《智能變電站技術(shù)及應(yīng)用》教學(xué)改革探索

劉 攀，趙曉艷，張 虎，董燕麗，樊建強(qiáng)

（山西農(nóng)業(yè)大學(xué)信息學(xué)院，山西 太谷 030800）

實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)農(nóng)村現(xiàn)代化是實(shí)現(xiàn)中國現(xiàn)代化的重要組成部分，兩者不可分割。因此，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化農(nóng)村，走智慧農(nóng)業(yè)之路是農(nóng)業(yè)發(fā)展的必然趨勢。智能電網(wǎng)、“互聯(lián)網(wǎng)+”是實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化、智能化、智慧化的堅(jiān)強(qiáng)基石。在新時(shí)代的今天,建設(shè)雙一流、加快高教改革創(chuàng)新、全方位提升本科教育質(zhì)量，已成為各高校的重大責(zé)任。山西農(nóng)業(yè)大學(xué)信息學(xué)院囊括了農(nóng)學(xué)專業(yè)及其相關(guān)工學(xué)專業(yè)，專業(yè)課程的教學(xué)改革已迫在眉睫，是實(shí)現(xiàn)強(qiáng)農(nóng)興農(nóng)、農(nóng)村振興的必然之路。

1 打破傳統(tǒng)教學(xué)方式，采用線上線下混合式教學(xué)

由于疫情的影響，確保“停課不停學(xué)”，迫使線上教育提前遍及到了教育領(lǐng)域，并且在今后的教育教學(xué)中，線上教育不但不會(huì)停滯，反而會(huì)形成教育常態(tài)。采用線上線下兩者相融合的混合式教學(xué)模式，打破傳統(tǒng)教學(xué)方式的枯燥、死板等特點(diǎn)，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生在課堂及課下參與課程學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極性，并且杜絕了學(xué)生課堂上玩手機(jī)的現(xiàn)象，反而把手機(jī)作為了學(xué)習(xí)的有效工具[1]。線上線下兩者相融合的混合式教學(xué)模式，能夠提升教學(xué)質(zhì)量，提高學(xué)生學(xué)習(xí)效果。

《智能變電站技術(shù)及應(yīng)用》是山西農(nóng)業(yè)大學(xué)信息學(xué)院智能工程學(xué)院電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)的核心必修課程。在強(qiáng)農(nóng)興農(nóng)的進(jìn)程中，能源作為電能供應(yīng)的重要環(huán)節(jié)，智能電網(wǎng)的建設(shè)是必經(jīng)之路。智能變電站是智能電網(wǎng)建設(shè)的堅(jiān)強(qiáng)基石，是發(fā)電環(huán)節(jié)與用電環(huán)節(jié)連接的紐帶，是整個(gè)電力系統(tǒng)可靠運(yùn)行、保障電力系統(tǒng)安全的重要環(huán)節(jié)[2]。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)平臺(tái)，一次、二次設(shè)備在線監(jiān)測技術(shù)，大數(shù)據(jù)平臺(tái)，通信協(xié)議等方面的迅速發(fā)展，驅(qū)動(dòng)了變電站智能化運(yùn)行的變革及設(shè)備技術(shù)的融合監(jiān)測，逐漸使變電站綜合自動(dòng)化形成完善的技術(shù)體系。本課程敘述了智能電網(wǎng)與智能變電站運(yùn)行的基本原理、變電站的基本構(gòu)成、通信網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)、設(shè)備監(jiān)測技術(shù)以及典型工程應(yīng)用案例。

本課程開設(shè)學(xué)期為大四第一學(xué)期，共32 學(xué)時(shí)。本課程參與學(xué)習(xí)的全部學(xué)生都要在學(xué)習(xí)通教學(xué)平臺(tái)進(jìn)行實(shí)名注冊，線上線下相結(jié)合，雙管齊下進(jìn)行教學(xué)與學(xué)習(xí)。根據(jù)上課時(shí)間，上課前一周布置本次課的學(xué)習(xí)任務(wù)、重點(diǎn)和難點(diǎn)、視頻、課件及相關(guān)資料，并發(fā)布通知，務(wù)必通知到每位學(xué)生。課堂上，傳統(tǒng)上課時(shí)，首先按照學(xué)生記分冊進(jìn)行逐一點(diǎn)名，對(duì)學(xué)生出勤情況進(jìn)行考核。在混合式教學(xué)模式下，在講授內(nèi)容之前，可以利用學(xué)習(xí)通平臺(tái)對(duì)本次課學(xué)生進(jìn)行出勤考核，很大程度上減少了點(diǎn)名時(shí)間，節(jié)省了課上寶貴的時(shí)間。上課期間，除了利用課件與板書相結(jié)合進(jìn)行知識(shí)內(nèi)容講授，還可以結(jié)合學(xué)習(xí)通平臺(tái)，進(jìn)行隨堂測驗(yàn)，實(shí)時(shí)檢查學(xué)生的學(xué)習(xí)效果；上課期間還可以通過學(xué)習(xí)通平臺(tái)進(jìn)行互動(dòng)，例如搶答、討論、答疑互評(píng)等互動(dòng)方式，使師生互動(dòng)更加充分，增強(qiáng)了課堂學(xué)習(xí)氣氛，消除了以往課堂的枯燥乏味，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣[3]。線下線上混合式交替進(jìn)行授課與學(xué)習(xí)，促進(jìn)了學(xué)生學(xué)習(xí)的協(xié)作式以及自主式的方式學(xué)習(xí)，且提升了混合式教學(xué)的效果。切實(shí)打造了師生教學(xué)相長的命運(yùn)共同體。

2 加強(qiáng)工程實(shí)踐，實(shí)現(xiàn)理論與實(shí)踐相結(jié)合

目前，《智能變電站技術(shù)及應(yīng)用》課程的薄弱環(huán)節(jié)即學(xué)生的實(shí)踐能力不強(qiáng)，掌握的知識(shí)只停留在表面的理論知識(shí)上。對(duì)于本課程中的設(shè)備，例如一次、二次設(shè)備，大部分學(xué)生都沒有去現(xiàn)場實(shí)踐的經(jīng)歷，學(xué)習(xí)效果以及教學(xué)效果并不高。因此，加強(qiáng)學(xué)生實(shí)踐能力迫在眉睫，是教學(xué)改革的一個(gè)重要方面。

在學(xué)校內(nèi)，可以通過開放試驗(yàn)的形式，來加強(qiáng)學(xué)生的實(shí)踐。由于本校目前還沒有建設(shè)高壓設(shè)備實(shí)驗(yàn)室，但是有相關(guān)的電力模擬仿真的實(shí)驗(yàn)室。傳統(tǒng)的試驗(yàn)教學(xué)模式是由本課程的任教老師負(fù)責(zé)，即在規(guī)定的上課時(shí)間為學(xué)生上課，課下不會(huì)再輔導(dǎo)。這樣學(xué)生缺少具體試驗(yàn)的準(zhǔn)備與設(shè)計(jì)，對(duì)實(shí)踐并沒有較深入的感受。在上課前，學(xué)生只是對(duì)試驗(yàn)指導(dǎo)書的內(nèi)容進(jìn)行了預(yù)習(xí)，對(duì)試驗(yàn)設(shè)備并沒有直觀認(rèn)識(shí)，對(duì)設(shè)備的結(jié)構(gòu)、基本工作原理及運(yùn)行狀況理解不夠深入，也就無從對(duì)實(shí)踐環(huán)節(jié)做出方案準(zhǔn)備，不利于培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力與創(chuàng)新思維能力。基于此，試驗(yàn)環(huán)節(jié)要進(jìn)行改革[4]。首先，讓學(xué)生根據(jù)自身需要，安排試驗(yàn)時(shí)間，打破課程表的束縛與限制，在沒有其他課程的前提下，可以重復(fù)多次進(jìn)行某一個(gè)試驗(yàn)的設(shè)計(jì)及仿真，切實(shí)做到對(duì)試驗(yàn)的真正理解與掌握。對(duì)于學(xué)有余力的學(xué)生，要提高本部分學(xué)生的積極性，支持和鼓勵(lì)學(xué)生開發(fā)新試驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)室為有余力的學(xué)生提供試驗(yàn)條件，為今后的相關(guān)工作、生產(chǎn)工作及科研能力奠定良好基礎(chǔ)。

在學(xué)校外，利用有利條件創(chuàng)建校外實(shí)踐基地。本專業(yè)課程與從事電氣工程、輸、變、配、電的相關(guān)行業(yè)的校外實(shí)踐基地保持較好互動(dòng)，并進(jìn)行拓展，不斷深化校企合作。將學(xué)生培養(yǎng)下放到企業(yè)當(dāng)中，進(jìn)行職業(yè)培訓(xùn)的積極參與就業(yè)指導(dǎo)活動(dòng)。在校外企業(yè)實(shí)習(xí)中，學(xué)生會(huì)學(xué)到無法在課堂上學(xué)習(xí)到的東西，使學(xué)生的動(dòng)手、實(shí)踐能力得到了；使學(xué)生的綜合素質(zhì)能力得到了強(qiáng)化。從學(xué)生的工程應(yīng)用能力角度為出發(fā)點(diǎn)，該校電氣專業(yè)積極開展了與電氣設(shè)備方面相關(guān)的校企合作，并聘請相關(guān)電氣領(lǐng)域?qū)＜壹捌髽I(yè)高精尖技術(shù)人員到校進(jìn)行學(xué)術(shù)講座與學(xué)術(shù)交流[5]。企業(yè)相關(guān)技術(shù)人員與校內(nèi)專職教師一起承擔(dān)《智能變電站技術(shù)及應(yīng)用》課程，包括本課程內(nèi)的部分試驗(yàn)、相關(guān)生產(chǎn)實(shí)習(xí)、認(rèn)知實(shí)習(xí)、相關(guān)課題的畢業(yè)實(shí)習(xí)、變電站綜合工程實(shí)踐項(xiàng)目及相關(guān)創(chuàng)新試驗(yàn)等。對(duì)學(xué)生的實(shí)際工程應(yīng)用能力進(jìn)行培養(yǎng)，提升學(xué)生未來的擇業(yè)、就業(yè)能力。

3 以項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)為抓手，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力

所謂項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)法，是教師和學(xué)生共同在專業(yè)實(shí)踐過程中，通過一個(gè)項(xiàng)目的完整實(shí)施而進(jìn)行的教學(xué)活動(dòng)。對(duì)于學(xué)生來說，項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)可以明確自身的學(xué)習(xí)目的，尋求自己適應(yīng)的學(xué)習(xí)方法，在此前提下，不斷提高自身的自主學(xué)習(xí)能力、操作能力和認(rèn)知能力、實(shí)踐能力。對(duì)于教師來講，項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)是一種行之有效的教學(xué)方法，利于對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性進(jìn)行培養(yǎng)。項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)法的應(yīng)用中，因材施教，學(xué)生根據(jù)自身的不同特點(diǎn)，主動(dòng)進(jìn)行學(xué)習(xí)，對(duì)實(shí)際工程中出現(xiàn)的問題進(jìn)行分析、解決?！吨悄茏冸娬炯夹g(shù)及應(yīng)用》課程的項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)法結(jié)合大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項(xiàng)目進(jìn)行開展，因此，項(xiàng)目具有較強(qiáng)的綜合性、內(nèi)容不會(huì)單一。學(xué)生根據(jù)自身興趣愛好結(jié)合本課程特色進(jìn)行申報(bào)，包括項(xiàng)目的提出與申報(bào)、項(xiàng)目總體思路及方案設(shè)計(jì)、單元模塊的設(shè)置及功能作用、系統(tǒng)的總體調(diào)試、整個(gè)項(xiàng)目階段完成任務(wù)的分配、項(xiàng)目最終的結(jié)題形式及內(nèi)容等多個(gè)環(huán)節(jié)。因此，項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)具有較強(qiáng)的實(shí)踐性，創(chuàng)新性和較高的綜合性[6]。

以“某35kV 智能變電站改造設(shè)計(jì)”典型項(xiàng)目為例，根據(jù)給出的智能變電站初始參數(shù)進(jìn)行方案的擬訂與規(guī)劃設(shè)計(jì)。首先，要明確建設(shè)規(guī)模。建設(shè)規(guī)模包括：變壓器的臺(tái)數(shù)、容量、電壓等級(jí)；主接線的接線形式、進(jìn)線回路數(shù)、互感器數(shù)量以及電容器規(guī)格數(shù)量等。其次，進(jìn)行方案的建設(shè)。站控層的配置需要設(shè)置站控層主機(jī)與操作員工作站，配置數(shù)字化變電站監(jiān)控系統(tǒng)，配置遠(yuǎn)動(dòng)工作站至少兩臺(tái)，使其能夠?qū)崿F(xiàn)雙機(jī)互備。通過以上配置，能夠?qū)崿F(xiàn)規(guī)約轉(zhuǎn)換以及全站備投功能。間隔層的方案配置中將全面采用基于IEC61850 標(biāo)準(zhǔn)。進(jìn)行設(shè)計(jì)線路的繼電保護(hù)裝置、測量控制裝置?；谀K化的設(shè)計(jì)思想，可以對(duì)硬件部分實(shí)現(xiàn)靈活組態(tài)，以便后期方便檢修與維護(hù)。過程層配置，由于某些設(shè)備還不具備能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)字化的條件，例如隔離開關(guān)與斷路器，因此，要實(shí)現(xiàn)完整單元的控制，必將對(duì)遙控、遙信進(jìn)行處理，并通過GOOSE 網(wǎng)進(jìn)行關(guān)聯(lián)，從而使IEC61850 標(biāo)準(zhǔn)在過程層、間隔層以及站控層得以實(shí)現(xiàn)，能夠正常運(yùn)行。再次，進(jìn)行站內(nèi)網(wǎng)絡(luò)設(shè)置。站內(nèi)網(wǎng)絡(luò)包括數(shù)據(jù)網(wǎng)、GOOSE 網(wǎng)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、公用接口、電能計(jì)量等，使站內(nèi)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)順利運(yùn)行。最后，檢測設(shè)備技術(shù)性能，由于變電站綜合自動(dòng)化設(shè)備的重要性，總體系統(tǒng)要采用分布式開放系統(tǒng)，獲得高速通信以及共享資源的能力。通過以項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)方案為例，能夠提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)、探索、動(dòng)手及創(chuàng)新能力。

4 結(jié)束語

新時(shí)代強(qiáng)農(nóng)興農(nóng)背景下，以電氣專業(yè)課程為例，從教學(xué)方式、工程實(shí)踐、項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)3 個(gè)方面分別闡述了課程的改革措施。打破傳統(tǒng)教學(xué)方式，采用線上線下混合式教學(xué)模式，豐富了教學(xué)活動(dòng)，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，增強(qiáng)了學(xué)習(xí)氣氛。加強(qiáng)工程實(shí)踐，實(shí)現(xiàn)理論與實(shí)踐相結(jié)合，增強(qiáng)學(xué)生實(shí)踐動(dòng)手能力。以項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)為抓手，培養(yǎng)創(chuàng)新能力，擴(kuò)展了學(xué)生分析問題的思維，提高了學(xué)生自主學(xué)習(xí)、探索及創(chuàng)新能力。