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基于CDIO理念的电力系统继电保护原理课程教学

摘要随着科学技术的进步和人才培养模式的转变,“电力系统继电保护原理”专业课程教学质量不断提高.基于CDIO 工程教育理念,分析了“电力系统继电保护原理”课程的教学现状和存在问题,进一步通过教学内容、教学手段和教学方法三个途径,对提升“电力系统继电保护原理”课程教学质量的改革举措进行探讨,为电气工程类专业课程的教学改革提供经验.

关键词继电保护课程教学 CDIO 工程教育

ResearchonCourseTeachingof"PowerSystemProtec原tiveRelayingPrinciple"BasedonCDIOConcept //Yang

Wenhui

Abstract Withthe developmentofscienceand technologyand the tranormationof studenttrainingmode,theteachingquality requirementsoftheprofessionalcourseof"powersystem protec-tiverelaying principle"isconstantlyenhancing. Based onCDIO engineeringeducationconcept,theteachingsituationand exist-ing problemsofthecourseareanalyzed.Fromthe teaching con-tent,teachingmeansandteachingmethods,thereformmeasures to improvethe courseteachingeffectare furtherpresented,which providessomeusefulexperienceforteachingreform ofprofes-sionalcoursesinelectricalengineering.

Keywords protectiverelaying;courseteaching;CDIO;engineer-ing education

CDIO 工程教育模式是近年来国际工程教育改革的新成果,CDIO 是以下 4 个概念的缩写：构想（Conceive）、设计（Design）、实施（Implement）和操作（Operate）,它以产品开发和产品操作的生命周期为载体,要求学生通过课程之间积极、实用、有机的联系来学习工程学.重视培养学生的工程基础知识、个人能力、人际交往能力和工程系统能力,代表了当代工程教育的发展趋势,作为一种有效的工程教育模式,得到了世界很多国家的普遍接受[1-2].

本文基于 CDIO 工程教育理念,探讨“电力系统继电保

护原理”课程教学中存在问题和解决问题有效途径,为造就 “素质高、能力强、应用型”[3]的高级工程技术人才提供教学实践经验.

1 教学现状和存在问题

“电力系统继电保护原理”是一门理论与实践并重的专

业课程,它基于“电路原理”“电力系统稳态 / 暂态分析” “电厂电气部分”“信号分析处理”“计算机基础知识”等专业课程,涉及上述课程基本理论知识及其在继电保护装置设计方案中的综合运用.

在基本理论教学内容安排方面,“电力系统继电保护原理”与上述电气类专业课程存在较多相互交叉重叠、需要重复讲授的理论内容.另一方面,在用于输电线路、发电机、变压器、母线等不同电力系统元件的继电保护装置设计方案时,电力系统故障元件识别的基本原理和继电保护装置的整定配置原则等存在反复运用和重复讲授问题.教学内容交叉重叠容易导致学生产生疲劳厌倦的心理,阻碍学生学习兴趣的激发.同时,重复讲授占用较多课时,导致留给工程问题解决方案分析和讨论的课时不足,不利于课程重点内容教学目标的实现.

在先进教授手段运用方面,“电力系统继电保护原理” 课程强调综合运用现有理论知识来分析和解决工程实践中存在的具体问题.理解工程问题产生的实际背景和现场需求,是激发学生学习兴趣和设计保护方案的基础.然而,实际教学中通常依靠抽象公式推导和理论分析来描述需要解决的工程问题,难以提供学生直观和形象化的工程基础知识,占用较多课时且内容抽象不易理解,导致学生缺乏学习自主学习动力、难以真正理解工程问题解决难点和保护装置设计思路.

在教学方法运用方面,“电力系统继电保护原理”课程教学内容面向解决工程实际问题,具有浓厚的工程实际应用背景,理论教学需要在教师的指导下进行学习.因此,教师课堂讲授为主导成为实际采用的课堂教学方式,学生讨论和课余自学是辅助的教学方式,教师的主导作用体现在讲解重点问题的实际工程背景、难点问题的技术解决思路、理论知识的综合运用和简洁推导等方面,讲解时注重启发式教学,将自行思考的空间留给学生,收到了较好的教学效果.然而,“教师主导”式的教学方法中学生处于从属地位,通常被动实地接受知识传授,难以促进学生创新学习、研究性学习和独立个性发展,不利于学生养成主动思考的习惯和解决实际工程问题的能力.

2 提升教学质量的途径

2.1 理顺不同课程内容间关系,精简教学内容

在组织“电力系统继电保护原理”课程教学内容时,不应孤立考虑本门专业课程或本章节本身的教学内容设计,而应对电气工程及其自动化本科全部专业课程的教学内容设计进行综合考虑.

合理精简基本理论教学内容,根据“电力系统继电保护原理”课程与其他电气类专业课程在教学内容上存在的相互承接关系,对与其他电气类专业课程存在重复讲授的教学内容进行合理删减或简化.对于由其他电气类专业课程重点讲授的教学内容,例如,对于电力系统短路故障计算和数字信号滤波算法等基本理论,通过提前安排学生课外自主复习计划和教师课堂重点归纳相结合方式,对该部分理论性强、涉及知识点较多的内容进行回顾,实现与其他相关电气类专业课程在教学内容上实现相互承接.

其次,需要对继电保护装置设计方案的教学重点进行合理安排.对于较好体现电力系统故障元件识别的基本原理和继电保护装置的整定配置原则的输电线路保护章节内容进行全面和详细的讲解,使阶段式电流保护、距离保护和纵联保护的基本工作原理和分析方法为学生熟练掌握.在安排发电机保护、变压器保护、母线保护等章节讲授内容时,将教学重点集中于上述基本工作原理和分析方法运用于不同电力系统元件时面临的特殊问题,例如纵联电流差动保运用于变压器时存在的不平衡电流问题,着重分析和解决保护装置设计方案中遇到的新问题和难点问题.

在保证“电力系统继电保护原理”课程知识体系结构完整性的基础上实现课程教学内容的精简,不仅有利于突出理论教学重点和提供充裕课堂教学时间,还有利于鼓励学生以自主的、课程之间相互关联的方式进行专业课程的学习.

2.2 运用先进教学手段,强化工程基础知识

随着计算机仿真技术的普及,学院实验室配备了电力系统仿真软件 PSASP 和 PACAD、数值计算软件 MTLAB,先进的仿真工具为“电力系统继电保护原理”课程中强化工程基础知识教学提供了手段.针对待分析的实际工程问题,可以通过仿真软件界面化建立可视化的电力系统数学模型,在课堂上对电气设备在各种故障状态下的电气量特征和继电保护装置设计中的难点问题进行直观展示.例如,对于电力系统振荡对阻抗继电器动作特性影响和变压器励磁涌流鉴别特征等需要解决的实际工程问题,通过形象化的仿真结果予以图形化展示,有效解决专业课教学中理论与实际脱节的突出问题,为继电保护方案的进一步分析和设计奠定基础.

同时,由于学院实验室可对学生预约开放,可以鼓励和指导学生在课余自行对课程相关内容建模仿真,对比和分析仿真结果与理论推导结果,在激发学生学习兴趣的同时,强化了工程基础知识.

2.3 改进教学方法,激发自主学习能力

通过在课余时间实施基于“设计任务驱动型”的教学方法,对理论教学与实践教学间的有机关联进行强化,使学生在专业课教学中的主动性和创新精神得到激发.设计任务要求学生综合运用继电保护基本理论教学中独立讲授的各部分知识,通过查阅文献、计算分析和解释数据,并经过信息综合才能形成合理的设计方案.以输电线路三段式电流保护设计任务为例,再要求学生能够综合运用所学理论知识,完成继电保护装置的配置方案和参数整定计算的同时,进一步鼓励学生针对设计方案存在的继电保护灵敏度不足问题提出可行的解决方案,使每一个学生的潜能都得到充分发挥.教师在设计中的基本任务对设计中出现问题进行启发、引导和讨论,正确处理教师的“引”和学生的“探”的关系,鼓励学生通过独立思考对设计任务进行探索.

基于“任务驱动型”的教学模式,有利于学生融会贯通理论教学各部分知识点,促使学生养成运用理论知识解决工程问题的综合能力.

3 结论

基于 CDIO 理念的“电力系统继电保护原理”课程教学探索表明,针对教学内容、教学手段和教学方法实施综合改革,有利于激发学生学习兴趣,使学生以主动的、课程之间有机联系的方式学习专业课程,实现理论教学各部分知识点融会贯通,使学生运用理论知识解决实际问题的综合能力得到提升.同时,为电气工程类专业课程教学改革提供有益经验.

参考文献

[1]赵亚凤,胡峻峰.CDIO 模式下 DSP 课程教学改革与探索[J].科教文汇(下旬刊),2016(8):61-62,68.

[2]顾佩华,胡文龙,陆小华,包能胜,林鹏.从 CDIO 在中国到中国的 CDIO:发展路径、产生的影响及其原因研究[J].高等工程教育研究,2017(1):24-43.

[3]王严淞.论我国一流大学本科人才培养目标[J].中国高教研究,2016(8):13-19,41.

编辑张效瑞

电力系统论文范文结:

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