電氣工程實驗教學模式探索與實踐

摘要：首先對當前電氣工程實驗教學的現狀進行分析，指出當前實驗教學中主要存在實驗平臺落后、教學手段單一、內容與實際結合不夠緊密等問題。然后有針對性地從實際工程出發對實驗平臺進行全面改造，并在新建實驗平臺的基礎上，從實驗教學手段、實驗隊伍培養兩方面來進一步完善實驗教學體系，為培養造就適應現代電力工業發展的復合型工程技術人才奠定了堅實的基礎。

關鍵詞：電氣工程；實驗教學現狀；實驗平臺；教學手段

作者簡介：甘輝霞（1974-），女，湖北公安人，三峽大學電氣與新能源學院，高級工程師。（湖北 宜昌 443002）

中圖分類號：G642.423 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2012）33-0065-02

一、電氣工程實驗教學現狀分析

目前我國電力行業已經全面進入微機、網絡、智能化時代，構建專業方向綜合實驗平臺，建立模塊化、分階段、多層次的實驗教學體系已成為當前國內高校電氣工程專業實驗教學改革的熱點和關鍵問題。[1]

當前我國高等教育實驗室教學實踐中存在很多問題。其中包括：實驗室建設經費不足，實驗教學平臺水平低且功能單一，并且教學實驗室和科研實驗室相互獨立，導致傳統教學實驗手段和內容落后，科研實驗室又對學生開放不足，使得實驗教學內容與理論教學和實際工程脫節，因而對學生吸引力不強，導致學生往往不重視實驗課。[2]

2011年11月，三峽大學電氣工程及自動化專業獲得第二批“卓越工程師教育培養計劃”，培養的目的是培養造就一批創新能力強，適應現代電力工業發展的復合型工程技術人才。自獲得該計劃以來，學院以提高人才培養質量為目的，以相關課程的任課教師和實驗教師為基礎構建教學團隊，優化資源配置，對傳統實驗室進行改造，充分發揮實驗教學、科研和產學研合作功能，強化學生的實踐和創新能力的培養，實施卓越工程師培養計劃。

二、實驗教學模式改革與實踐

1.實驗平臺建設

（1）傳統實驗平臺存在的問題。電氣工程及其自動化專業傳統的實驗包括課程實驗和綜合實驗兩部分內容。

1）課程實驗以驗證性實驗為主。一般會根據二次原理圖完成實驗裝置的接線，通過對裝置加電流、電壓信號對裝置進行測試，并觀察裝置動作結果，記錄相關的實驗數據，以此來驗證理論教學中所學的基本原理。就實驗本身而言，實驗目的比較明確，但因實驗內容較少且過程單一，不能有效的提高學生發現問題、分析問題和解決實際問題的能力；再加上因平臺落后、設備功能有限造成能實際開設的實驗內容更少，根本無法滿足當前的教學需要。

2）綜合實驗室硬件條件與當前電力系統的應用現狀及其對人才的培養要求相比存在較大差距。以繼電保護實驗平臺為例，差距主要表現在：第一，保護種類較少，不能涵蓋整個電力系統。當前只有線路保護、變壓器保護，缺少發電機保護、母線保護、斷路器保護及配網保護。第二，保護裝置落后，元器件還是以電磁型繼電器為主，微機線路保護年代久遠，與電力系統的實際情況相差甚遠。第三，測試設備及測試手段落后，與工程實際差別較大。目前工程調試中，對現場電氣量的模擬均采用繼電保護測試儀、信號發生器等完成，而實驗教學則主要使用調壓器、行燈變、移相器、滑線電阻等，這些設備在測量量程、準確度、精度方面根本達不到要求，從而導致很多實驗無法進行。

基于這樣的情況，為了適應培養計劃的需求，必須對當前的實驗平臺進行全面的改造，建立與當前電力系統的實際發展水平相適應的實驗平臺。

（2）實驗平臺建設。以繼電保護實驗室為例，目前已經建成了包括發電機、變壓器、母線、斷路器、線路及供配電系統的微機繼電保護實驗平臺，并配置了多套先進的繼電保護測試儀，故障采集及分析軟件。實驗裝置的種類、功能大幅度提升，實驗教學內容可以覆蓋從基礎元件到整個電力系統的各個層次，為構建模塊化、多階段、多層次的實驗教學體系奠定了堅實的平臺基礎。

在實驗過程中學生不但可以根據主接線的狀態選擇相應的保護類型，確定保護配置，而且可以依據保護原理自行設計保護類型，計算保護定值，確定參數，并通過實驗平臺檢驗動作邏輯及保護動作情況。圖1為微機繼電保護實驗平臺。

2.教學內容改革

在新建實驗平臺的基礎上，從以下幾個方面來合理的安排教學內容。

（1）從課程出發安排教學內容。電氣工程的理論課程包括：“繼電保護”、“自動裝置”、“高電壓技術”、“電力系統分析”等，與此相關的課程實驗一般以元件實驗為主，同樣包括繼電保護元件實驗、自動裝置課程實驗、高電壓技術實驗。

在現有的實驗平臺上，元件和裝置已合為一體，可取消繼電保護元件實驗室，課程試驗可在綜合實驗室內完成。而經過改造后實驗室功能更加完善，實驗內容可以涉及到實驗原理的各個環節，包括：硬件電路、保護定值修改和固化、元件定值校驗、動作特性實驗及動作報告故障分析等。這樣既可以節省場地和資源，同時又可以制定更加豐富的實驗內容，從而改變了以往課程實驗內容少、手段單一的缺點。

（2）從實際工程出發安排教學內容。技術應用型電氣工程及其自動化專業培養方向根據工程實際和社會需求，全面強化實驗教學環節，對實驗教學內容進行全面整合和優化。三峽大學電氣與新能源學院緊密結合工程實際和電力行業需求，設置了以下專業綜合實驗：微機繼電保護綜合實驗、綜合自動化實驗、水電仿真實驗以及電氣設備檢測實驗。下面以微機繼電保護綜合實驗為例介紹實驗內容的安排。

微機繼電保護綜合實驗分為微機保護軟件設計實驗和微機保護屏體實驗。在軟件設計實驗中，學生可以完成以下實驗內容：一是編制保護軟件主程序。一般包含三個基本模塊：初始化和自檢循環模塊、保護邏輯判斷模塊和跳閘處理模塊。二是設計數字濾波器。三是微機保護算法實驗。完成軟件設計并在微機實驗平臺上運行，可以作為課程設計和畢業設計內容。

微機保護屏體實驗以發電機微機保護為平臺，學生可以完成以下實驗內容：一是數據采集系統實驗。包括零點漂移檢查，電流、電壓精度檢查，電流、電壓變換器線性范圍檢查。二是保護定值校驗及動作特性實驗。三是開關量輸入軟件及硬件回路定義設計。四是開出量輸出、跳閘回路及軟/硬壓板的投/退檢查。五是模擬各種保護動作，形象直觀的觀察保護動作情況，打印并分析故障報告。[3，4]

（3）從學生出發安排教學內容。教學以學生為主體，實驗教學的內容設置及教學方法要適應“自主學習”的教學理念。[5]這就要求教師因材施教，認真組織教案，實驗教學的內容公布在學校求索學堂網站上，不同專業、不同層次的學生可以根據自身特點選擇實驗項目與內容，教學過程中教師以問題式和引導式實驗教學為主，注重啟發引導學生，整個實驗只提要求和目標，具體實驗的設計、實驗前的分析及實驗后數據的處理都應該由學生獨立完成。

例如：在微機變壓器保護實驗教學中，首先可以提出需要進行的實驗項目：一是變壓器主保護（變壓器差動或零序差動）；二是變壓器后備保護（復壓閉鎖過流保護或零序方向過流）。然后，根據所選的試驗項目確定實驗內容，其中包括：回顧和復習變壓器保護的基本原理；熟悉保護回路（交流電流電壓回路、輸入輸出回路）；熟練使用繼電保護測試儀；在實驗平臺上實現保護功能；觀測動作結果，記錄實驗數據并進行分析。實踐表明，以學生為主體，推出“自主學習”的教學理念，將會使學生學習的積極性大大加強，很好地激發了學生對理論課程所介紹的專業知識的濃厚興趣，具有很好的教學效果，也能很好地滿足技術應用型本科人才培養的要求。[1]

（4）探索實驗室開放管理，通過產學研合作的形式，建立穩固的校外實習基地，為在校學生提供進入企業見習、實習的機會。目前已與湖北超高壓輸變電公司宜昌輸電公司、宜昌電力勘測設計院有限公司簽訂產學研基地合作協議。積極鼓勵學院教師與電力企業加強合作交流，及時了解先進的電力技術，依靠行業和企業辦學，形成相互支持、相互依托的互動式產學研結合基地，有力地保證了學生實踐能力與創新能力的培養。

3.實驗室隊伍建設

學院十分重視人才引進和校內人才的穩定和培養。實驗室隊伍也在不斷壯大，如引進年輕的博士擔任電氣工程實驗教學中心的負責人，鼓勵支持中青年實驗人員學習進修提高學歷，招聘具有碩士以上學歷的有能力、有事業心的畢業生充實實驗隊伍等。定期召開教學研討會議，就培養模式、培養方法多方探討，轉變實驗教師教學模式，提高實驗教師的教學水平。一個高水平的實驗指導教師要能夠分析未來社會及其對人才的要求，探索技術應用型人才教育的內涵和實施教育的具體做法，使大學生的成長發展符合時代的需要并善于結合學生的理解水平實施教學。[6]

三、小結

本文從當前電氣工程實驗教學中存在的問題出發，對當前實驗平臺進行了改造，經過一學期的試運行和教學，新的平臺不僅能滿足理論教學需要，與實際工程結合更加緊密，進一步改善學生應用能力以及工程實踐中解決問題的能力，還能提高學生的工程素質和實踐能力，為實現“卓越工程師教育培養計劃”提供更好的實驗平臺。另外，從理論教學、工程實際出發對實驗教學內容進行了改造和完善，通過產學研合作形式，依靠行業和企業辦學，形成了相互支持、相互依托的互動式產學研結合基地，為培養造就適應現代電力工業發展的復合型工程技術人才奠定了堅實的基礎。

參考文獻：

[1]陳國初，王海群，劉軍.技術應用型本科電氣工程及自動化專業實驗教學改革[J].電氣電子教學學報，2008，（7）：108-110.

[2]丁堅勇，饒凌平.加強大學生實驗教學，培養電氣工程高素質人才[J].中國電力教育，2007，（1）：111-113.

[3]李秀琴，李華.微機繼電保護實驗教學的改革[J].實驗室研究與探索，

2008，（4）：108-110.

[4]高亮.電力系統微機繼電保護[M].第二版.北京：中國電力出版社.

[5]何茂剛.高等學校教學實驗室的問題及解析[J].實驗技術與管理，

2008，（11）：162-165.

[6]劉宏達，蘭海，馬忠麗，等.培養大學生綜合素質，改革電氣工程專業實驗教學模式[J].實驗室技術與管理，2011，（3）：127-131.

（責任編輯：孫晴）