提升學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力的電氣專業(yè)課程教學(xué)改革探索

趙宇紅?盛義發(fā)?曾鐵軍

摘要：以電氣工程及其自動化專業(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，針對課程課時(shí)少，時(shí)間緊的問題，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)

作者簡介：趙宇紅（1973-），女，湖南邵陽人，南華大學(xué)電氣工程學(xué)院，副教授；盛義發(fā)（1973-），男，湖南衡陽人，南華大學(xué)電氣工程學(xué)院，教授。（湖南 衡陽 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：XJK013CGD111）、南華大學(xué)研究生教改課題（課題編號：2013JG007）的研究成果。

中圖分類號：642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：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化專業(yè)一門很重要的主干專業(yè)課，近些年來，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)改革的形勢由原總學(xué)時(shí)68學(xué)時(shí)減少到40學(xué)時(shí)?；谝陨蟽蓚€(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)雜的知識點(diǎn)，又能提高學(xué)生應(yīng)用所學(xué)知識進(jìn)行綜合分析問題、解決問題的能力，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化專業(yè)人才培養(yǎng)質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)。

一、對專業(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)知識點(diǎn)沒有掌握好，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。為了解決這個(gè)問題，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；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“信號與系統(tǒng)”中已經(jīng)學(xué)過，就不再重講；經(jīng)過以上改革，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

古語云：“知之者不如好之者，好之者不如樂之者?！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)對培養(yǎng)電氣工程及其自動化專業(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)識到這門課的重要性，就需要從第一堂課開始精心準(zhǔn)備。教師要把繼電保護(hù)和日常生活聯(lián)系起來，讓學(xué)生覺得學(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，大家對繼電保護(hù)的重要性也就有所體會了。還可以多收集一些電力系統(tǒng)的事故案例、現(xiàn)場圖片及相關(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)拒動或誤動對電力系統(tǒng)和人類生產(chǎn)生活的重大影響。對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)展趨勢等問題的闡述中充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和積極性，同時(shí)可教育學(xué)生學(xué)好專業(yè)知識，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，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)，辨識它們的不同；這樣，一方面可以使學(xué)生直觀地認(rèn)識各種元器件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、外型、型號，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，可以通過視頻、Flash動畫、動態(tài)圖片等形式，[2]為同學(xué)們營造逼真的學(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，會對繼電保護(hù)的作用有更深的理解和記憶，會急于知道采取哪些措施可以避免這些事故，同時(shí)也會產(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，而用動畫來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也變得鮮活多了。

2.啟發(fā)式教學(xué)，師生互動

學(xué)生普遍感覺電力系統(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，而且對知識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)問題。這時(shí)教師可以根據(jù)學(xué)生的認(rèn)知困惑和沖突來創(chuàng)設(shè)問題，最大限度地調(diào)動學(xué)生的思維積極性；[3]在師生互動的過程中，可提出一個(gè)啟發(fā)式的問題，引導(dǎo)學(xué)生思考和解決問題，例如“電流速斷保護(hù)能否保護(hù)線路全長”，鼓勵學(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：“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)生往往會發(fā)現(xiàn)保護(hù)動作情況有違“選擇性”要求，前面回答錯誤。然后再引導(dǎo)出下一個(gè)問題，如：當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行方式變化時(shí)，對電流速斷保護(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)新思維和對知識的深刻理解。

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，通過開展實(shí)驗(yàn)來對學(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)目前只開設(shè)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)（繼電器特性測試實(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)”。通過實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革，培養(yǎng)學(xué)生的動手能力和創(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)生做繼電器特性測試實(shí)驗(yàn)時(shí)，筆者會要求學(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；并會設(shè)問“如果有些實(shí)驗(yàn)內(nèi)容中整定值、整定時(shí)間等變動會出現(xiàn)什么現(xiàn)象”，以使學(xué)生對所學(xué)理論有一個(gè)更深的理解和認(rèn)識。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)，除了所開設(shè)的兩個(gè)必做實(shí)驗(yàn)，余下的實(shí)驗(yàn)可以作為開放實(shí)驗(yàn)，鼓勵學(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)會和條件。

三、結(jié)束語

“電力系統(tǒng)繼電保護(hù)原理”是電氣工程及其自動化專業(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，變被動學(xué)習(xí)為主動學(xué)習(xí)，從而提高課堂教學(xué)效果，更好為國家培養(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。

參考文獻(xiàn)：

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（責(zé)任編輯：王意琴）