《變壓器技術》課程教學改革研究

牛一博 楊京渝 趙華 榮佳星 彭麗

【摘 要】本文針對電氣工程及其自動化專業學生的《變壓器技術》課程的現狀和特點，結合現階段電氣行業的發展要求、電氣工程專業本科學生的前置課程、當代大學生接收專業知識的能力與學習興趣等方面的因素，從教學內容，教學形式等多個方面進行實踐探索研究，建立符合專業特點的教學體系，加強學生們的對于工程問題的分析能力，理論結合實踐應用能力與應對工程設備的操作能力。

【關鍵詞】變壓器技術；教育改革；電氣工程及其自動化

中圖分類號： TM41；F426.61 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）13-0155-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.13.070

【Abstract】This paper aims at the current situation and characteristics of transformer technology course for electrical engineering and automation students，combined with the current development requirements of the electrical industry，the leading courses of undergraduate students in electrical engineering， the ability of contemporary college students to receive professional knowledge and learning interest，etc.we research in terms of teaching content，teaching style，etc，and build a teaching system that fits the professional profile.We reinforce the students analysis ability，ability to combine theory with practice application and ability to cope with the operation of the engineering equipment.

【Key words】Transformer technology；Educational reform；Electrical engineering and automation

《變壓器技術》是電氣工程及其自動化專業中一門重要的專業性課程。通過本課程的學習可以幫助學生學習變壓器技術的基本知識，為將來從事電力系統工作打下良好的基礎。本學院的本科培養目標是培養出符合現代電氣行業發展的應用復合型人才，即在基礎理論知識牢固掌握的基礎上，還要加強學生對于工程實際問題的分析能力，深化挖掘學生學習興趣與潛能，鍛煉學生將理論知識應用于工程實踐當中，并且具備一定的實踐操作能力，可以快速適應相關專業的工作。本文結合吉首大學電氣工程及其自動化專業的教學改革實際情況，對《變壓器技術》這門專業課程，進行了初步的探索和研究。

1 研究背景

變壓器是整個電氣工程及其自動化專業中不可缺少的一部分。無論是電力系統的日常運行還是科研過程中的研發試驗都離不開變壓器的影子。而《變壓器技術》這門課在整個電氣工程及其自動化教學體系中是不可或缺的，并且對于未來將要從事電力行業工作的學生，也是其是否能夠快速融入工作環境的關鍵課程?！蹲儔浩骷夹g》課程是整個電氣工程及其自動化教學體系中重要的組成部分之一。在吉首大學信息科學與工程學院電氣工程及其自動化的教學體系中，《變壓器技術》這門課在其中起到了承前啟后的作用。在《變壓器技術》之前，首先要有良好的《電路》基礎知識，保證學生對于基本電路的識別、掌握以及應用，學會并且可以分析掌握變壓器內部電路設計原因以及改進措施；其次，由于《變壓器技術》是一門綜合考慮電、磁、熱、力、聲等耦合因素的綜合課程，需要一定程度的《大學物理》基礎，這樣對于材料等都會擁有性質上的認識；最后對《電機學》中提到的變壓器的基本知識也要求學生進行掌握?！蹲儔浩骷夹g》會將上述學科中涉及到變壓器方面的知識進行融會貫通，為之后《電力系統分析》、《自動控制原理》等課程打下堅實的基礎。

《變壓器技術》課程的內容涉及電、磁、熱、力等基礎知識，它概念抽象，內容涉及的領域廣泛。既有磁的聯系又有電的聯系；既涉及正弦量，又涉及非正弦量；既有對稱的又有非對稱的；既要解決穩態問題，又要解決瞬態問題；既要遇到時間向量，又要遇到空間向量。對學生來說《變壓器技術》課程是公認的較難學的課程，傳統的教學方法效果一直不理想。因此，本著強化基礎、注重應用和實踐的教學思想，培養學生的思維能力和實踐能力對《變壓器技術》課程的進行的教學改革尤為重要。

2 改革目標

變壓器作為電力行業的重要組成部分，不但需要扎實的基礎理論知識，還要能夠把基礎知識運用到實踐操作過程中，與工程實際相結合，吉首大學《變壓器技術》的開課時間位于大學三年級的上半學期，正處于剛剛豐富基礎理論知識，而專業知識應用貧乏的時期，在此階段可充分利用學生對專業知識的好奇心理，不斷圍繞工程中的一些實際情況，如故障檢測、產品改進，事故原因分析等問題，對實際案例進行解析和討論，提高學生對于工程問題的敏感程度，挖掘學生分析問題的潛能。對于一些抽象化的知識與問題，應用圖形解析的方式進行說明，或者利用諸如MATLAB，MAGNET等仿真軟件對工程問題進行動態變化的解析。與國家電網公司，五大電力集團等電力公司進行合作，在保證安全的前提下，深入了解工廠實際的工作狀態，為以后快速融入工作環境打下基礎。綜上所述改革目標可以分為以下幾點：

（1）優化選擇適用于現代電力行業發展的知識結構進行合理教學，強調基礎知識的同時加強知識在工程實際中的應用。

（2）通過對工程實例的分析等方法提高學生對于《變壓器技術》的學習興趣。

（3）應用仿真軟件分析等方法對抽象化的知識進行講解和學習。

（4）實現工程實例的不斷更新，優化講解方法，培養思維能力。

（5）圍繞增強學生實踐能力的培養目標，進行校企合作。

3 改革內容

3.1 教學內容工程化

由于大三上半學期的學生在對于工科學習內容方面的認知還停留在理科計算的層次上，對于將計算內容與工程實際的結合意識還不夠成熟，僅僅停留在“求解應用題”的理解層次上，而實際上基于理論計算對于工程問題的設計與改進，絕不只是“應用題”，而是對工作環境、工作內容、安全因素、適用范圍、經濟條件等多方位的考核與校對。所以，對于學生教學內容在大三這個階段，應該偏向于工程化，在對理論知識的理解足夠扎實的基礎上，不斷提高學生的工程化意識，不要讓學生對于基礎知識的應用僅僅停留在理論上，應從實際的變壓器設計與改進方案中出發，讓學生對變壓器基本參數的理解更加接近工程化，讓學生理解一些理論計算公式的局限性，和經驗公式的實用性。例如，可以通過學習對變壓器的電磁設計來掌握工程算單中的內容，以及如何更好的通過改變變壓器設計參數來調整變壓器的工作性能。

如圖1所示，是一臺三相有載調壓變壓器的鐵心窗內部分布示意圖，學生可以通過理論計算調整高壓繞組與中壓繞組之間主空道的距離以及中壓繞組與低壓繞組之間主空道的距離，來調整變壓器的短路阻抗，使之在合理范圍之內，或者演算調整鐵心直徑，設計出不同于普遍國際標準阻抗的高阻抗變壓器，以便適應不同的工作場合。

3.2 授課方法興趣化

單純的理論計算對于現代大學生來說無疑是枯燥乏味的，學生們如果對一門課毫無興趣，那么再好的教學內容，再嚴的管理制度無疑也是效用不大，只有能夠引發學生興趣的授課方式才能讓學生真正的學好一門科目，而對于變壓器技術來說，最能引發學生興趣的共有兩點：一是對平時看不到的工程設備的好奇心理；二是對電力設備工作過程中所發生的事故案例好奇心理以及通過已學知識分析事故案例的滿足心理。

針對以上兩點，這里提出兩點引發學生興趣的方案：

1）應用信息化多媒體，分階段性的列出工程設備的圖片。例如，對于大三上學期階段的學生來說，對變壓器原理的理解還基于螺線管，這個時間段將一般變壓器的結構設備圖片列舉在PPT上，就可以充分的滿足學生的好奇心理，從而吸引學生興趣一段時間，當學生對變壓器的基本結構和原理都有一定了解后，對于變壓器原理的理解就會基于一次回路和二次回路交流電的電磁轉換過程，這個時間段再將一些特殊變壓器的結構圖列出來，如利用網側與閥側進行交直流變壓變換的換流變壓器等，再次引發學生對于課程的興趣。

2）提出工程事故案例，引導學生利用已學知識解釋和解決事故案例。學生對一門學科的學習興趣除了新奇感之外，就是能夠獲得足夠的成就感，而利用自己的能力解決工程中出現的問題無疑是獲得成就感的最好方法。通過師生之間的研討分析，教師可以有意識的引導學生對于工程事故案例的解讀，在討論中不斷的發現問題，解決問題，獲得成就感的同時加深了對理論知識的理解與應用。

3.3 抽象知識圖像化

在變壓器技術的教學過程中，會存在一些抽象化的知識，如磁場、電場等看不見摸不著的場域問題，很難通過計算或口述讓學生理解，這種情況下可以運用有限元仿真軟件，如MagNet，ANSYS等對場域問題進行仿真分析，以這樣的表現形式將抽象的知識反應在圖像上，另外如MagNet這種軟件可以將磁場的變化通過視頻的形式反應出來，更能方便學生理解抽象化的知識。

3.4 工程思維自主化

變壓器設備結構的設計和構件的改進是本課程的重要組成部分之一，學生若一味的死記硬背而不加思考是教育工作者不愿看到的現象，所以需要學生對于工程設備有一定的敏感性，在變壓器設備改進方面能夠自主思維，分析理解構件改進過程中的問題，這即培養了學生的思維能力，也提高了學生的創新精神。教育工作者可以與學生研討分析改進過程中的問題與進展，引導學生發現設備改進過程中的不同情況下的適應性和優缺點，實現自我思考代替呆板記憶。

3.5 實踐能力應用化

加強與電力工作單位之間的合作，建立良好的校企合作關鍵，在電力企業單位中見習實習，了解工作崗位事宜，為日后更快的融入工作環境，打下堅實的基礎。在實踐過程中，增加專業性操作的比重，讓每個學生都有動手參與實際操作的機會，保證安全性的同時接觸工程試驗，結合理論知識學習實踐操作，促進實踐能力應用化。

4 總結與展望

以上是筆者對于《變壓器技術》這門課程教學改革的一些看法，在實現教學內容工程化、授課方式興趣化、抽象知識圖像化、工程思維自主化、實踐能力應用化的同時，當然也有很多的問題需要解決。一是加重了學生的學習負擔，學生需要投入更多的精力在這門課程上；二是增加了實驗室以及校企合作之間資金的消耗；三是提高了對教師引導思維能力的要求，加重了教師的工作量。雖然改革過程中存在問題，不過只有不斷改革才能適應當前社會的發展，提高教學質量。

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