《變壓器技術(shù)》課程教學(xué)改革研究

牛一博 楊京渝 趙華 榮佳星 彭麗

【摘 要】本文針對(duì)電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)學(xué)生的《變壓器技術(shù)》課程的現(xiàn)狀和特點(diǎn)，結(jié)合現(xiàn)階段電氣行業(yè)的發(fā)展要求、電氣工程專業(yè)本科學(xué)生的前置課程、當(dāng)代大學(xué)生接收專業(yè)知識(shí)的能力與學(xué)習(xí)興趣等方面的因素，從教學(xué)內(nèi)容，教學(xué)形式等多個(gè)方面進(jìn)行實(shí)踐探索研究，建立符合專業(yè)特點(diǎn)的教學(xué)體系，加強(qiáng)學(xué)生們的對(duì)于工程問(wèn)題的分析能力，理論結(jié)合實(shí)踐應(yīng)用能力與應(yīng)對(duì)工程設(shè)備的操作能力。

【關(guān)鍵詞】變壓器技術(shù)；教育改革；電氣工程及其自動(dòng)化

中圖分類號(hào)： TM41；F426.61 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2018）13-0155-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.13.070

【Abstract】This paper aims at the current situation and characteristics of transformer technology course for electrical engineering and automation students，combined with the current development requirements of the electrical industry，the leading courses of undergraduate students in electrical engineering， the ability of contemporary college students to receive professional knowledge and learning interest，etc.we research in terms of teaching content，teaching style，etc，and build a teaching system that fits the professional profile.We reinforce the students analysis ability，ability to combine theory with practice application and ability to cope with the operation of the engineering equipment.

【Key words】Transformer technology；Educational reform；Electrical engineering and automation

《變壓器技術(shù)》是電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)中一門重要的專業(yè)性課程。通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)可以幫助學(xué)生學(xué)習(xí)變壓器技術(shù)的基本知識(shí)，為將來(lái)從事電力系統(tǒng)工作打下良好的基礎(chǔ)。本學(xué)院的本科培養(yǎng)目標(biāo)是培養(yǎng)出符合現(xiàn)代電氣行業(yè)發(fā)展的應(yīng)用復(fù)合型人才，即在基礎(chǔ)理論知識(shí)牢固掌握的基礎(chǔ)上，還要加強(qiáng)學(xué)生對(duì)于工程實(shí)際問(wèn)題的分析能力，深化挖掘?qū)W生學(xué)習(xí)興趣與潛能，鍛煉學(xué)生將理論知識(shí)應(yīng)用于工程實(shí)踐當(dāng)中，并且具備一定的實(shí)踐操作能力，可以快速適應(yīng)相關(guān)專業(yè)的工作。本文結(jié)合吉首大學(xué)電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)的教學(xué)改革實(shí)際情況，對(duì)《變壓器技術(shù)》這門專業(yè)課程，進(jìn)行了初步的探索和研究。

1 研究背景

變壓器是整個(gè)電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)中不可缺少的一部分。無(wú)論是電力系統(tǒng)的日常運(yùn)行還是科研過(guò)程中的研發(fā)試驗(yàn)都離不開變壓器的影子。而《變壓器技術(shù)》這門課在整個(gè)電氣工程及其自動(dòng)化教學(xué)體系中是不可或缺的，并且對(duì)于未來(lái)將要從事電力行業(yè)工作的學(xué)生，也是其是否能夠快速融入工作環(huán)境的關(guān)鍵課程?！蹲儔浩骷夹g(shù)》課程是整個(gè)電氣工程及其自動(dòng)化教學(xué)體系中重要的組成部分之一。在吉首大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電氣工程及其自動(dòng)化的教學(xué)體系中，《變壓器技術(shù)》這門課在其中起到了承前啟后的作用。在《變壓器技術(shù)》之前，首先要有良好的《電路》基礎(chǔ)知識(shí)，保證學(xué)生對(duì)于基本電路的識(shí)別、掌握以及應(yīng)用，學(xué)會(huì)并且可以分析掌握變壓器內(nèi)部電路設(shè)計(jì)原因以及改進(jìn)措施；其次，由于《變壓器技術(shù)》是一門綜合考慮電、磁、熱、力、聲等耦合因素的綜合課程，需要一定程度的《大學(xué)物理》基礎(chǔ)，這樣對(duì)于材料等都會(huì)擁有性質(zhì)上的認(rèn)識(shí)；最后對(duì)《電機(jī)學(xué)》中提到的變壓器的基本知識(shí)也要求學(xué)生進(jìn)行掌握。《變壓器技術(shù)》會(huì)將上述學(xué)科中涉及到變壓器方面的知識(shí)進(jìn)行融會(huì)貫通，為之后《電力系統(tǒng)分析》、《自動(dòng)控制原理》等課程打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

《變壓器技術(shù)》課程的內(nèi)容涉及電、磁、熱、力等基礎(chǔ)知識(shí)，它概念抽象，內(nèi)容涉及的領(lǐng)域廣泛。既有磁的聯(lián)系又有電的聯(lián)系；既涉及正弦量，又涉及非正弦量；既有對(duì)稱的又有非對(duì)稱的；既要解決穩(wěn)態(tài)問(wèn)題，又要解決瞬態(tài)問(wèn)題；既要遇到時(shí)間向量，又要遇到空間向量。對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō)《變壓器技術(shù)》課程是公認(rèn)的較難學(xué)的課程，傳統(tǒng)的教學(xué)方法效果一直不理想。因此，本著強(qiáng)化基礎(chǔ)、注重應(yīng)用和實(shí)踐的教學(xué)思想，培養(yǎng)學(xué)生的思維能力和實(shí)踐能力對(duì)《變壓器技術(shù)》課程的進(jìn)行的教學(xué)改革尤為重要。

2 改革目標(biāo)

變壓器作為電力行業(yè)的重要組成部分，不但需要扎實(shí)的基礎(chǔ)理論知識(shí)，還要能夠把基礎(chǔ)知識(shí)運(yùn)用到實(shí)踐操作過(guò)程中，與工程實(shí)際相結(jié)合，吉首大學(xué)《變壓器技術(shù)》的開課時(shí)間位于大學(xué)三年級(jí)的上半學(xué)期，正處于剛剛豐富基礎(chǔ)理論知識(shí)，而專業(yè)知識(shí)應(yīng)用貧乏的時(shí)期，在此階段可充分利用學(xué)生對(duì)專業(yè)知識(shí)的好奇心理，不斷圍繞工程中的一些實(shí)際情況，如故障檢測(cè)、產(chǎn)品改進(jìn)，事故原因分析等問(wèn)題，對(duì)實(shí)際案例進(jìn)行解析和討論，提高學(xué)生對(duì)于工程問(wèn)題的敏感程度，挖掘?qū)W生分析問(wèn)題的潛能。對(duì)于一些抽象化的知識(shí)與問(wèn)題，應(yīng)用圖形解析的方式進(jìn)行說(shuō)明，或者利用諸如MATLAB，MAGNET等仿真軟件對(duì)工程問(wèn)題進(jìn)行動(dòng)態(tài)變化的解析。與國(guó)家電網(wǎng)公司，五大電力集團(tuán)等電力公司進(jìn)行合作，在保證安全的前提下，深入了解工廠實(shí)際的工作狀態(tài)，為以后快速融入工作環(huán)境打下基礎(chǔ)。綜上所述改革目標(biāo)可以分為以下幾點(diǎn)：

（1）優(yōu)化選擇適用于現(xiàn)代電力行業(yè)發(fā)展的知識(shí)結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理教學(xué)，強(qiáng)調(diào)基礎(chǔ)知識(shí)的同時(shí)加強(qiáng)知識(shí)在工程實(shí)際中的應(yīng)用。

（2）通過(guò)對(duì)工程實(shí)例的分析等方法提高學(xué)生對(duì)于《變壓器技術(shù)》的學(xué)習(xí)興趣。

（3）應(yīng)用仿真軟件分析等方法對(duì)抽象化的知識(shí)進(jìn)行講解和學(xué)習(xí)。

（4）實(shí)現(xiàn)工程實(shí)例的不斷更新，優(yōu)化講解方法，培養(yǎng)思維能力。

（5）圍繞增強(qiáng)學(xué)生實(shí)踐能力的培養(yǎng)目標(biāo)，進(jìn)行校企合作。

3 改革內(nèi)容

3.1 教學(xué)內(nèi)容工程化

由于大三上半學(xué)期的學(xué)生在對(duì)于工科學(xué)習(xí)內(nèi)容方面的認(rèn)知還停留在理科計(jì)算的層次上，對(duì)于將計(jì)算內(nèi)容與工程實(shí)際的結(jié)合意識(shí)還不夠成熟，僅僅停留在“求解應(yīng)用題”的理解層次上，而實(shí)際上基于理論計(jì)算對(duì)于工程問(wèn)題的設(shè)計(jì)與改進(jìn)，絕不只是“應(yīng)用題”，而是對(duì)工作環(huán)境、工作內(nèi)容、安全因素、適用范圍、經(jīng)濟(jì)條件等多方位的考核與校對(duì)。所以，對(duì)于學(xué)生教學(xué)內(nèi)容在大三這個(gè)階段，應(yīng)該偏向于工程化，在對(duì)理論知識(shí)的理解足夠扎實(shí)的基礎(chǔ)上，不斷提高學(xué)生的工程化意識(shí)，不要讓學(xué)生對(duì)于基礎(chǔ)知識(shí)的應(yīng)用僅僅停留在理論上，應(yīng)從實(shí)際的變壓器設(shè)計(jì)與改進(jìn)方案中出發(fā)，讓學(xué)生對(duì)變壓器基本參數(shù)的理解更加接近工程化，讓學(xué)生理解一些理論計(jì)算公式的局限性，和經(jīng)驗(yàn)公式的實(shí)用性。例如，可以通過(guò)學(xué)習(xí)對(duì)變壓器的電磁設(shè)計(jì)來(lái)掌握工程算單中的內(nèi)容，以及如何更好的通過(guò)改變變壓器設(shè)計(jì)參數(shù)來(lái)調(diào)整變壓器的工作性能。

如圖1所示，是一臺(tái)三相有載調(diào)壓變壓器的鐵心窗內(nèi)部分布示意圖，學(xué)生可以通過(guò)理論計(jì)算調(diào)整高壓繞組與中壓繞組之間主空道的距離以及中壓繞組與低壓繞組之間主空道的距離，來(lái)調(diào)整變壓器的短路阻抗，使之在合理范圍之內(nèi)，或者演算調(diào)整鐵心直徑，設(shè)計(jì)出不同于普遍國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)阻抗的高阻抗變壓器，以便適應(yīng)不同的工作場(chǎng)合。

3.2 授課方法興趣化

單純的理論計(jì)算對(duì)于現(xiàn)代大學(xué)生來(lái)說(shuō)無(wú)疑是枯燥乏味的，學(xué)生們?nèi)绻麑?duì)一門課毫無(wú)興趣，那么再好的教學(xué)內(nèi)容，再嚴(yán)的管理制度無(wú)疑也是效用不大，只有能夠引發(fā)學(xué)生興趣的授課方式才能讓學(xué)生真正的學(xué)好一門科目，而對(duì)于變壓器技術(shù)來(lái)說(shuō)，最能引發(fā)學(xué)生興趣的共有兩點(diǎn)：一是對(duì)平時(shí)看不到的工程設(shè)備的好奇心理；二是對(duì)電力設(shè)備工作過(guò)程中所發(fā)生的事故案例好奇心理以及通過(guò)已學(xué)知識(shí)分析事故案例的滿足心理。

針對(duì)以上兩點(diǎn)，這里提出兩點(diǎn)引發(fā)學(xué)生興趣的方案：

1）應(yīng)用信息化多媒體，分階段性的列出工程設(shè)備的圖片。例如，對(duì)于大三上學(xué)期階段的學(xué)生來(lái)說(shuō)，對(duì)變壓器原理的理解還基于螺線管，這個(gè)時(shí)間段將一般變壓器的結(jié)構(gòu)設(shè)備圖片列舉在PPT上，就可以充分的滿足學(xué)生的好奇心理，從而吸引學(xué)生興趣一段時(shí)間，當(dāng)學(xué)生對(duì)變壓器的基本結(jié)構(gòu)和原理都有一定了解后，對(duì)于變壓器原理的理解就會(huì)基于一次回路和二次回路交流電的電磁轉(zhuǎn)換過(guò)程，這個(gè)時(shí)間段再將一些特殊變壓器的結(jié)構(gòu)圖列出來(lái)，如利用網(wǎng)側(cè)與閥側(cè)進(jìn)行交直流變壓變換的換流變壓器等，再次引發(fā)學(xué)生對(duì)于課程的興趣。

2）提出工程事故案例，引導(dǎo)學(xué)生利用已學(xué)知識(shí)解釋和解決事故案例。學(xué)生對(duì)一門學(xué)科的學(xué)習(xí)興趣除了新奇感之外，就是能夠獲得足夠的成就感，而利用自己的能力解決工程中出現(xiàn)的問(wèn)題無(wú)疑是獲得成就感的最好方法。通過(guò)師生之間的研討分析，教師可以有意識(shí)的引導(dǎo)學(xué)生對(duì)于工程事故案例的解讀，在討論中不斷的發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，解決問(wèn)題，獲得成就感的同時(shí)加深了對(duì)理論知識(shí)的理解與應(yīng)用。

3.3 抽象知識(shí)圖像化

在變壓器技術(shù)的教學(xué)過(guò)程中，會(huì)存在一些抽象化的知識(shí)，如磁場(chǎng)、電場(chǎng)等看不見(jiàn)摸不著的場(chǎng)域問(wèn)題，很難通過(guò)計(jì)算或口述讓學(xué)生理解，這種情況下可以運(yùn)用有限元仿真軟件，如MagNet，ANSYS等對(duì)場(chǎng)域問(wèn)題進(jìn)行仿真分析，以這樣的表現(xiàn)形式將抽象的知識(shí)反應(yīng)在圖像上，另外如MagNet這種軟件可以將磁場(chǎng)的變化通過(guò)視頻的形式反應(yīng)出來(lái)，更能方便學(xué)生理解抽象化的知識(shí)。

3.4 工程思維自主化

變壓器設(shè)備結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和構(gòu)件的改進(jìn)是本課程的重要組成部分之一，學(xué)生若一味的死記硬背而不加思考是教育工作者不愿看到的現(xiàn)象，所以需要學(xué)生對(duì)于工程設(shè)備有一定的敏感性，在變壓器設(shè)備改進(jìn)方面能夠自主思維，分析理解構(gòu)件改進(jìn)過(guò)程中的問(wèn)題，這即培養(yǎng)了學(xué)生的思維能力，也提高了學(xué)生的創(chuàng)新精神。教育工作者可以與學(xué)生研討分析改進(jìn)過(guò)程中的問(wèn)題與進(jìn)展，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)設(shè)備改進(jìn)過(guò)程中的不同情況下的適應(yīng)性和優(yōu)缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)自我思考代替呆板記憶。

3.5 實(shí)踐能力應(yīng)用化

加強(qiáng)與電力工作單位之間的合作，建立良好的校企合作關(guān)鍵，在電力企業(yè)單位中見(jiàn)習(xí)實(shí)習(xí)，了解工作崗位事宜，為日后更快的融入工作環(huán)境，打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。在實(shí)踐過(guò)程中，增加專業(yè)性操作的比重，讓每個(gè)學(xué)生都有動(dòng)手參與實(shí)際操作的機(jī)會(huì)，保證安全性的同時(shí)接觸工程試驗(yàn)，結(jié)合理論知識(shí)學(xué)習(xí)實(shí)踐操作，促進(jìn)實(shí)踐能力應(yīng)用化。

4 總結(jié)與展望

以上是筆者對(duì)于《變壓器技術(shù)》這門課程教學(xué)改革的一些看法，在實(shí)現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容工程化、授課方式興趣化、抽象知識(shí)圖像化、工程思維自主化、實(shí)踐能力應(yīng)用化的同時(shí)，當(dāng)然也有很多的問(wèn)題需要解決。一是加重了學(xué)生的學(xué)習(xí)負(fù)擔(dān)，學(xué)生需要投入更多的精力在這門課程上；二是增加了實(shí)驗(yàn)室以及校企合作之間資金的消耗；三是提高了對(duì)教師引導(dǎo)思維能力的要求，加重了教師的工作量。雖然改革過(guò)程中存在問(wèn)題，不過(guò)只有不斷改革才能適應(yīng)當(dāng)前社會(huì)的發(fā)展，提高教學(xué)質(zhì)量。

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