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摘要：分析了广东工业大学电力系统及其自动化专业“数值计算方法”课程教学现状，探究了教学改革的重要性和必要性。结合电力系统及其自动化专业学生特点，根据数值计算方法的课程特色与当前教学存在的问题，从教材、教学内容、教学方法、教学目标、考核方式等几方面探讨改革措施，加深学生对数值方法的理解、提高在电力系统领域的应用能力等，改善本专业该课程的教学效果。
关键词：电力系统及其自动化；数值计算方法；教学改革
作者简介：郭壮志（1983-），男，河南周口人，广东工业大学自动化学院，讲师；吴杰康（1965-），男，广西隆安人，广东工业大学自动化学院，教授。（广东 广州 510006）
基金项目：本文系电气与控制广东省实验教学示范中心子项目实验教学改革项目的研究成果。
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）13-0069-02
“数值计算方法”是研究使用计算机求解各种数学问题近似解的一个数学分支。伴随着计算机技术的迅速发展，其已成为研究分析电力系统运行与控制问题不可或缺的技术手段，具有便捷、高效、成本低、可模拟真实条件和理想条件下状态等显著优点，在电力系统故障分析、电力系统稳定性分析、电力系统短路计算、电力系统过电压计算、电力系统潮流计算、发电机运行特性分析、电磁场计算等领域都有应用。电力系统分析与计算软件如POWERWORLD、PSCAD、PSASP等都要以数值计算方法为理论基础，因此广东工业大学（以下简称“我校”）将其设置为电力系统及其自动化专业本科生的必修专业基础课。与其他数学课程相比，该课程具有知识面广、理论复杂、公式冗长、难于记忆等特点，对于本专业还需强调基础理论与电力系统运行控制理论的紧密结合。
笔者目前从事电力系统及其自动化专业“数值计算方法”课程教学，针对教学过程中存在的问题进行了分析和探讨，在借鉴该课程先进教学经验的基础上，结合电力系统及其自动化专业学生特点，在教材、教学内容、教学方法、教学目标、考核方式等方面提出了相应的改革措施，以促进教学效果的提高。
一、“数值计算方法”课程教学现状
“数值计算方法”是分析和研究电力系统运行与控制问题的必要技术手段，定位为我校电力系统及其自动化专业的必修专业基础课，2学分，共32学时，全部为理论课时。考虑到该课程教学要以“高等数学”、“线性代数”等知识为基础，目前安排在大二下学期讲授，以理论教学为主。教学目标是通过各种数值算法的学习，培养学生分析解决问题的能力，强调理论的完整性和严谨性。采用期末测试成绩和平时成绩综合考评的方式，期末测试成绩占80%，平时成绩占20%。
二、“数值计算方法”课程教学存在的主要问题
1.教材选用针对性不强
教材作为承载并传递课程教学内容的载体媒介，[1，2]对课程教学效果有显著影响。“数值计算方法”隶属应用数学范畴，是理论分析和工程应用结合的桥梁。在电力系统及其自动化专业课程教学中，教材选用不仅要考虑知识的完整性、理论的严谨性，同时要突出课程与本专业的关联性，使学生能够“学以致用”。长期以来由数学专业的教师承担本专业的“数值计算方法”课程教学，所选用的教材理论性较强，没有充分考虑到与电力系统及其自动化专业的专业背景和知识结构的结合，学生难于做到所学即所用。
2.课程教学内容和教学计划不甚合理
目前，我校电力系统及其自动化专业“数值计算方法”课程教学课时共32学时，安排在大二下学期讲授，全部为理论教学，无实验和实践环节。此时，学生虽具备学习该课程必需的“高等数学”和“线性代数”等数学知识，但缺乏电力系统分析、电力系统继电保护、高电压技术等专业知识，不具备讲授“数值计算方法”在电力系统应用的知识前提。学生仅仅把该课程当作一门数学课来学习，学完后对其应用价值知之甚少，与专业教师期望的教学目标有较大差距。
3.课程教学方法相对落后
目前，我校大多数课程已经实现了现代多媒体技术教学。根据各学科的性质和特点，很多课程已引入了互动式教学、启发式教学、立体式教学等先进教学方法。然而由于“数值计算方法”课程涉及知识面广、内容抽象、教学课时少，因此长期以来本专业该课程的教学方法仍然以“注入法”为主，偏于强调教师的主导作用而忽略了学生的主观能动性。同时因为是数学专业的教师授课，他们对电力系统知识了解不多，大部分时间花在了算法的理论推导和证明，忽略了本专业学生的数学基础弱、对理论推导与证明兴趣不高的特点，学生上课时注意力不集中，教学效果不理想。
4.课程教学目标存在不足
目前，我校电力系统及其自动化专业“数值计算方法”课程的教学目标强调理论的严谨性，偏向培养学生的理论分析能力而弱化了实验实践教学，不符合该课程理论与应用结合的特点和本专业培养应用型人才的教学实际。
5.考核方式不尽合理
考核是教学评价的核心，直接影响到课程教学系统功能的整体优化。[3]目前，电力系统及其自动化专业该课程考核指标相对单薄，由期末测试成绩和平时成绩两部分组成，而期末考试成绩在综合考核指标中占主导地位，平时成绩评定指标中作业处于核心地位，作业仍然主要以理论推导型和算法设计型题目为主，过分强调“分数”、理论分析与算法推理的重要性。对于理论与实验实践并举的“数值计算方法”课程，该评价方法简单、功能狭窄，容易造成学生被动学习、课程学习目标游离、理论与实验实践脱节，不利于学生学习兴趣培养和学习能力、创造能力、专业领域应用能力等高阶能力的养成与提高。
三、“数值计算方法”课程教学主要改革措施
根据“数值计算方法”课程教学中存在的主要问题，结合课程与电力系统及其自动化专业特点，以教材改革为基本点，以整合优化教学内容为核心，以改进教学方法为手段，以完善考评方式为保证，以提高学生兴趣、获取理论知识、训练思维、培养创造能力和本专业应用能力为目标，进行课程教学改革和实践。 1.加强教材建设
目前，该课程教材主要有两类：[4]偏重理论推导和算法分析，主要解决“为什么这样计算”的问题；强调算法设计和数据处理，淡化理论分析与证明，主要解决“如何利用计算机求解数学问题”的问题。至今，还没有一种与本专业结合紧密的有关数值计算方法的教材，难于满足专业教学需求。由于编写新的教材周期长，笔者认为教材建设应采用渐进式，首先针对工程专业培养应用型人才的特点，选择知识结构完整、逻辑结构清晰、强调计算机算法实现和淡化理论分析证明的教材；其次组织本专业教师编写满足学生需求并紧密结合电力系统理论分析和工程应用背景的教材。
2.合理调整课程教学内容与教学计划
根据本专业学生特点，对教学内容进行调整、整合与优化，主要有以下几个方面：淡化理论证明，适应应用型人才培养的需求；增加数值算法计算机程序教学内容，体现课程理论与应用融合的特点；增加上机实验教学内容，培养学生理论与应用结合的能力；增加电力系统理论研究和工程应用背景与数值计算方法有机结合的内容，让学生了解数值计算在本专业的哪些领域被应用和如何应用。
我校电力系统及其自动化专业学生在大三上学期开始学习“电力系统分析”、“电力系统继电保护”等专业课程，为促进数值计算方法与电力系统知识的融合，拟将本课程的教学计划从大二下学期调整到大三下学期，在课程讲授时不仅可将专业应用背景融入到教学中，也让学生知道该课程学有所用和如何被应用；拟增加实验实践教学内容，将课程总课时调整为40学时，理论教学课时32学时不变，增加实验实践教学课8学时，提高学生“学以致用”的能力。
3.改革课程教学方法
借鉴其他课程先进经验，结合本专业特点，该课程教学方法改革措施主要有：
（1）应用理论总结替代算法理论推导过程来淡化分析与证明，做到理论深入浅出，降低课程学习难度，提高学生兴趣。例如：当讲到简单迭代法收敛性定理时首先告诉学生该定理的本质就是迭代函数，导数的绝对值小于1，然后利用学生已掌握的导数知识进行阐释，使其轻松掌握该类型算法收敛性判定的简单直观方法，降低理论难度。
（2）利用直观教学讲授算法原理，浅显易懂。例如：当讲到对分区间法、Newton法等算法原理时，利用算法迭代进化直观图可便捷高效地让学生掌握算法的原理。
（3）引入本专业应用背景，做到理论与实践紧密结合，使学生感觉学有所用。例如：在讲到Newton法求解非线性方程时，将电力系统潮流问题引入，并探讨其求解原理与方法。
（4）实验教学课堂案例化。在课堂上针对具体问题讲授利用MATLAB如何实现算法，以起到抛砖引玉的作用，为学生实验实践作范例。
4.修正课程教学目标
教学目标要结合课程特设、专业特点，做到反映实际、与时俱进。电力系统及其自动化专业培养的应用型人才，因此培养目标要从重理论转向强调应用，注重和电力系统理论研究及工程应用的结合。
5.改革课程考核方式
课程自身特点和本专业的人才培养要求促使当前该课程考核方式需要革新，围绕着端正学生学习态度，激发学生学习兴趣，促进理论、实验和实践有机融合的目标，考核方式的主要改革措施有：降低期末测评比重，由原来80%降到70%，增加实验实践教学考核指标，实现考核指标多元化；重视实验实践评估，将平时学生实验实践的过程、结果、积极性等都作为实验成绩评定的指标；作业成绩评定既注重理论又注重实验实践，“双管齐下”促进理论与实际的紧密结合，在布置作业时，不仅要写出理论依据，算法的设计步骤，还要附上利用MATLAB进行程序实现的代码和结果，以实现学而会用，避免“光说不练”、“纸上谈兵”；与专业应用结合的能力作为期末考评的一个量化指标。学生针对本专业自选与计算方法应用有关的案例，利用MATLAB实现数值计算方法程序，并采用尽可能多的方法去实现，针对不同的方法分析其应用效果和优缺点，如果有可能提出改进方法。
四、结束语
本文针对我校电力系统及其自动化专业“数值计算方法”教学过程中存在的问题进行了分析，并从教材建设、教材计划制订、教学方法优化、教学目标修正、考核指标变革五个方面探究课程的改革和实践措施，以便促进该课程教学效果的提高。其中一些措施如文中所提教学方法已应用到教学中，被学生认可和接受。目前虽然还没有与本专业紧密结合的教材，但已不再选用偏重理论的教材而选用理论适度、偏重应用的相关教材，[5]也得到了学生的认可。该课程的改革还处于初始阶段，在教学过程中继续借鉴先进教学方案，总结已有的改革教学经验，逐步提高该课程的教学质量和教学水平。
参考文献：
[1]刘继和.“教材”概念的解析及其重建[J].全球教育展望，2005，
34（2）：47-50.
[2]刘樱，顾群音.“电力工程概预算”课程教学探讨[J].中国电力教育，2009，（15）：90-91.
[3]王光霞，唐慧林.教育转型形势下计算机网络课程教学改革实践[J].计算机教育，2011，23（10）：26-29.
[4]唐旭清，朱平.《数值计算方法》课程教学的若干思考[J].江南大学学报（教育科学版），2008，28（4）：78-81.
[5]令锋，傅守忠，陈树敏，等.数值计算方法[M].北京：国防工业工业出版社，2012.
（责任编辑：刘辉）
关键词：电力系统及其自动化；数值计算方法；教学改革
作者简介：郭壮志（1983-），男，河南周口人，广东工业大学自动化学院，讲师；吴杰康（1965-），男，广西隆安人，广东工业大学自动化学院，教授。（广东 广州 510006）
基金项目：本文系电气与控制广东省实验教学示范中心子项目实验教学改革项目的研究成果。
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）13-0069-02
“数值计算方法”是研究使用计算机求解各种数学问题近似解的一个数学分支。伴随着计算机技术的迅速发展，其已成为研究分析电力系统运行与控制问题不可或缺的技术手段，具有便捷、高效、成本低、可模拟真实条件和理想条件下状态等显著优点，在电力系统故障分析、电力系统稳定性分析、电力系统短路计算、电力系统过电压计算、电力系统潮流计算、发电机运行特性分析、电磁场计算等领域都有应用。电力系统分析与计算软件如POWERWORLD、PSCAD、PSASP等都要以数值计算方法为理论基础，因此广东工业大学（以下简称“我校”）将其设置为电力系统及其自动化专业本科生的必修专业基础课。与其他数学课程相比，该课程具有知识面广、理论复杂、公式冗长、难于记忆等特点，对于本专业还需强调基础理论与电力系统运行控制理论的紧密结合。
笔者目前从事电力系统及其自动化专业“数值计算方法”课程教学，针对教学过程中存在的问题进行了分析和探讨，在借鉴该课程先进教学经验的基础上，结合电力系统及其自动化专业学生特点，在教材、教学内容、教学方法、教学目标、考核方式等方面提出了相应的改革措施，以促进教学效果的提高。
一、“数值计算方法”课程教学现状
“数值计算方法”是分析和研究电力系统运行与控制问题的必要技术手段，定位为我校电力系统及其自动化专业的必修专业基础课，2学分，共32学时，全部为理论课时。考虑到该课程教学要以“高等数学”、“线性代数”等知识为基础，目前安排在大二下学期讲授，以理论教学为主。教学目标是通过各种数值算法的学习，培养学生分析解决问题的能力，强调理论的完整性和严谨性。采用期末测试成绩和平时成绩综合考评的方式，期末测试成绩占80%，平时成绩占20%。
二、“数值计算方法”课程教学存在的主要问题
1.教材选用针对性不强
教材作为承载并传递课程教学内容的载体媒介，[1，2]对课程教学效果有显著影响。“数值计算方法”隶属应用数学范畴，是理论分析和工程应用结合的桥梁。在电力系统及其自动化专业课程教学中，教材选用不仅要考虑知识的完整性、理论的严谨性，同时要突出课程与本专业的关联性，使学生能够“学以致用”。长期以来由数学专业的教师承担本专业的“数值计算方法”课程教学，所选用的教材理论性较强，没有充分考虑到与电力系统及其自动化专业的专业背景和知识结构的结合，学生难于做到所学即所用。
2.课程教学内容和教学计划不甚合理
目前，我校电力系统及其自动化专业“数值计算方法”课程教学课时共32学时，安排在大二下学期讲授，全部为理论教学，无实验和实践环节。此时，学生虽具备学习该课程必需的“高等数学”和“线性代数”等数学知识，但缺乏电力系统分析、电力系统继电保护、高电压技术等专业知识，不具备讲授“数值计算方法”在电力系统应用的知识前提。学生仅仅把该课程当作一门数学课来学习，学完后对其应用价值知之甚少，与专业教师期望的教学目标有较大差距。
3.课程教学方法相对落后
目前，我校大多数课程已经实现了现代多媒体技术教学。根据各学科的性质和特点，很多课程已引入了互动式教学、启发式教学、立体式教学等先进教学方法。然而由于“数值计算方法”课程涉及知识面广、内容抽象、教学课时少，因此长期以来本专业该课程的教学方法仍然以“注入法”为主，偏于强调教师的主导作用而忽略了学生的主观能动性。同时因为是数学专业的教师授课，他们对电力系统知识了解不多，大部分时间花在了算法的理论推导和证明，忽略了本专业学生的数学基础弱、对理论推导与证明兴趣不高的特点，学生上课时注意力不集中，教学效果不理想。
4.课程教学目标存在不足
目前，我校电力系统及其自动化专业“数值计算方法”课程的教学目标强调理论的严谨性，偏向培养学生的理论分析能力而弱化了实验实践教学，不符合该课程理论与应用结合的特点和本专业培养应用型人才的教学实际。
5.考核方式不尽合理
考核是教学评价的核心，直接影响到课程教学系统功能的整体优化。[3]目前，电力系统及其自动化专业该课程考核指标相对单薄，由期末测试成绩和平时成绩两部分组成，而期末考试成绩在综合考核指标中占主导地位，平时成绩评定指标中作业处于核心地位，作业仍然主要以理论推导型和算法设计型题目为主，过分强调“分数”、理论分析与算法推理的重要性。对于理论与实验实践并举的“数值计算方法”课程，该评价方法简单、功能狭窄，容易造成学生被动学习、课程学习目标游离、理论与实验实践脱节，不利于学生学习兴趣培养和学习能力、创造能力、专业领域应用能力等高阶能力的养成与提高。
三、“数值计算方法”课程教学主要改革措施
根据“数值计算方法”课程教学中存在的主要问题，结合课程与电力系统及其自动化专业特点，以教材改革为基本点，以整合优化教学内容为核心，以改进教学方法为手段，以完善考评方式为保证，以提高学生兴趣、获取理论知识、训练思维、培养创造能力和本专业应用能力为目标，进行课程教学改革和实践。 1.加强教材建设
目前，该课程教材主要有两类：[4]偏重理论推导和算法分析，主要解决“为什么这样计算”的问题；强调算法设计和数据处理，淡化理论分析与证明，主要解决“如何利用计算机求解数学问题”的问题。至今，还没有一种与本专业结合紧密的有关数值计算方法的教材，难于满足专业教学需求。由于编写新的教材周期长，笔者认为教材建设应采用渐进式，首先针对工程专业培养应用型人才的特点，选择知识结构完整、逻辑结构清晰、强调计算机算法实现和淡化理论分析证明的教材；其次组织本专业教师编写满足学生需求并紧密结合电力系统理论分析和工程应用背景的教材。
2.合理调整课程教学内容与教学计划
根据本专业学生特点，对教学内容进行调整、整合与优化，主要有以下几个方面：淡化理论证明，适应应用型人才培养的需求；增加数值算法计算机程序教学内容，体现课程理论与应用融合的特点；增加上机实验教学内容，培养学生理论与应用结合的能力；增加电力系统理论研究和工程应用背景与数值计算方法有机结合的内容，让学生了解数值计算在本专业的哪些领域被应用和如何应用。
我校电力系统及其自动化专业学生在大三上学期开始学习“电力系统分析”、“电力系统继电保护”等专业课程，为促进数值计算方法与电力系统知识的融合，拟将本课程的教学计划从大二下学期调整到大三下学期，在课程讲授时不仅可将专业应用背景融入到教学中，也让学生知道该课程学有所用和如何被应用；拟增加实验实践教学内容，将课程总课时调整为40学时，理论教学课时32学时不变，增加实验实践教学课8学时，提高学生“学以致用”的能力。
3.改革课程教学方法
借鉴其他课程先进经验，结合本专业特点，该课程教学方法改革措施主要有：
（1）应用理论总结替代算法理论推导过程来淡化分析与证明，做到理论深入浅出，降低课程学习难度，提高学生兴趣。例如：当讲到简单迭代法收敛性定理时首先告诉学生该定理的本质就是迭代函数，导数的绝对值小于1，然后利用学生已掌握的导数知识进行阐释，使其轻松掌握该类型算法收敛性判定的简单直观方法，降低理论难度。
（2）利用直观教学讲授算法原理，浅显易懂。例如：当讲到对分区间法、Newton法等算法原理时，利用算法迭代进化直观图可便捷高效地让学生掌握算法的原理。
（3）引入本专业应用背景，做到理论与实践紧密结合，使学生感觉学有所用。例如：在讲到Newton法求解非线性方程时，将电力系统潮流问题引入，并探讨其求解原理与方法。
（4）实验教学课堂案例化。在课堂上针对具体问题讲授利用MATLAB如何实现算法，以起到抛砖引玉的作用，为学生实验实践作范例。
4.修正课程教学目标
教学目标要结合课程特设、专业特点，做到反映实际、与时俱进。电力系统及其自动化专业培养的应用型人才，因此培养目标要从重理论转向强调应用，注重和电力系统理论研究及工程应用的结合。
5.改革课程考核方式
课程自身特点和本专业的人才培养要求促使当前该课程考核方式需要革新，围绕着端正学生学习态度，激发学生学习兴趣，促进理论、实验和实践有机融合的目标，考核方式的主要改革措施有：降低期末测评比重，由原来80%降到70%，增加实验实践教学考核指标，实现考核指标多元化；重视实验实践评估，将平时学生实验实践的过程、结果、积极性等都作为实验成绩评定的指标；作业成绩评定既注重理论又注重实验实践，“双管齐下”促进理论与实际的紧密结合，在布置作业时，不仅要写出理论依据，算法的设计步骤，还要附上利用MATLAB进行程序实现的代码和结果，以实现学而会用，避免“光说不练”、“纸上谈兵”；与专业应用结合的能力作为期末考评的一个量化指标。学生针对本专业自选与计算方法应用有关的案例，利用MATLAB实现数值计算方法程序，并采用尽可能多的方法去实现，针对不同的方法分析其应用效果和优缺点，如果有可能提出改进方法。
四、结束语
本文针对我校电力系统及其自动化专业“数值计算方法”教学过程中存在的问题进行了分析，并从教材建设、教材计划制订、教学方法优化、教学目标修正、考核指标变革五个方面探究课程的改革和实践措施，以便促进该课程教学效果的提高。其中一些措施如文中所提教学方法已应用到教学中，被学生认可和接受。目前虽然还没有与本专业紧密结合的教材，但已不再选用偏重理论的教材而选用理论适度、偏重应用的相关教材，[5]也得到了学生的认可。该课程的改革还处于初始阶段，在教学过程中继续借鉴先进教学方案，总结已有的改革教学经验，逐步提高该课程的教学质量和教学水平。
参考文献：
[1]刘继和.“教材”概念的解析及其重建[J].全球教育展望，2005，
34（2）：47-50.
[2]刘樱，顾群音.“电力工程概预算”课程教学探讨[J].中国电力教育，2009，（15）：90-91.
[3]王光霞，唐慧林.教育转型形势下计算机网络课程教学改革实践[J].计算机教育，2011，23（10）：26-29.
[4]唐旭清，朱平.《数值计算方法》课程教学的若干思考[J].江南大学学报（教育科学版），2008，28（4）：78-81.
[5]令锋，傅守忠，陈树敏，等.数值计算方法[M].北京：国防工业工业出版社，2012.
（责任编辑：刘辉）