新工科背景下电力系统自动控制项目研究型课程教学改革研究

时间：2024-05-04

王珺燕山大学电气工程学院河北秦皇岛 066004

为主动应对新一轮科技革命与产业变革，支撑服务创新驱动发展、“中国制造2025”等一系列国家战略，2017年2月教育部提出积极推进新工科建设，发布了《关于开展新工科研究与实践的通知》、《关于推进新工科研究与实践项目的通知》等纲领性文件，号召高等院校探索形成领跑全球工程教育的中国教育模式和教育经验，助力高等教育强国建设。

随着科学技术的发展，电力系统自动控制课程教学在加入多媒体、实验等辅助教学手段后，一定程度上调动了师生对这门课程的积极性。但是在学时有限情况下，快速且有效地提高学生的学习效果，仅仅使用多媒体等教学辅助工具是不够的。传统的实验方法会受硬件实验装置成本高、电压高、电流大的影响，实验装置很难进行二次开发利用，限制了学生动手能力的培养。目前已有一些教学工作者开展了一些教学项目研究。文献【1】采用任务驱动教学法，先讲解知识点，然后通过一个具体案例将所学知识得到具体运用，激发学生的兴趣文献【2】提出“研讨式”教学改革，教师提出问题，让学生在教师的指导下自主寻求答案，并进行交流与讨论文献【3】提出学生参与教师的科研课题，通过分配任务，自主查阅中英文资料，提高分析问题、解决问题的能力。

本文针对新工科背景下电力系统自动控制课程教学中存在的问题，以工程科技创新和产业创新为导向，开展项目研究型教学改革，以增强学生自主学习能动性，验证传统电力系统自动控制理论，增强对电力系统中新技术、新产业、新业态和新模式的理解，培养学生的工程能力，让学生在新工科教育变革中受益。

1.MATLAB与电力系统自动控制教学的结合

电力系统自动控制是普通高等院校中电气工程及其自动化专业的专业课，课程内容丰富且抽象，大量公式推导使得学生不能快速和较好地理解和掌握知识点课程涉及知识面广，要求学生具有良好的电力系统分析、控制理论、电力电子技术等课程的基础。

MATLAB对电气类学科的各门基础课和专业课都有着重要应用，随着MATLAB的迅速发展及其内容的急剧扩充，学生在学习的过程中要有一定的取舍，以适应不同形式教学和实验的要求。对于《MATLAB电力系统仿真技术》这门课程，学生应该掌握MATLAB在电气类专业中的应用技巧，熟悉 MAYLAB的基本知识，包括矩阵分析与计算、方程及方程组的求解、编程方法及绘图技巧了解MATLAB的建模和分析方法，熟悉MATLAB/Simulink主要模块及功能特点，掌握电力系统建模的方法和仿真技巧等。同时，针对电气工程及自动化的专业课程，要掌握电力电子技术、电机及其控制技术、电力拖动控制、电力系统等相关仿真技术，并且还要掌握MATLAB的其它应用技术，如POWERGUI。另外，学生要熟练掌握MATLAB软件在电气工程中应用的方法和技巧，能够完成各个单元电路的分析和仿真，包括电气参数的选取、功能电路的设计以及整体电路的连接与调试等。通过对MATLAB应用的实例，使初学者能够循序渐进、逐步加深理解和学习软件。

采用MATLAB软件进行仿真应用于电力系统自动控制教学，既充实教学的多样性，又提高学生的学习主动性。主要体现在：学生可以快速获得各种图形和计算结果，改变传统理论公式的单一推导，更加快速地掌握知识点，激发学习兴趣软件中函数的调用和参数的改变，使得理论知识点讲解更加容易和透彻，提高教学质量课堂举例的引入，使MATLAB软件和电力系统自动控制课程的教学相结合，学生可以通过常规方法和软件仿真方法完成课后作业和检查作业，提高自主分析问题能力。

2.开展电力系统自动控制课程项目研究型教学改革实践

传统课程教学内容和教学方法，一般都采用常规内容、常规方法、常规练习等，很难满足电气工程专业背景学生的学习和培养要求。电气类专业的典型核心课程理论性和实践性都很强，在教学改革过程中，理论与实践课时均占了较大的比重，在许多的教学单元中，由于实验条件等因素的影响，部分研究项目无条件在实验室开展。

根据燕山大学电气工程专业培养目标和培养计划以及自身特色，将MATLAB课程内容与电气工程专业课程做一定交叉融合教学。不仅提高了学生编程和仿真能力，而且加强学生基本工程实践和应用技能的能力。单门课程为实现知识的运用而开设“三级项目”，在“三级项目”内容上进行深化和提升，可形成“二级项目”。经过仿真学习后，许多抽象地、在实验室里无法做出的项目，学生无论在课内还是课外，随时可通过计算机方便地进行仿真分析。通过仿真也加深了学生对相关理论知识的理解和掌握，提升了对于专业课学习的兴趣，学生的学习效果得到明显改善。

课程研究性教学为科学研究、工程设计与分析提供了一种全面的解决方案，分析数据准确，效率高，实用性强，可有效解决实验仪器、器件和场地条件的不足，大大提高了学生的学习效率。课程研究性教学的引入就可以大大地加强实践单元的教学效果，也有效缩短了实验时间，大部分专业问题都可以直接或间接地运用仿真工具进行辅助分析。