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摘要：为适应工程教育专业认证的要求，提高学生专业水平和专业能力，以毕业要求指标点为主要依据，探讨课程的建设和改革。本文以陕西理工大学电气工程及其自动化专业电力系统分析课程为例，结合工程教育认证的要求确定了课程的教学目标，重点介绍了通过理论教学和实践环节的改革逐步培养学生解决复杂工程问题的能力，建立了保障课程教学实施效果的持续改进机制，课程的建设和改革取得了显著成效，为培养高质量电气专业人才提供了坚实保障。
关键词：电力系统分析；课程目标；复杂工程问题；持续改进
本文引用格式：李昂，等.工程教育认证背景下电力系统分析课程建设的改革与实践[J].教育现代化,2020,7(55):115-118,127.
Reform and Practice of Course Construction of Power System Analysis under
the Background of Engineering Education Certification
LI Ang,MA Yong-xiang,XU Rong
（School of Electrical Engineering of Shaanxi University of Technology,Hanzhong Shaanxi）
Abstract:In order to satisfy the requirements of engineering education certification and achieve the ultimate goal of improving the professionalism and professional competence of students,the course construction and reform based on graduation indicator points is discussed in this paper.Taking the power system analysis course of the electrical engineering and automation major in Shaanxi University of Technology as an example,this paper discusses the construction of teaching objectives in combination with the requirements of engineering education certification.It also focuses on the gradual cultivation of students’ability to solve complex engineering problems through the reform of the theoretical teaching and practical teaching.By establishing the continuous improvement measures,the implementation of teaching effect is guaranteed.The construction and reform of the curriculum has achieved remarkable results,which also ensure a highly qualified training of the electrical engineering talents.
Key words:Power system analysis;Teaching objective;Complex engineering problem;Continuous improvement
一 引言
工程教育认证(以下简称“认证”)是国际通行的工程教育质量保证制度，也是实现工程教育国际互认和工程师资格国际互认的重要基础[1]。工程教育专业认证的3个核心理念是“以学生为中心”“成果导向”“持续改进”。以产出“学生为中心”设计、实施教学活动，从工程技术知识传授转变到职业所需能力的培养[2]。将传统的以“教师为中心”“教什么”转变为“学生为中心”“学什么”，根据社会需求和专业定位确定培养目标，明确支撑培养目标的毕业要求。
陕西理工大学电气工程及其自动化专业创办于1980年，经过40年的建设与发展，积累了较为丰富的办学经验，教育教学质量和人才培养质量得到了电力行业的广泛认可，有近5000名毕业生输送到西北地区的供电公司、发电公司、电力设计院所、新能源及电机电器制造企业。2017年被列入陕西省“一流专业”建设项目，2019年被认定为省级一流本科专业建设点，专业的知名度和社会认可度进一步提升。课程体系及其课程是人才培养的主要载体，是专业培养方案的核心内容，关系到人才培养目标的实现和专业培养标准的落实[3]。从某种意义上讲，抓课程建设是提升专业建设水平最重要、最有效的手段，课程的建设支撑着专业的建设，课程的建设质量也代表着专业的建设质量。反过来，通过课程建设也可以倒推师资队伍建设、实验实践条件建设、教学运行管理监控、教学手段方法改革、培养目标与毕业要求达成度等方面存在的问题，从而为专业建设打下坚实的基础。为了学生学习课程后达成培养目标，一切教学活动应该以学生为主体、围绕课程培养目标进行，并采用科学的方法评价学生的目标达成情况，并对后期教学提出改进措施[4]。本文以《电力系统分析》课程教学改革为例，探讨如何面向工程教育专业认证改革本专业课程体系和教学模式，以更好地提升学生专业水平和专业能力，并形成持续改进机制。
二 成果导向构建科学合理教学体系
（一）课程性质定位
《电力系统分析》是电气工程专业的核心课程，既具有较强的理论性，又具有很强的工程实践特点。通过本课程的学习，使学生对电力系统的基本结构、运行控制、分析方法有全面的了解，在熟悉电力系统各元件的工程意义和数学模型的基础上，理解并掌握电力系统稳态和暂态分析的物理过程、原理和方法，培养学生的工程分析和解决实际问题的能力，为后续相关专业课程的学习和今后工程实践的应用打下扎实的基础。
成果导向既是工程教育认证的核心理念，也是课程教学设计的出发点和落脚点。成果导向理念是以学生为中心，基于学习产出的模式，依据学生毕业达成要求逆向设计并评价其培养目标、教学设计、教学管理等一系列教育活动[5,6]。按照电力系统分析的课程性质和地位，其对电气工程及其自动化专业的毕业要求指标点支撑如下。
（1）掌握电路、数字电路、模拟电路、电力电子技术、电机学、电力系统分析、电力系统继电保护、高电压技术等电气工程基础知识，能用于识别复杂电气工程问题的关键环节、关键参数与相互制约因素。
（2）能够运用电路、数字电路、模拟电路、电力电子技术、电机学、电力系统分析、电力系统继电保护、高电压技术等电气工程基础知识和学科基本原理，构建工程问题的分析模型，识别和表达电气工程相关技术要素。
（3）能够运用电气工程学科的原理、技术和方法，通过相关文献的综合研究，分析和表达电气工程问题的影响，并获得有效结论。
（4）能够运用电气工程相关原理和方法，通过数据分析和信息综合，研究电气设备和系统的设计、制造、检修等复杂工程问题，得到有效的结论。
（二）课程教学目标
在明确课程对毕业要求指标点支撑情况的基础上，确定该课程的教学目标。电力系统分析课程先介绍发电机、变压器、输电线路、负荷等主要元件的数学模型，建立基于有名制和标幺制的系统等值模型，在此基础上讲解电力系统潮流计算方法（包括实用计算方法和计算机潮流算法）和电力系统调节控制原理（包括调频和调压）；在介绍电力系统电磁暂态和机电暂态过程的基础上，分别讲解电力系统短路分析（包括对称短路和不对称短路）和稳定性分析（包括静态稳定和暂态稳定）的原理及实用计算。课程目标包括知识目标和能力目标，具体包括为以下五方面。
（1）掌握电力系统运行的基本特点和要求、电力系统结线方式和电压等级等基本知识，正确理解电力系统各元件的参数特点及数学模型，具备进一步研究电力系统运行控制问题的基础。
（2）熟悉电力系统稳态分析的方法，掌握电力系统潮流计算的原理和实用计算方法，掌握复杂系统的计算机潮流计算的原理及方法，具备电力系统稳态分析计算的能力。
（3）掌握电力系统有功功率和频率、无功功率和电压之间的关系，掌握电力系统频率调整和电压管理、电压调整的基本原理和计算方法，具有分析解决电力系统运行状态控制和调整的能力。
（4）了解电力系统故障的基本概念，掌握电力系统三相短路、不对称短路的原理和实用计算方法，初步具备电力系统暂态分析计算的能力。
（5）了解电力系统稳定性的基本概念和简单电力系统的稳定性分析方法，初步具备简单电力系统的稳定性分析能力。
（三）课程教学内容
依据课程教学目标制定该课程的教学内容。
本专业2018版培养方案中电力系统分析课程共78学时，包括理论教学70学时，实验教学8学时，此外还有三周的实践环节（课程设计）。理论教学主要侧重于对电力系统的基本概念、基本结构、数学模型、分析原理、计算方法、调节控制等内容的讲解，通过课堂教学的讲解帮助学生正确理解和掌握电力系统的分析计算原理和调节控制措施的重点难点内容，例如对称分量法基本概念、变压器π型等效电路、发电机内部电磁暂态过程、电力系统综合调压等。同时考虑到电力系统分析课程理论与实践结合紧密、侧重于工程应用的特点，本课程设置8个实验学时，采用在电力行业的规划设计、调度运行中主流应用软件PSASP（电力系统分析综合程序）进行仿真建模、运行分析，针对课程教学目标设置了四个实验项目：电力系统潮流仿真分析（验证型），电力系统短路分析原理及仿真（验证型）；电力系统稳定性仿真分析（验证型），电力系统建模及运行控制（设计型）。通过实验教学使学生进一步加深对所学内容的认识和理解，通过收集和处理电力系统基本参数和运行数据，经过仿真分析计算最终做出工程决策，增强学生的工程实践能力和分析解决工程问题的能力。
（四）课程设计思路
（1）总体思路
根据电气工程及其自动化专业学生将来必须具备的综合职业能力要求，以能力为本位，专业实践为主线，工作过程为导向的总体设计要求，深入调研与研讨，构建知识体系、确定学习任务。
（2）教学内容组织方式
本课程教学内容的选取充分考虑了实用性、典型性、可操作性、可拓展性以及学生的认知规律等因素，设计了从元件等值电路到电力系统等值电路、从人工潮流计算到计算机潮流计算、从调频调压原理到具体控制措施、从对称短路到不对称短路、从静态稳定分析到暂态稳定分析的教学内容，由浅入深、由点及面。
（3）教学资源设计
根据设计的课程教学内容，组织开发与之配套的特色教材、实验指导和多媒体教学课件，并逐步建设成为在线开放课程和“一流课程”，为学生的自主学习打下良好的基础，更好地实现人才培养目标。
（4）考核评价的设计
采用过程性评价与目标评价相结合的方法，注重考核评价的多样性，结合出勤、课堂提问、实验实践训练、职业资格认证、期末考试等综合评价学生成绩。鼓励企业工程师和学生参与到教学评价中。
三能力提升解决电气领域复杂工程问题
“综合运用专业知识解决电气工程领域复杂工程问题”是全面考查学生掌握专业知识解决实际工程问题的能力的有效手段。《工程教育认证通用标准（2015版）》对学生毕业时应掌握的知识、能力和素养做出了12项明确规定，其中的第1至7项、第10项直接针对“复杂工程问题”的解决，反映出对毕业生在解决复杂工程问题的能力和素质方面的不同要求[7]。
为提升学生“综合运用专业知识解决电气工程领域复杂工程问题”的能力，电力系统分析课程始终贯穿“一个观念”和“三个结合”的教学理念。“一个观念”即使学生牢固树立“系统”的观念，从“系统、整体、全局”的角度去理解系统元件的模型、分析计算的方法、调节控制的手段，也有助于帮助学生正确理解本课程与前、后续课程内容的关联并能够综合加以运用。“三个结合”即培养学生“理论与实践相结合、元件与系统相结合、软件与硬件相结合”的能力，分别体现了解决电气工程复杂工程问题的“知（理论）”与“行（实践）”“点（元件）”与“面（系统）”“上（调度控制）”与“下（执行操作）”几个重要方面。结合例题、习题、工程算例的分析讲解，通过课堂提问、分组讨论、资料检索等方式，逐步培养学生解决复杂工程问题的能力和素质，使学生在掌握自然科学、学科基础和专业知识的基础上，能够运用电气工程相关原理和方法，因地制宜地合理选择和使用各种现代工具和技术，通过数据分析和信息综合，研究电气设备和系统的设计、制造、检修等复杂工程问题并得到有效结论，同时具有工程系统之外的社会责任意识、环境和可持续发展意识、沟通交流能力。
针对“综合运用专业知识解决电气工程领域复杂工程问题”的要求，在理论教学和实验教学之外，本专业以设置了针对复杂工程问题的实践训练环节-“区域电网建模及运行仿真分析”综合训练项目。该项目建立在电机学、发电厂变电所电气部分、控制系统仿真等专业基础课程和专业方向课程学习的基础之上，内容包括实际电网的设计建模和电网的运行控制两大部分。第一部分先给出不同规模结构和设计要求的电网，由于电网结构、运行要求等条件的加入，增加了设计的难度，每组学生需要分头查找电网设计的相关资料，分析电网的结构特点进行相应的等值变换、参数归算，再运用电力系统分析综合程序PSASP软件进行相应的系统建模，通过分析电网基本结构和运行方式的特点，进而得到电网的等值模型。该环节要求学生掌握电网规划设计的基本流程、电气设计规程的使用、专业仿真工具软件的运用，是一次比较全面的电力系统基本技能训练。第二部分内容实施则要求学生在搭建电网仿真模型的基础上，通过对正常稳态运行方式和故障暂态运行方式的仿真分析，研究电力系统的运行及控制，并通过技术、经济的比较，分析设计方案的合理性，并根据设计要求和具体分工提交相应的设计报告。
该实践项目涉及电力系统分析、发电厂变电所电气部分、控制系统建模仿真、专业工具软件等多方面的知识，综合运用电路与系统、电机电器、电力系统、控制理论等多学科的基本知识，强调工程实践能力的训练，达到理论与实践相结合的教学目的。通过具体的电气工程问题抽象出具有复杂性的工程实践训练项目，充分调动学生的学习主动性和团队协作精神，全方位锻炼和培养学生运用专业知识解决电气工程领域复杂工程问题的能力。本课程设置的“区域电网建模及运行仿真分析”实践教学环节合理，符合工程教育认证标准中复杂工程问题的五大特征，通过对实际电网的模型构建、参数归算、仿真运行、状态分析、运行控制等环节的训练，既能让学生直观、形象地理解电力系统这一复杂系统的运行控制过程，激发学生学习热情，又能使学生掌握电力系统分析从物理模型到数学模型、从理论分析到工程应用的全过程，提升学生解决工程复杂问题的能力和专业素养。与传统的实验和实践性环节相比，借助工程实践平台和现代工具软件实施的“综合运用专业知识解决电气工程领域复杂工程问题”教学项目，更能激发学生的学习兴趣，更符合课程教学目标对毕业要求的支撑度，对培养学生独立解决工程问题的培养目标效果十分显著。
四 持续改进不断提高教学实施效果
持续改进是工程教育专业认证的核心理念之一。本课程建立了完善的交流反馈和持续改进机制，通过校院两级教学督导、教学信息员、学生网上评教、在校生座谈、毕业生问卷调查、用人单位及企业专家等收集对课程的评价，及时反馈给课程负责人、任课教师、专业负责人，进而应用于课程目标、教学设计、教学过程、考核评价、实践环节、支持条件等的不断改进。根据来自校内外不同层面的评价反馈意见，通过定期分析、集中研讨、改进提高、监督执行等形成闭环，实现了对课程教学的持续改进机制。
在教学模式和教学方法的改进上，首先要有明确的教学思路，从电力系统分析课程的教学设计出发，以系统结构（元件模型）、系统分析（潮流及短路计算）、综合设计（调频调压及稳定性分析）作为课程主线，突出电力系统分析与设计的共性规律和基本方法，在课程教学和毕业设计中强调工程背景，注重理论联系实际，强调分析的目的是为了解决运行控制中存在的问题，突出专业（职业）能力的培养。其次在课堂教学中以基本概念、基本方法为主线，由浅入深地引出课程的主要知识点；因材施教，因势利导，根据不同掌握层次的学生适当调整授课内容和深度，照顾到大多数学生的学习要求；同时紧扣学科发展的时代背景，适当穿插电力系统最新研究成果和动态的介绍。第三在课程内容设计上深入刨析，找出关键内容、重点难点问题，教师通过课堂提问、讨论、练习和课后作业、答疑、单元测验的信息反馈，了解学生对所学知识的理解和掌握情况并适时调整教学方法手段和进度，不断提高教学效果。
以电力系统分析课程为例，针对学生缺乏工程实践经验、专业概念理解困难，教学手段单一、课堂气氛沉闷，理论教学课时紧张、习题讲解时间偏少，教学班级人数较多、学习程度参差不齐等问题，专门成立了由校级教学名师、高学历高职称教师为主的电力系统分析课程组，结合“2018版培养方案、教学大纲修订”工作积极开展课程建设，遵循“以学生为中心”的理念，针对新修订的课程目标及其对毕业要求的支撑，课程组多次研讨做好教学设计，引入教师的工程实践项目重新制作了多媒体课件，采用了新的教学手段和教学模式，建立了课程习题库和在线交流平台，课程组成员依据行政班级建立学生学习过程档案，及时了解学生学习情况并反馈给主讲教师。通过对课程内容的整合、教学手段的改革、考核评价机制的持续改进，学生学习的目的性更加明确、积极性显著增强，对课程内容的工程实践应用能力和解决工程复杂问题的能力有了显著提高，在近两年的学生网上评教和督导听课评教中均名列全院前茅。自2018年以来，课程组教师出版了普通高等教育“十三五”规划教材《电力系统分析》（第2版）、发表教改文章5篇、获校级讲课大赛特等奖1项、校级教学成果奖3项，2019年该门课程获评陕西理工大学校级“金课”，并被列入陕西省“一流专业建设”的重点课程。
五结语
为积极推进专业认证和陕西省“一流专业建设”工作，陕西理工大学电气工程及其自动化专业通过构建科学合理的课程体系，以课程建设为抓手，不断深化教育教学改革，扎实推进专业建设。本文以《电力系统分析》课程为例，探讨了依照专业认证的理念和要求，以毕业要求达成度确定课程教学的目标和教学内容的组织，以成果为导向构建完备的课程教学体系，以“三个结合”的理论教学改革和面向工程应用的实践环节训练，逐步培养学生解决复杂工程问题的能力，并建立了保障课程教学实施效果的持续改进机制，课程的建设和改革取得了显著成效，为专业培养目标的实现提供了坚实保障。
参考文献
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