军校研究生分层次多样化教学改革探索——以“

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小编: 针对研究生“电力系统分析”课程教学中出现的内容针对性不强、教学效率不高、能力培养不足等现实问题,从军校工程类专业硕士研究生人才培养需求出发,在统编教材及统一电力系



“电力系统分析”是为电气工程专业硕士研究生开设的学位课,也是学生未来开展军用电力保障业务必须掌握的一门重要核心课程,课程强调对电力系统的综合分析,理论性及实践应用性很强。整体上看,课程教学目标要求高、内容广、概念多、公式多、计算多、难度大。地方高校“电力系统分析”课程的教学基本立足于大电网大系统,对于军校研究生来说,沿用这种教材及内容体系,无论在理论认知,还是实践验证、资源条件等方面,针对性都明显不足,学生普遍感觉内容艰涩难学;与此同时,实际教学中,以教师讲授为主的“满堂灌”模式依然存在,不能够很好地发挥“以学生为主”的教学理念,研究生的自主探索及师生间的高效互动受到制约,教学效果不理想[1]。在此背景下,有必要立足于电气工程专业研究生人才培养目标,全维审视教学形式及内容组织,设计教学资源、创新教学手段与方法,探索出适合军事院校学情特点的教学改革思路,为面向军队院校电气工程专业硕士研究生培养的课程教学改革提供参考。

1以目标需求为牵引,优化课程层次

教学内容设计是教学准备的关键,要保持其具有较强的先进性与科学性[2]。笔者所在的教学团队根据“电力系统分析”课程的教学内容,以模块化思维,对内容进行了层次化设计(见图1)。将理论基础层、稳态运行控制层、短路故障层作为通识部分,这也是“电力系统分析”课程的核心内容。考虑到陆军勤务学院电气工程专业硕士研究生培养的实际要求,以及军用电力系统的特定应用场景与需求,如孤立性强、高安全目标、高可靠性要求等,进行了有针对性的教学内容优化。在层次上增设前沿应用层,体现知识的前沿性,也充分反映课程内容在部队实际工作中的应用,如新能源发电建模、分布式电源并网控制方法、多能源互补与微电网、军用电力系统经济运行及优化等。通过这种分层设计,将教学内容模块化,使教学重点突出;同时打通连接基础与应用的渠道,让学生既能从宏观上把握知识脉络,又能从微观上理解并掌握知识点,最终实现融会贯通。如在讲授有功平衡与频率调整的基本知识时,可切入应用于微电网的储能系统调频功能这部分前沿及应用层知识,引导学生对知识进行迁移与升华,实现了“电力系统分析”课程知识广度与深度的融合,以及基础理论与前沿应用的结合[3]。

2以自主学习为导向,创新教学手段

随着计算机及网络技术的发展与普及,巨量且优质的各类学习资源、各种教学平台、各型仿真软件等已成为学生自主获取知识的重要途径。基于这样的判断和认识,笔者所在的教学团队以学生自主学习为导向,通过摸索建设教学资源、丰富教学方法、创新教学手段,不断尝试构建灵活、多样、实用的教学方法体系,以提高“电力系统分析”课程的教学效果。 图1课程内容层次化设计  下载原图 2.1创设电力系统分析虚拟仿真环境

电力系统及其运行概念、理论比较抽象,原有的动态模拟实验室因年代久远,已不能全面展示电力系统运行的状态,因此教学团队将创设虚拟仿真环境作为创新教学手段及方法的突破点[4]。目前主要的做法是把具备可视化功能的电力系统综合分析计算仿真软件作为工具,引入实际教学过程中,通过形象的图形界面,采用虚拟的形式,构造从简单到复杂,且与实际电网相对应的系统,反映电力系统运行的状态,进而引导学生进行各种建模计算与模拟操作,实现学生对电力系统的认知与知识重建。

笔者引入电力系统分析综合程序(PowerSystemAnalysisSoftwarePackage,PSASP),以此搭建“电力系统分析”课程的虚拟仿真平台。PSASP是由中国电力科学研究院研发的电力系统分析程序,它能便捷地实现潮流计算、暂态稳定、网损分析、小扰动稳定、最优潮流和无功优化、继电保护整定与仿真等功能[5]。教学过程中,借助PSASP可确定经济合理、技术可行的军/民用电力系统规划设计方案;确定系统运行方式、分析系统事故、寻求故障处理措施,实现电力系统安全调度,并研究新设备、新元件投入的新问题[6]。如在部分实践教学环节中,推行和创设虚拟仿真软件平台与环境,既缓解了大型电网设备购置和维护等方面的压力,又能充分发挥学生的主动性,引导学生进行电力系统学习、分析及设计,提高教学效率[7]。 2.2构建一体化教学模式

目前,为研究生开设的“电力系统分析”课程共计32学时,教学中面临着学时少与内容多之间的矛盾,如何在有限的教学周期内,引导学生掌握课程内容,是教学设计及改革的重难点。如今,移动学习、碎片化学习、微型学习、微课、网络学习等新兴理念正逐渐被人们所接受。笔者所在的教学团队经过几年实践探索,逐渐摸索并形成了以“移动学习+微课”为载体的,“课前+课中+课后”的一体化教学模式,较好地解决了学时少与内容多之间的矛盾。

由于具有知识点微化、教学针对化、课程精品化、资源多样化的鲜明特点,微课在高校中深受师生的重视和欢迎[8]。笔者所在的教学团队将“电力系统分析”课程中的部分重难点知识制成微视频,通过网络学习平台发布给学生,让学生通过课前的自主学习,提前了解内容,形成对知识的自我认识;课堂上,由于提前介入,学生可带着问题进行有针对性的继续学习。对其中重要的专题,除了课前自主学习、课堂解惑式讲授,笔者还进行了更深入的教学互动设计,搭设了案例讨论、建模计算等协同合作式学习情境。以潮流计算专题为例,在完成教师讲授、讨论基本原理、为学生答疑后,将学生分组,并分发设计好的潮流计算仿真包,要求各小组利用不同的计算方法进行仿真计算,并对仿真结果加以分析、讨论。具体模式:小组完成仿真实验报告后,在课堂上进行讨论,学生利用WiFi和VNC服务器,由手机、PDA等移动终端,向教师提交仿真源文件与实验报告。教师再将各小组提交的仿真文件加以投影,并要求完成人介绍其方法与结果,供大家评价讨论[9]。通过这种教学模式,最大限度地为学生提供了通过自主学习获取信息的环境与平台,进而更深入地创造了信息沟通、交流合作、解决问题的机会。

3以能力培养为根本,强化教研融合相长

专业硕士研究生教育是为了培养兼具理论与实践能力的创新型人才,特别要求强化学生的工程实践能力与创新精神[10]。在“电力系统分析”课程的教学中,通过课程学习可提高学生分析、解决部队军用电力系统中的工程实践和科学问题的能力。

军校研究生分层次多样化教学改革探索——以“电力系统分析”课程为例

目前,笔者所在的教学团队参与了军用电力系统相关领域的科研课题及技术任务,为教学与科研的相互统一和促进奠定了基础。教学实践中,根据课程重难点内容及教学进度,提炼出与课程知识点相关的范例,创设电力系统的各种应用场景,设计研究专题,供研究生课外研究,让学生在研究的过程中重构课程的理论知识与技术方法。以“电力系统分析”课程学习为契机,从理论基础、方法思路等方面,使学生提前进入论文筹划和准备阶段,不断提升专业硕士研究生的培养质量。在研究专题的设置上,重点关注和设置潮流优化计算、电压控制、调频分析、经济性评价等专题。形式上,可以依托现有软件,根据所学理论知识进行建模分析,给出解决方案。也可以按照要求通过编程软件的自我编制工具来分析。如在讲授经济性的相关知识点时,切入某军用海岛电力系统项目的相关研究内容,设置经济性评价任务,让学生从运行成本、环境效益等角度设计海岛型孤立军用微电网的经济调度模型,并通过MATLAB等软件对目标函数进行求解分析。实践表明,这种让“课题进课堂”的教学方式能充分激发学生的学习兴趣和创新热情,有效实现了教学与科研的融合相长。

4以综合评价为目的,调整考核方式

考虑到“电力系统分析”课程在专业课程体系中的重要地位和作用,以及课程内容的广度和深度、强理论性和实践性,设置科学合理的考核评价方式显得尤为重要。笔者所在的教学团队根据课程教学目标,充分考虑课程教学特点,在梳理及总结以往考核方式的基础上,对考核形式进行了组合化调整,对学生进行了综合评价(见表1)。

从时间上看,考核分为平时考核和期末考核;在环节设置上,设有卷面考试、程序编制、研讨交流这3个部分。其中,卷面考试部分主要考查学生对电力系统基本原理、基本概念与基本方法的理解和掌握程度;程序编制部分主要考查学生对潮流算法、短路故障及稳定算法的掌握,还包括原理、流程、程序清单、结果分析及结论等;研讨交流部分则面向综合应用的问题,考查学生将课程内容与实践应用相联系的能力[11]。在平时授课中布置专题作业,学生通过阅读教材、参考文献等,以个人或小组的形式提交最终解决方案,并通过PPT、撰写论文(报告)等形式进行展示交流。在各环节量化考核的基础上,按照一定权重综合计算,得到每名学生的“电力系统分析”课程最终成绩。这种综合考核及评价方式,更加全面地考查了学生对课程的掌握程度,也充分调动和激发了学生的学习积极性。 表1课程考核组合设计    下载原表

5结语

笔者通过梳理“电力系统分析”课程教学实践中遇到的问题,站在培养军校电气工程专业硕士研究生的角度,全方位审视教学形式与内容、教学资源与条件、教学手段与方法,探索适合军队高层次专业学位研究生特点的教学改革思路,通过采用灵活多变的教学形式,扩展、重构的知识模块,以分层次多样化的思路实施教学改革,经过一段时间的教学实践,取得了较好的效果。该方法还需要进一步探索研究,在操作层面上继续深入细化,在理论建构上不断总结完善,以期能为面向军队院校电气工程专业的课程教学改革提供有益参考。

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