電力工程基礎(chǔ)課程多元化教學(xué)改革與實(shí)踐

林 健 溫秀蘭 萬 其 王建紅

南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院 江蘇南京 211167

1 電力工程基礎(chǔ)課程特點(diǎn)與存在問題

自動(dòng)化專業(yè)偏向于弱電領(lǐng)域，電力工程基礎(chǔ)課程是該專業(yè)唯一一門涉及強(qiáng)電的專業(yè)課程，是引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)入電力工程知識(shí)領(lǐng)域的基礎(chǔ)課程，其教學(xué)效果直接影響到學(xué)生能否具備最基本的電力工程知識(shí)，因此學(xué)好該課程對(duì)于拓寬自動(dòng)化專業(yè)學(xué)生的技術(shù)視野具有重要意義。該課程具有實(shí)踐性強(qiáng)、內(nèi)容繁雜、知識(shí)更新快的特點(diǎn)，如果在課堂上無法讓學(xué)生打下扎實(shí)的電力工程知識(shí)基礎(chǔ)，學(xué)生將來進(jìn)入電力自動(dòng)化相關(guān)行業(yè)將失去應(yīng)有的競爭力，因此提高電力工程基礎(chǔ)的課堂教學(xué)實(shí)效勢(shì)在必行[1-3]。

電力工程基礎(chǔ)課程介紹了電力工程領(lǐng)域大量概念、規(guī)程與計(jì)算方法，有的章節(jié)一旦展開實(shí)際上是一門電力專業(yè)課[4]。因此教好與學(xué)好這門課有一定難度。

當(dāng)前該課程教學(xué)主要存在如下問題。

1.1 課時(shí)少與內(nèi)容多的矛盾

作為一門綜合電力工程知識(shí)的專業(yè)課，內(nèi)容繁多，而且隨著電力技術(shù)的快速發(fā)展，該課程知識(shí)不斷更新。該課程不是自動(dòng)化主干課程，學(xué)時(shí)少，不設(shè)實(shí)驗(yàn)，因此要想在有限的課堂教學(xué)時(shí)間內(nèi)讓學(xué)生全面掌握扎實(shí)的電力工程基礎(chǔ)知識(shí)、具備基本的供電設(shè)計(jì)能力必須采取有效措施提高教學(xué)效率。

1.2 知識(shí)分散與系統(tǒng)應(yīng)用的矛盾

該課程內(nèi)容涉及供電系統(tǒng)的方方面面，知識(shí)點(diǎn)比較瑣碎，章節(jié)之間的邏輯聯(lián)系較弱，一直以來，學(xué)生對(duì)工廠供電的學(xué)習(xí)體會(huì)是單個(gè)的知識(shí)點(diǎn)較易掌握，但要將所學(xué)知識(shí)聯(lián)系起來運(yùn)用于實(shí)際卻很困難，對(duì)知識(shí)的掌握僅僅停留在孤立的概念性理解、公式的簡單套用上，缺乏對(duì)知識(shí)內(nèi)在聯(lián)系的發(fā)現(xiàn)及綜合運(yùn)用能力。

1.3 教材內(nèi)容與新技術(shù)發(fā)展的矛盾

教材內(nèi)容更新的速度跟不上新設(shè)備、新技術(shù)的發(fā)展步伐，如現(xiàn)在教材里對(duì)繼電保護(hù)的介紹仍然以電磁式繼電器為主，而現(xiàn)在已是數(shù)字保護(hù)的時(shí)代，所以如何讓學(xué)生能及時(shí)接收到最新有用的知識(shí)是該課程必須解決的問題。

2 電力工程基礎(chǔ)課程教學(xué)改革措施

本次改革在對(duì)原教學(xué)內(nèi)容分析研究的基礎(chǔ)上，對(duì)本門課的教學(xué)體系進(jìn)行改造，采用理論與實(shí)踐相結(jié)合、課內(nèi)課外相結(jié)合的多元化教學(xué)方法[5-7]幫助學(xué)生建立系統(tǒng)的電力工程知識(shí)體系，將繁雜的知識(shí)轉(zhuǎn)化為學(xué)生供電設(shè)計(jì)的應(yīng)用能力，提高自動(dòng)化專業(yè)學(xué)生在電力自動(dòng)化領(lǐng)域就業(yè)的競爭力。改革措施包括以下三方面。

2.1 圍繞課程目標(biāo)以供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)串聯(lián)各分散的教學(xué)章節(jié)使學(xué)生建立供電系統(tǒng)的整體概念

電力工程基礎(chǔ)各章節(jié)內(nèi)容相對(duì)獨(dú)立，沒有明顯的內(nèi)在聯(lián)系，各章節(jié)學(xué)完學(xué)生頭腦中的供電系統(tǒng)概念零散片面，根據(jù)教育心理學(xué)理論，明確的教學(xué)目標(biāo)是激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的有效手段。電力工程基礎(chǔ)課程學(xué)習(xí)目標(biāo)是讓學(xué)生通過查閱工程設(shè)計(jì)資料掌握供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本步驟、學(xué)會(huì)從技術(shù)經(jīng)濟(jì)角度論證供電方案的優(yōu)劣，為此提出以工廠供電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)為課程的總體目標(biāo)，以這一線索將各章節(jié)串聯(lián)起來，讓學(xué)生理解各章節(jié)在供電系統(tǒng)中的地位與作用，從而建立起供電系統(tǒng)的整體概念。

具體方法是將整個(gè)供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)按照設(shè)計(jì)內(nèi)容分解成若干個(gè)子課題，分別安排在對(duì)應(yīng)的教學(xué)章節(jié)，同時(shí)精心安排好每章節(jié)設(shè)計(jì)內(nèi)容。在每個(gè)教學(xué)階段中引入相應(yīng)的子課題，學(xué)生按照設(shè)計(jì)任務(wù)分組。在學(xué)習(xí)相關(guān)章節(jié)時(shí)，要求應(yīng)用所學(xué)理論完成子課題，確保每個(gè)學(xué)生都能獨(dú)立完成所有設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，對(duì)學(xué)生設(shè)計(jì)中的錯(cuò)誤和不規(guī)范及時(shí)加以引導(dǎo)，鼓勵(lì)學(xué)生創(chuàng)造性地運(yùn)用所學(xué)知識(shí)采用不同的方案設(shè)計(jì)、比較多種方案之間的優(yōu)劣解決供電設(shè)計(jì)的有關(guān)問題。教學(xué)與設(shè)計(jì)相輔相成，激發(fā)學(xué)生的研究興趣，在設(shè)計(jì)實(shí)踐中培養(yǎng)學(xué)生靈活應(yīng)用所學(xué)理論知識(shí)的能力，形成“理論—實(shí)踐—能力”的教學(xué)模式，達(dá)到“學(xué)以致用”的教學(xué)目標(biāo)。

2.2 虛實(shí)結(jié)合 靈活運(yùn)用專題討論和現(xiàn)場教學(xué)等多元化教學(xué)方法提升學(xué)生實(shí)踐能力

電力工程基礎(chǔ)課程是一門實(shí)踐性強(qiáng)的課程，一些關(guān)于設(shè)備介紹和操作規(guī)程的知識(shí)單調(diào)乏味，缺乏內(nèi)在邏輯，此時(shí)若采用單調(diào)的灌輸式教學(xué)方法，學(xué)生不感興趣，這時(shí)可根據(jù)內(nèi)容特點(diǎn)采取不同的教學(xué)模式，往往收到事半功倍的效果。

對(duì)單純的計(jì)算方法的教學(xué)，如負(fù)荷計(jì)算、短路電流計(jì)算等仍可用傳統(tǒng)的課堂講授方法讓學(xué)生通過作業(yè)來鞏固。對(duì)于繼電保護(hù)等內(nèi)容則先在課堂上講授基本理論，然后通過視頻介紹目前流行的數(shù)字保護(hù)結(jié)構(gòu)與工作原理，讓學(xué)生加深理解，增強(qiáng)感性認(rèn)識(shí)，有利于學(xué)生適應(yīng)將來的工作環(huán)境。

對(duì)于高低壓設(shè)備的結(jié)構(gòu)、原理的講授可以通過現(xiàn)場教學(xué)完成。教師在校內(nèi)的電氣設(shè)備實(shí)驗(yàn)中心介紹常用設(shè)備的結(jié)構(gòu)、接線方式，并進(jìn)行操作演示，學(xué)生可以現(xiàn)場提問。

對(duì)于供電一次系統(tǒng)的學(xué)習(xí)，組織學(xué)生參觀變電所，請(qǐng)有經(jīng)驗(yàn)的工程技術(shù)人員現(xiàn)場講解，要求學(xué)生了解供電電壓等級(jí)、供電線路形式、變壓器型號(hào)規(guī)格、主接線、功率因數(shù)補(bǔ)償方式等內(nèi)容，寫出調(diào)查報(bào)告?，F(xiàn)場教學(xué)可以將煩瑣枯燥的設(shè)備結(jié)構(gòu)知識(shí)形象化地傳授給學(xué)生，讓學(xué)生動(dòng)手操作，在較短時(shí)間內(nèi)理解和掌握設(shè)備應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)和注意事項(xiàng)，是理論知識(shí)快速轉(zhuǎn)化為應(yīng)用能力的捷徑。

對(duì)于一些與舊知識(shí)密切相關(guān)的新概念，如標(biāo)幺制法計(jì)算短路電流，可采用溫故知新法，利用學(xué)生在電力拖動(dòng)基礎(chǔ)課程中學(xué)過的標(biāo)幺值知識(shí)導(dǎo)入新課，即在復(fù)習(xí)標(biāo)幺值基礎(chǔ)上提出一個(gè)有待解決的問題，而答案則是將要講解的新內(nèi)容，這一教學(xué)手段可以強(qiáng)化新舊知識(shí)的內(nèi)在聯(lián)系，讓學(xué)生快速掌握新知識(shí)。

對(duì)于主接線設(shè)計(jì)、變電所變壓器選型等涉及方案比較和論證的內(nèi)容，可以采取專題討論式教學(xué)方法，由教師提出一個(gè)具體的需求案例，學(xué)生分成討論小組，讓盡可能多的學(xué)生提出不同的方案，鼓勵(lì)各小組從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)的角度論證不同方案的可行性和優(yōu)缺點(diǎn)，小組之間可以互相質(zhì)問，教師也會(huì)提出觀點(diǎn)，使學(xué)生在論辯中理解理論認(rèn)識(shí)，使知識(shí)越辯越明，同時(shí)讓大家掌握工程設(shè)計(jì)中的成本意識(shí)、環(huán)保意識(shí)和辯證方法。

電力工程基礎(chǔ)有大量的思考題和計(jì)算題，以往都是教師針對(duì)易錯(cuò)題集中評(píng)講，學(xué)生被動(dòng)接受，抄襲現(xiàn)象嚴(yán)重。為了改變這一狀況，有針對(duì)性選擇幾個(gè)有代表性的易錯(cuò)習(xí)題，讓學(xué)生唱主角，請(qǐng)學(xué)生上臺(tái)做題，做完后讓學(xué)生點(diǎn)評(píng)，并將其綜合表現(xiàn)納入平時(shí)成績，增強(qiáng)學(xué)生做習(xí)題的積極性。

2.3 合理取舍教學(xué)內(nèi)容 補(bǔ)充新知識(shí) 突出實(shí)踐應(yīng)用

針對(duì)電力工程基礎(chǔ)內(nèi)容多學(xué)時(shí)少的矛盾，講授時(shí)不能面面俱到，必須變“全講”“細(xì)講”為“少講”和“精講”。

首先，根據(jù)工廠供電的實(shí)際應(yīng)用情況對(duì)講授內(nèi)容有所取舍。例如，供電系統(tǒng)接線方式，課本里從單母線到雙母線介紹了全部的接線方式，本課程主要針對(duì)的是中小型工廠的供電系統(tǒng)，很少會(huì)用到雙母線接線，所以這部分內(nèi)容可以舍去。再如，短路電流計(jì)算，課本里涵蓋了從不對(duì)稱短路到對(duì)稱短路的所有短路電流計(jì)算方法，但工廠供電設(shè)計(jì)中短路電流主要用于設(shè)備選擇和繼電保護(hù)整定計(jì)算，而這兩方面的選擇整定基本上以最嚴(yán)重的三相短路電流為依據(jù)，因此學(xué)生只需掌握三相短路電流的計(jì)算就可以滿足供電設(shè)計(jì)的需要。又如中小型工廠單臺(tái)主變?nèi)萘坎粫?huì)超過1 000 KVA，而教材中大量講述的一些繼電保護(hù)如差動(dòng)保護(hù)等是針對(duì)大容量系統(tǒng)的，因此這部分內(nèi)容可略講，而將重點(diǎn)放在中低壓保護(hù)上。

其次，對(duì)應(yīng)該講授的內(nèi)容要分清主次，教師在課堂上講深講透基本概念、原理與方法，講清關(guān)鍵問題和內(nèi)在聯(lián)系，突出應(yīng)用，對(duì)教材中一般性內(nèi)容由學(xué)生課后閱讀。例如，三相短路電流計(jì)算、短路電流物理過程只需講清與短路計(jì)算相關(guān)的短路穩(wěn)態(tài)電流、沖擊電流的概念即可，重點(diǎn)應(yīng)該放在短路電流計(jì)算的原理與步驟上，特別是要詳細(xì)分析各種電氣元件標(biāo)幺阻抗的求解，這是短路計(jì)算的難點(diǎn)和重點(diǎn)。

電力工程基礎(chǔ)講授的電力技術(shù)發(fā)展迅速，新設(shè)備層出不窮，而教材中介紹的很多技術(shù)與設(shè)備已經(jīng)淘汰，因此增加新設(shè)備新技術(shù)介紹是當(dāng)務(wù)之急。為此，在相應(yīng)的章節(jié)中穿插介紹了一些最新的電力技術(shù)與設(shè)備，如分布式發(fā)電與微網(wǎng)簡介、核電廠的最新發(fā)展概況、數(shù)字保護(hù)平臺(tái)的發(fā)展趨勢(shì)、以太網(wǎng)在變電所自動(dòng)化中的應(yīng)用等，引導(dǎo)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，共同探討技術(shù)發(fā)展前景。

3 結(jié)語

圍繞自動(dòng)化專業(yè)培養(yǎng)現(xiàn)場工程師的培養(yǎng)目標(biāo)，電力工程基礎(chǔ)多元化教學(xué)模式的改革根據(jù)課程的特點(diǎn)改革教學(xué)模式與手段，有效提高了學(xué)生學(xué)習(xí)該課程的積極性，達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)，主要體現(xiàn)在以下三方面。

(1)提出以工廠供電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)為課程的總體目標(biāo)，將不同章節(jié)的分散內(nèi)容以供電設(shè)計(jì)這條主線連為一體，既達(dá)到整合課程各章節(jié)知識(shí)的目的，又促使學(xué)生將所學(xué)知識(shí)轉(zhuǎn)化為供電設(shè)計(jì)的應(yīng)用能力。學(xué)生反映通過供電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，深刻理解了各章節(jié)內(nèi)容在供電系統(tǒng)中的地位和作用，對(duì)供電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流程和方法有了系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)，學(xué)生應(yīng)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問題的能力明顯提高。

(2)突出學(xué)生的主體地位，采用現(xiàn)場教學(xué)、專題討論和學(xué)練結(jié)合等多元化教學(xué)法將原來單調(diào)的灌輸教授轉(zhuǎn)化為生動(dòng)的互動(dòng)體驗(yàn)，學(xué)生自主思考、獨(dú)立研究，學(xué)用結(jié)合，不僅活躍了課堂氣氛，突破教學(xué)中的難點(diǎn)，學(xué)生電力工程素質(zhì)也有明顯提高。

(3)合理取舍教學(xué)內(nèi)容，分清主次，同時(shí)補(bǔ)充前沿知識(shí)，突出實(shí)踐應(yīng)用，解決了教材與實(shí)際應(yīng)用脫鉤的問題。