来文豪 李平 顾煜林 朱文松 胡锋

摘 要：“煤礦供电”是一门具体行业特色的专业课程，是电气专业知识在煤矿行业的实践应用。课程的培养目标是为煤矿企业培养具有从事电力系统设计、运行和维护能力的专门人才。随着“碳达峰，碳中和”目标的实现，我国的电力网络将发生深刻变化，对电力系统从业人员的专业素养和创新能力有着更高的要求。因此，新工科背景下，从创新和实践方面提出“煤矿供电”课程教学改革措施，培养具有创新能力的高素质电力系统从业人员，以满足“双碳”目标下煤矿电力系统对创新人才的要求。

关键词：煤矿供电；新工科；碳达峰，碳中和；教学改革

Exploration on the Teaching Reform of “Coal Mine Power Supply”under the

Background of New Engineeringand “Carbon Peak and Carbon Neutrality”

Lai Wenhao Li Ping Gu Yulin Zhu Wensong Hu Feng

School of Electrical and Information Engineering，Anhui University of Science and Technology AnhuiHuainan 232000

Abstract：Coal Mine Power Supply is a professional course with specific industry characteristics，which is the practical application of electrical professional knowledge in the coal mine industry.It cultivates specialized personnel for coal mining enterprises with the ability to engage in the design，operation，and maintenance of power systems.With the realization of the goal of " Carbon Peak and Carbon Neutrality "，China's power network will undergo profound changes，and there are higher requirements for the professional quality and innovation ability of power system practitioners.Therefore，the teaching reform measures of the "Coal Mine Power Supply" course are proposed from three aspects of curriculum politics，innovation，and practice under the background of new engineering.Cultivate highquality power system practitioners with innovative capabilities to meet the requirements of coal mine power systems for talent innovation in the context of " Carbon Peak and Carbon Neutrality".

Keywords：coal mine power supply；new engineering；carbon peak and carbon neutrality；teaching reform

1 概述

煤炭作为我国最主要的能源，其安全稳定的供应对我国的能源安全具有重要意义。在电气化和智能化的当下，煤炭企业安全稳定的用电是煤矿正常开采的前提。“煤矿供电”是一门具体行业特色的电气工程课程，涉及煤矿供电系统设计的电气设备基本原理、煤矿用电设备工作接地和保护接地方法、短路故障分析和电气设备的保护等。目标是培养学生具有煤矿供配电设计和技术经济指标的分析、比较等能力，以及煤矿企业供配电系统及矿用高低压电器设备在运行中一些实际问题的解决能力，为学生毕业后从事煤矿供配电技术、管理工作和终身学习打下牢固的基础。然而，具有不确定性的新能源高比例的并网，电力网络将发生深刻变化，煤矿企业的安全用电将面临更大挑战。

高等教育是国家培养高级专门人才和职业人员的主要教育活动，通过研究进行科学创新和社区服务产生社会影响来促进经济发展的重要工具。可持续发展的紧迫挑战需要创新的教学方法，以满足工业部门的要求以及世界各地人们不断变化的环境和社会需求。在新工业革命加速发展的背景下，我国高等工程教育急需培养一批工程科技创新人才。为提高工程教育质量，提出“新型工程研究与实践工程”，是主动应对新一轮科技革命的行动。并且，随着“碳达峰，碳中和”的提出，煤炭在中国的能源的占比会逐步降低，然而风、光发电具有随机性和不确定性，使得电力的安全稳定供应必须发挥煤炭的兜底角色。因此，在此背景下，煤炭的安全稳定供应更具现实意义。

煤矿电力系统的安全运行是煤矿企业稳定供电的基础，需要煤矿电力系统从业者具有扎实的理论知识和较强的创新能力与实践能力。针对新工科背景下国家对创新人才的需求，以及“双碳”目标下煤矿供电系统对创新人才的要求，提出新工科背景下“煤矿供电”课程教学改革措施，并深挖课程的思政元素，通过思想政治教育的灌输将道德内化，培养合格的建设者和接班人。

2 “双碳”背景下的新型电力系统特点

在2022年中国的电力结构中，火力发电占比超65%，而清洁能源风力和太阳能的发电占比约为8.6%。为助推“双碳”目标的实现，国家发改委等部门在2022年5月份发布《关于促进新时代新能源高质量发展的实施方案》，要求到2030年我国的太阳能和风能的总装机容量达到12亿千瓦。风电和光电受天气影响极大，未来电网的稳定运行受到极大的挑战。风力发电曲线如下图所示，图中的数据来自Kaggle，时间段是2021年的5月15日—6月14日。

风力发电曲线图

由于风力和光伏发电具有随机性和不确定性，其大规模并入网络后，会引起现有的网络结构发生深刻而广泛的变化。此外，大规模的分布式电源的并网，也使得电力网络的功率分布和潮流計算也发生巨大变化。煤矿企业的安全稳定用电也面临巨大挑战，新工科的内涵是培养服务于新兴产业和新经济的具有创新和实践能力强的高素质复合型人才。在新工科与“双碳”背景下，需要进行“煤矿供电”课程教学改革探索，以培养服务于煤炭矿电力系统的专门人才。

3 新工科背景下的煤矿供电课程教学不足

3.1 课程的教学内容创新不够突出

煤矿井下供电系统所涉及电气的知识较为广泛，要求从事煤矿供电的工作者不仅要掌握电气设备的原理和输变电系统知识，具备矿用设备的短路故障分析能力，而且还要求他们具有扎实的矿用电气设备的保护、工作接地和保护接地等知识。在现实的“煤矿供电”课程安排上，难以将电气相关知识与煤矿用电设备有机地进行一体化教学。由于课程难度大，对于煤矿电气设备故障分析等知识，授课老师常采用灌输性的方式进行教学，导致学生不仅缺乏独立思考能力，而且对学生在新工科背景下的创新能力培养不足。

随着“碳达峰”和“碳中和”目标的逐步实现，具有不确定性特点的新能源会被大规模地接入国家电网，将使电网的结构和供电模式发生巨大变化。传统的输变电系统、矿用电气设备的保护等难以适应新型电力系统的发展，教材内容滞后于新技术的发展，亟须具有创新能力和扎实新型电力系统知识的煤矿供电工作人才，以保证煤矿企业在风光不确定的高比例新能源并网时可以安全稳定地用电。

3.2 教学过程中理论和实践相互脱离

煤矿供电的教学主要是要让学生认识到整个煤矿供电系统的结线方式、典型结线、矿用低压配电系统中性点的不同接地方式、煤矿高压电网的三相短路计算、短路电流的效应及短路稳定性的校验方法、井下保护接地漏电保护和过流保护的实现、煤矿井下高低压电缆的选择及其安装与维护和煤矿井下的特殊环境的电气设备及其选择等。对“煤矿供电”课程教学改革进行系统分析和探究，从中不难发现，该课程不仅具有较强的实践性，并且知识结构相对散乱，知识点之间不具有较强的逻辑关系。但是在实际的“煤矿供电”教学活动过程中，由于课程知识面广、知识点难度大，导致实践教学有所不足。此外，在新工科背景下对“煤矿供电”课程教学活动的组织规划进行分析，也可以看出在教学中的实践性不足的问题。

4 新工科背景下“煤矿供电”课程教学改革措施

4.1 优化创新培养理念，提升教师创新教学能力

在“双碳”背景下，国家电网已实施创新驱动战略，并提出加快新型电力系统建设与人才培养政策。因此，在“煤矿供电”教学改革中需要培养创新能力强、适应绿色经济安全稳定发展需要的高质量电力工程技术人才。无可争辩的是，大学教师的一项关键责任是实施可持续发展，是课程改革成功的关键。教师通过对日常状况和经验的了解作为他们观察新改革，教师的信仰、价值观、经历和日常挑战影响和塑造了教师最终赋予“煤矿供电”教学改革的意义，而教学改革反过来又在他们的接受和课堂实施中起着至关重要的作用。“煤矿供电”课程的创新教学，首先更新教材并提升教师的创新能力，实施以学生为中心的方法和促进创新的课堂环境，强调在创新教学中使用新的教学内容、工具和方法。教师的教学创新涉及使用新颖的教学策略来满足学生的个性化需求，促进学生的学习兴趣，提高他们的创造力并增强教学效果。可持续发展教育通过跨学科方法融入课堂，设计多样化的教学方法，例如翻转课堂和体验式教学。

4.2 开展实践教学探索，强化学生实践探究能力

从新工科视角对“煤矿供电”课程教学活动进行创新设计，对教学指导体系进行改革和优化，在教学实践中需要适当地调整教学内容和教学模式，适当地增加“煤矿供电”课程教学中实践教学的比重，有意识地结合“煤矿供电”课程内容，培养学生的实践探究能力和交往合作能力。在具体教学改革的过程中，教师结合“煤矿供电”课程内容进行系统分析，然后在解读课程教学内容的基础上结合新工科背景，重新对课程标准体系进行设计和规划。将理论和实践联系在一起，构建理论与实践教学平衡化发展的指导体系，积极参观现代化模拟的矿井实训基地和井下供电系统，让学生在实践过程中对“煤矿供电”课程知识体系有所了解。在煤矿井下供电安全技术的教学中，让学生掌握瓦斯和煤尘爆炸的条件、导致爆炸的原因和防治的措施。构建理论与实践教学平衡化发展的指导体系，促进学生对“煤矿供电”相关理论知识的学习，有效锻炼学生应用知识解决实际问题的能力。最后，教师要充分利用现代化的教学设备，模拟井下供电系统的设计和计算，让学生充分利用自身所学的理论知识参与实验技能的训练，帮助学生打好扎实的专业基础。

4.3 以动态调整为关键，探索教学内容改革

在新工科背景下，定制“煤矿供电”课程与双碳目标相关联的新大纲、新教案、新课件，落实课程改革实践的重点环节，及时评估学生互动和反馈情况，动态调整教学方式方法。“煤矿供电”课程是一门实践性强的课程，一些关于矿用设备介绍和操作规程的知识单调乏味，缺乏内在逻辑。将虚拟仿真实验教学引入到“煤矿供电”教学中，激发学生学习的兴趣以及学习的动力，增强课堂的吸引力和趣味性，能提高教学效率和教学效果。在现有教学内容中，特别是煤矿电力系统的建模、井下漏电保护、保护接地和过流保护三大保护的内容的教学中，结合高渗透率新能源电网运行特点，增加新能源模型、新能源参与电网稳定控制等相关内容，以二次能源高效转换为重点，加强重型燃气轮机、火电灵活调峰、智能发电、分布式能源和多能互补等新能源类人才培养，提升教学内容与新形势下电力系统发展方向的契合度，更好地结合煤矿电力系统的工程实际，为学生走上煤矿电力系统的工作岗位打下坚实基础。

结语

新工科的快速形成和发展将会对高校的电气工程专业教育模式的创新和从业人才的培养产生深刻影响。在新工科背景下，“煤矿供电”课程教学活动要准确定位新时代、新格局的煤矿行业电力系统建设和发展中的对人才需求，保证煤矿企业安全生产，强化“双碳”背景下的煤炭的兜底角色。本文重点针对新工科背景下创新教学模式的改革进行分析，促进教师对“煤矿供电”课程内容的创新探索以及实践探索。

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基金项目：安徽省教育厅教研项目“双碳背景下电气工程类国家一流本科专业建设与探索研究”（2021jyxm0365）；2022年度安徽省新时代育人质量工程项目“电气设备故障诊断教学案例库建设”（2022zyxwjxalk101）

作者简介：来文豪（1992— ），男，汉族，安徽阜阳人，工学博士，讲师，主要从事电力系统及其自动化、模式识别与智能信息处理方向研究工作。