韓美玉，王艷松，仉志華

(中國石油大學(xué)(華東)　信息與控制工程學(xué)院，　山東　青島　266580)

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電力工程綜合性實驗教學(xué)改革研究與探索

韓美玉，王艷松，仉志華

(中國石油大學(xué)(華東)信息與控制工程學(xué)院，山東青島266580)

該文以電力工程課程中經(jīng)典實驗項目“電力線路過流保護(hù)實驗”改革為例，將驗證性實驗調(diào)整為綜合性設(shè)計實驗，對實驗內(nèi)容進(jìn)行優(yōu)化分層設(shè)計，由學(xué)生自主選擇設(shè)計方案，充分調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，有利于培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神和工程實踐能力等綜合素質(zhì)的應(yīng)用型人才。

電力工程；實驗教學(xué)改革；綜合設(shè)計性實驗；應(yīng)用型人才培育

實踐教學(xué)方法改革是推動實踐教學(xué)改革和人才培養(yǎng)模式改革的關(guān)鍵。各高校要把加強(qiáng)實踐教學(xué)方法改革作為專業(yè)建設(shè)的重要內(nèi)容，重點推行基于問題、基于項目、基于案例的教學(xué)方法和學(xué)習(xí)方法，加強(qiáng)綜合性實踐科目設(shè)計和應(yīng)用[1]。在新形勢下，電氣工程專業(yè)方向的人才培養(yǎng)有更高的要求：工程人才的培養(yǎng)需要“回歸工程”，需要加強(qiáng)實踐能力的培養(yǎng)。通過加強(qiáng)專業(yè)實驗系統(tǒng)建設(shè)，加強(qiáng)學(xué)生的實踐訓(xùn)練能力，以適應(yīng)當(dāng)前社會對電氣工程專業(yè)方向人才培養(yǎng)的要求[2]。

近年來，國內(nèi)開設(shè)電氣工程專業(yè)的高校在實驗教學(xué)改革方面開展了一系列卓有成效的探索，重點加強(qiáng)設(shè)計性、綜合性、開放性實驗課程建設(shè)，著力培養(yǎng)學(xué)生實踐能力和創(chuàng)新精神[3]。例如，西安交通大學(xué)在電力系統(tǒng)大型綜合實驗教學(xué)模型設(shè)計與實踐方面開展了大量工作[4]，華北電力大學(xué)在電力工程全過程虛擬仿真實驗教學(xué)的道路上取得了突出成果[5]。

電力工程是電氣工程專業(yè)學(xué)生的一門專業(yè)核心課，是學(xué)生后續(xù)學(xué)習(xí)電力系統(tǒng)分析、電力系統(tǒng)繼電保護(hù)、微機(jī)保護(hù)等專業(yè)知識的基礎(chǔ)[6]。該課程具有內(nèi)容抽象、實踐性強(qiáng)、內(nèi)容多等特點，電力工程實驗對于增加學(xué)生對電力供電現(xiàn)場的感性認(rèn)識，加深學(xué)生對專業(yè)理論知識的理解具有重要的意義。該課程實驗均為強(qiáng)電實驗，中國石油大學(xué)(華東)自2008年開始加強(qiáng)了電力工程實驗平臺建設(shè)[7]。但傳統(tǒng)的實驗內(nèi)容以驗證性為主，通常由教師給定電路圖，學(xué)生“照葫蘆畫瓢”完成實驗，這不利于學(xué)生實踐能力和創(chuàng)新精神的培養(yǎng)。

我校自2012年啟動精品實驗項目建設(shè)計劃以來，著力構(gòu)建以培養(yǎng)學(xué)生實踐能力和創(chuàng)新能力為目標(biāo)的實驗教學(xué)體系，全面提升實驗教學(xué)質(zhì)量。以此為契機(jī)，本文對電力工程課程綜合性實驗教學(xué)改革進(jìn)行了研究與探索。

1　實驗內(nèi)容改革的設(shè)計思想

我校傳統(tǒng)的電力工程實驗共6個學(xué)時，包含3個實驗項目：常用繼電器動作特性測試實驗、輸電線路三段式電流保護(hù)實驗、重合閘繼電器特性實驗。3個實驗項目均為驗證性實驗，學(xué)生只局限于了解實驗平臺的線路連接，對電力系統(tǒng)短路故障和繼電保護(hù)之間的內(nèi)在聯(lián)系、過流保護(hù)和自動重合閘之間的配合缺乏認(rèn)識和理解。實驗過程中應(yīng)付心理較明顯，實驗教學(xué)對理論教學(xué)的促進(jìn)作用不明顯。

本文采用理論研究和實證分析相結(jié)合的方式，對傳統(tǒng)實驗項目“電力線路過流保護(hù)實驗”的實驗內(nèi)容進(jìn)行了再設(shè)計，將“電力線路三段式電流保護(hù)實驗”和“自動重合閘實驗”兩個驗證性實驗設(shè)置為一個綜合設(shè)計性實驗——“電力線路過流保護(hù)綜合設(shè)計性實驗”。模擬電力線路發(fā)生短路故障時，繼電保護(hù)動作跳閘，重合閘裝置動作重合等一系列過程。指導(dǎo)學(xué)生根據(jù)課堂學(xué)習(xí)理論，通過查閱繼電保護(hù)設(shè)計規(guī)范、自行設(shè)計電力線路的過流保護(hù)方案，同時將過流保護(hù)和自動重合閘配合起來，構(gòu)成重合閘前加速或后加速保護(hù)，使學(xué)生能夠更系統(tǒng)、全面地掌握電力系統(tǒng)發(fā)生短路故障后，過流保護(hù)動作跳閘和自動重合閘裝置動作合閘的配合過程。

重新設(shè)計后的實驗項目涉及電力系統(tǒng)短路計算、線路過流保護(hù)的配置、繼電保護(hù)整定計算、自動重合閘裝置等專業(yè)知識，是對電力工程理論知識的深化與綜合，屬于綜合設(shè)計型實驗項目。本實驗項目是對學(xué)生專業(yè)知識和實驗操作能力的考查，如圖1所示。

圖1　實驗知識考查范圍示意圖

通過該實驗項目，提高學(xué)生對專業(yè)知識的綜合運(yùn)用能力，培養(yǎng)學(xué)生分析電力系統(tǒng)短路故障和設(shè)計繼電保護(hù)方案的能力，鍛煉學(xué)生理論聯(lián)系實際的創(chuàng)新能力和工程實踐能力。

2　實驗課程實施的改革思路

2.1實驗內(nèi)容的個性化設(shè)置

我?，F(xiàn)有“EPL-II型電力系統(tǒng)繼電特性與繼電保護(hù)實驗裝置”10臺，可分別從電力線路與電力線路、電力線路與變壓器、電力線路與高壓電機(jī)3個方面設(shè)置不同的電力線路網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，線路電壓等級與線路長度均可靈活設(shè)置。實驗前，可給同一課堂不同學(xué)生設(shè)置個性化實驗內(nèi)容，有效規(guī)避學(xué)生照搬抄襲現(xiàn)象的發(fā)生。其中一種較為簡單的實驗電力線路網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2　電力線路網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)實例

2.2實驗過程的綜合設(shè)計性實施理念

以圖2所示實驗內(nèi)容為例，在實驗操作前，學(xué)生熟悉實驗臺模擬輸電線路部分，學(xué)會系統(tǒng)運(yùn)行方式設(shè)置、故障線路設(shè)置、故障類型設(shè)置、故障點設(shè)置，通過設(shè)置故障線路和故障點，采集f1、f2、f3、f4共4點發(fā)生短路故障時的短路電流，用于后續(xù)整定計算。

指導(dǎo)學(xué)生按照理論學(xué)習(xí)內(nèi)容，設(shè)計過流保護(hù)方案并進(jìn)行整定計算，給出各個電流繼電器的整定電流及線圈連接方式，并設(shè)計過流保護(hù)和自動重合閘的配合方式，給出電力線路過流保護(hù)方案。

2.3教學(xué)方法注重研討性、針對性

將實驗教學(xué)分為兩部分：課前設(shè)計方案指導(dǎo)和課間實驗操作指導(dǎo)。學(xué)生根據(jù)實驗設(shè)計題目和設(shè)計要求，通過課前預(yù)習(xí)和資料查詢，設(shè)計電力線路的過流保護(hù)方案，并通過E-mail提交；老師對提交方案進(jìn)行預(yù)審，對相對合理的方案，通過批注返回修改意見；對不合理的方案，預(yù)約指導(dǎo)時間，師生共同討論，修改、完善實驗方案。將實驗設(shè)計方案的指導(dǎo)工作提前做好，保證學(xué)生實驗的順利進(jìn)行。

2.4教學(xué)手段靈活扎實

學(xué)生進(jìn)入實驗室之前，通過多媒體課件了解實驗室的設(shè)備儀器，使學(xué)生熟悉各種繼電器的外形、結(jié)構(gòu)和動作特性，以及電力系統(tǒng)故障和繼電保護(hù)的動作過程。將Flash等現(xiàn)代多媒體教學(xué)手段融入傳統(tǒng)的教學(xué)模式中，對實驗場所進(jìn)行相對擴(kuò)展。運(yùn)用QQ群等網(wǎng)絡(luò)平臺，實現(xiàn)學(xué)生網(wǎng)上討論、教師網(wǎng)上答疑，將實驗教學(xué)從課堂延伸到課外。通過網(wǎng)絡(luò)平臺也能發(fā)揮學(xué)生的主體作用，給學(xué)生提供討論和分析問題的平臺。當(dāng)然，在實驗教學(xué)中如何引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題方面，教師的主導(dǎo)作用是不可或缺的，教師應(yīng)在實驗教學(xué)中引導(dǎo)學(xué)生從實驗研究方法層面上把握進(jìn)程，從而為學(xué)生提供發(fā)現(xiàn)問題的多種途徑。

2.5考核方法立足激發(fā)學(xué)生活力

實驗考核包括以下3個方面。

實驗操作(30分)：學(xué)生依據(jù)設(shè)計方案，進(jìn)行接線、調(diào)試，重點考查學(xué)生排除接線故障及查找問題的能力。

通過以上考核方法，引導(dǎo)學(xué)生理論學(xué)習(xí)與實踐應(yīng)用相結(jié)合，加強(qiáng)學(xué)習(xí)交流，在研討與辯證思考中提高學(xué)習(xí)質(zhì)量。

3　結(jié)束語

實驗不僅是理論知識的驗證手段，同樣是獲取新知識，提高實踐能力、創(chuàng)新能力的有效途徑[8]。本文在電力工程課程綜合性實驗改革的研究探索中，堅持以下3方面原則。

首先，實驗內(nèi)容覆蓋了電力工程課程的基本知識。實驗內(nèi)容包括電力系統(tǒng)短路計算、線路過流保護(hù)的配置、繼電保護(hù)整定計算、自動重合閘裝置等專業(yè)知識，為學(xué)生進(jìn)一步深入開展電氣工程課程學(xué)習(xí)奠定了良好基礎(chǔ)。

其次，實驗方法的設(shè)計遵循學(xué)習(xí)基本規(guī)律。該實驗在進(jìn)行綜合性、設(shè)計性改革的同時，保留基礎(chǔ)的驗證性實驗，在追求研究性的同時兼顧基礎(chǔ)性。廣大學(xué)生在完成實驗的過程中，首先對抽象的理論知識形成實踐性的直觀認(rèn)識，然后在理論研究的基礎(chǔ)上進(jìn)行實踐驗證，很好地遵循了由淺入深、深入淺出的基本規(guī)律[9]。

最后，教學(xué)手段牢抓學(xué)生學(xué)習(xí)主動性。個性化題目給定、一對一方案指導(dǎo)、開放性研究討論和豐富的多媒體教學(xué)資源為激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)動力、拓展學(xué)生實踐能力、培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維提供了有利條件。

近兩年來的實踐表明，盡管學(xué)生在電力工程實驗中投入的時間比以往更多，但學(xué)生學(xué)習(xí)熱情明顯高漲。通過對實驗過程的觀察與考核發(fā)現(xiàn)，學(xué)生對電力工程理論知識的理解更加透徹，在后續(xù)課程的學(xué)習(xí)中，有了良好的理論與實踐基礎(chǔ)。同時，學(xué)生專業(yè)知識的表達(dá)能力和團(tuán)隊協(xié)同研究能力得到了較大提升。

[1]教育部，財政部，中宣部，等.教育部等部門關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)高校實踐育人工作的若干意見[Z].教思政[2012]1號文件.

[2]溫步瀛.電力工程綜合實驗系統(tǒng)的建設(shè)與實踐研究[J] .中國電力教育，2012(9)：73-74.

[3]張鳳鴿，楊德先，尹項根，等.《電力系統(tǒng)綜合實驗》課程改革與實踐[C]//第六屆全國高等學(xué)校電氣工程及其自動化專業(yè)教學(xué)改革研討會論文集(下冊).[出版地址不詳]：[出版者不詳]，2009：846-849.

[4]董繼民.電力系統(tǒng)綜合實驗教學(xué)模式研究與實踐[J].高校實驗室工作研究，2010(3)：8-9，61.

[5]翟永杰，紀(jì)蓬勃，王秀梅，等.電力工程全過程虛擬仿真實驗教學(xué)中心建設(shè)[J].實驗技術(shù)與管理，2014，31(8)：5-8.

[6]王艷松.電力工程[M].山東青島：中國石油大學(xué)出版社，2012：1-25.

[7]仉志華，康忠健，王艷松.電力系統(tǒng)線路保護(hù)綜合實驗平臺的開發(fā)[J].實驗室研究與探索，2009(5)：46-48.

[8]王立欣，王明彥，康玲.面向工程創(chuàng)新人才培養(yǎng)的電氣工程專業(yè)建設(shè)與實踐[J].中國大學(xué)教學(xué)，2011(5)：32-33.

[9]葛利玲，梁淑華，蔣百靈，等.綜合性實驗設(shè)計與運(yùn)行機(jī)制的探索[J].實驗科學(xué)與技術(shù)，2009，7(6)：70-72，83.

Research and Exploration of Comprehensive Experiment Teaching Reform of Power Engineering Course

HAN Meiyu，WANG Yansong，ZHANG Zhihua

(CollegeofInformationandControlEngineering，ChinaUniversityofPetroleum，Qingdao266580，China)

Inthispaper，wetaketheover-currentprotectionexperimentreformofpowerlinesasanexample，adjusttheverificationexperimenttocomprehensivedesignexperiment，optimizethehierarchicaldesignoftheexperimentandguidethestudentstochoosethedesignplansindependently.Thisreformcanmotivatestudents’enthusiasmandcultivateappliedtalentswithpracticalcapacityandinnovativespirit.

powerengineering；experimentteachingreform；comprehensivedesignexperiments；trainingofappliedtalents

2014-06-29；修改日期: 2014-08-19

中國石油大學(xué)(華東)精品實驗項目建設(shè)資助項目(JS201308)。

韓美玉(1985-)，女，碩士，實驗師，主要從事電氣工程研究與實驗教學(xué)工作。

G642.0

Adoi:10.3969/j.issn.1672-4550.2016.04.050