應(yīng)用型本科院校高電壓技術(shù)課程教學(xué)方法探討

邱巍 陳翔宇 范子豪

摘要：在普通高校轉(zhuǎn)型為應(yīng)用型本科院校背景下，以高電壓技術(shù)課程為例，探討培養(yǎng)復(fù)合型人才的教學(xué)方法。通過調(diào)整教學(xué)內(nèi)容、采用多種教學(xué)方法、增加小組任務(wù)和試驗實訓(xùn)學(xué)時、改革考試方法等手段，培養(yǎng)學(xué)生的實踐操作能力和自主解決問題能力。

關(guān)鍵詞：應(yīng)用型本科院校；高電壓技術(shù)；教學(xué)改革；教學(xué)方法

中圖分類號：TM8-4；G642 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-1161（2018）02-0087-04

普通高校轉(zhuǎn)型為應(yīng)用型本科院校，要培養(yǎng)出具有“本科標(biāo)準(zhǔn)+職業(yè)技能”的具備創(chuàng)新能力的復(fù)合型應(yīng)用技術(shù)人才，最為基礎(chǔ)與核心的是完成課程轉(zhuǎn)型。高電壓技術(shù)是電氣工程及自動化專業(yè)的一門重要專業(yè)必修課，研究的是高電壓高磁場下絕緣問題、高電壓試驗問題以及過電壓防護(hù)問題；同時，它還是一門實踐性極強(qiáng)的工程技術(shù)課程，電力系統(tǒng)中電氣設(shè)備絕緣的設(shè)計、運(yùn)行和檢修工作中都需要用到高壓絕緣、高壓試驗及過電壓的相關(guān)內(nèi)容。在以往的教學(xué)中發(fā)現(xiàn)，學(xué)生將這門課程理解為“背誦”的課程，這與人才培養(yǎng)方案的目的要求背道而馳。現(xiàn)以高電壓技術(shù)課程為例，探討培養(yǎng)復(fù)合型人才的教學(xué)方法。

1 高電壓技術(shù)課程教學(xué)中存在的問題

高壓電技術(shù)課程教學(xué)的主要難點包括：一是高電壓技術(shù)知識面廣、知識點多，不容易抓住重點；二是部分理論知識抽象難懂，采用單一授課手段不能吸引學(xué)生的注意力；三是學(xué)生接受知識的過程過于被動，缺乏主動學(xué)習(xí)的過程；四是理論與實踐脫節(jié)。

傳統(tǒng)授課方式是：教師根據(jù)大綱要求規(guī)劃分配好學(xué)時，利用PPT講解知識點，同時結(jié)合課內(nèi)試驗；學(xué)生被動地聽課，按要求完成作業(yè)，考前突擊背誦，考試結(jié)束后不久背誦過的知識點幾乎就遺忘殆盡，更不用說用來解決生產(chǎn)實際問題或者創(chuàng)新了。學(xué)生只領(lǐng)會理論知識，卻不知理論知識是為了解決電力系統(tǒng)中的哪些工程問題而提出的，也不知道如何去應(yīng)用。雖然在課堂上提出了工程問題，但是聽到的多、看到的少，沒有形成直觀的認(rèn)識。為了更好地服務(wù)于應(yīng)用型本科院校的人才培養(yǎng)模式，高電壓技術(shù)課程團(tuán)隊利用學(xué)校轉(zhuǎn)型的機(jī)會，進(jìn)行高電壓技術(shù)課程教學(xué)的探索和實踐。

2 改革課堂教學(xué)

2.1 合理選擇、調(diào)整教學(xué)內(nèi)容

在授課學(xué)時不增加、保證大綱要求內(nèi)容的前提下，遵循“重點突出、不求大求全”的原則，根據(jù)工程實用性精心選擇、合理組織授課內(nèi)容，科學(xué)安排授課計劃。增加高電壓新技術(shù)、新設(shè)備的相關(guān)知識，略去理論講解中繁瑣的公式推導(dǎo)過程。這樣一增一減，可保證教學(xué)內(nèi)容正常完成。

1） 增加教學(xué)內(nèi)容。隨著科技的發(fā)展和電壓等級的進(jìn)一步提高，電力系統(tǒng)中的新技術(shù)、新設(shè)備層出不窮，在教學(xué)中對這部分知識應(yīng)有所涉及。GIS設(shè)備中的SF6氣體的物理特性和擊穿特性，擠包型電纜采用諧振耐壓試驗替代直流耐壓試驗、無間隙氧化鋅避雷器的老化及在線監(jiān)測、特高壓系統(tǒng)中的潛供電流和操作過電壓等內(nèi)容，在講授電介質(zhì)的電氣強(qiáng)度、絕緣的高壓試驗、防雷保護(hù)裝置和內(nèi)部過電壓等內(nèi)容時，可以分別對這部分?jǐn)U展內(nèi)容做簡單介紹。這樣可以拓展學(xué)生的知識領(lǐng)域，幫助他們開闊眼界，對引導(dǎo)他們開展創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目、完成畢業(yè)設(shè)計起到助力作用。

2） 減少教學(xué)內(nèi)容。在實際教學(xué)中，重點介紹高電壓工程中的基本物理過程、原理及試驗方法，減少繁瑣的公式推導(dǎo)過程。例如：“輸電線路耐雷性能分析計算”這一部分內(nèi)容，公式推導(dǎo)多、工程性強(qiáng)，但相對計算方法成熟，在講解時僅需介紹方法、不需要推導(dǎo)公式；而進(jìn)一步的雷擊跳閘率計算則是將學(xué)習(xí)的主動權(quán)交給學(xué)生，把雷擊跳閘率作為小組任務(wù)布置給學(xué)生，學(xué)生根據(jù)給定任務(wù)，自己收集規(guī)程、查找桿塔數(shù)據(jù)和資料，并探討解決問題的方法，由于計算過程中不同的導(dǎo)線數(shù)量（單雙回路、單雙避雷線）、布置方式（水平布置、垂直布置）和電壓等級影響著耦合系數(shù)的計算和修正，在綜合計算過程中可以結(jié)合計算機(jī)編程完成計算部分。通過確定參數(shù)的取值，學(xué)生對耦合系數(shù)、雷電流的幅值、建弧率等相關(guān)參數(shù)會有深刻的認(rèn)識，進(jìn)而可以深入了解雷擊跳閘率的計算方法和提高輸電線路耐雷水平的方法，同時提高了他們借助計算機(jī)解決問題的能力。這樣既能提高學(xué)生對知識的綜合運(yùn)用能力，也能鍛煉他們的團(tuán)隊合作能力。同樣，變電所避雷針配置、避雷器的選型配置、接地裝置布置等，都可以作為小組任務(wù)分配下去（見表1）。

2.2 綜合運(yùn)用多種教學(xué)方法

充分利用學(xué)校的教學(xué)設(shè)施，結(jié)合現(xiàn)代化的教學(xué)方法，多種教學(xué)手段相結(jié)合，以滿足課程教學(xué)要求。

1） 對無法現(xiàn)場參觀的設(shè)備和裝置，以及理論性強(qiáng)的知識點，可以通過多媒體教學(xué)手段，借助圖片、動畫、視頻等方式，直觀地展示原理、現(xiàn)象和實際的工程應(yīng)用。

2） 對理論性強(qiáng)、內(nèi)容抽象晦澀的，單純的語言敘述結(jié)合圖片教學(xué)效果不好，可以采用理論結(jié)合仿真的教學(xué)方式。例如：電力系統(tǒng)過電壓部分，如果采用物理實驗?zāi)M裝置實現(xiàn)電力系統(tǒng)過電壓的實踐教學(xué)方法，設(shè)備成本及實驗場地的投資都相當(dāng)可觀，不易實現(xiàn)；而采用計算機(jī)仿真方式，利用原有的機(jī)房，即可以實現(xiàn)以較少的投入達(dá)到良好教學(xué)效果的目的。利用ATP-EMTP仿真軟件事先建立的仿真模型，讓學(xué)生通過斷路器的投切、增加分閘、合閘電阻及改變阻值參數(shù)、在線路首末端設(shè)置避雷器等限制過電壓的方法，觀測線路過電壓曲線中電壓幅值的變化，體會過電壓產(chǎn)生的原因、影響因素及限制措施。這樣既降低了理論課的枯燥乏味，增強(qiáng)了直觀認(rèn)識，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，又加深了學(xué)生對知識的理解，有助于培養(yǎng)鍛煉學(xué)生獨(dú)立思考問題、解決問題和創(chuàng)新的能力。

3） 對結(jié)合理論解決工程實際問題的知識點，則有必要帶領(lǐng)學(xué)生現(xiàn)場實習(xí)，觀察電力系統(tǒng)中出現(xiàn)的各種電氣現(xiàn)象，講明它們對系統(tǒng)正常運(yùn)行造成的影響，然后再回歸課堂講授解決的辦法。這樣先認(rèn)知、再學(xué)習(xí)總結(jié)，有助于學(xué)生加深對知識點的印象，更好地理解理論知識。例如：講解“電氣設(shè)備沿面放電”部分的內(nèi)容，前提條件是學(xué)生必需熟悉易發(fā)生沿面放電的電氣設(shè)備，然后才能針對相應(yīng)的設(shè)備講清楚強(qiáng)垂直分量電場分布和弱垂直分量電場分布的特點和因此產(chǎn)生的不同放電現(xiàn)象及處理措施。在教學(xué)時，先讓學(xué)生在校內(nèi)的實訓(xùn)基地和試驗室觀察和認(rèn)識線路絕緣子、支持絕緣子、變壓器套管等設(shè)備及其結(jié)構(gòu)特點，通過視頻和圖片介紹電瓷、玻璃、復(fù)合絕緣等材料的物理、化學(xué)及電氣特性，針對不同設(shè)備結(jié)構(gòu)特點，分析其產(chǎn)生電暈的部位及放電發(fā)展過程，不同設(shè)備的濕閃、污閃現(xiàn)象及其危害，由此引出工程問題，再分析原因、研究解決問題的辦法。教學(xué)不再是紙上談兵，會達(dá)到事半功倍的效果。

3 加強(qiáng)實踐教學(xué)

改革前高電壓技術(shù)課程共計48學(xué)時，其中包括8學(xué)時的課內(nèi)試驗。為了解決課內(nèi)試驗時間短、實踐環(huán)節(jié)不足的問題，在新的培養(yǎng)方案中取消了8學(xué)時的課內(nèi)試驗，而以“高電壓技術(shù)實踐周”取而代之。在這一周時間內(nèi)，開展項目試驗，按照電力企業(yè)進(jìn)行預(yù)防性試驗的模式，將各電器設(shè)備的絕緣預(yù)防性試驗分成數(shù)個試驗項目，學(xué)生分組分別完成各個試驗項目。

在準(zhǔn)備試驗的過程中，學(xué)生以小組為單位合作學(xué)習(xí)，通過跨組之間的互相合作，查閱教材、規(guī)程、試驗手冊等相關(guān)資料，綜合運(yùn)用理論知識，針對不同的電氣設(shè)備設(shè)計并組織絕緣試驗。試驗前教師以口試抽題簽的形式考查學(xué)生對理論知識和試驗要點的掌握情況，測試合格就允許進(jìn)一步進(jìn)行試驗操作，測試不合格則需要重新鞏固學(xué)習(xí)。高壓試驗項目在教師的監(jiān)督檢查下完成。

高壓試驗室里可供進(jìn)行高壓絕緣試驗的被試品包括油浸式變壓器、干式變壓器、絕緣套管、電容器、電流互感器、電壓互感器、電力電纜等設(shè)備。試驗內(nèi)容包括教學(xué)大綱中規(guī)定的觀察性試驗如沿面放電、極性效應(yīng)，以及其他預(yù)防性試驗項目如絕緣電阻和吸收比的測量、泄漏電流測量、介質(zhì)損耗測量、絕緣油擊穿電壓試驗、局部放電試驗、油色譜分析等。以油浸式變壓器預(yù)防性試驗項目為例，說明試驗項目和知識準(zhǔn)備的內(nèi)容（見表2）。

4 創(chuàng)新考試方法

期末考核采用平時成績與期末成績結(jié)合的方式，更加注重學(xué)習(xí)過程的考核。平時上課出勤、課堂提問、小組任務(wù)和試驗實訓(xùn)知識準(zhǔn)備掌握程度及報告完成情況占總成績的60%，試卷成績占40%。期末試卷采用題庫抽取多套題，密封后隨機(jī)抽取其一的方式，更加有效杜絕了平時不學(xué)習(xí)、期末劃重點、突擊背誦的問題。

5 結(jié)論

面向應(yīng)用型本科院校的高電壓技術(shù)課程課堂教學(xué)改革，要以培養(yǎng)具有本科標(biāo)準(zhǔn)和職業(yè)技能的人才為目的，在教學(xué)中加大實踐教學(xué)和工程任務(wù)的比例，引導(dǎo)學(xué)生在試驗、實訓(xùn)和小組任務(wù)中查閱資料，建立分析問題、解決問題的能力，多種教學(xué)方式結(jié)合，調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，以提高教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)合格的人才。

參考文獻(xiàn)

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