實驗教學論文：電氣類實驗教育初探及實踐

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本文作者：甘輝霞作者單位：三峽大學電氣與新能源學院

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。

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。

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。