基于解耦思想的繼電保護(hù)教學(xué)方法研究與實(shí)現(xiàn)

戴志輝,焦彥軍,徐 巖,王 雪

(華北電力大學(xué)電力工程系,河北保定 071003)

0 引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,企業(yè)對人才的需求不但在層次上逐漸提升,而且對創(chuàng)新能力、應(yīng)用能力和實(shí)際操作能力提出了更高的要求。各電力高校從高等教育大眾化及地方社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的現(xiàn)狀出發(fā),把培養(yǎng)社會發(fā)展所需要的高層次復(fù)合型人才作為教學(xué)目標(biāo)之一,大力提高學(xué)生知識復(fù)合、能力復(fù)合、思維復(fù)合以及理論知識的工程實(shí)踐素養(yǎng)和適應(yīng)社會需要的能力。

繼電保護(hù)作為一門綜合性的科學(xué),與電工基礎(chǔ)理論、電子技術(shù)、通訊技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等有著密切的關(guān)系。繼電保護(hù)課程理論與實(shí)踐并重,特別重視兩者的有機(jī)結(jié)合,該課程對學(xué)生綜合能力的培養(yǎng)及知識優(yōu)化能起到重要作用[1-3]。對繼電保護(hù)教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)手段開展全面研究,對繼電保護(hù)培養(yǎng)體系進(jìn)行與時俱進(jìn)的合理改革,對于培養(yǎng)社會需要的復(fù)合型專業(yè)人才具有積極意義。但目前繼電保護(hù)教學(xué)中,仍然存在著一些不足和亟待解決的問題:

第一,相對于日新月異的工程實(shí)際,繼電保護(hù)的教學(xué)內(nèi)容比較滯后;

第二,學(xué)生對于先修課程尤其是理論性較強(qiáng)的課程,很難與實(shí)際、與保護(hù)課程順利接口,導(dǎo)致因?yàn)橄刃拚n程的知識點(diǎn)斷鏈而不能很好的掌握繼電保護(hù)知識;傳統(tǒng)的“繼電保護(hù)”課程中,更重視各個模塊、各個知識點(diǎn)的講解,對知識點(diǎn)之間、理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)之間、理論與工程實(shí)際之間的接口重視不夠,或?qū)@種接口的講解方法、形式不夠直觀,造成學(xué)生對知識的整體理解較差。

第三,忽視骨架及方法論。電力系統(tǒng)、保護(hù)技術(shù)飛速發(fā)展,對于保護(hù)這樣的專業(yè)課,如果在有限的課時內(nèi)一味追求技術(shù)或理論細(xì)節(jié)的成熟性而忽視整體及方法論,可能反倒使教學(xué)陷入被動。

第四,改進(jìn)教育實(shí)踐,不能靠遠(yuǎn)離實(shí)踐的專家通過精確化的研究成果設(shè)計(jì)方案,讓教師執(zhí)行而實(shí)現(xiàn)。相反,要靠真正進(jìn)行教育活動的教師發(fā)現(xiàn)自己實(shí)踐中的問題、思考解決辦法來實(shí)現(xiàn)。

解決上述問題,首先要求教師要有良好的課程意識,而如何有效地形成和實(shí)現(xiàn)正確的課程意識是關(guān)鍵之一。本文從解耦的角度闡述“繼電保護(hù)”課程意識,力求為課程意識的有效形成提供思路。

1 基于解耦思想的課程意識

課程意識是指人無論在設(shè)計(jì)某一課時、某一單元,編制某一教材或在評論某一節(jié)課或課程產(chǎn)品時,其思考、言說或操作的對象,都處于特定的課程形態(tài)、課程方案、課程框架性背景之中,而非孤立的、靜止的、以點(diǎn)為對象的意識指向[4-6]。

解耦的思想已經(jīng)在控制理論、通信技術(shù)、數(shù)學(xué)、程序設(shè)計(jì)等很多領(lǐng)域得以體現(xiàn)。如IEC61850考慮到通信技術(shù)發(fā)展很快,即使最新制定出的通信標(biāo)準(zhǔn)也不一定能代表出版時的最新技術(shù),為此規(guī)定應(yīng)用與通信技術(shù)解耦,解決了標(biāo)準(zhǔn)的穩(wěn)定性與未來網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展之間的矛盾。程序設(shè)計(jì)中的解耦就是把程序互不相關(guān)或有限相關(guān)的模塊分割開來并用接口準(zhǔn)確定義模塊之間的關(guān)系。本文引入解耦的思想,旨在解決“繼電保護(hù)”課程中相關(guān)“接口”,一定程度上緩解“繼電保護(hù)”講課內(nèi)容滯后與工程實(shí)踐飛速發(fā)展之間的矛盾。

本文所指的解耦包括解耦和耦合兩個層面。解耦不等于解體,所有問題的分析,最終還要通過耦合回歸成一個可行的整體。

基于以上分析,這里將基于解耦思想的課程意識定義為:對于特定的課程形態(tài)、課程方案、課程框架背景之下,利用解耦的思想將課程的主要內(nèi)容盡量變換成容易被理解的形式或模塊分別進(jìn)行透徹分析,抽象成方法論,最大化的實(shí)現(xiàn)學(xué)生對知識的重用;更為重要的是用接口來定義這些形式或模塊之間的聯(lián)系、本課程與先修后續(xù)課程的聯(lián)系,并最終通過耦合回歸到工程實(shí)踐的形式,最大化的實(shí)現(xiàn)學(xué)生對知識的創(chuàng)新。通過長期有效堅(jiān)持,逐漸形成的課程意識。

基于解耦思想的課程意識的建立,需要改變教學(xué)管理和研究的參照系,是要在傳統(tǒng)教育理念有所突破的基礎(chǔ)上,找到教師與教師、教師與學(xué)生、學(xué)生與工程實(shí)際進(jìn)行有深度的專業(yè)性對話的一個“接口”。基于解耦思想的課程意識的最終目標(biāo),一方面是要實(shí)現(xiàn)學(xué)生對知識的重用,另一方面是要實(shí)現(xiàn)學(xué)生對知識的創(chuàng)新。而基于解耦思想的課程意識,要求全體該學(xué)科的教師在意識層面上建立要與其他教學(xué)模塊、其他課程接口的觀念,但具體操作上只需要對本課程的解耦和接口形成共識并予以足夠重視,對于各自負(fù)責(zé)的模塊,可以通過全面、正確的理解發(fā)揮自主性。

1.1 低耦合是重用最有效的手段

解耦前,兩個模塊之間共享所有信息(這個信息包括數(shù)據(jù),也包括各自的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié))。要解耦,就要進(jìn)行抽象,將課程的主要內(nèi)容盡量變換成容易被理解的形式或模塊分別進(jìn)行透徹分析,抽象成方法論。解耦后,需要共享的信息被準(zhǔn)確地定義在接口中,同時,信息的流向也被確定。首先,教學(xué)內(nèi)容變得清晰了,非常有利于先修課程與保護(hù)知識的重用,保護(hù)知識與生產(chǎn)實(shí)際的重用。其次,不必時時考慮模塊之間的聯(lián)系,避免因?yàn)椴煌R板塊間過度頻繁的跳躍給學(xué)生理解知識帶來的負(fù)面影響。

必須認(rèn)識到:解耦不等于解體,接口的定義很關(guān)鍵。解耦就是簡化一些信息,定義一些需要共享的信息。如果接口定義的不好,隱藏了不該隱藏的信息,那么對某些需要這些信息的復(fù)雜情況來說,這個解耦就失敗了。而如果沒有隱藏一些應(yīng)該隱藏的信息,那么不該有的耦合仍然存在。“繼電保護(hù)”課程中,必須注重先修課程與課程的接口,本課程知識點(diǎn)之間的接口,保護(hù)與生產(chǎn)實(shí)際的接口;我們在教學(xué)中使用四模塊法,但是由于理論環(huán)節(jié)、實(shí)習(xí)環(huán)節(jié)、實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)有多位教師參與甚至多個教研室參與,教師之間對知識的理解亦有不同,利用傳統(tǒng)教學(xué)方法很難做到各個模塊的有機(jī)結(jié)合,也就很難實(shí)現(xiàn)接口。

1.2 耦合是創(chuàng)新最基本的途徑

課程不同,教師不同,可能更多負(fù)責(zé)各自課程的知識,難以全面系統(tǒng)顧及各個學(xué)科或課程之間的接口,這也是學(xué)生難以達(dá)到知識的融會貫通、創(chuàng)新的重要原因。用接口來定義教學(xué)形式或模塊之間的聯(lián)系、本課程與先修后續(xù)課程的聯(lián)系,并最終通過耦合回歸到工程實(shí)踐的形式,力求最大化地實(shí)現(xiàn)學(xué)生對知識的創(chuàng)新。

2 繼電保護(hù)教學(xué)內(nèi)容的解耦與耦合

2.1 繼電保護(hù)原理與計(jì)算機(jī)、信號處理

有關(guān)繼電保護(hù)的“電力系統(tǒng)繼電保護(hù)原理”和“電力系統(tǒng)微機(jī)保護(hù)”兩門課程,前者基本不涉及有關(guān)計(jì)算機(jī)的內(nèi)容,后者則以學(xué)生對繼電保護(hù)原理相當(dāng)熟悉為前提;教繼電保護(hù)原理課多數(shù)圍繞傳統(tǒng)保護(hù)繼電器展開,其構(gòu)成復(fù)雜且與目前的生產(chǎn)實(shí)際無法直接聯(lián)系,教計(jì)算機(jī)繼電保護(hù)原理課,絕大部分內(nèi)容是計(jì)算機(jī)或信號處理課程的內(nèi)容,課程內(nèi)容重復(fù),難以滿足我們對知識重用的要求。因此,將繼電保護(hù)原理與計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)、信號處理進(jìn)行解耦,將計(jì)算機(jī)技術(shù)和信號處理技術(shù)作為繼電保護(hù)原理實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ),通過實(shí)例耦合三者之間的關(guān)系。將“繼電保護(hù)原理”與“電力系統(tǒng)微機(jī)保護(hù)”兩門課有機(jī)地解耦而非解體,既有利于教師教學(xué),也有利于學(xué)生學(xué)習(xí)。計(jì)算機(jī)繼電保護(hù)的重要優(yōu)勢是所有能夠用數(shù)學(xué)方程所能表達(dá)的保護(hù)繼電器動作特性均可方便地用計(jì)算機(jī)軟件實(shí)現(xiàn),為更高性能保護(hù)繼電器的研究提供了可能性。對于計(jì)算機(jī)繼電保護(hù)應(yīng)更加強(qiáng)調(diào)對離散信號的分析。

2.2 保護(hù)、控制、監(jiān)測、通訊相結(jié)合

保護(hù)、控制、監(jiān)測、通訊一體化是電力系統(tǒng)自動化發(fā)展的公認(rèn)的方向,因此將電力系統(tǒng)自動控制、監(jiān)測系統(tǒng)及電力系統(tǒng)通訊等有關(guān)內(nèi)容與繼電保護(hù)綜合教學(xué)是十分有益的。自動控制與監(jiān)測裝置的硬件與繼電保護(hù)裝置幾乎一致,并且為了有利于綜合自動化的發(fā)展,應(yīng)鼓勵這種一致性,并逐步形成規(guī)范,具有統(tǒng)一的、開放的標(biāo)準(zhǔn)接口,在原來的繼電保護(hù)教學(xué)中則只需增加有關(guān)的特殊控制規(guī)律即可,最大限度地減少了重復(fù)和遺漏。

3 繼電保護(hù)教學(xué)方法的解耦與耦合

3.1 重理論

要提高教學(xué)效率,還要精心組織教學(xué)內(nèi)容。不能局限于現(xiàn)成課本內(nèi)容及其章節(jié)劃分,要拋棄過時的內(nèi)容,引入廣泛應(yīng)用的新技術(shù)。

繼電保護(hù)課程分為原理部分和微機(jī)保護(hù)部分,并作為兩門課來講,但兩者在內(nèi)容上卻是一個統(tǒng)一的整體。原理部分主要是作為微機(jī)部分的基礎(chǔ)來講的,課程內(nèi)容應(yīng)進(jìn)行優(yōu)化和精簡,對工程技術(shù)中不再采用的內(nèi)容進(jìn)行刪節(jié)。原則上只講保護(hù)原理,有關(guān)具體保護(hù)裝置內(nèi)容,學(xué)生通過完成作業(yè)、課外閱讀和課程設(shè)計(jì)來掌握。微機(jī)保護(hù)部分考慮到相關(guān)前修課程已經(jīng)講述的部分內(nèi)容,所以,課程重點(diǎn)在算法、保護(hù)流程、可靠性,以及微機(jī)保護(hù)典型硬件結(jié)構(gòu)、軟件設(shè)計(jì)等部分內(nèi)容。這樣,在內(nèi)容上精而不缺,新而可達(dá)。避免了不必要的重復(fù)講解,給學(xué)生發(fā)揮組織知識、綜合知識的能力留有余地。

3.2 強(qiáng)實(shí)踐

我們的實(shí)踐性教學(xué)不僅要分散而獨(dú)立地驗(yàn)證某個概念、理論、方法,而且要不失時機(jī)地將高新技術(shù)、設(shè)備的相關(guān)內(nèi)容引入教學(xué),采取學(xué)校與工業(yè)、科研機(jī)關(guān)間的密切聯(lián)系,錄制反映最新工程、最新科學(xué)技術(shù)、最新生產(chǎn)流程及最新設(shè)備與實(shí)驗(yàn)手段的教學(xué)片創(chuàng)造便利條件。

4 工程實(shí)踐的回歸

繼電保護(hù)課程與工程實(shí)踐結(jié)合很緊密,其原因在于繼電保護(hù)技術(shù)涉及到電力系統(tǒng)的穩(wěn)定、安全以及一、二次設(shè)備的技術(shù)細(xì)節(jié),同時,其本身也是一門包含理論和科技的工程技術(shù)學(xué)科。工程的本質(zhì)是綜合、創(chuàng)造和實(shí)踐。首先,它把技術(shù)和非技術(shù)、科學(xué)與非科學(xué)聯(lián)成一個無間隙的有機(jī)整體。工程的本身意味著多學(xué)科、多知識的綜合。其次,由于工程的廣度和深度處在動態(tài)變化之中,它必須具有創(chuàng)新特征,不僅致力于眼前,更要著眼于長遠(yuǎn)的發(fā)展和進(jìn)步,需表現(xiàn)出豐富的想象力和創(chuàng)新精神。繼電保護(hù)教學(xué)必須重視工程教育,堅(jiān)持教學(xué)、研究與關(guān)注真實(shí)世界問題的耦合;不只強(qiáng)調(diào)教學(xué)與研究耦合,更強(qiáng)調(diào)人才培養(yǎng)和研究活動必須和世界的相關(guān)實(shí)踐耦合。

5 結(jié)語

針對目前繼電保護(hù)教學(xué)中仍然存在的一些不足和亟待解決的問題,從如何有效地形成和實(shí)現(xiàn)正確的課程意識角度出發(fā),將解耦的思想應(yīng)用于繼電保護(hù)課程意識的分析,力求為課程意識的有效形成和實(shí)施提供思路。

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