面向工程实践的课程设计模式探索与实践

摘要：根据电气工程及其自动化专业的系统性、工程性和实践性，对现有专业课课程设计教学环节进行改革，建立了综合性、开放性、设计性的课程设计模式，在专业课课程设计中逐步实现理论到实践的过渡，使学生获得综合应用所学专业知识的实践锻炼。

关键词：课程设计；开放性；综合性；工程实践

作者简介：孙亮（1973-），男，吉林省吉林市人，东北电力大学电气工程学院，副教授；李娟（1972-），女，山东荣成人，东北电力大学电气工程学院，教授。（吉林 吉林 132012）

中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）17-0085-01

随着电力工业的迅速发展，我国电网已形成含有超高压交、直流网络的大电网互联形式，因而电力系统运行的的安全稳定性愈加重要。对于各院校电气工程及其自动化专业，要培养出适合现代电力工业发展、满足运行实践要求的从业人员，必须通过系统的实验实践教学体系，培养学生的工程意识、创新意识、经济意识和科技意识，提高学生提出问题、发现问题、分析问题、解决问题的能力。

课程设计是本专业各门专业课程重要实践教学环节之一。通过各专业课程的课程设计教学环节，使学生能够将各专业课程知识有机联系起来，认识到各门专业课程在本专业知识体系中的地位及各门课程之间的关系，培养学生查阅资料、发现问题和解决问题的能力，启发学生的创新思维、独立思维方式，培养学生进行初步工程设计的能力以及对工程技术问题认真负责的态度。为此，在本专业的实验实践教学体系中构建创新性、开放性、设计性、综合性的课程设计模式具有重要的意义。[1，2]

一、课程设计现状

本专业的主干专业课程“电力系统分析”、“发电厂电气部分”和“电力系统继电保护”都有隶属于本课程的课程设计，例如“电力系统分析”课程的“潮流计算”、“短路计算”课程设计，“发电厂电气部分”课程的“变电站电气一次部分设计”以及“电力系统继电保护”课程的“环形网络继电保护整定”。目前这些课程设计多为课程性课程设计，相互之间衔接性较差，学生难以对知识体系有一个完整的认识，而且普遍采用“参照设计指导书，查阅设计手册，进行模仿设计”的模式，不利于调动学生的积极性，使得学生的主动性、独立性和创造性较差，这样的课程设计形式往往收不到很好的效果。[3]

二、课程设计模式建立

针对电气工程及其自动化专业的工程性和实践性的特点，建立了“以专业知识为主线，以开放式管理为前提，以开放的实验平台为基地，以激发学生主动性为动力”的开放性、设计性、综合性和创新性课程设计模式。将“电力系统分析”、“发电厂电气部分”、“电力系统继电保护”和“高电压技术”等多门专业主干课程联系起来，开设多个与电力工业工程实践相关联的选题，要求学生随着各门专业课程的授课进程，针对某一选题，在学院提供的开放式实验平台进行自主设计和独立实践。其基本思想是通过进行开放式的综合性课程设计，使学生得到一次综合应用所学各门专业知识的系统化实践锻炼机会。[4]

三、课程设计模式实现

1.实践性题目开设

针对电力工程实践开设多个与工程实践关系紧密的选题，其中一个选题是电力系统规划及发电厂电气部分设计。其针对某个电网的规划、设计及运行分析的设计伴随专业课程教学全过程逐次展开，替代以往课程教学中的分散习题和课后集中进行的课程设计，以提高学生对工程问题整体性的认识。

该设计在专业课程教学之初，即在“电力系统分析”课程中，进行设计题目的布置，给出对某一电力系统进行规划设计所需要的初始条件，随着课程教学内容的逐步推进，要求学生完成对该电力系统的潮流计算及分析、电压调整、故障计算和稳定性分析。在后续的各门专业课程中，针对该系统中的火力发电厂进行各个专项设计。在“发电厂电气部分”课程学习中，要求学生对该火力发电厂的电气一次部分进行设计，即完成电气主接线的选择、电气设备的选择、厂用电部分设计和配电装置规划设计等。在“电力系统继电保护”课程学习中，对火力发电厂发电机、变压器组的主保护进行配置和整定。在“高电压技术”课程学习中，完成火力发电厂的防雷保护设计。在每门课程结束之后，专门安排一定时间完成课程设计的说明书、计算书整理撰写和绘图等工作，并进行该课程设计的考核。

以往的题目中电力系统结构都是使用教师自己构建的网络结构，主要是为了保证每个学生有不同的设计任务书，可能不完全符合电力系统的实际网络结构。在保证一人一题的基础上，本课程设计采用目前电力系统一些典型的算例分析计算，例如IEEE30、IEEE18节点网络等的潮流计算分析。

通过这种综合性课程设计形式，将以往零散的多个课程设计联系起来，使学生对电力系统的设计、运行有了从全局到局部逐渐过渡的了解，对工程问题局部与整体的关系有了更全面的把握，对电力系统一次、二次各部分之间关系有了更深刻的认识。另外，由于课程设计贯穿于课程教学过程中，学生学到的知识立即就会运用到设计中，促进了学生对知识的掌握和理解。

2.开放实验平台

充分利用校内实验中心和校内、外仿真基地。各实验中心采取全天开放的形式，设计中需要进行实验时，学生可以到实验室进行预约，在指定时间内进行实验。东北电力大学现有两个物理仿真中心——“电力系统动态模拟仿真实验室”和“输变电运行仿真中心”，一个数字仿真中心——“电力运行仿真中心”。 其中动态模拟实验是大型电力系统的一个缩影，可以搭建所设计的电力系统，通过它可以对电力系统的某些运行特性包括潮流、稳定等进行实践性的实验，从而加深对知识的认识和拔高。变电运行仿真可以使学生获得对运行现场的直观认识，获得实践运行的基本知识，并对电气主接线的设计及配电装置的规划设计有很大的帮助。通过数字化计算机仿真系统了解、熟悉发电厂和变电站的运行操作过程。经过课程设计中的各种实践，学生增加了独立实践机会，提高了实践能力，对多门专业主干课程的知识进行系统的整合并加以融会贯通，增强了对电力系统运行实践基本原理的理解。

3.辅助措施

根据当前电力工业的发展趋势、电气工程及其自动化专业的培养目标以及学校的具体情况，组织指导教师到供电公司、发电厂、电力设计院等单位进行调研，学习、熟悉现今实际工程的设计过程，避免课程设计与工程实际的脱节。重新编写了各个课程设计的教学大纲、设计任务书和设计指导书，使之更贴近电力系统工程实践。

由于在设计过程中学生遇到了利用计算机制图和计算能力不足等实际困难，在制订培养方案时，开设“电力CAD”、“电力系统仿真软件应用”及“matlab在电力系统计算中应用”等多门选修课，保证了学生设计的顺利进行。另外购置大量设计手册，参考资料，解决了以往设计过程中参考资料严重不足的情况。

由于改革后的题目涉及面较广，工作量较大，单独一名学生完成有些困难，将每班学生分成若干小组，由3-4名学生组成一个小组，共同完成其中一个课题。小组成员在自主设计的基础上，一起对课题进行研究、讨论，共同完成课题，提高了协同合作能力，充分调动积极性。

4.严格考核

虽然新的课程设计模式是以开放式管理为前提，但实行严格考核的制度。由于本专业班级较多，做课程设计的总人数很多，必须形成完善的过程评价和结果考核机制。所以加强了过程管理，课程设计成绩中含有一部分指导过程成绩，并引入毕业设计答辩制度对学生逐一考核，考核不合格者补考和重修，避免了一部分学生不参加课程设计，只抄袭其他同学成品的情况。

四、总结

具有综合性、实践性、开放性的课程设计，有利于学生对知识的掌握、巩固以及综合应用。经过此种课程设计模式的锻炼，学生对电力系统工程实践的分析方法及其应用有了更深刻的理解，掌握了电气工程初步设计基本步骤和方法，为以后从事电气设计、运行管理和科研工作打下良好的基础，能更好地适应电力行业实际工作。初步的教学实践证明了专业课程设计改革的必要性和有效性，也为今后的工作积累了经验。

参考文献：

[1]王冀生.面向21世纪的中国高等教育[M].西安：陕西人民教育出版社，1998.

[2]袁慧，于兆勤，秦哲.新形势下培养提高工科学生工程实践能力的认识与实践[J].高教探索，2007，（2）.

[3]孙亮，李娟，蔡国伟，等.电气工程及其自动化专业实践教学模式的探索[A].第6届全国高等学校电气工程及其自动化专业教学改革研讨会论文集（下册）[C].2009.

[4]李娟，朱罡，王秀云，等.电力系统及其自动化专业课程体系改革探讨[J].中国电力教育，2008，（7）.