趙宇紅?盛義發(fā)?曾鐵軍
摘要:以電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)的主干專業(yè)課程“電力系統(tǒng)繼電保護(hù)原理”的教學(xué)改革實(shí)踐為例,針對(duì)課程課時(shí)少,時(shí)間緊的問(wèn)題,從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段與方法等方面探索電氣專業(yè)的專業(yè)課程進(jìn)行改革和實(shí)踐的方法,提高了學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)踐、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)、分析和解決問(wèn)題的能力。
關(guān)鍵詞:繼電保護(hù);教學(xué)內(nèi)容;教學(xué)方法;教學(xué)手段;實(shí)踐教學(xué)
作者簡(jiǎn)介:趙宇紅(1973-),女,湖南邵陽(yáng)人,南華大學(xué)電氣工程學(xué)院,副教授;盛義發(fā)(1973-),男,湖南衡陽(yáng)人,南華大學(xué)電氣工程學(xué)院,教授。(湖南 衡陽(yáng) 421001)
基金項(xiàng)目:本文系湖南省教育科學(xué)“十二五”規(guī)劃2013年度課題(課題編號(hào):XJK013CGD111)、南華大學(xué)研究生教改課題(課題編號(hào):2013JG007)的研究成果。
中圖分類號(hào):642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1007-0079(2014)09-0062-02
“電力系統(tǒng)繼電保護(hù)原理”一直是高等學(xué)校電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)一門很重要的主干專業(yè)課,近些年來(lái),隨著電子、通訊和計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展,繼電保護(hù)技術(shù)也發(fā)生了巨大的變化。繼電保護(hù)正在沿著計(jì)算機(jī)化,網(wǎng)絡(luò)化,智能化,保護(hù)、控制、測(cè)量和數(shù)據(jù)通信一體化的方向不斷發(fā)展。繼電保護(hù)的飛速發(fā)展使得當(dāng)前繼電保護(hù)的應(yīng)用現(xiàn)狀與人才培養(yǎng)存在著一定的差距。另外,我國(guó)高等學(xué)校的本科專業(yè)在近幾年進(jìn)行了較大的調(diào)整和改革,要求厚基礎(chǔ)、寬專業(yè),南華大學(xué)(以下簡(jiǎn)稱“我?!保┑摹半娏ο到y(tǒng)繼電保護(hù)原理課”也順應(yīng)改革的形勢(shì)由原總學(xué)時(shí)68學(xué)時(shí)減少到40學(xué)時(shí)。基于以上兩個(gè)原因,“電力系統(tǒng)繼電保護(hù)原理”課程需要進(jìn)行改革。如何優(yōu)化繼電保護(hù)課程的教學(xué)內(nèi)容,如何通過(guò)教學(xué)方法與教學(xué)手段的改革提高教學(xué)效率和質(zhì)量,以在有限的教學(xué)時(shí)間內(nèi)既能讓學(xué)生很好地掌握電力系統(tǒng)繼電保護(hù)中重要、復(fù)雜的知識(shí)點(diǎn),又能提高學(xué)生應(yīng)用所學(xué)知識(shí)進(jìn)行綜合分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力,是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力,提升電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)人才培養(yǎng)質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)。
一、對(duì)專業(yè)課程進(jìn)行系統(tǒng)規(guī)劃,優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容
“電力系統(tǒng)繼電保護(hù)原理”課是電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)學(xué)生在大學(xué)最后一學(xué)期所學(xué)的一門綜合性很強(qiáng)的專業(yè)課,它與前期電路原理、電機(jī)學(xué)、電力系統(tǒng)分析、電力電子技術(shù)等課程聯(lián)系密切,在本專業(yè)培養(yǎng)方案中占據(jù)著重要的地位。[1]在該課程的教學(xué)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)有許多學(xué)生在學(xué)習(xí)這些前期專業(yè)課時(shí),相關(guān)知識(shí)點(diǎn)沒(méi)有掌握好,從而導(dǎo)致不能很好地理解與之相銜接的繼電保護(hù)知識(shí)。為了解決這個(gè)問(wèn)題,筆者擬采用以下辦法:先根據(jù)本專業(yè)的培養(yǎng)計(jì)劃系統(tǒng)地規(guī)劃專業(yè)課程,整理出前期與后續(xù)課程之間相互連接的部分、重復(fù)的部分,再與相關(guān)任課教師進(jìn)行交流,將聯(lián)系密切、相互影響的課程進(jìn)行優(yōu)化整合,然后對(duì)各課程教學(xué)計(jì)劃及教學(xué)大綱進(jìn)行調(diào)整,以強(qiáng)化本專業(yè)電力系統(tǒng)的系統(tǒng)觀念,完善整個(gè)課程體系,這樣可防止知識(shí)重復(fù)講授所導(dǎo)致的學(xué)生學(xué)習(xí)內(nèi)容繁多,學(xué)習(xí)“目的不明確”,系統(tǒng)感不強(qiáng);有利于減少學(xué)生的學(xué)習(xí)負(fù)擔(dān),并利于學(xué)生將專業(yè)知識(shí)與工程實(shí)際進(jìn)行結(jié)合。例如在“電機(jī)學(xué)”課中加強(qiáng)對(duì)變壓器空載、負(fù)載、短路情況下的電磁特性的講解,在“電力系統(tǒng)繼電保護(hù)原理”課中就可以更好地理解變壓器差動(dòng)保護(hù)的不平衡電流及減小不平衡電流的方法;“電力系統(tǒng)分析”課中加強(qiáng)對(duì)暫態(tài)分析部分的講解,而在“電力系統(tǒng)繼電保護(hù)原理”課程中只涉及在各種暫態(tài)情況下如何進(jìn)行保護(hù);通過(guò)在教學(xué)計(jì)劃中增加“MATLAB”課,為學(xué)生提供上機(jī)操作微機(jī)保護(hù)的機(jī)會(huì);在“發(fā)電廠電氣部分”課中增加保護(hù)裝置二次回路圖的講解內(nèi)容,以便學(xué)生可以直接讀懂繼電保護(hù)二次圖;減少或刪除同其他課程相重復(fù)的內(nèi)容,如“微機(jī)保護(hù)”中數(shù)據(jù)采集、數(shù)字濾波等內(nèi)容在“信號(hào)與系統(tǒng)”中已經(jīng)學(xué)過(guò),就不再重講;經(jīng)過(guò)以上改革,可以讓學(xué)生在有限的學(xué)時(shí)里更有效地掌握課程的相關(guān)內(nèi)容。
二、教學(xué)方法與教學(xué)手段的改革
1.“學(xué)有所用,學(xué)有所趣”,激發(fā)學(xué)生的求知欲
古語(yǔ)云:“知之者不如好之者,好之者不如樂(lè)之者?!迸d趣是最好的老師,它能夠激發(fā)學(xué)生強(qiáng)烈的求知欲望和學(xué)習(xí)熱情,直接影響學(xué)生的學(xué)習(xí)成效。因此應(yīng)首先注意提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。
(1)學(xué)有所用,用自所學(xué)。繼電保護(hù)技術(shù)是一門理論與實(shí)踐并重的綜合性很強(qiáng)的學(xué)科,而且很敏銳地反映了新技術(shù)的發(fā)展。系統(tǒng)地、有效地學(xué)習(xí)電力系統(tǒng)繼電保護(hù)對(duì)培養(yǎng)電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)研究型、創(chuàng)業(yè)型、創(chuàng)新型、應(yīng)用型、技能型等各種人才有著極為重要的作用。為了讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到這門課的重要性,就需要從第一堂課開(kāi)始精心準(zhǔn)備。教師要把繼電保護(hù)和日常生活聯(lián)系起來(lái),讓學(xué)生覺(jué)得學(xué)有所用,用自所學(xué);可以形象地把電力系統(tǒng)比作人,系統(tǒng)故障相當(dāng)于人生病,系統(tǒng)處于不正常運(yùn)行狀態(tài)相當(dāng)于人處于亞健康狀態(tài),則繼電保護(hù)就相當(dāng)于醫(yī)生,這樣,大家對(duì)繼電保護(hù)的重要性也就有所體會(huì)了。還可以多收集一些電力系統(tǒng)的事故案例、現(xiàn)場(chǎng)圖片及相關(guān)視頻,從發(fā)電廠、輸供電、用戶等多角度講授電力系統(tǒng)短路的后果,以及繼電保護(hù)拒動(dòng)或誤動(dòng)對(duì)電力系統(tǒng)和人類生產(chǎn)生活的重大影響。對(duì)人身的危害要用活生生的事例,這樣才能理論聯(lián)系實(shí)際,生動(dòng)地在電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的作用、基本原理、基本要求、工作特點(diǎn)及發(fā)展趨勢(shì)等問(wèn)題的闡述中充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極性,同時(shí)可教育學(xué)生學(xué)好專業(yè)知識(shí),培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)習(xí)態(tài)度和工作作風(fēng),避免事故發(fā)生。
(2)利用實(shí)物解說(shuō),化抽象為直觀。各式各樣的繼電器是組成電力系統(tǒng)繼電保護(hù)系統(tǒng)的基本器件,由于現(xiàn)在的生產(chǎn)實(shí)際中繼電保護(hù)技術(shù)處于“四代同堂”的狀態(tài)(即電磁型、晶體管型、集成電路型、微機(jī)型同時(shí)存在),圖1、圖2、圖3、圖4所示為部分繼電器的實(shí)物圖。在介紹繼電器的結(jié)構(gòu)、原理時(shí),教師可準(zhǔn)備電磁型、晶體管型、集成電路型、微機(jī)型繼電器實(shí)物,把這些繼電器分組發(fā)給學(xué)生,讓他們直觀了解這些元器件的外型和內(nèi)部結(jié)構(gòu),辨識(shí)它們的不同;這樣,一方面可以使學(xué)生直觀地認(rèn)識(shí)各種元器件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、外型、型號(hào),明白不管是哪種類型的繼電器,它們的繼電特性是一致的;另一方面也可以把枯燥的繼電器結(jié)構(gòu)、原理學(xué)習(xí)變得輕松愉快。
(3)利用多媒體進(jìn)行情境教學(xué)?!半娏ο到y(tǒng)繼電保護(hù)”課程相關(guān)知識(shí)比較抽象,以往采用板書教學(xué)時(shí),教師要畫圖結(jié)合圖型進(jìn)行講解,講述起來(lái)不直觀,且教師課堂工作量也大,教學(xué)效果不好。多媒體技術(shù)傳遞的信息更為豐富和形象,可以通過(guò)視頻、Flash動(dòng)畫、動(dòng)態(tài)圖片等形式,[2]為同學(xué)們營(yíng)造逼真的學(xué)習(xí)情境,從而激起學(xué)生強(qiáng)烈的學(xué)習(xí)欲望。
如講繼電保護(hù)作用這一部分內(nèi)容時(shí),可以給學(xué)生播放幾段電力系統(tǒng)發(fā)生短路、變壓器事故爆炸等的視頻,學(xué)生看了這些富有震撼力的視頻之后,會(huì)對(duì)繼電保護(hù)的作用有更深的理解和記憶,會(huì)急于知道采取哪些措施可以避免這些事故,同時(shí)也會(huì)產(chǎn)生濃厚的求知欲。在講解中性點(diǎn)非直接接地系統(tǒng)中發(fā)生單相接地時(shí)零序電流的分布時(shí),眾多的零序電流畫在圖上,學(xué)生容易弄混,而用動(dòng)畫來(lái)顯示零序電流的分布狀況就非常直觀清楚,原本抽象枯燥的知識(shí)也變得鮮活多了。
2.啟發(fā)式教學(xué),師生互動(dòng)
學(xué)生普遍感覺(jué)電力系統(tǒng)繼電保護(hù)原理課程起點(diǎn)高、綜合性強(qiáng)、難度大、較難以掌握,因?yàn)樗鼘?shí)踐性強(qiáng)但又比較抽象,而且對(duì)知識(shí)的描述與其他課程不同。如三段式電流保護(hù)是教學(xué)的重點(diǎn),其中電流Ⅰ段保護(hù)的整定定義:電流速斷保護(hù)按躲過(guò)下一條線路出口處短路的最大短路電流整定。學(xué)生很難理解這種表達(dá),單純的實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)也不能很好地解決這個(gè)問(wèn)題。這時(shí)教師可以根據(jù)學(xué)生的認(rèn)知困惑和沖突來(lái)創(chuàng)設(shè)問(wèn)題,最大限度地調(diào)動(dòng)學(xué)生的思維積極性;[3]在師生互動(dòng)的過(guò)程中,可提出一個(gè)啟發(fā)式的問(wèn)題,引導(dǎo)學(xué)生思考和解決問(wèn)題,例如“電流速斷保護(hù)能否保護(hù)線路全長(zhǎng)”,鼓勵(lì)學(xué)生討論并回答。學(xué)生最初的考慮大都認(rèn)為:能夠。再進(jìn)一步問(wèn):“如果能夠,則在本線路末端短路與下一條線路出口處短路時(shí),本線路和相鄰線路保護(hù)的動(dòng)作情況是否滿足‘繼電保護(hù)四性的要求?”這時(shí)學(xué)生往往會(huì)發(fā)現(xiàn)保護(hù)動(dòng)作情況有違“選擇性”要求,前面回答錯(cuò)誤。然后再引導(dǎo)出下一個(gè)問(wèn)題,如:當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行方式變化時(shí),對(duì)電流速斷保護(hù)的影響,保護(hù)范圍能否確定?在層層推進(jìn)的設(shè)問(wèn)中使學(xué)生自然而然地理解了保護(hù)的整定定義,培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新思維和對(duì)知識(shí)的深刻理解。
3.實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)的改革
“電力系統(tǒng)繼電保護(hù)原理”是理論與實(shí)踐并重的一門課程,通過(guò)開(kāi)展實(shí)驗(yàn)來(lái)對(duì)學(xué)生進(jìn)行繼電保護(hù)專業(yè)技能的訓(xùn)練,培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維和動(dòng)手能力。
實(shí)驗(yàn)教學(xué)是高校人才培養(yǎng)體系的重要組成部分,是課堂理論教學(xué)的驗(yàn)證,是將知識(shí)轉(zhuǎn)化為能力,基礎(chǔ)理論與先進(jìn)技術(shù)相銜接的橋梁,是學(xué)生實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力培養(yǎng)的必需環(huán)節(jié)。因課時(shí)有限,“電力系統(tǒng)繼電保護(hù)”實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)目前只開(kāi)設(shè)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)(繼電器特性測(cè)試實(shí)驗(yàn))和綜合性實(shí)驗(yàn)(常規(guī)電流速斷保護(hù)和電流電壓聯(lián)鎖速斷保護(hù)實(shí)驗(yàn))各一個(gè)。實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)教學(xué)改革的目標(biāo)是根據(jù)現(xiàn)代教育理念和當(dāng)前實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革總體思路,即“實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)與前沿、經(jīng)典與現(xiàn)代的有機(jī)結(jié)合,改造傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)技術(shù)方法,加強(qiáng)綜合性、設(shè)計(jì)性和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)”。通過(guò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革,培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力和創(chuàng)新精神,為他們以后的職業(yè)生涯打下良好的基礎(chǔ)。如:在指導(dǎo)學(xué)生做繼電器特性測(cè)試實(shí)驗(yàn)時(shí),筆者會(huì)要求學(xué)生分析他們的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和結(jié)果,做到知其然并知其所以然;并會(huì)設(shè)問(wèn)“如果有些實(shí)驗(yàn)內(nèi)容中整定值、整定時(shí)間等變動(dòng)會(huì)出現(xiàn)什么現(xiàn)象”,以使學(xué)生對(duì)所學(xué)理論有一個(gè)更深的理解和認(rèn)識(shí)。在做常規(guī)電流速斷保護(hù)和電流電壓聯(lián)鎖速斷保護(hù)綜合性實(shí)驗(yàn)時(shí)筆者一般會(huì)提前一個(gè)周以作業(yè)形式安排學(xué)生先做好電流速斷保護(hù)和電流電壓聯(lián)鎖速斷保護(hù)整定計(jì)算,并根據(jù)自己所學(xué)知識(shí)設(shè)計(jì)相應(yīng)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,以培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力和創(chuàng)新研究能力。另外,我校的TQXDB-III多功能繼電保護(hù)實(shí)驗(yàn)培訓(xùn)系統(tǒng)可以做30個(gè)實(shí)驗(yàn),除了所開(kāi)設(shè)的兩個(gè)必做實(shí)驗(yàn),余下的實(shí)驗(yàn)可以作為開(kāi)放實(shí)驗(yàn),鼓勵(lì)學(xué)生利用課余進(jìn)行。這樣才能充分發(fā)揮實(shí)驗(yàn)室資源效益,為學(xué)生提供實(shí)踐鍛煉的空間和環(huán)境,給予學(xué)生選擇、參與、實(shí)踐、創(chuàng)新、創(chuàng)業(yè)的機(jī)會(huì)和條件。
三、結(jié)束語(yǔ)
“電力系統(tǒng)繼電保護(hù)原理”是電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)一門理論和實(shí)踐并重,綜合性強(qiáng)的主干專業(yè)課程。本文以該課程為例探索本專業(yè)的專業(yè)課程緊密結(jié)合現(xiàn)代電力系統(tǒng)實(shí)際,積極改革教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段和教學(xué)方法,對(duì)課程進(jìn)行整合和規(guī)劃的方法,以激發(fā)學(xué)生的求知欲,變被動(dòng)學(xué)習(xí)為主動(dòng)學(xué)習(xí),從而提高課堂教學(xué)效果,更好為國(guó)家培養(yǎng)出具有寬口徑、厚基礎(chǔ)電氣專業(yè)創(chuàng)新、創(chuàng)業(yè)復(fù)合型人才。
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(責(zé)任編輯:王意琴)