提升學生創新創業能力的電氣專業課程教學改革探索

趙宇紅?盛義發?曾鐵軍

摘要：以電氣工程及其自動化專業的主干專業課程“電力系統繼電保護原理”的教學改革實踐為例，針對課程課時少，時間緊的問題，從教學內容、教學手段與方法等方面探索電氣專業的專業課程進行改革和實踐的方法，提高了學生理論聯系實踐、創新創業、分析和解決問題的能力。

關鍵詞：繼電保護；教學內容；教學方法；教學手段；實踐教學

作者簡介：趙宇紅（1973-），女，湖南邵陽人，南華大學電氣工程學院，副教授；盛義發（1973-），男，湖南衡陽人，南華大學電氣工程學院，教授。（湖南 衡陽 421001）

基金項目：本文系湖南省教育科學“十二五”規劃2013年度課題（課題編號：XJK013CGD111）、南華大學研究生教改課題（課題編號：2013JG007）的研究成果。

中圖分類號：642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）09-0062-02

“電力系統繼電保護原理”一直是高等學校電氣工程及其自動化專業一門很重要的主干專業課，近些年來，隨著電子、通訊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。繼電保護正在沿著計算機化，網絡化，智能化，保護、控制、測量和數據通信一體化的方向不斷發展。繼電保護的飛速發展使得當前繼電保護的應用現狀與人才培養存在著一定的差距。另外，我國高等學校的本科專業在近幾年進行了較大的調整和改革，要求厚基礎、寬專業，南華大學（以下簡稱“我校”）的“電力系統繼電保護原理課”也順應改革的形勢由原總學時68學時減少到40學時。基于以上兩個原因，“電力系統繼電保護原理”課程需要進行改革。如何優化繼電保護課程的教學內容，如何通過教學方法與教學手段的改革提高教學效率和質量，以在有限的教學時間內既能讓學生很好地掌握電力系統繼電保護中重要、復雜的知識點，又能提高學生應用所學知識進行綜合分析問題、解決問題的能力，是培養學生創新創業能力，提升電氣工程及其自動化專業人才培養質量的重要環節。

一、對專業課程進行系統規劃，優化教學內容

“電力系統繼電保護原理”課是電氣工程及其自動化專業學生在大學最后一學期所學的一門綜合性很強的專業課，它與前期電路原理、電機學、電力系統分析、電力電子技術等課程聯系密切，在本專業培養方案中占據著重要的地位。[1]在該課程的教學過程中發現有許多學生在學習這些前期專業課時，相關知識點沒有掌握好，從而導致不能很好地理解與之相銜接的繼電保護知識。為了解決這個問題，筆者擬采用以下辦法：先根據本專業的培養計劃系統地規劃專業課程，整理出前期與后續課程之間相互連接的部分、重復的部分，再與相關任課教師進行交流，將聯系密切、相互影響的課程進行優化整合，然后對各課程教學計劃及教學大綱進行調整，以強化本專業電力系統的系統觀念，完善整個課程體系，這樣可防止知識重復講授所導致的學生學習內容繁多，學習“目的不明確”，系統感不強；有利于減少學生的學習負擔，并利于學生將專業知識與工程實際進行結合。例如在“電機學”課中加強對變壓器空載、負載、短路情況下的電磁特性的講解，在“電力系統繼電保護原理”課中就可以更好地理解變壓器差動保護的不平衡電流及減小不平衡電流的方法；“電力系統分析”課中加強對暫態分析部分的講解，而在“電力系統繼電保護原理”課程中只涉及在各種暫態情況下如何進行保護；通過在教學計劃中增加“MATLAB”課，為學生提供上機操作微機保護的機會；在“發電廠電氣部分”課中增加保護裝置二次回路圖的講解內容，以便學生可以直接讀懂繼電保護二次圖；減少或刪除同其他課程相重復的內容，如“微機保護”中數據采集、數字濾波等內容在“信號與系統”中已經學過，就不再重講；經過以上改革，可以讓學生在有限的學時里更有效地掌握課程的相關內容。

二、教學方法與教學手段的改革

1.“學有所用，學有所趣”，激發學生的求知欲

古語云：“知之者不如好之者，好之者不如樂之者。”興趣是最好的老師，它能夠激發學生強烈的求知欲望和學習熱情，直接影響學生的學習成效。因此應首先注意提高學生的學習興趣。

（1）學有所用，用自所學。繼電保護技術是一門理論與實踐并重的綜合性很強的學科，而且很敏銳地反映了新技術的發展。系統地、有效地學習電力系統繼電保護對培養電氣工程及其自動化專業研究型、創業型、創新型、應用型、技能型等各種人才有著極為重要的作用。為了讓學生認識到這門課的重要性，就需要從第一堂課開始精心準備。教師要把繼電保護和日常生活聯系起來，讓學生覺得學有所用，用自所學；可以形象地把電力系統比作人，系統故障相當于人生病，系統處于不正常運行狀態相當于人處于亞健康狀態，則繼電保護就相當于醫生，這樣，大家對繼電保護的重要性也就有所體會了。還可以多收集一些電力系統的事故案例、現場圖片及相關視頻，從發電廠、輸供電、用戶等多角度講授電力系統短路的后果，以及繼電保護拒動或誤動對電力系統和人類生產生活的重大影響。對人身的危害要用活生生的事例，這樣才能理論聯系實際，生動地在電力系統繼電保護的作用、基本原理、基本要求、工作特點及發展趨勢等問題的闡述中充分調動學生學習的主動性和積極性，同時可教育學生學好專業知識，培養學生嚴謹的學習態度和工作作風，避免事故發生。

（2）利用實物解說，化抽象為直觀。各式各樣的繼電器是組成電力系統繼電保護系統的基本器件，由于現在的生產實際中繼電保護技術處于“四代同堂”的狀態（即電磁型、晶體管型、集成電路型、微機型同時存在），圖1、圖2、圖3、圖4所示為部分繼電器的實物圖。在介紹繼電器的結構、原理時，教師可準備電磁型、晶體管型、集成電路型、微機型繼電器實物，把這些繼電器分組發給學生，讓他們直觀了解這些元器件的外型和內部結構，辨識它們的不同；這樣，一方面可以使學生直觀地認識各種元器件的內部結構、外型、型號，明白不管是哪種類型的繼電器，它們的繼電特性是一致的；另一方面也可以把枯燥的繼電器結構、原理學習變得輕松愉快。

（3）利用多媒體進行情境教學。“電力系統繼電保護”課程相關知識比較抽象，以往采用板書教學時，教師要畫圖結合圖型進行講解，講述起來不直觀，且教師課堂工作量也大，教學效果不好。多媒體技術傳遞的信息更為豐富和形象，可以通過視頻、Flash動畫、動態圖片等形式，[2]為同學們營造逼真的學習情境，從而激起學生強烈的學習欲望。

如講繼電保護作用這一部分內容時，可以給學生播放幾段電力系統發生短路、變壓器事故爆炸等的視頻，學生看了這些富有震撼力的視頻之后，會對繼電保護的作用有更深的理解和記憶，會急于知道采取哪些措施可以避免這些事故，同時也會產生濃厚的求知欲。在講解中性點非直接接地系統中發生單相接地時零序電流的分布時，眾多的零序電流畫在圖上，學生容易弄混，而用動畫來顯示零序電流的分布狀況就非常直觀清楚，原本抽象枯燥的知識也變得鮮活多了。

2.啟發式教學，師生互動

學生普遍感覺電力系統繼電保護原理課程起點高、綜合性強、難度大、較難以掌握，因為它實踐性強但又比較抽象，而且對知識的描述與其他課程不同。如三段式電流保護是教學的重點，其中電流Ⅰ段保護的整定定義：電流速斷保護按躲過下一條線路出口處短路的最大短路電流整定。學生很難理解這種表達，單純的實驗環節也不能很好地解決這個問題。這時教師可以根據學生的認知困惑和沖突來創設問題，最大限度地調動學生的思維積極性；[3]在師生互動的過程中，可提出一個啟發式的問題，引導學生思考和解決問題，例如“電流速斷保護能否保護線路全長”，鼓勵學生討論并回答。學生最初的考慮大都認為：能夠。再進一步問：“如果能夠，則在本線路末端短路與下一條線路出口處短路時，本線路和相鄰線路保護的動作情況是否滿足‘繼電保護四性的要求？”這時學生往往會發現保護動作情況有違“選擇性”要求，前面回答錯誤。然后再引導出下一個問題，如：當系統運行方式變化時，對電流速斷保護的影響，保護范圍能否確定？在層層推進的設問中使學生自然而然地理解了保護的整定定義，培養了學生的創新思維和對知識的深刻理解。

3.實驗教學環節的改革

“電力系統繼電保護原理”是理論與實踐并重的一門課程，通過開展實驗來對學生進行繼電保護專業技能的訓練，培養學生創新思維和動手能力。

實驗教學是高校人才培養體系的重要組成部分，是課堂理論教學的驗證，是將知識轉化為能力，基礎理論與先進技術相銜接的橋梁，是學生實踐能力和創新能力培養的必需環節。因課時有限，“電力系統繼電保護”實驗環節目前只開設驗證性實驗（繼電器特性測試實驗）和綜合性實驗（常規電流速斷保護和電流電壓聯鎖速斷保護實驗）各一個。實驗環節教學改革的目標是根據現代教育理念和當前實驗教學改革總體思路，即“實現基礎與前沿、經典與現代的有機結合，改造傳統的實驗教學內容和實驗技術方法，加強綜合性、設計性和創新性實驗”。通過實驗教學改革，培養學生的動手能力和創新精神，為他們以后的職業生涯打下良好的基礎。如：在指導學生做繼電器特性測試實驗時，筆者會要求學生分析他們的實驗現象和結果，做到知其然并知其所以然；并會設問“如果有些實驗內容中整定值、整定時間等變動會出現什么現象”，以使學生對所學理論有一個更深的理解和認識。在做常規電流速斷保護和電流電壓聯鎖速斷保護綜合性實驗時筆者一般會提前一個周以作業形式安排學生先做好電流速斷保護和電流電壓聯鎖速斷保護整定計算，并根據自己所學知識設計相應實驗內容，以培養學生的實際動手能力和創新研究能力。另外，我校的TQXDB-III多功能繼電保護實驗培訓系統可以做30個實驗，除了所開設的兩個必做實驗，余下的實驗可以作為開放實驗，鼓勵學生利用課余進行。這樣才能充分發揮實驗室資源效益，為學生提供實踐鍛煉的空間和環境，給予學生選擇、參與、實踐、創新、創業的機會和條件。

三、結束語

“電力系統繼電保護原理”是電氣工程及其自動化專業一門理論和實踐并重，綜合性強的主干專業課程。本文以該課程為例探索本專業的專業課程緊密結合現代電力系統實際，積極改革教學內容、教學手段和教學方法，對課程進行整合和規劃的方法，以激發學生的求知欲，變被動學習為主動學習，從而提高課堂教學效果，更好為國家培養出具有寬口徑、厚基礎電氣專業創新、創業復合型人才。

參考文獻：

[1]梁振鋒，康小寧，楊軍晟.《電力系統繼電保護原理》課程教學改革研究[J].電力系統及其自動化學報，2007，19（4）：125-128.

[2]常曉穎，王璇.“電力系統繼電保護”課程改革初探[J].中國電力教育，2009，（10）：118-119.

[3]羅奕，黃知超，范興明，等.寬口徑培養模式下“繼電保護原理”教學研究[J].科技信息，2012，（10）：25-26.

（責任編輯：王意琴）