“電力系統(tǒng)分析”數(shù)智化教學技術(shù)實踐應用

摘要：隨著近幾年新興科技革命的興起，人工智能、互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、增強和虛擬現(xiàn)實、區(qū)塊鏈技術(shù)等已經(jīng)被越來越多地應用到教育領(lǐng)域，未來的教育格局與學習模式將面臨一場深刻的變革。在科技推動教育轉(zhuǎn)型的大背景下，新時期對教學與教師的要求也越來越高。高校教育教學改革、虛擬教研室、人工智能在教師教學中的應用，賦予教師更多元化、更專業(yè)化的角色，從而培養(yǎng)出更高更全面的素質(zhì)。“電力系統(tǒng)分析”是電氣工程專業(yè)一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，它是一門理論強、概念抽象、內(nèi)容涉及面廣、與其他電力學科關(guān)系密切的專業(yè)基礎(chǔ)課。學生和教師反映教學困難，學習困難。為解決傳統(tǒng)課堂教學中存在的問題，我校的“電力系統(tǒng)分析”教學小組大膽地引進了多種數(shù)字化教學技術(shù)，并在教室中進行了實踐與探究，對不同的數(shù)智化教學技術(shù)對教學效果的作用進行了檢驗，這對今后的“電力系統(tǒng)分析”課程改革具有一定的借鑒意義。

關(guān)鍵詞：數(shù)智化教學；電力系統(tǒng)分析；人工智能；課程改革

中圖分類號：G642.0文獻標識碼：A

Abstract：Withtheriseoftheemergingtechnologicalrevolutioninrecentyears，artificialintelligence，theInternet，theInternetofThings，augmentedandvirtualreality，andblockchaintechnologyhavebeenincreasinglyappliedtothefieldofeducation.Thefutureeducationlandscapeandlearningmodelwillfaceaprofoundchange.Inthecontextoftechnologydriveneducationaltransformation，theneweraisalsoincreasinglydemandingforteaching andteachers.Thereformofeducationandteachingincollegesanduniversities，thevirtualteachingandresearchroom，andtheapplicationofartificialintelligenceinteachers'teachinghavegiventeachersamorediversifiedandspecializedrole，soastocultivateahigherandmorecomprehensivequality."Powersystemanalysis"isanimportantprofessionalfoundationcourseforelectricalengineeringmajors.Itisaprofessionalbasiccoursewithstrongtheory，abstractconcepts，widecontentcoverageandcloserelationshipwithotherelectricpowerdisciplines.Studentsandteachersreflectteachingdifficultiesandlearningdifficulties.Inordertoimprovetheproblemsexistingintraditionalclassroomteaching，the"powersystemanalysis"teachinggroupinouruniversityboldlyintroducedavarietyofdigitalteachingtechniques，andcarriedoutpracticeandexplorationintheclassroomtotesttheroleofdifferentdigitalintelligentteachingtechniquesontheteachingeffect，whichisofsomereferencesignificanceforthefuturereformofthe"powersystemanalysis"course.

Keywords：DigitalIntelligentTeaching；PowerSystemAnalysis；ArtificialIntelligence；CurriculumReforms

在新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革不斷深化的背景下，大數(shù)據(jù)、云計算、人工智能、區(qū)塊鏈等數(shù)智技術(shù)不斷創(chuàng)新，使數(shù)據(jù)成為一種重要的生產(chǎn)要素，其價值越來越突出，并且已經(jīng)滲入了經(jīng)濟社會的各個領(lǐng)域和各個環(huán)節(jié)［1］。在數(shù)字化轉(zhuǎn)型持續(xù)推進下，傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)正以更快的速度向智能化、綠色化、融合化方向轉(zhuǎn)變，新的產(chǎn)業(yè)、新業(yè)態(tài)和新模式不斷涌現(xiàn)，推動了生產(chǎn)方式和生活方式的深刻變革。在新時期，如何適應數(shù)字化時代的發(fā)展趨勢，推進數(shù)字化智能化的轉(zhuǎn)型和創(chuàng)新，是當今世界各國共同面對的重要問題［2］。隨著數(shù)字經(jīng)濟的發(fā)展，職業(yè)結(jié)構(gòu)和人才的知識和技能結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化，這也促使了高等教育向數(shù)字化轉(zhuǎn)變。因此，培養(yǎng)具有數(shù)字思維、數(shù)字素養(yǎng)和智算能力的數(shù)字人，已經(jīng)成為全球教育改革的一種重要方向。以數(shù)字化轉(zhuǎn)型推進高等教育高質(zhì)量發(fā)展，既是新時期高校面臨的歷史性機遇，更是高校服務(wù)于國家重大戰(zhàn)略的必然選擇［3］。

我們不難發(fā)現(xiàn)，在日常的教育管理工作中，出現(xiàn)了許多新的狀況，比如，知識的生產(chǎn)與傳播主體越來越多元化，各種在線課程開放平臺、視頻平臺提供了大量的線上教學資源，這對傳統(tǒng)的人才培養(yǎng)模式提出了嚴峻的挑戰(zhàn)。知識的儲存與組織形式更加碎片化，長時間地學習碎片化的知識，會給深度學習和系統(tǒng)學習能力的培養(yǎng)帶來困難，并深刻地影響了學生的學習習慣。同時，數(shù)智化對于師資也有更高的需求，在當前的時代，教師除了要不斷地積累自己的專業(yè)知識之外，還要積極地去學習、去適應新的教育情景，并掌握新的教育手段。高校的科研、教學、管理等各項工作都面臨著新的發(fā)展機遇和挑戰(zhàn)［4］。高校如何與時俱進，守正創(chuàng)新，走出一條新路。

為滿足“數(shù)字化教學”的要求，對“電力系統(tǒng)分析”這門課程進行了改革與創(chuàng)新。教育不僅要注重知識的灌輸，而且要重視對信息的獲取、處理和創(chuàng)造的能力的培養(yǎng)。在電網(wǎng)自身的數(shù)字化、智能化水平不斷提高的背景下，培養(yǎng)符合新時期要求的電工人才已是刻不容緩。

1數(shù)智化教育概述

1.1數(shù)智化教育的基本概念

數(shù)智化指的是數(shù)字化與智能化的結(jié)合，它是在基于數(shù)字化的前提下，利用云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能等新技術(shù)，挖掘、分析和管理知識數(shù)據(jù)，并以此來優(yōu)化行業(yè)的相關(guān)業(yè)務(wù)［5］。在數(shù)字化時代，電網(wǎng)的運行和控制已由純粹的數(shù)字化過渡到數(shù)智化，隨著新技術(shù)的出現(xiàn)與應用，電力系統(tǒng)中出現(xiàn)了許多新的操作模式與控制手段。在這種情況下，怎樣才能更好地培養(yǎng)出符合時代發(fā)展與科技進步要求的電氣工程專業(yè)人才，進行教學改革使行業(yè)需要與其融合，已經(jīng)是一個迫切需要解決的教學改革問題。

基于上述數(shù)智化的概念，本論文中所探討的數(shù)智化教育一般是指以大數(shù)據(jù)和人工智能技術(shù)作為主體，以培養(yǎng)學生的數(shù)字思維、數(shù)字素養(yǎng)和智算能力，以及解決數(shù)智時代中存在的數(shù)字能力為目的的跨學科人才培養(yǎng)模式。

1.2數(shù)智化教育的基本特征

當前，我們對數(shù)智化教育大致有三個方面的特點［6］：

（1）將數(shù)智技能作為終生學習的一個主要組成部分。數(shù)字化轉(zhuǎn)型具有深刻的意義，各行業(yè)正以數(shù)字化技術(shù)為基礎(chǔ)，探索構(gòu)建以數(shù)字化技術(shù)為基礎(chǔ)的發(fā)展模式，要求人才既要掌握本專業(yè)的知識與技能，又要具備數(shù)字思維、數(shù)字素養(yǎng)以及利用智算技巧創(chuàng)新地解決復雜問題的能力。要準確把握數(shù)字化轉(zhuǎn)型對宏觀整體勞動力結(jié)構(gòu)、中觀行業(yè)人才需求、微觀工作過程與工作能力需求等因素的作用規(guī)律，建立面向數(shù)字化能力的人才培養(yǎng)理念。

（2）要重視對學生進行數(shù)字化與智能化的科學與技術(shù)道德的培養(yǎng)。數(shù)智技術(shù)的發(fā)展，一方面促進了人類生產(chǎn)生活方式的變革，另一方面也使人類社會面臨一些道德問題。在數(shù)智化時代，科技人才的培養(yǎng)不僅是一種技術(shù)與觀念的繼承，同時也是一種促進技術(shù)與社會準則可持續(xù)互動發(fā)展的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，所以，應該加強對科技人員的培訓與道德教育，讓他們能夠更好地解決科技倫理問題。

（3）將數(shù)字智慧與數(shù)智教育的數(shù)字化融合起來。以多學科交叉、應用情境牽動為主要特點的數(shù)字化技術(shù)，更注重以多樣化途徑培養(yǎng)復合型人才。這就要求在構(gòu)建數(shù)據(jù)密集研究范式的基礎(chǔ)上，培養(yǎng)具有數(shù)字化轉(zhuǎn)型系統(tǒng)思維，并能將數(shù)據(jù)科學技巧和專業(yè)知識有機融合的研究人員；同時，還應積極推動產(chǎn)教融合，校企合作，為學生提供有較好的理論功底和較強的動手能力。與此同時，以人工智能為代表的數(shù)字化技術(shù)，為培養(yǎng)體系的智能化、培養(yǎng)內(nèi)容的針對性、教學方法的靈活性提供了支持。

2數(shù)智化技術(shù)在電氣工程專業(yè)教學中的應用方式

2.1重設(shè)教學目標

數(shù)智時代下，電網(wǎng)運行模式將發(fā)生翻天覆地的變化，要求電氣專業(yè)學生必須具有一定的電氣工程基礎(chǔ)知識，同時還必須具有數(shù)據(jù)思考與大數(shù)據(jù)處理與分析的能力，才能適應電網(wǎng)向數(shù)據(jù)智能轉(zhuǎn)變的要求［7］。所以，在電氣工程專業(yè)的“電力系統(tǒng)分析”課程的教學目的，除了要了解和掌握電力系統(tǒng)的基礎(chǔ)知識和電力系統(tǒng)的潮流計算和短路計算等基本的計算能力之外，還要對學生的數(shù)據(jù)思維、數(shù)據(jù)知識和數(shù)據(jù)技巧進行訓練，使學生能在不同的情況下，對整個系統(tǒng)的信息流進行分析，形成收集、分析和理解數(shù)據(jù)的思維和習慣。

2.2重設(shè)實踐環(huán)節(jié)

電力系統(tǒng)本身的規(guī)模大，安全性要求高，而且不能隨意斷電，這就使得傳統(tǒng)的實踐教學環(huán)節(jié)很難給學生帶來直觀、感性、全面的感受與認識。因此，該專業(yè)實踐課程的設(shè)計難度很大，還有許多有待完善的地方［8］，只有加強與電網(wǎng)企業(yè)的協(xié)作，才能更好地解決這一問題。只有從企業(yè)的需要出發(fā)，結(jié)合企業(yè)的具體情況來進行，才能為教學工作提供借鑒。鑒于數(shù)智化時代的特征，在實際操作過程中，不僅要讓學生在虛擬仿真平臺上進行仿真操作，還要將更多的實際案例融入教學之中，在實際教學過程中，讓學生作為小組協(xié)作的方式來研究、分析、提出解決辦法。充分運用實際電網(wǎng)數(shù)據(jù)，力求與實際工作情境相結(jié)合，既提高了學生的實際動手能力，又能使學生更快地適應工作崗位的需要；采用團隊協(xié)作的方式開展實習，是由于在現(xiàn)實生活中，十分需要和其他部門的員工進行交流協(xié)作，才能一起完成工作，因此，培養(yǎng)學生的團隊協(xié)作精神至關(guān)重要。

2.3調(diào)整教學內(nèi)容

由于電氣類課程與電力系統(tǒng)的需要有著密切的關(guān)系，所以，教師的授課內(nèi)容不應該是固定不變的，而是要隨著社會、企業(yè)的需要而不斷地調(diào)整、豐富自己的教學內(nèi)容。在教學過程中，不僅要讓學生掌握會計核算的基本知識和技巧，而且要讓學生對交易產(chǎn)生的各種變化進行分析。由于能源和電力工業(yè)的發(fā)展，使得傳統(tǒng)的計算和分析方法有了較大的變化。比如，在“電力系統(tǒng)分析”課程中，潮流和短路電流的計算是教學中的重要內(nèi)容，但通常只是要求學生能夠?qū)σ恍┖唵蔚碾娏ο到y(tǒng)進行手算。手工計算在電力系統(tǒng)中的應用，其計算精度和計算速度都很慢，已經(jīng)逐漸被計算機所取代。因此，教師們在講課的時候，要跟上時代的步伐，不斷地更新自己的教學內(nèi)容，把重點放在培養(yǎng)學生的數(shù)據(jù)思維上，探討在數(shù)智化環(huán)境下，把大數(shù)據(jù)、人工智能和機器學習等現(xiàn)代信息技術(shù)融入“電力系統(tǒng)分析”課程的教學之中，讓學生們在學校里學到的知識和能力，都能與數(shù)字化時代的電力企業(yè)的工作需要相匹配。

2.4改進教學手段

在“電力系統(tǒng)分析”的實踐教學中，最大的困難就是要對電力系統(tǒng)的實際工作環(huán)境進行仿真，創(chuàng)造一個實習場景，讓學生們盡可能地在實際工作中，對電力系統(tǒng)的實際工作情況有一個直觀的認識。數(shù)智化時代，信息技術(shù)的應用日益廣泛，而虛擬現(xiàn)實技術(shù)的出現(xiàn)，為構(gòu)建模擬工作環(huán)境創(chuàng)造了條件。為此，教師應該充分運用信息技術(shù)輔助課堂教學，通過中國大學慕課（MOOC）、智慧樹等信息技術(shù)，采取混合式教學、翻轉(zhuǎn)課堂等多種教學方式，實現(xiàn)以數(shù)字技術(shù)為基礎(chǔ)的數(shù)字化升級與多元交互式學習的課堂變革，實現(xiàn)教學時長、課堂空間擴展，解決原本在課堂實踐中，學生的學習進度與知識掌握情況不能完全把握的問題。在教學的全過程中，教師要充分利用數(shù)字化技術(shù)，優(yōu)化課前、課中、課后的教學安排，把學生放在第一位，充分考慮到學生的需要，充分發(fā)揮他們的主動性，保證最佳的學習結(jié)果。在課前，教師可以制作微課，并針對學生提出的問題進行教學。在課堂教學中，通過設(shè)置情境，使學生親身體驗電網(wǎng)運行，加深對所學知識的理解；加強教學交互，及時掌握學生的學習狀況，并幫助他們解決學習過程中出現(xiàn)的問題；通過逐步提問，激發(fā)學生的獨立思維與探索能力。課程結(jié)束后，本課程將以云平臺為基礎(chǔ)，以實際企業(yè)為背景，讓學生自主完成作業(yè)，以強化所學內(nèi)容，實現(xiàn)知識與技能的高效轉(zhuǎn)移。

2.5改革評價方式

在數(shù)智化的時代里，教師們必須跟上網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)的發(fā)展步伐和時代的步伐，對新的知識、新的技術(shù)進行持續(xù)的學習，并熟練地利用信息技術(shù)來建立教學情境，并制作多媒體教學資源，以多維、交互式的方式將教學中的難點和重點內(nèi)容展現(xiàn)出來，讓學生們能夠更好地掌握有關(guān)的技能。所以，在“電力系統(tǒng)分析”的教學改革中，師資隊伍是至關(guān)重要的。唯有具有深厚專業(yè)知識、高度信息化能力的教師，才能將人才培養(yǎng)目標和電力系統(tǒng)新工科建設(shè)的需要相結(jié)合，為教學內(nèi)容提供行業(yè)場景，并以崗位為指導，搭建一個符合數(shù)字化時代對電氣工程人才培養(yǎng)需要的教學平臺。為此，大學要加強師資隊伍的建設(shè)，為教師提供訓練和學術(shù)交流的機會，并鼓勵并支持他們參加企業(yè)的橫向項目，提高他們的專業(yè)知識和信息技術(shù)水平，這樣才能更好地引導學生。

結(jié)語

在科技革命的背景下，我們必須遵循教育的基本規(guī)律，緊緊抓住“以學生成長為中心”這個永恒的基本原則。數(shù)智化時代下的線上教育平臺可以提供海量的數(shù)字化教學資源，它突破了學校與課堂的物理界限，拉近了人們的時間和空間，使所有人都可以在任何時間、任何地點獲得知識。同時，更應該注意的是，要利用這些技術(shù)工具，讓學生成為學習的主體，注重師生互動、協(xié)同共創(chuàng)，注重探究和發(fā)現(xiàn)，激勵和幫助學生有更多的自主選擇，建立自己的知識系統(tǒng)，提高自己的學習能力，真正做到終身學習。

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基金項目：成都工業(yè)學院人才培養(yǎng)質(zhì)量和教育教學改革項目“電力系統(tǒng)暫態(tài)分析線上線下混合式課程教學模式建設(shè)與改革”

作者簡介：馮明（1988—），男，漢族，河南駐馬店人，博士，講師，研究方向：電力系統(tǒng)穩(wěn)定與控制、高壓直流輸電技術(shù)。