并同步開設(shè)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)和工程實(shí)踐環(huán)節(jié)。
結(jié)合前人的經(jīng)驗(yàn)及筆者自身用心的摸索，筆者提出“一明確，二聯(lián)系，三重視”的課程教學(xué)方法，經(jīng)實(shí)踐證明，該教學(xué)方法受到學(xué)生和學(xué)校督導(dǎo)組的肯定，學(xué)生表現(xiàn)出較強(qiáng)的學(xué)習(xí)興趣，學(xué)校效果也良好�，F(xiàn)總結(jié)出來，希望能給其他開設(shè)有少課時(shí)“電力系統(tǒng)分析”課程的兄弟院校提供有益的參考。
二、所提出的教學(xué)方法
“電力系統(tǒng)分析”課程的特點(diǎn)是，涉及面廣、理論計(jì)算多、工程性強(qiáng)、內(nèi)容抽象難懂，教學(xué)過程中，學(xué)生容易思路渙散，抓不住重點(diǎn)，聽不懂，最終失去學(xué)習(xí)興趣等。針對(duì)少課時(shí)“電力系統(tǒng)分析”課程特點(diǎn)，筆者探索出了一種有效的教學(xué)方法，即“一明確，二聯(lián)系，三重視”教學(xué)法。
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“一明確”是指在教學(xué)內(nèi)容上，既要明確課程總的教學(xué)目標(biāo)，又要明確每一部分的教學(xué)目標(biāo)，以及每一節(jié)課的教學(xué)目標(biāo)，即，采用“總分總”的授課思路，讓學(xué)生清楚課堂每一時(shí)段教師所講的內(nèi)容是什么，講這些內(nèi)容的目的是什么，以及這些內(nèi)容在整個(gè)課程中處于什么樣的位置，在電力工程實(shí)際中有什么用途等，從而讓學(xué)生對(duì)授課內(nèi)容有清楚的把握，置身其中，融入其中，從宏觀和微觀上掌握全部課程內(nèi)容。例如，“電力系統(tǒng)分析”包括電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析和電力系統(tǒng)暫態(tài)分析兩大部分，主要講述了電力系統(tǒng)的三大常規(guī)計(jì)算，即潮流計(jì)算、短路計(jì)算和穩(wěn)定性計(jì)算，而課程中諸如電力系統(tǒng)的基本概念、基本理論、數(shù)學(xué)建模和計(jì)算方法等都是為這三大計(jì)算做的鋪墊，這些計(jì)算的結(jié)果又是為電力系統(tǒng)的各項(xiàng)工作。對(duì)教師而言，把握了這個(gè)教學(xué)目標(biāo)，也就掌握了教學(xué)方向，對(duì)教材內(nèi)容的重點(diǎn)和難點(diǎn)能做到心中有數(shù)，傳授知識(shí)時(shí)效率更高。對(duì)學(xué)生而言，有明確的目標(biāo)來指引課程學(xué)習(xí)，學(xué)生也就清楚了自己所學(xué)的知識(shí)點(diǎn)及其用途，同時(shí)也容易對(duì)這門課產(chǎn)生興趣。
筆者認(rèn)為，在講授“電力系統(tǒng)分析”課程的第一堂課時(shí)，應(yīng)該首先明確本課程的教學(xué)內(nèi)容和目標(biāo)是什么，本課程在電氣工程專業(yè)中處于什么樣的位置，有什么樣的用途，應(yīng)該重點(diǎn)掌握哪些知識(shí)，從而讓學(xué)生對(duì)本門課程有個(gè)大致了解，對(duì)重點(diǎn)、難點(diǎn)知識(shí)在哪里，有較為清晰的知識(shí)的方向感。在講每一常規(guī)計(jì)算時(shí)，也要首先明確每一子主線，如在講潮流計(jì)算時(shí)，這一子主線是：各電力系統(tǒng)元件的參數(shù)計(jì)算和等值電路→電力系統(tǒng)的等值電路→節(jié)點(diǎn)間的電壓降落和串并聯(lián)支路的功率損耗→電壓和功率分布計(jì)算→潮流計(jì)算（采用直角坐標(biāo)或極坐標(biāo)；迭代求解：牛頓拉佛遜法和PQ分解法）→電壓調(diào)整→頻率調(diào)整→經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。潮流計(jì)算是主線，潮流計(jì)算前面的內(nèi)容是基礎(chǔ)知識(shí)，潮流計(jì)算后面的內(nèi)容是進(jìn)行潮流計(jì)算的目的。明白了它們之間的聯(lián)系、關(guān)系，整個(gè)章節(jié)內(nèi)容就能連成一條線進(jìn)行理解和分析，潮流計(jì)算貫穿于整個(gè)內(nèi)容，學(xué)起來也就相對(duì)容易些。其它兩個(gè)常規(guī)計(jì)算（分支線）也可按如此方法講解。
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“二聯(lián)系”是指在授課方法上，一是要理論聯(lián)系實(shí)際；二是要前后知識(shí)聯(lián)系。
“電力系統(tǒng)分析”課程的主干內(nèi)容是三大常規(guī)計(jì)算，多數(shù)教材的主干內(nèi)容圍繞著此三大計(jì)算進(jìn)行了詳細(xì)的數(shù)學(xué)推導(dǎo)和分析，理論性較強(qiáng)，很少聯(lián)系實(shí)際應(yīng)用。對(duì)于少課時(shí)的”電力系統(tǒng)分析”課程來說，第一，絕對(duì)不能按照傳統(tǒng)“電力系統(tǒng)分析”教材照本宣科，應(yīng)著重推導(dǎo)思路的講解，揭示其中的難點(diǎn)、重點(diǎn)和注意點(diǎn)，應(yīng)更加格外的著重聯(lián)系實(shí)際應(yīng)用，向?qū)W生講解清楚，所講理論計(jì)算在實(shí)踐中有什么用途，什么場(chǎng)合會(huì)用到，如何運(yùn)用。第二，可結(jié)合實(shí)際電力系統(tǒng)，進(jìn)行實(shí)例教育，而不是僅僅浮于書本上文字。比如，可以以某個(gè)地區(qū)的電網(wǎng)為例進(jìn)行講解，如何建立該實(shí)際電網(wǎng)的等值電路和數(shù)學(xué)模型，如何進(jìn)行潮流計(jì)算和分析，如何將計(jì)算結(jié)果運(yùn)用于電網(wǎng)的規(guī)劃、設(shè)計(jì)和運(yùn)行控制中去，并且給學(xué)生提供計(jì)算機(jī)例程，讓學(xué)生了解如何運(yùn)用計(jì)算機(jī)手段進(jìn)行電力系統(tǒng)的計(jì)算和分析。這樣，將一個(gè)實(shí)際的地區(qū)電網(wǎng)作為教學(xué)例子，始終貫穿于教學(xué)中去，從穩(wěn)態(tài)分析到暫態(tài)分析，再到穩(wěn)定性分析，從而給學(xué)生提供一個(gè)實(shí)際應(yīng)用的例子，讓學(xué)生加深理解課本內(nèi)容，真正掌握電力系統(tǒng)的計(jì)算分析方法，提高活學(xué)活用的能力，避免出現(xiàn)課堂所學(xué)知識(shí)與生產(chǎn)實(shí)際相脫節(jié)的常見弊病。
二是要前后知識(shí)聯(lián)系，包括本課程內(nèi)容前后知識(shí)的聯(lián)系，以及本課程知識(shí)與先修課程“電路”、“電機(jī)學(xué)”、“電磁場(chǎng)”等知識(shí)的聯(lián)系。例如，“電路”中，學(xué)生熟悉的是直流電路和簡(jiǎn)單的單相、三相交流電路的計(jì)算，已知量和待求量是電壓、電流，多采用解析法進(jìn)行精確求解。在“電力系統(tǒng)分析”中，涉及的是復(fù)雜電力系統(tǒng)三相交流電路，屬于工程計(jì)算，工程計(jì)算的一個(gè)特點(diǎn)是近似計(jì)算，應(yīng)向?qū)W生闡明這一點(diǎn)，避免有的學(xué)生鉆入牛角尖。在“電力系統(tǒng)分析”中，已知量和待求量不再是電壓和電流，而是功率和電壓矢量，方程的物理本質(zhì)也發(fā)生了變化，不再是節(jié)點(diǎn)電流守恒，而是節(jié)點(diǎn)功率守恒。所以，在學(xué)習(xí)“電力系統(tǒng)分析”時(shí)，應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生注意轉(zhuǎn)換思維，從所熟悉的“電路原理”的思維，轉(zhuǎn)換到系統(tǒng)的、高壓的、三相的、具有工程特點(diǎn)的“電力系統(tǒng)分析”的思維，避免理解錯(cuò)誤和錯(cuò)誤理解，這是在“電力系統(tǒng)分析”課程教學(xué)實(shí)踐非常常見的問題。再例如，在電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析中和電力系統(tǒng)暫態(tài)分析中，所用的分析方法是不一樣的，在穩(wěn)態(tài)分析中用的是相量分析法，而分析電力系統(tǒng)暫態(tài)過程不能直接使用相量分析法�！盀槭裁茨兀俊蓖ㄟ^問題提問，引導(dǎo)學(xué)生去主動(dòng)思考。接著，可簡(jiǎn)單回顧“電路”中講授的相量分析法的基礎(chǔ)，以及電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)有什么特點(diǎn)，為什么電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)可以運(yùn)用相量分析法，而電力系統(tǒng)暫態(tài)過程不能直接運(yùn)用相量分析法，而相量分析法又是三相交流電路分析計(jì)算的基礎(chǔ)，那么如何才能使用相量分析法呢？這樣一步一步地讓學(xué)生能夠理解到事物的本質(zhì)，既知道其然，也知道其所以然，從而讓學(xué)生知道如何運(yùn)用所學(xué)知識(shí)去解決工程實(shí)際問題。在講這一節(jié)時(shí)，還應(yīng)補(bǔ)充講解相量和向量、矢量的區(qū)別，避免出現(xiàn)混淆和用錯(cuò)。通過這種教學(xué)方法，既能鞏固先修課程所學(xué)的知識(shí)，加深對(duì)先修知識(shí)的理解，又能加強(qiáng)對(duì)現(xiàn)學(xué)知識(shí)的理解。再例如，電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析、暫態(tài)分析和穩(wěn)定性分析中，所使用的發(fā)電機(jī)模型是不一樣的，在講后面章節(jié)內(nèi)容時(shí)，應(yīng)解釋清楚本章節(jié)所涉及的電力系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的特點(diǎn)，為何在本章節(jié)使用了與前面章節(jié)不同的發(fā)電機(jī)模型，或?yàn)楹吻懊嬲鹿?jié)的發(fā)電機(jī)模型不適于本章節(jié)所述的電力系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)等。從而，通過聯(lián)系、對(duì)比前后知識(shí)，讓學(xué)生能對(duì)所學(xué)知識(shí)融會(huì)貫通，概念清楚，避免出現(xiàn)用錯(cuò)和錯(cuò)用的情況。
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“三重視”是指在教學(xué)要素上。教學(xué)是以教案內(nèi)容（知識(shí)）為載體，教師將教案內(nèi)容傳授給學(xué)生，幫助學(xué)生學(xué)習(xí)并掌握教案內(nèi)容的活動(dòng)。以“教”而言，教師為主體，不僅傳授知識(shí)，而且展開其內(nèi)涵；以“學(xué)”而言，學(xué)生為主體，不僅承繼知識(shí)，而且深入其內(nèi)涵。而學(xué)生的學(xué)是教學(xué)的最終目標(biāo)。因此，教案、教師和學(xué)生組成了教學(xué)的三大要素。為了達(dá)到理想的教學(xué)效果，既要重視教案的質(zhì)量和水平，又要重視教師的自身水平和講授水平，更要重視學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，即，要同時(shí)重視課堂教學(xué)的三大要素，任一要素不理想，都會(huì)影響最終的教學(xué)效果。
教案內(nèi)容是教師的教和學(xué)生的學(xué)的對(duì)象，為了達(dá)到理想的教學(xué)效果，首先，教案內(nèi)容應(yīng)該是學(xué)生感興趣的東西，在主觀上愿意并樂意持續(xù)去學(xué)習(xí)并掌握的東西。因此，應(yīng)清晰掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)心理，并在教學(xué)內(nèi)容上，盡最大可能的滿足學(xué)生的學(xué)習(xí)預(yù)期。經(jīng)調(diào)查，大學(xué)生在學(xué)習(xí)知識(shí)時(shí)往往注重實(shí)用、能學(xué)到東西、有助于未來職業(yè)發(fā)展，如果簡(jiǎn)單易懂、充滿趣味，那么更好。而“電力系統(tǒng)分析”的主干內(nèi)容是三大常規(guī)計(jì)算，理論抽象，枯燥難懂，那么，如何將課程內(nèi)容往學(xué)生感興趣的方向去靠，是值得研究的問題。筆者經(jīng)過幾年來的用心探索，總結(jié)出來以下幾點(diǎn)：1、教案內(nèi)容不應(yīng)是課本內(nèi)容的簡(jiǎn)單重述和再現(xiàn)，應(yīng)是補(bǔ)充了當(dāng)今生產(chǎn)實(shí)踐中活的實(shí)際內(nèi)容，應(yīng)與生產(chǎn)實(shí)際相同步，讓學(xué)生能了解到校門外、課本外、學(xué)術(shù)外的生產(chǎn)實(shí)際，而不僅僅是課本上死的文字和虛而不實(shí)的理論知識(shí)；2、教案內(nèi)容應(yīng)充滿知識(shí)性，應(yīng)向?qū)W生適量提供一些與本課程或本專業(yè)相關(guān)的科學(xué)與技術(shù)，以提高學(xué)生的專業(yè)能力，擴(kuò)大知識(shí)面和信息量，讓學(xué)生切實(shí)感受到學(xué)有所獲，而不是感到虛度光陰；3、由于本課程大量運(yùn)用了先修的課程內(nèi)容，如“電路”、“電機(jī)學(xué)”、“電磁場(chǎng)”、“數(shù)值分析”等，在準(zhǔn)備教案時(shí)，應(yīng)將先學(xué)的課程知識(shí)巧妙的融會(huì)貫通于本課程內(nèi)容中，一來加深對(duì)先學(xué)知識(shí)的理解，二來給學(xué)生提供一個(gè)活學(xué)活用的實(shí)例，讓學(xué)生可以以此為例，在以后的工作中舉一反三，提高知識(shí)應(yīng)用能力；4、應(yīng)補(bǔ)充本課程領(lǐng)域國內(nèi)外同行當(dāng)前的技術(shù)狀況和發(fā)展動(dòng)態(tài)，從而讓學(xué)生了解就職于工作崗位上的前輩們正在從事的事情，從而對(duì)自己的未來職業(yè)有個(gè)初步的了解，意識(shí)到在學(xué)校里、課堂上還應(yīng)補(bǔ)充的知識(shí)；以上四點(diǎn)是在準(zhǔn)備教案時(shí)應(yīng)注意的地方，高水平的教案是教師的水平和責(zé)任心的體現(xiàn)，需要多年用心的摸索、推敲和積累。
在教學(xué)中，教師的作用是編寫教案、課堂教學(xué)以及解答疑惑。除了按上文提出的原則準(zhǔn)備教案內(nèi)容和進(jìn)行課堂教學(xué)外，教師還應(yīng)注重自身水平的不斷提高與進(jìn)步，包括自身知識(shí)水平的提高和講授水平的提高。高水平的教案內(nèi)容和講課水平需要教師日復(fù)一日、年復(fù)一年的用心積累和不斷摸索，平日里應(yīng)心系學(xué)生，認(rèn)真推敲，站在學(xué)生的角度去思考問題，準(zhǔn)備教案。課堂師生互動(dòng)環(huán)節(jié)，首先，可以引導(dǎo)學(xué)生去主動(dòng)的思考，而不是被動(dòng)的接受；二是可以讓學(xué)生參與到教學(xué)中來，而不是死板地坐在下面，麻木的機(jī)械式的收聽教師的講演；三是，可以對(duì)課堂節(jié)奏，稍事停頓和修整，讓學(xué)生緊繃的腦神經(jīng)也得以休整。當(dāng)發(fā)現(xiàn)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果與預(yù)期出現(xiàn)偏差時(shí)，應(yīng)及時(shí)調(diào)整課程進(jìn)度和節(jié)奏、教學(xué)方式和方法。
三、結(jié)論
根據(jù)“電力系統(tǒng)分析”課程內(nèi)容的特點(diǎn)，筆者結(jié)合前人的經(jīng)驗(yàn)與筆者自己多年的摸索，針對(duì)缺乏實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐環(huán)節(jié)支持的少課時(shí)“電力系統(tǒng)分析”課程，探索出了“一明確，二聯(lián)系，三重視”的教學(xué)方法，其涵義是：“一明確”是指在教學(xué)內(nèi)容上，要明確教學(xué)目標(biāo)；“二聯(lián)系”是指在授課方法上，要理論聯(lián)系實(shí)際，后面知識(shí)聯(lián)系前面知識(shí)；“三重視”是指在教學(xué)要素上，要同時(shí)重視教師、學(xué)生和教學(xué)內(nèi)容三要素的影響，在教學(xué)過程中形成以學(xué)生掌握知識(shí)為中心，以培養(yǎng)能力為重點(diǎn)，以提高專業(yè)素質(zhì)為目標(biāo)的教學(xué)方法。該教學(xué)方法在實(shí)踐教學(xué)中取得了良好的教學(xué)效果，學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解更透徹，對(duì)知識(shí)的掌握更扎實(shí)，同時(shí)也促進(jìn)了學(xué)生知識(shí)應(yīng)用能力的提高。
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