提升学生创新创业能力的电气专业课程教学改革探索

赵宇红?盛义发?曾铁军

摘要：以电气工程及其自动化专业的主干专业课程“电力系统继电保护原理”的教学改革实践为例，针对课程课时少，時间紧的问题，从教学内容、教学手段与方法等方面探索电气专业的专业课程进行改革和实践的方法，提高了学生理论联系实践、创新创业、分析和解决问题的能力。

关键词：继电保护；教学内容；教学方法；教学手段；实践教学

作者简介：赵宇红（1973-），女，湖南邵阳人，南华大学电气工程学院，副教授；盛义发（1973-），男，湖南衡阳人，南华大学电气工程学院，教授。（湖南 衡阳 421001）

基金项目：本文系湖南省教育科学“十二五”规划2013年度课题（课题编号：XJK013CGD111）、南华大学研究生教改课题（课题编号：2013JG007）的研究成果。

中图分类号：642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）09-0062-02

“电力系统继电保护原理”一直是高等学校电气工程及其自动化专业一门很重要的主干专业课，近些年来，随着电子、通讯和计算机技术的飞速发展，继电保护技术也发生了巨大的变化。继电保护正在沿着计算机化，网络化，智能化，保护、控制、测量和数据通信一体化的方向不断发展。继电保护的飞速发展使得当前继电保护的应用现状与人才培养存在着一定的差距。另外，我国高等学校的本科专业在近几年进行了较大的调整和改革，要求厚基础、宽专业，南华大学（以下简称“我校”）的“电力系统继电保护原理课”也顺应改革的形势由原总学时68学时减少到40学时。基于以上两个原因，“电力系统继电保护原理”课程需要进行改革。如何优化继电保护课程的教学内容，如何通过教学方法与教学手段的改革提高教学效率和质量，以在有限的教学时间内既能让学生很好地掌握电力系统继电保护中重要、复杂的知识点，又能提高学生应用所学知识进行综合分析问题、解决问题的能力，是培养学生创新创业能力，提升电气工程及其自动化专业人才培养质量的重要环节。

一、对专业课程进行系统规划，优化教学内容

“电力系统继电保护原理”课是电气工程及其自动化专业学生在大学最后一学期所学的一门综合性很强的专业课，它与前期电路原理、电机学、电力系统分析、电力电子技术等课程联系密切，在本专业培养方案中占据着重要的地位。[1]在该课程的教学过程中发现有许多学生在学习这些前期专业课时，相关知识点没有掌握好，从而导致不能很好地理解与之相衔接的继电保护知识。为了解决这个问题，笔者拟采用以下办法：先根据本专业的培养计划系统地规划专业课程，整理出前期与后续课程之间相互连接的部分、重复的部分，再与相关任课教师进行交流，将联系密切、相互影响的课程进行优化整合，然后对各课程教学计划及教学大纲进行调整，以强化本专业电力系统的系统观念，完善整个课程体系，这样可防止知识重复讲授所导致的学生学习内容繁多，学习“目的不明确”，系统感不强；有利于减少学生的学习负担，并利于学生将专业知识与工程实际进行结合。例如在“电机学”课中加强对变压器空载、负载、短路情况下的电磁特性的讲解，在“电力系统继电保护原理”课中就可以更好地理解变压器差动保护的不平衡电流及减小不平衡电流的方法；“电力系统分析”课中加强对暂态分析部分的讲解，而在“电力系统继电保护原理”课程中只涉及在各种暂态情况下如何进行保护；通过在教学计划中增加“MATLAB”课，为学生提供上机操作微机保护的机会；在“发电厂电气部分”课中增加保护装置二次回路图的讲解内容，以便学生可以直接读懂继电保护二次图；减少或删除同其他课程相重复的内容，如“微机保护”中数据采集、数字滤波等内容在“信号与系统”中已经学过，就不再重讲；经过以上改革，可以让学生在有限的学时里更有效地掌握课程的相关内容。

二、教学方法与教学手段的改革

1.“学有所用，学有所趣”，激发学生的求知欲

古语云：“知之者不如好之者，好之者不如乐之者。”兴趣是最好的老师，它能够激发学生强烈的求知欲望和学习热情，直接影响学生的学习成效。因此应首先注意提高学生的学习兴趣。

（1）学有所用，用自所学。继电保护技术是一门理论与实践并重的综合性很强的学科，而且很敏锐地反映了新技术的发展。系统地、有效地学习电力系统继电保护对培养电气工程及其自动化专业研究型、创业型、创新型、应用型、技能型等各种人才有着极为重要的作用。为了让学生认识到这门课的重要性，就需要从第一堂课开始精心准备。教师要把继电保护和日常生活联系起来，让学生觉得学有所用，用自所学；可以形象地把电力系统比作人，系统故障相当于人生病，系统处于不正常运行状态相当于人处于亚健康状态，则继电保护就相当于医生，这样，大家对继电保护的重要性也就有所体会了。还可以多收集一些电力系统的事故案例、现场图片及相关视频，从发电厂、输供电、用户等多角度讲授电力系统短路的后果，以及继电保护拒动或误动对电力系统和人类生产生活的重大影响。对人身的危害要用活生生的事例，这样才能理论联系实际，生动地在电力系统继电保护的作用、基本原理、基本要求、工作特点及发展趋势等问题的阐述中充分调动学生学习的主动性和积极性，同时可教育学生学好专业知识，培养学生严谨的学习态度和工作作风，避免事故发生。

（2）利用实物解说，化抽象为直观。各式各样的继电器是组成电力系统继电保护系统的基本器件，由于现在的生产实际中继电保护技术处于“四代同堂”的状态（即电磁型、晶体管型、集成电路型、微机型同时存在），图1、图2、图3、图4所示为部分继电器的实物图。在介绍继电器的结构、原理时，教师可准备电磁型、晶体管型、集成电路型、微机型继电器实物，把这些继电器分组发给学生，让他们直观了解这些元器件的外型和内部结构，辨识它们的不同；这样，一方面可以使学生直观地认识各种元器件的内部结构、外型、型号，明白不管是哪种类型的继电器，它们的继电特性是一致的；另一方面也可以把枯燥的继电器结构、原理学习变得轻松愉快。

（3）利用多媒体进行情境教学。“电力系统继电保护”课程相关知识比较抽象，以往采用板书教学时，教师要画图结合图型进行讲解，讲述起来不直观，且教师课堂工作量也大，教学效果不好。多媒体技术传递的信息更为丰富和形象，可以通过视频、Flash动画、动态图片等形式，[2]为同学们营造逼真的学习情境，从而激起学生强烈的学习欲望。

如讲继电保护作用这一部分内容时，可以给学生播放几段电力系统发生短路、变压器事故爆炸等的视频，学生看了这些富有震撼力的视频之后，会对继电保护的作用有更深的理解和记忆，会急于知道采取哪些措施可以避免这些事故，同时也会产生浓厚的求知欲。在讲解中性点非直接接地系统中发生单相接地时零序电流的分布时，众多的零序电流画在图上，学生容易弄混，而用动画来显示零序电流的分布状况就非常直观清楚，原本抽象枯燥的知识也变得鲜活多了。

2.啟发式教学，师生互动

学生普遍感觉电力系统继电保护原理课程起点高、综合性强、难度大、较难以掌握，因为它实践性强但又比较抽象，而且对知识的描述与其他课程不同。如三段式电流保护是教学的重点，其中电流Ⅰ段保护的整定定义：电流速断保护按躲过下一条线路出口处短路的最大短路电流整定。学生很难理解这种表达，单纯的实验环节也不能很好地解决这个问题。这时教师可以根据学生的认知困惑和冲突来创设问题，最大限度地调动学生的思维积极性；[3]在师生互动的过程中，可提出一个启发式的问题，引导学生思考和解决问题，例如“电流速断保护能否保护线路全长”，鼓励学生讨论并回答。学生最初的考虑大都认为：能够。再进一步问：“如果能够，则在本线路末端短路与下一条线路出口处短路时，本线路和相邻线路保护的动作情况是否满足‘继电保护四性的要求？”这时学生往往会发现保护动作情况有违“选择性”要求，前面回答错误。然后再引导出下一个问题，如：当系统运行方式变化时，对电流速断保护的影响，保护范围能否确定？在层层推进的设问中使学生自然而然地理解了保护的整定定义，培养了学生的创新思维和对知识的深刻理解。

3.实验教学环节的改革

“电力系统继电保护原理”是理论与实践并重的一门课程，通过开展实验来对学生进行继电保护专业技能的训练，培养学生创新思维和动手能力。

实验教学是高校人才培养体系的重要组成部分，是课堂理论教学的验证，是将知识转化为能力，基础理论与先进技术相衔接的桥梁，是学生实践能力和创新能力培养的必需环节。因课时有限，“电力系统继电保护”实验环节目前只开设验证性实验（继电器特性测试实验）和综合性实验（常规电流速断保护和电流电压联锁速断保护实验）各一个。实验环节教学改革的目标是根据现代教育理念和当前实验教学改革总体思路，即“实现基础与前沿、经典与现代的有机结合，改造传统的实验教学内容和实验技术方法，加强综合性、设计性和创新性实验”。通过实验教学改革，培养学生的动手能力和创新精神，为他们以后的职业生涯打下良好的基础。如：在指导学生做继电器特性测试实验时，笔者会要求学生分析他们的实验现象和结果，做到知其然并知其所以然；并会设问“如果有些实验内容中整定值、整定时间等变动会出现什么现象”，以使学生对所学理论有一个更深的理解和认识。在做常规电流速断保护和电流电压联锁速断保护综合性实验时笔者一般会提前一个周以作业形式安排学生先做好电流速断保护和电流电压联锁速断保护整定计算，并根据自己所学知识设计相应实验内容，以培养学生的实际动手能力和创新研究能力。另外，我校的TQXDB-III多功能继电保护实验培训系统可以做30个实验，除了所开设的两个必做实验，余下的实验可以作为开放实验，鼓励学生利用课余进行。这样才能充分发挥实验室资源效益，为学生提供实践锻炼的空间和环境，给予学生选择、参与、实践、创新、创业的机会和条件。

三、结束语

“电力系统继电保护原理”是电气工程及其自动化专业一门理论和实践并重，综合性强的主干专业课程。本文以该课程为例探索本专业的专业课程紧密结合现代电力系统实际，积极改革教学内容、教学手段和教学方法，对课程进行整合和规划的方法，以激发学生的求知欲，变被动学习为主动学习，从而提高课堂教学效果，更好为国家培养出具有宽口径、厚基础电气专业创新、创业复合型人才。

参考文献：

[1]梁振锋，康小宁，杨军晟.《电力系统继电保护原理》课程教学改革研究[J].电力系统及其自动化学报，2007，19（4）：125-128.

[2]常晓颖，王璇.“电力系统继电保护”课程改革初探[J].中国电力教育，2009，（10）：118-119.

[3]罗奕，黄知超，范兴明，等.宽口径培养模式下“继电保护原理”教学研究[J].科技信息，2012，（10）：25-26.

（责任编辑：王意琴）