“電力系統繼電保護”工學結合特色課程的建設

高廣玲,張沛云

(國家電網技術學院,山東濟南 250012)

0 引言

現階段工學結合是高職教育人才培養模式改革的重要切入點,強調注重教學過程的實踐性、開放性和職業性,實驗、實訓、實習是三個關鍵環節。實現學生到員工、學校到企業的零距離對接,這主要通過專業改革、課程改革、師資建設、實驗實訓改革來實現。

“電力系統繼電保護”課程是強電類專業的主干專業課程之一,其實踐性、應用性及職業特征非常突出。近二十多年來,隨著電子技術和計算機技術的飛速發展,繼電保護技術也發生了巨大的變化。繼電保護正在沿著微機化,網絡化,保護、控制、信號、測量和數據通信一體化的方向不斷發展。

“電力系統繼電保護”長期以來是按照傳統的學科體系進行教學,即:先按教材章節的順序進行理論教學,然后考試,再進行課程設計及實習。教師在此基礎上講解其結構和性能,既費時又費力,還容易讓學生覺得枯燥乏味,教學效果不理想。

基于以上的原因,“電力系統繼電保護”課程需要進行改革。本文從教學內容、教學方法和手段、實驗室建設、考核評價體系等幾個方面探討了基于工學結合模式的“電力系統繼電保護”課程的教學改革,以期達到改善課堂教學效果、提高學生的能力和素質的目的。

1 課程教學的現狀

1.1 教學大綱和教材內容不能適應生產實際需要

“繼電保護”課程現有的教學大綱中的有些內容已經不能滿足目前生產實際的要求。教材中涉及的裝置所采用的元件多為80年代初的產品。近年來計算機和通信技術取得了突飛猛進的發展,其應用領域非常廣泛,在電力行業的應用更是如此,特別是繼電保護裝置,現在已發展成為微機繼電保護裝置為主。顯然現有教材的內容已遠遠落后于現實情況,理論知識嚴重脫離實際,不能適應生產實際需要。

1.2 教學過程中以教師為主體

目前,“繼電保護”課程的教學方法仍然以傳統教學方法為主,教學方法單調,以教師為主體,學生為客體。教師向學生單向地傳授理論知識,學生的一切學習活動都圍繞著教師的指揮棒進行,作為知識的接受者,被動地依存和接受來自教師的知識。由于缺乏學習主動性,對于知識的理解和掌握不夠深入,久而久之導致學習興趣降低。這種教學方法,影響了學生的積極性,制約了學生的創新思維,不能靈活運用理論知識,很難把課堂上講授的理論與現場實際情況很好地結合起來去解決實際問題。

1.3 實驗室建設滯后

繼電保護是實踐性很強的一門學科,不經過一定的實踐,很難從根本上掌握其理論。但由于缺乏必要的實驗設備,“微機繼電保護裝置”部分很長一段時期沒有開設實驗課程,這對學生掌握理論知識及動手能力、創新能力的培養都極其不利。

1.4 考核制度制約了學生的知識創新能力

考試制度仍然是應試教育下以分數作為衡量教育成果的惟一標準的制度。考試命題中的題型、題量、難度、涉及內容的比例缺乏統一標準,缺乏對學生創新能力檢驗的內容。學生實踐和動手能力的考核比例偏低。這樣,學生成績的好壞并不能全面客觀地反映學生對知識的掌握情況和對知識的運用情況。從往屆畢業生反饋的信息中了解到,在校期間考試成績高的學生,其實際動手能力并不一定強,不一定能勝任所在工作單位的本職工作,甚至出現高分低能的現象。

2 基于工學結合課程的建設

2.1 教學內容的改革與實踐

1)課程教學內容的整合

通過廣泛調研,以市場和企業對人才需求為指導,整理分析了電氣專業所面向的職業崗位。結合崗位需求對“繼電保護”教學內容進行整合,基于工作過程,以典型工作任務驅動模式進行課程開發,將整個教學環節整合為六個單元模塊,即繼電保護基礎知識、輸電線路階段式保護、輸電線路全線速動保護、線路微機保護裝置及測試、元件(變壓器、發電機、母線)保護技術與應用五個知識模塊。把實踐環節拆分穿插在各模塊單元中。以工作任務為單元,建立相應的學習情境,實現理論與實踐一體化教學,從而由表及里、由淺入深、由簡到繁、由局部到整體地讓學生感受到繼電保護實實在在的應用,使學生在完成工作任務的過程中學習專業知識,得到職業能力的培養、協作意識和創新意識的培養。

這種邊授課邊進行實踐的教學方式,經過實踐證明:學生學習質量得到了提高。通過繼電保護課程的教學,使學生重點掌握電力系統繼電保護基本工作原理,同時了解一些電氣設計的基本概念。針對運行、檢修、設計崗位的用人需求,課程適當弱化了一些理論推導。

2)教學過程強化實踐能力培養

繼電保護課程的五個知識模塊中,刪減大部分理論公式推導和繁瑣的數值計算,而更加注重理論公式的工程實用性,同時增加了能夠進行實踐操作、提高動手能力和解決工程實際應用問題能力的教學模塊。通過實踐教學,可以使學生在生產實習中能夠更好地掌握所學知識,了解電力企業的生產、運行過程及管理,積累了一定的實踐經驗,為學生實現零距離就業創造有利條件。

例如,在學習階段式電流保護這部分內容時,結合典型工作任務—階段式電流保護的整定與調試,將教學過程分為三個階段:分組探討、設計接線;實踐操作、整定測試保護;教師總結、理論教學。

(1)分組探討

目的:階段式電流保護接線設計。根據各段電流保護原理接線圖及保護的接線方式,分組設計三段式電流保護原理接線圖。

實施:分組討論后,各組互相評價,最后由教師總結。

(2)實踐操作

目的:階段式電流保護的整定與測試

實施:根據各段電流保護的動作電流和動作時間,分組進行電流繼電器、時間繼電器的整定,并進行三段式電流保護的測試接線。

(3)教師總結、理論教學

目的:進一步講解階段式電流保護的相關知識,主要是實驗中觀察不到的方面。

實施:教師、現場工程師講課。

通過情景式的學習使得同學們掌握階段式電流保護各段的保護范圍及動作時間的配合情況。

3)教學內容緊密結合工程實際

繼電保護技術較過去發生了革命性的變化。保護裝置現在已從以分離元件為主的保護裝置發展成為微機繼電保護裝置為主,并且有全面取代分離元件保護裝置的趨勢。課程組對繼電保護課程的課堂教學內容也進行了改革,把傳統的繼電器等內容盡量減少,大量增加工程實踐中廣泛應用的先進技術和微機保護裝置。例如,在線路全線速動保護中就介紹了LFP-900系列光纖電流縱差動保護裝置構成及原理;在發電機變壓器保護中介紹了RCS-985微機發變組成套保護裝置。這么做可以保證課堂教學內容和工程實踐緊密結合,充分體現了課堂教學內容的先進性和時效性。

2.2 改變教學方法和手段

教育活動是“教”與“學”的活動的結合。老師和學生都應該是教學活動的主體,而不應該只強調教師這一主體的作用和地位。作為教師應發揮好主導作用,突出好學生的主體地位,要從傳統的教學方法轉變到啟發式、研究式、反問討論式的教學方法上來,要設計問題啟發引導學生進行思考。教學過程中要在強調教師的主導作用的同時,充分調動學生的學習積極性,達到雙向互動。

“繼電保護”課程涉及的內容多,具體運用非常復雜,要調動學生的積極性達到雙向互動,必須根據具體內容,積極進行教學方法和教學手段的改革。

(1)采用現代化的教學手段:結合教學內容實行多媒體教學。多媒體教學優點是可以使學生以多種感官接受知識,易于理解,印象深刻,同時傳遞的信息量大,極大地提高了課時利用率。

多媒體具有多種媒體、超文本、超媒體的功能,它集文字、聲音、圖像、靜與動于一身,代表著未來教育發展的方向。因此,課題組開發了適用于本課程教學要求的多媒體教學課件。此外,由于本課程的許多教學內容與生產實際背景密切相關,通過錄制與生產實際背景相關內容的教學視頻,可以讓學生直觀地了解到生產實際中繼電保護裝置的實際安裝、調試過程的各個環節,使他們在集聲、像于一體的多媒體環境中,輕松愉快地接受和理解復雜、枯燥的安裝調試過程,深化知識的理解和掌握。

(2)啟發式教學法:改變以教師“教”為中心的灌輸式的傳統教學模式,采用啟發式教學方式,使學生成為課堂的主體,教師們在授課中注重與學生交流,經常提出問題,引導學生的思路。

(3)理論實踐一體教學法:把理論和實踐有機的結合起來,達到學以致用的學習目的,提高學生分析問題,解決問題的能力,并加深對理論知識的理解。

例如在教學過程中增加了線路微機保護裝置測試的內容,安排學生學習利用北京博電公司生產的繼電保護PW測試儀對WXH-802線路微機保護裝置進行線路微機保護的檢驗工作。

(4)分組討論教學法:課程的某些內容可以采用分組討論的教學方法進行,這種方法促進了學生積極思考,積極行動,學生的積極性非常高,教學效果良好。

(5)案例分析法:課程教學中我們還采用案例教學法例舉來自電力生產現場的實際事故案例,引導學生進行事故原因分析,電力作業的危險點分析,提出危險點控制措施,使學生深刻領會到電力系統繼電保護原理及運行過程中安全措施及重要性,增強了安全意識,同時提升了學生的分析問題,解決問題的能力。

2.3 加強實驗室建設

傳統的繼電保護實驗室進行的實驗項目主要是傳授繼電保護基本知識,同時消化、鞏固學過的理論,使學生掌握基本的實驗規范和方法,培養基本的實驗操作能力。這類實驗主要包括以下幾個實驗:電磁型電流、電壓和時間繼電器電氣特性試驗;階段式電流保護實驗;功率方向繼電器試驗。

2009年,我院新增加了微機保護試驗臺,每一個實驗臺均可以完成各種電壓等級的線路和元件的微機保護,方便學生做各種微機保護功能實驗。并能夠通過投退不同的保護功能組建不同的對象保護裝置。學生通過保護功能單元的學習,不但可根據相應的保護功能實驗熟悉各種具體的保護裝置,還可以對不同對象保護功能的選擇有所了解,為以后從事工程設計或程序設計提供便利。

由以上兩部分組成的繼電保護實驗室不僅能夠完成常見繼電器特性實驗、常見繼電保護原理實驗、微機線路保護實驗、微機變壓器保護實驗和微機發電機保護實驗,還可以由學生自行設計完成相關的綜合實驗,還能夠為學生的畢業實習、畢業設計提供一個實驗條件完善、技術先進的實驗平臺。總之,良好的實驗實習條件才是提高學生實踐、創新能力及就業競爭能力的保障。

2.4 改革考核評價體系

考核評價體系的改革要立足于正確引導學生在打好堅實理論基礎的基礎上,培養和提高分析問題與解決問題的能力。鼓勵學生發揮創新思維和創新能力。從基礎理論知識的掌握、專業技能的運用、設計性實驗及綜合性實驗的實施等多方面進行綜合考核,加大實驗環節的考評比例,從制度上鼓勵學生進行發散思維、求異思維。

教學方式改變以后,相應的考試方式也進行了改變。過去是靠期末一張理論卷來定成績,只注重工作結果考核的這種做法與職業技術教育的培養目標是不相符合的。為此,將考試方法改革為:學生本學期本課程的成績=工作過程考核成績×20%+階段作業考核成績×20%+工作結果考核成績×35%+(方法能力考核成績+社會能力評價成績+知識目標考核成績)×25%。

3 教改效果

通過多媒體、視頻資料、豐富的實驗等教學手段讓學生在情境中去認識各種繼電保護的構成、工作原理、運行特點和整定計算等內容。在教學過程中明確工程概念,樹立工程意識,讓發電廠、變電站情境貫穿于學生整個學習過程,強化實踐操作和解決工程實際問題能力的培養。

繼電保護課程教學改革不僅僅是單純的課程改革,而是一項實實在在的教學質量系統工程。最終的成果應體現在學生學習質量、學生的就業率和學生為社會所能創造的價值上。

[1]李德仁.試論高等學校的素質教育[J].學位與研究生教育,2000(2):5-8

[2]張保會、尹項根.電力系統繼電保護[M].北京:中國電力出版社,2005.6

[3]楊奇遜、黃少鋒.微型機繼電保護基礎(第三版)[M].北京:中國電力出版社,2007.8