“高壓直流輸電”課程工程案例教學(xué)實(shí)踐

賈春娟，張衛(wèi)星，王廣柱，梁 軍，李可軍

(山東大學(xué) 電氣工程學(xué)院，山東 濟(jì)南250061)

直流輸電的發(fā)展已經(jīng)有100 多年歷史，全世界目前有近80 項(xiàng)實(shí)際直流輸電工程。我國(guó)直流輸電雖起步較晚，但已建成的工程也有10 多個(gè)，目前還有多個(gè)特高壓直流輸電工程項(xiàng)目正在建設(shè)中。

為了適應(yīng)行業(yè)的發(fā)展，我院增設(shè)了“高壓直流輸電”這門(mén)課程，作為電力電子專業(yè)方向的必修課，同時(shí)探索工程案例教學(xué)方法，研究如何結(jié)合高壓直流輸電工程實(shí)際，進(jìn)行教學(xué)實(shí)踐探索。

1 工程案例教學(xué)法

1.1 案例教學(xué)的創(chuàng)立及推廣

案例教學(xué)法始于1870年，由美國(guó)哈佛大學(xué)法學(xué)院院長(zhǎng)蘭德?tīng)?C C. langdell )首創(chuàng)。它最初運(yùn)用在法學(xué)教學(xué)領(lǐng)域里，主要以判決的案件作為教材，在教師的指導(dǎo)之下，讓學(xué)生運(yùn)用掌握的理論知識(shí)，分析思考和討論案件中的各種疑難情節(jié)，逐步形成具有各自特點(diǎn)的處理法案。案例教學(xué)法在1910年被哈佛醫(yī)學(xué)院引入，對(duì)傳統(tǒng)的醫(yī)學(xué)教學(xué)進(jìn)行改革。先是采用臨床實(shí)踐和臨床病理學(xué)會(huì)議兩種案例教學(xué)，后被廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。

由于哈佛法學(xué)院和醫(yī)學(xué)院案例教學(xué)的成功實(shí)踐，哈佛商學(xué)院，于1921年也正式推行了案例教學(xué)。正是經(jīng)過(guò)其完善推廣，案例教學(xué)才真正從哈佛大學(xué)走向世界，并在世界范圍內(nèi)產(chǎn)生了廣泛的影響［1-3］。

我國(guó)的案例教學(xué)也有20 多年歷史，對(duì)我國(guó)高校教育思想和教學(xué)方法的全面改革有著重要啟示和推動(dòng)作用。目前，國(guó)內(nèi)這方面還處于理論與實(shí)踐的探索階段。工程案例教學(xué)法是案例教學(xué)在工作領(lǐng)域里的推廣是將發(fā)生于工程實(shí)踐中的客觀事實(shí)，經(jīng)過(guò)文字、數(shù)據(jù)、圖表和動(dòng)畫(huà)等方式進(jìn)行概括和整理，形成可用于課堂交流或探討的案例材料［4］。

案例教學(xué)法在工程教育方面的應(yīng)用，尚屬起步階段。將案例教學(xué)應(yīng)用于“高壓直流輸電”課程還是一個(gè)全新的嘗試。

2 “高壓直流輸電”工程案例教學(xué)法

實(shí)施工程案例教學(xué)，一方面要以研究的問(wèn)題為中心，以學(xué)習(xí)掌握分析、解決問(wèn)題的方法為目標(biāo)，引導(dǎo)學(xué)生針對(duì)某一具體工程背景，學(xué)習(xí)、研究如何綜合運(yùn)用多學(xué)科的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)去分析和解決問(wèn)題。另一方面教學(xué)中要以學(xué)生為主體，通過(guò)學(xué)生自主地閱讀、了解、思考案例，自主地討論、交流、研究案例，從而使他們獲得認(rèn)識(shí)、分析、解決問(wèn)題的思路、方法和能力，教師在其中起到組織和引導(dǎo)的作用。

2.1 實(shí)施方法

高壓直流輸電是電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的大規(guī)模應(yīng)用，該課程的教學(xué)與實(shí)際的高壓直流輸電工程關(guān)系密切。筆者以該課程為例，說(shuō)明工程案例教學(xué)的實(shí)施方法。

(1)案例應(yīng)該以點(diǎn)帶面

“高壓直流輸電”課程教學(xué)實(shí)踐過(guò)程中，案例的選擇應(yīng)該針對(duì)章節(jié)或?qū)ｎ}，將該部分中的各個(gè)知識(shí)點(diǎn)貫穿起來(lái)，不宜分得過(guò)細(xì)，選用的工程案例要有相對(duì)完整性。

(2)案例教學(xué)需貫穿始終

實(shí)際選擇工程案例時(shí)，應(yīng)該以一個(gè)典型的工程案例為主線，貫穿始終，給學(xué)生一個(gè)相對(duì)完整的工程訓(xùn)練。

(3)學(xué)生分組相對(duì)固定

學(xué)生分組討論和集中交流是案例教學(xué)過(guò)程中非常重要的組織形式。在對(duì)學(xué)生進(jìn)行分組時(shí)，各分組成員應(yīng)該相對(duì)固定。

(4)各分組人數(shù)與案例多少結(jié)合

每個(gè)分組的人數(shù)多少應(yīng)該與案例教學(xué)中選取案例的多少相配合，這樣每次分組報(bào)告時(shí)，可以由分組中各成員來(lái)?yè)?dān)當(dāng)，使得每個(gè)成員都有做報(bào)告的機(jī)會(huì)。這樣便于大家的參與，也方便教師考評(píng)成績(jī)。

2.2 案例的選擇與設(shè)計(jì)

筆者在案例教學(xué)課程教改的探索中，主要選擇了以下幾個(gè)工程案例，結(jié)合到課程教學(xué)中。

(1)換流變壓器設(shè)計(jì)及參數(shù)選擇

從換流變壓器的作用開(kāi)始，引入變壓器的參數(shù)如何選擇問(wèn)題，結(jié)合三峽—常州直流輸電工程實(shí)例，引導(dǎo)學(xué)生掌握換流變壓器設(shè)計(jì)及參數(shù)計(jì)算的方法和過(guò)程，通過(guò)實(shí)際案例中的數(shù)據(jù)，反映理論公式在實(shí)際中的應(yīng)用。

(2)平波電抗器設(shè)計(jì)及參數(shù)選擇

從平波電抗的作用，引出平波電抗器參數(shù)的確定原則，結(jié)合葛洲壩-上海直流輸電工程中平波電抗器的實(shí)例，引導(dǎo)學(xué)生分別從限制故障電流上升率、平抑直流電流的紋波、防止直流側(cè)低負(fù)荷時(shí)電流斷續(xù)等幾個(gè)方面，結(jié)合相關(guān)理論計(jì)算公式，進(jìn)行實(shí)際平波電抗器設(shè)計(jì)，并啟發(fā)學(xué)生思考工程實(shí)際中平波電抗器參數(shù)選取時(shí)，需要考慮的哪些實(shí)際問(wèn)題等。

(3)無(wú)功補(bǔ)償與交流側(cè)濾波器設(shè)計(jì)

結(jié)合直流輸電原理，引入交流系統(tǒng)的無(wú)功與諧波問(wèn)題，在相關(guān)理論知識(shí)介紹之后，以葛洲壩—上海直流輸電工程案例，進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償與交流側(cè)濾波器實(shí)例設(shè)計(jì)，加深理論知識(shí)的理解，建立工程理念。

(4)直流輸電工程整體方案設(shè)計(jì)

整體方案設(shè)計(jì)是在課程內(nèi)容基本完成之后，作為一個(gè)整體用來(lái)將各章節(jié)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行關(guān)聯(lián)，并結(jié)合具體直流輸電工程方案的案例。實(shí)踐過(guò)程中，筆者采用向家壩—上海的±800kV 特高壓直流輸電示范工程項(xiàng)目的成套設(shè)計(jì)技術(shù)方案作為案例［5］。

3 案例教學(xué)實(shí)例

(1)問(wèn)題引出:利用多媒體向?qū)W生展示作為案例的葛洲壩—上海直流輸電工程概況，引出該實(shí)際工程的諧波抑制與無(wú)功補(bǔ)償問(wèn)題。

(2)建立工程量級(jí)概念:根據(jù)葛洲壩—上海直流工程相應(yīng)的交流濾波器以及無(wú)功補(bǔ)償裝置的工程數(shù)據(jù)，建立工程量級(jí)的概念。

(3)構(gòu)建理論知識(shí)體系:以課堂理論教學(xué)方式，介紹換流站交流側(cè)的特征諧波、非特征諧波概念和數(shù)量關(guān)系，介紹直流輸電工程無(wú)功消耗的工程計(jì)算方法、無(wú)功分組容量計(jì)算、濾波器特性及設(shè)計(jì)方法等，形成完整的知識(shí)架構(gòu)。

(4)工程案例分析與設(shè)計(jì):學(xué)生通過(guò)分組收集資料，研究不同的直流輸電工程實(shí)例，如向家壩—上海的±800kV 直流工程、三峽—常州±500kV 直流工程等。學(xué)生在對(duì)理論知識(shí)進(jìn)行加深理解和綜合運(yùn)用的基礎(chǔ)上，各個(gè)分組撰寫(xiě)關(guān)于工程案例的交流濾波器設(shè)計(jì)分析報(bào)告。

(5)課堂交流討論:每個(gè)分組指派一名學(xué)生進(jìn)行案例設(shè)計(jì)介紹，并回答其他分組學(xué)生的問(wèn)題。

(6)教師點(diǎn)評(píng):教師的點(diǎn)評(píng)主要分兩部分，一部分要穿插在學(xué)生分組討論中，以提問(wèn)的方式對(duì)課堂討論進(jìn)行適當(dāng)引導(dǎo);另一部分是在每個(gè)分組報(bào)告結(jié)束時(shí)，給出適當(dāng)?shù)木C合評(píng)價(jià)［6］。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)筆者對(duì)“高壓直流輸電”課程工程案例教學(xué)方法幾年的探索實(shí)踐，主要有以下三點(diǎn)體會(huì):

(1)案例教學(xué)應(yīng)當(dāng)配合理論教學(xué)展開(kāi)。案例教學(xué)要以理論教學(xué)為前提和基礎(chǔ)，在實(shí)施案例教學(xué)之初，教師要簡(jiǎn)明扼要地告訴學(xué)生案例分析涉及的有關(guān)理論知識(shí)、引導(dǎo)學(xué)生依據(jù)理論建立分析框架。

(2)引導(dǎo)學(xué)生轉(zhuǎn)變觀念，增強(qiáng)學(xué)生溝通能力和討論的技巧。鼓勵(lì)學(xué)生集思廣益，取長(zhǎng)補(bǔ)短，從而篩選出完美的方案。

(3)教師點(diǎn)評(píng)要把握底線，要善于捕捉學(xué)生發(fā)言的亮點(diǎn)，同時(shí)也要基于對(duì)學(xué)生觀點(diǎn)的歸納、綜合和引伸，從實(shí)際聯(lián)系理論的角度加以點(diǎn)評(píng)，以幫助學(xué)生提高分析和判斷能力，并將討論引向縱深。

工程案例教學(xué)方法讓學(xué)生在課堂上解讀實(shí)際工程，激發(fā)學(xué)生積極參與的興趣。通過(guò)實(shí)施，充分提升工程教學(xué)理念。探索新的高等工程教育模式，在提倡科技創(chuàng)新、素質(zhì)教育的環(huán)境下，很有推廣價(jià)值。

［1］ 黃清.案例教學(xué)在移動(dòng)通訊課程中應(yīng)用與思考［J］.南京:電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)，2009(9):18-20

［2］ 楊光富，張宏菊. 案例教學(xué):從哈佛走向世界--案例教學(xué)發(fā)展歷史研究［J］. 上海:外國(guó)中小學(xué)教育，2008 (6):1-5

［3］ 郭忠興. 案例教學(xué)過(guò)程優(yōu)化研究［J］. 北京:中國(guó)大學(xué)教學(xué)，2010(1):59-61

［4］ 歐儉平，馬愛(ài)純，蔣紹堅(jiān). 工程案例教學(xué)法在熱能與動(dòng)力工程專業(yè)課教學(xué)改革中的實(shí)踐［J］.南寧:高教論壇，2006，10(5):131 -132

［5］ 劉振亞. 特高壓直流輸電研究成果專輯(2007年)［M］.北京:中國(guó)電力出版社，2008

［6］ 朱厲欣. 對(duì)工程案例教學(xué)環(huán)節(jié)的構(gòu)想［J］. 長(zhǎng)沙:湖南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2008，8(4):142-144