程剛 焦尚彬 劉涵 李生民 孫旭霞

摘 要：《電力系統(tǒng)繼電保護(hù)》是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，文章基于學(xué)校新建的圖形可編程繼電保護(hù)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，從實(shí)驗(yàn)教學(xué)理念、內(nèi)容設(shè)計(jì)、教學(xué)手段等三個(gè)方面展開了探索與改進(jìn)，旨在培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維能力和實(shí)踐應(yīng)用能力，并在教學(xué)中取得了良好的效果。

關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng);繼電保護(hù);實(shí)驗(yàn)教學(xué);教學(xué)改革

中圖分類號(hào)：G642? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1673-8454（2019）08-0046-04

《電力系統(tǒng)繼電保護(hù)》是一門與實(shí)際聯(lián)系密切，綜合性、實(shí)踐性非常強(qiáng)的專業(yè)課程，因此，實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)顯得尤為重要，不僅是溝通課堂教學(xué)與工程實(shí)踐的橋梁，也是將理論知識(shí)轉(zhuǎn)換為實(shí)踐能力的紐帶 [1-6]。實(shí)驗(yàn)中心結(jié)合自主建設(shè)的圖形可編程繼電保護(hù)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，開發(fā)探索新型實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，提出 “一主三輔”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)指導(dǎo)思想，即以培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維和實(shí)踐能力為主體，輔以先進(jìn)的硬件實(shí)驗(yàn)資源、漸進(jìn)式實(shí)驗(yàn)內(nèi)容體系以及創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段，三位一體軟硬結(jié)合，全面提升學(xué)生綜合實(shí)踐能力，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣[7，8]。

一、目前存在的問題

1.實(shí)驗(yàn)硬件資源落后

當(dāng)前電力系統(tǒng)繼電保護(hù)技術(shù)已全面進(jìn)入微機(jī)保護(hù)時(shí)代，然而一些院校仍然進(jìn)行傳統(tǒng)的模擬式繼電保護(hù)實(shí)驗(yàn)，與工程實(shí)踐嚴(yán)重脫節(jié)，重理論輕實(shí)踐，不利于培養(yǎng)新工科背景下的應(yīng)用型人才。當(dāng)然，也有很多院校新建微機(jī)保護(hù)實(shí)驗(yàn)室，采用先進(jìn)的繼電保護(hù)設(shè)備，但隨即帶來的問題是學(xué)生面對(duì)新型繼電保護(hù)實(shí)驗(yàn)柜，多以驗(yàn)證性、觀察性實(shí)驗(yàn)為主，因?yàn)槎鄶?shù)實(shí)驗(yàn)保護(hù)程序都是寫好集成在保護(hù)裝置中隨用即可，這樣就大大降低了學(xué)生實(shí)踐動(dòng)手環(huán)節(jié)，起不到培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維和實(shí)踐能力的效果。只有從根本上解決這個(gè)問題，才可以談后續(xù)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的改革，否則實(shí)驗(yàn)硬件資源跟不上，不管怎么變革都是治標(biāo)不治本[9]。

2.實(shí)驗(yàn)教學(xué)理念落后

隨著我國新工科改革序幕的拉開以及《華盛頓協(xié)議》的正式加入，人才培養(yǎng)的模式也悄然發(fā)生改變，應(yīng)加大對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的投入，改變傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)理念。而多數(shù)院校仍然以傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式為主，教師講學(xué)生做，最后交一份實(shí)驗(yàn)報(bào)告，期間學(xué)生是否真正去主觀思考完成實(shí)踐，還是被動(dòng)完成任務(wù)敷衍了事，無從考查。因此，應(yīng)當(dāng)順應(yīng)當(dāng)前工程人才培養(yǎng)的趨勢，摒棄舊的實(shí)驗(yàn)教學(xué)理念，緊跟時(shí)代潮流[10，11]。

3.實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段落后

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的興盛，“互聯(lián)網(wǎng)+”已經(jīng)無處不在，而傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段還是相對(duì)比較單一落后，因此，應(yīng)當(dāng)充分利用新技術(shù)帶來的福利，更好地服務(wù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，采用多種渠道和學(xué)生交流互動(dòng)，提高學(xué)習(xí)效率[12]。

二、實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的改進(jìn)

實(shí)驗(yàn)中心教師通過走訪調(diào)研和自身摸索，在繼電保護(hù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)領(lǐng)域做了一些創(chuàng)新性改進(jìn)，提出了“一主三輔”實(shí)驗(yàn)教學(xué)的指導(dǎo)思想，旨在培養(yǎng)新形式下復(fù)合型工程人才。

1.設(shè)計(jì)創(chuàng)新型圖形可編程實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

如何既能保持傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)設(shè)備便于學(xué)生直觀理解繼電保護(hù)原理的優(yōu)勢，同時(shí)緊跟當(dāng)前工程實(shí)際的主流，采用新型繼電保護(hù)裝置，讓學(xué)生上手操作多實(shí)踐，避免簡單的觀察性、驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)。

鑒于此，中心設(shè)計(jì)的創(chuàng)新型圖形可編程實(shí)驗(yàn)平臺(tái)（見圖1）采用了工業(yè)級(jí)繼電保護(hù)裝置M7D，其特點(diǎn)是編程接口完全對(duì)學(xué)生開放，采用圖形化邏輯編程（見圖2）簡單易學(xué)。學(xué)生可根據(jù)所學(xué)繼電保護(hù)原理知識(shí)，針對(duì)不同實(shí)驗(yàn)自行編寫相應(yīng)繼電保護(hù)程序，靈活度高、實(shí)踐性強(qiáng)，利于培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新性思維和實(shí)踐工程能力。

2.更新繼電保護(hù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)理念

基于新型實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，改變傳統(tǒng)繼電保護(hù)實(shí)驗(yàn)授課模式，提出工程項(xiàng)目模式的實(shí)驗(yàn)教學(xué)理念，即學(xué)生自行組成項(xiàng)目小組，把每次實(shí)驗(yàn)當(dāng)成一個(gè)工程項(xiàng)目，從讀懂圖紙、硬件接線、軟件編程、上位設(shè)計(jì)、通訊調(diào)試、系統(tǒng)聯(lián)調(diào)等各個(gè)方面，全方位地培養(yǎng)學(xué)生工程實(shí)踐能力，同時(shí)建立合理的考核機(jī)制，激發(fā)學(xué)生的熱情和創(chuàng)新能力。下面，筆者以三段式電流保護(hù)工程項(xiàng)目為例進(jìn)行詳細(xì)說明。

（1） 熟悉裝置，讀懂圖紙。讀懂電氣圖紙是一名工程師最基本的素養(yǎng)，也是其必備能力。在工程項(xiàng)目實(shí)施前，必須要充分了解其內(nèi)部原理和結(jié)構(gòu)構(gòu)造，才能保證項(xiàng)目有序地開展。其可分為三個(gè)步驟：①如圖3所示，給出了保護(hù)裝置的背板端子圖，這樣就可使學(xué)生對(duì)裝置有一個(gè)總的概念，明白各端子的含義和接線方式，比較直觀;②給出實(shí)驗(yàn)平臺(tái)線路保護(hù)電氣接線圖集，其中圖4為電氣接線圖部分圖紙。學(xué)生通過識(shí)圖，充分了解其內(nèi)部電氣接線，起到追本溯源的效果;③理論與實(shí)際相結(jié)合，結(jié)合圖紙與實(shí)物裝置，如圖5所示，加深學(xué)生印象，便于學(xué)生對(duì)繼電保護(hù)控制柜有直觀認(rèn)識(shí)，快速步入實(shí)戰(zhàn)狀態(tài)。

（2）編寫下位保護(hù)程序，設(shè)計(jì)上位監(jiān)控界面。本部分主要是軟件編程和上位組態(tài)，分兩個(gè)步驟：①學(xué)生根據(jù)三段式電流保護(hù)原理，編寫保護(hù)程序并下載至保護(hù)裝置中。②設(shè)計(jì)上位監(jiān)控界面，如圖6所示，利用保護(hù)裝置自帶的485通訊口，進(jìn)行上下位通信調(diào)試，形成一個(gè)完整的工業(yè)自動(dòng)化閉環(huán)控制系統(tǒng)。

（3）項(xiàng)目匯報(bào)，評(píng)價(jià)考核。每個(gè)項(xiàng)目組完成項(xiàng)目后，采取項(xiàng)目匯報(bào)的形式，向所有師生演講答辯，闡述項(xiàng)目實(shí)施過程及所遇到的問題、解決方案等?？己嗽u(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)分為兩部分：一部分由課程組教師給出，占考核總分的80%，嚴(yán)格遵照表1的考核矩陣客觀公正地給出評(píng)價(jià);另一部分由學(xué)生互評(píng)，占考核總分的20%，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生積極性，既是參與者也是評(píng)價(jià)者，取人之長，補(bǔ)己之短。

3.探索新型實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段

在當(dāng)前“互聯(lián)網(wǎng)+”的大背景下，課程組教師在實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段上推陳出新，不拘束于傳統(tǒng)單一的實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段，體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1）建立群組，及時(shí)互聯(lián)。每個(gè)項(xiàng)目組建立微信、QQ群，可及時(shí)與教師溝通，匯報(bào)項(xiàng)目進(jìn)展，咨詢相關(guān)技術(shù)問題，反過來教師也能實(shí)時(shí)掌握項(xiàng)目進(jìn)度予以適當(dāng)指導(dǎo)，增進(jìn)師生之間的互動(dòng)性，確保學(xué)生真正學(xué)到東西，而不是得過且過、敷衍了事。

（2）利用平臺(tái)，科學(xué)管理。合理利用學(xué)校的實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)平臺(tái)，如圖7所示，學(xué)生可以預(yù)約開放實(shí)驗(yàn)室，這樣教學(xué)手段更加靈活，為學(xué)生提供了一個(gè)非常便利的平臺(tái)，不僅可以做一些基礎(chǔ)類實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，也可以做一些創(chuàng)新性、綜合性實(shí)驗(yàn)，同時(shí)也可以跟隨教師做一些科研方面的實(shí)驗(yàn)，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力有很大的幫助。

（3）錄制視頻，網(wǎng)上學(xué)習(xí)。隨著MOOC、微課的興起，課程組教師也正在籌備錄制基于新型圖形可編程實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的微課視頻，這樣方便了學(xué)生提前預(yù)習(xí)或上課沒聽懂的地方，線下可看視頻學(xué)習(xí)，慢慢咀嚼消化，提高學(xué)生學(xué)習(xí)效率，打破了時(shí)間和空間的限制，實(shí)現(xiàn)了隨時(shí)隨地都是課堂[13-15]。

4.合理規(guī)劃實(shí)驗(yàn)內(nèi)容體系

在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容體系規(guī)劃方面，堅(jiān)持以工程項(xiàng)目形式為載體，本著實(shí)驗(yàn)難度遞進(jìn)式增長的思路，教師在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容安排方面依次是：基礎(chǔ)類實(shí)驗(yàn)—提高類實(shí)驗(yàn)—綜合類實(shí)驗(yàn)（見表2）。每類實(shí)驗(yàn)有多個(gè)選題，項(xiàng)目組成員可根據(jù)自身情況選擇題目，通過這種體系安排，遵循由淺入深的基本原則，一方面提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，幫助其快速入門;另一方面，學(xué)生的思維能力、實(shí)踐能力也在這個(gè)過程中逐漸提升。

新工科背景下，各大院校都在積極響應(yīng)國家號(hào)召，以培養(yǎng)創(chuàng)新型、實(shí)踐型人才為目標(biāo)，加大改革力度、加快創(chuàng)新步伐，尤其在實(shí)驗(yàn)教學(xué)方面，是培養(yǎng)學(xué)生綜合實(shí)踐能力的重要環(huán)節(jié)。學(xué)校在繼電保護(hù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)領(lǐng)域，積極探索合適的實(shí)驗(yàn)教學(xué)道路，遵循“一主三輔”的指導(dǎo)思想，通過設(shè)計(jì)合理的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容體系、新穎的教學(xué)模式以及科學(xué)的評(píng)價(jià)機(jī)制，有效地訓(xùn)練了學(xué)生思考能力、實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力以及解決復(fù)雜工程問題的能力，培養(yǎng)符合社會(huì)需求的高素質(zhì)人才。

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