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仿真實訓系統(tǒng)的廣泛推廣和使用是當前職教方式和手段全面更新的大勢所趨。
一、仿真實訓系統(tǒng)的定義和特點
仿真實訓系統(tǒng)是指針對某特定的學習領(lǐng)域,借助計算機軟件、設(shè)備組件模型、3D或VR技術(shù),所創(chuàng)造或模擬的虛擬訓練環(huán)境、訓練流程等封閉系統(tǒng)平臺。使用者在對仿真實訓系統(tǒng)的操作和互動中,獲得和真實工作領(lǐng)域相近或相似的實訓體驗,最終達到技能訓練的目標。筆者認為,仿真實訓系統(tǒng)是信息技術(shù)在實踐教學應(yīng)用中的一種重要形式,可以進行生產(chǎn)過程延時、產(chǎn)品運行演示、產(chǎn)品拆裝維修、故障排除、操作訓練等教學任務(wù)。這種系統(tǒng)的研發(fā)通常具有很強的工業(yè)背景,其總體方案、工藝流程、設(shè)備結(jié)構(gòu)等往往來源于生產(chǎn)實踐,與職業(yè)崗位的技能需求緊密結(jié)合,具有對應(yīng)性、可操作性、開放性、節(jié)能性等主要特點。在仿真系統(tǒng)中,設(shè)備設(shè)施、操作流程應(yīng)嚴格與實際實踐環(huán)境密切對應(yīng)或無限貼近,以便可以令使用者最大程度地獲得真實環(huán)境的體驗。同時,系統(tǒng)還要具備良好的可操作性,能為使用者設(shè)定各種復(fù)雜情況,進行無限次、多樣式的交互操作訓練,方便使用者可以根據(jù)自身的情況,選擇掌握較為薄弱的技能點進行反復(fù)鞏固訓練。由于仿真實訓系統(tǒng)是基于計算機軟件、設(shè)備組件模型、3D或VR技術(shù),對場地和設(shè)備要求不高,使受訓者在任何時間、任何地點都可以廣泛地進行訓練成為了可能。此外,仿真實訓系統(tǒng)還可以做到無污染、無浪費,一套系統(tǒng)可以多人、多次重復(fù)利用,符合可持續(xù)發(fā)展的要求。
二、仿真實訓系統(tǒng)在高職高專實踐教學中的適用性和必要性
1.仿真實訓系統(tǒng)的使用有利于職業(yè)教育的“五個對接”。對于很多高職專業(yè)而言,無論是經(jīng)費還是場地,現(xiàn)階段建設(shè)與生產(chǎn)現(xiàn)場完全對接的校內(nèi)實訓基地或?qū)嵱柺叶疾惶尚小6槍I(yè)特點所建設(shè)的虛擬仿真實訓室則能夠很好地解決這一問題。
2.仿真實訓系統(tǒng)的使用與高職高專人才培養(yǎng)目標相契合。采用仿真實訓系統(tǒng)后,可以解決過去在傳統(tǒng)教學中無法展示或進行的實踐操作,大比例地提高實踐課時在教學中的占比,使學生所學理論最終轉(zhuǎn)化為實踐,實現(xiàn)學生動手能力的提高。
3.仿真??訓系統(tǒng)的使用能幫助達到專業(yè)課程的教學目標。虛擬仿真的形式能夠呈現(xiàn)出某些學習對象的外觀和內(nèi)部結(jié)構(gòu),便于學生學習和理解,同時提高訓練的效率,節(jié)省時間和成本。學生可以通過自主實驗、遠程實驗,實現(xiàn)虛實互補,相互促進,從而把學生能力和素質(zhì)培養(yǎng)滲透到虛擬仿真實驗教學的各種形式、各種技術(shù)和各個環(huán)節(jié)之中。
三、仿真實訓系統(tǒng)在湖北省高職高專實踐教學中的應(yīng)用現(xiàn)狀
通過筆者所在學院對湖北省多所高職院校包括本校的實地走訪、網(wǎng)絡(luò)調(diào)研總結(jié)發(fā)現(xiàn),雖然大多高職院校的專業(yè)教師都對仿真系統(tǒng)有所了解,但只有大約10%的教師認識虛擬仿真已經(jīng)發(fā)展上升到國家教育規(guī)劃發(fā)展的層面。雖然近80%的高職專業(yè)教師都認為需要在教學中用仿真實訓系統(tǒng)來幫助教師教學和促進學生技能提高,但只有約35%的教師在教學過程中曾經(jīng)采用或正在使用過該類系統(tǒng),這個比例在武漢市略高于地市州。這說明仿真實訓系統(tǒng)的概念已經(jīng)深入高職院校,但大面積的普及使用還需要相當長的一段時間。
根據(jù)調(diào)查反饋,未使用仿真實訓系統(tǒng)的原因主要集中在三個方面:市場上沒有適合本專業(yè)或本課程實訓所需的虛擬系統(tǒng);建設(shè)經(jīng)費不足,難以采購到優(yōu)質(zhì)的系統(tǒng);認為現(xiàn)在所用的實訓室或純理論教學基本能夠滿足教學需要。在使用過或正在使用仿真實訓系統(tǒng)的教師群中,有90%的教師認為系統(tǒng)的應(yīng)用能夠切實提高學生的實踐能力,有30%的教師認為所用系統(tǒng)的功能已經(jīng)非常完善,完全適合教學需要。由上述調(diào)查結(jié)果可見,要提高仿真實訓系統(tǒng)的普及和應(yīng)用率:(1)系統(tǒng)開發(fā)者要根據(jù)專業(yè)和課程的特點進行針對性的建設(shè)和開發(fā),要選擇適合專業(yè)需要和滿足用戶需求的技術(shù)手段;(2)所設(shè)計的仿真實訓系統(tǒng)功能要更加完善,尤其在互動功能、考核功能和管理功能方面能夠適應(yīng)職業(yè)教育的需求。
四、仿真實訓系統(tǒng)在本院電氣化鐵道技術(shù)專業(yè)中的應(yīng)用效果
本院電氣化鐵道技術(shù)專業(yè)是央財支持的重點建設(shè)專業(yè)和職教品牌專業(yè),《牽引變電所運行與檢修》是該專業(yè)的一門專業(yè)核心課程,也是一門典型的理實并重的課程。由于該課程需要的實訓設(shè)備昂貴、運行和維護成本高,再加上實踐操作過程中的電力安全因素考慮,傳統(tǒng)的專業(yè)技能訓練采用的是組織學生到變電站等相關(guān)企業(yè)單位參加實踐。但由于這些企業(yè)現(xiàn)場必須保障運行安全和可靠性,上述實踐學習往往流于形式,成為走馬觀花式的參觀,學生不能獲得真正技能上的提高。基于以上問題,電氣化鐵道專業(yè)教師團隊在2011年申請了“變電所綜合仿真實訓室”的立項,項目建設(shè)于2012年年底完成,并通過驗收開始正式投入使用。
1.變電所仿真實訓室具備功能。變電所綜合仿真實訓室的核心是220KV牽引變電站虛擬仿真系統(tǒng),該系統(tǒng)包括220KV牽引變電站仿真軟件、教練員平臺軟件、3D場景軟件和仿真支撐平臺軟件等四套仿真軟件。系統(tǒng)能夠通過動畫演示,使學生可以真實地了解和掌握電網(wǎng)變電站的各項設(shè)備的參數(shù)、運行特性,各項設(shè)備故障時對電網(wǎng)系統(tǒng)的影響,熟悉各類設(shè)備實際的狀態(tài)信號,熟悉報警系統(tǒng)及繼電保護和自動裝置的功能,熟悉電網(wǎng)的運行方式,熟悉完整的電網(wǎng)及變電站系統(tǒng)。同時,采用逼真度很高的仿真裝置讓學生進行動手操作,并能對變電運行人員(學生)進行運行監(jiān)視、設(shè)備巡視、倒閘操作、兩票辦理、事故處理等專業(yè)技能培訓,對繼電保護人員(學生)能夠進行定值整定、保護操作等技能培訓。此外,還能夠進行技能考核、技能競賽、自學習、保護整定計算、方式研究、設(shè)備改造研究等。
2.?電所仿真實訓室的應(yīng)用效果。變電所綜合仿真實訓室自投入使用至今已近四年,該系統(tǒng)能夠承擔電氣化鐵道技術(shù)專業(yè)的《牽引變電所運行與檢修》、《供變電技術(shù)》、《繼電保護》、《工廠供電》課程的實踐教學任務(wù)。除了電氣化鐵道技術(shù)專業(yè)之外,還輻射了電氣自動化技術(shù)、供變電技術(shù)等專業(yè)群。每學期平均使用班級達14個,平均使用人數(shù)550人,平均使用人次22000,是電子電氣學院使用率最高、最受學生歡迎的校內(nèi)實訓室之一。
為了取得更好的教學效果,筆者所在的課程組在2016年11月對電氣化鐵道技術(shù)2014級的全部6個班級,278名學生進行了反饋調(diào)查,調(diào)查結(jié)果顯示實訓室達到的實踐訓練效果非常好。94%的學生對該實訓室印象深刻,能準確說出所用過的仿真系統(tǒng)名稱。80%的學生認為,仿真系統(tǒng)中的3D場景展示能夠幫助他們更好地理解供變電設(shè)備的原理和工作過程;84%的學生認為,仿真系統(tǒng)的使用能夠使他們觀察設(shè)備重點部位,學習及時判斷和發(fā)現(xiàn)缺陷、異?,F(xiàn)象;75%的學生通過使用仿真系統(tǒng)熟練地掌握了規(guī)范、正確、有效地填寫操作票;期末實操測試結(jié)果顯示,75%的學生在學期中使用仿真系統(tǒng)進行實踐操作練習后,能夠安全、規(guī)范地進行變電站電氣倒閘操作。在對改進和建議方面,筆者搜集到的學生反饋情況如表1。
【關(guān)鍵詞】電力工程實踐教學校企結(jié)合仿真軟件電力仿真實驗室
新時期的高等職業(yè)教育,必須以培養(yǎng)工作于生產(chǎn)、施工、服務(wù)第一線必須的高等技能應(yīng)用型人才為根本目的,高等職業(yè)教育的實踐教學環(huán)節(jié),是高等職業(yè)教育的核心內(nèi)容,在一定意義上來說,高等職業(yè)教育實踐教學體系決定了高等職業(yè)教育的特征,決定了高等職業(yè)教育培養(yǎng)目標的實現(xiàn)。因此,高等職業(yè)教育實訓教學體系是高職院校教學建設(shè)的基礎(chǔ)和重點。
近期我校大力開展了實踐教學的改革創(chuàng)新活動,通過教研會討論和教學過程中的實踐結(jié)合,不斷的創(chuàng)新出具有我校特色的實踐教學制度。為我校學生畢業(yè)后順利被用人單位接受創(chuàng)造了有力條件。
在過去的兩年教學過程中,我先后擔任了我校發(fā)電廠專業(yè)06、504級和07、505級的電力工程課程,在教學的過程中,通過不斷總結(jié),對這門課程有了更加深入的理解,并發(fā)現(xiàn)了一些實踐教學環(huán)節(jié)上需要改進的地方。
一、課程性質(zhì)
《電力工程》是電氣工程及其自動化等相關(guān)專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課程。能較好地適應(yīng)高等學校人才的培養(yǎng)目標,以及社會對理論知識面廣博和工程應(yīng)用能力強的人才培養(yǎng)需求。同時注重對學生的素質(zhì)教育、工程應(yīng)用、實踐以及創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。
二、課程學習目標和基本要求
電力工程是我校發(fā)電廠及電力系統(tǒng)專業(yè)的一門專業(yè)課。本課程遵循電力生產(chǎn)“安全、可靠、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟”的方針,以電能生產(chǎn)和傳輸為主線,主要講解電力系統(tǒng)的組成,發(fā)電廠、變電站與輸電網(wǎng)的接線方式,輸電網(wǎng)主要電氣設(shè)備的結(jié)構(gòu)、參數(shù)與運行特性,電力網(wǎng)的潮流計算、調(diào)壓調(diào)頻、電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)與暫態(tài)特性及其分析計算方法和電力系統(tǒng)的繼電保護。讓學生能充分掌握好電能生產(chǎn)、輸送、變配等相關(guān)的系統(tǒng)工程基礎(chǔ)理論和計算方法,以及電力工程技術(shù)在國民生產(chǎn)與生活中的應(yīng)用。同時讓學生了解電力工程領(lǐng)域科技發(fā)展的最新成就和內(nèi)容。使學生不僅具有廣博的電力工程專業(yè)理論基礎(chǔ)知識,而且具有較強的工程計算分析能力和應(yīng)用能力。
三、課程的主要內(nèi)容
1、發(fā)電廠概述。知識點:能源開發(fā)與有效利用;火力發(fā)電和水能發(fā)電的生產(chǎn)過程與生產(chǎn)原理;風力和太陽能發(fā)電、以及其他新能源的發(fā)電的原理。
2、電氣主接線。知識點:電氣主接線的基本形式與種類;各種發(fā)電廠和變電站電氣主接線;高、低壓配電網(wǎng)的接線方式;工廠供電系統(tǒng)的主接線;建筑配電系統(tǒng)接線;配電裝置。
3、輸電網(wǎng)運行分析。知識點:電能質(zhì)量分析;電網(wǎng)各元件的參數(shù)和等值電路;電網(wǎng)的等值電路;輸電網(wǎng)的潮流分析;電力系統(tǒng)頻率分析。
4、配電網(wǎng)運行分析。知識點:配電網(wǎng)的電壓計算;配電網(wǎng)的損耗計算與降損措施;簡單配電網(wǎng)的潮流計算;復(fù)雜配電網(wǎng)的潮流計算;配電網(wǎng)的無功補償和電壓調(diào)整;配電網(wǎng)的短路電流計算。
5、電力設(shè)備的選擇。知識點:電力設(shè)備的發(fā)熱和電動力計算分析;電氣設(shè)備選擇的條件;母線、電纜、絕緣子的選擇;高壓電器的選擇;低壓電器的選擇;發(fā)電廠和變電所
6、電力負荷特性與計算分析。知識點:負荷曲線與特性分析;負荷計算的方法;工廠、建筑供電負荷的統(tǒng)計計算;負荷預(yù)測簡介。
7、繼電保護基礎(chǔ)。知識點:繼電保護的基本知識;單側(cè)電源電網(wǎng)相間短路的電流保護;電網(wǎng)的接地保護;主設(shè)備保護;10kV配電系統(tǒng)的保護;工廠、民用建筑供電系統(tǒng)的保護。
8、防雷與接地。知識點:接地概述;雷電的形成與危害;防雷裝置;輸電線路和變電所的防雷;工廠供電、建筑配電系統(tǒng)的防雷。
9、電力工程設(shè)計。知識點:電力工程制圖的基本知識;電力設(shè)備圖形符號;電力工程CAD簡介;變電所電氣設(shè)計示例;工廠供電設(shè)計示例;建筑配電設(shè)計示例。
四、實訓課程的改進
為了實現(xiàn)高職院校人才培養(yǎng)目標,“大力發(fā)展職業(yè)教育,大量培養(yǎng)高素質(zhì)的技能型人才特別是高技能人才”,我覺得關(guān)鍵在于改革實訓課程和理論課程的比例,加強校企合作。
《電力工程》作為發(fā)電廠專業(yè)的一門必修主干專業(yè)課。通過本課程的學習,可使學生獲得從事發(fā)電廠及電力系統(tǒng)或工礦企業(yè)供電部門工作所必須的理論基礎(chǔ)和專業(yè)技能,而這些部門也正是本專業(yè)學生畢業(yè)后就業(yè)的主要領(lǐng)域之一。也為進一步選修其他電力類課程奠定必備的專業(yè)基礎(chǔ)。原授課計劃中更多的是側(cè)重于理論課的講授,強調(diào)電力系統(tǒng)設(shè)計與短路電流的計算,但是針對于目前的就業(yè)情況,高職學生已經(jīng)很難從事電力系統(tǒng)設(shè)計工作,更多的畢業(yè)生會從先一線的生產(chǎn),監(jiān)控和操作任務(wù)。因此,在教學過程中,需要更多的實訓條件與學生動手機會。
電力系統(tǒng)靜態(tài)仿真模擬實驗及暫態(tài)仿真模擬實驗,國內(nèi)只有少數(shù)幾所學校擁有此實驗條件,因需要投巨資購買基于VLSI的多機系統(tǒng)仿真軟件,并且實驗?zāi)康闹饕轻槍εc鍋爐與汽輪機操作,及電氣自動化專業(yè)電網(wǎng)控制方面,對我校發(fā)電廠專業(yè)作用并非十分顯著。可適當調(diào)整,在此基礎(chǔ)上,增加一定課時的發(fā)電廠電氣部分仿真上機實驗,通過更多的實際操作了解電廠生產(chǎn)現(xiàn)場的操作流程及應(yīng)付突發(fā)狀況的方法。
同時,應(yīng)適當組織學生到發(fā)電廠和變電站參觀,直觀地感受各種電氣設(shè)備;并安排學生進行斷路器控制及操作等實驗。大力推行學校和企業(yè)進行合作,開展工學結(jié)合的培養(yǎng)模式。對教學過程進行改革,以學校和課堂教育為中心的傳統(tǒng)模式,向著工學結(jié)合、半工半讀、訂單式培養(yǎng)的模式轉(zhuǎn)換。
近年來,我校通過不斷的改善教學條件,與河南煤化集團下屬多個電廠通過協(xié)議達成了“雙贏”的合作機制。建立了多個校外實習基地,使得學生可以有充分的時間和條件,到現(xiàn)場去,與工作人員同吃同住,實實在在的操作設(shè)備,按時按質(zhì)的完成各項工作任務(wù),加深對課本知識的了解,甚至通過思考,提出的某些創(chuàng)意可被應(yīng)用到生產(chǎn)中,為企業(yè)創(chuàng)收。實現(xiàn)了人才培養(yǎng)模式的創(chuàng)新,并帶動了其他專業(yè)的教學改革。因此,應(yīng)充分利用學校優(yōu)勢資源,增加實踐教學力度,發(fā)展具有職業(yè)院校特色的職業(yè)教育。
參考文獻:
論文摘要:電力系統(tǒng)繼電保護是電力系統(tǒng)安全運行的保障。繼電保護裝置與發(fā)電廠和變電站綜合自動化系統(tǒng)、電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)等密切關(guān)聯(lián)。繼電保護課程教學質(zhì)量的好壞直接影響到后續(xù)其他專業(yè)課和選修課的教學。當前,該課程現(xiàn)行教材已不能滿足高職教育的需要,表現(xiàn)在:理論教學內(nèi)容偏多,缺少對各種電力設(shè)備保護配置和實際運行與檢修方面技術(shù)的內(nèi)容。因此,電力系統(tǒng)繼電保護課程教材改革已迫在眉睫。在此對繼電保護課程教材改革進行探討,提出解決的設(shè)想和具體措施。
在高職院校中,電氣工程及其自動化、電力系統(tǒng)自動化技術(shù)等專業(yè)都開設(shè)了“電力系統(tǒng)繼電保護”課程,從目前全國發(fā)行的電力系統(tǒng)繼電保護教材看,其教學大綱和教材都有一個共同點,都是圍繞保護原理、動作整定來提出要求和進行教材編寫,往往忽略了對各種電氣設(shè)備進行繼電保護配置,忽略了對繼電保護運行、維護和檢修技術(shù)的介紹。當學生畢業(yè)后,面對電廠、變電所中各種電氣設(shè)備的繼電保護時,不知配置有哪一種保護,感到茫然,體現(xiàn)出教材和教師教學偏離職業(yè)教育課程教學目標的需要。學生普遍認為課堂講授的內(nèi)容很難與實際的結(jié)合起來,短時間內(nèi)很難進入工作角色。擺在電專業(yè)課教師面前的工作就是要全面分析和解決這些問題,給出令人滿意的答案,讓學生一走入工作單位就能勝任相應(yīng)的工作崗位。在此對電力系統(tǒng)繼電保護課程教材改革進行探索,并提出一些解決方法,更希望獲得拋磚引玉的功效。
一、高職培養(yǎng)目標和現(xiàn)行繼電保護教材分析
由于人的認知和觀念上的慣性,社會上普遍認為高職院校學生是比普高院校低一個層次的學生,這種看法還將持續(xù)一段時間,還會在高職教育中充分表現(xiàn),并將持續(xù)較長時間,具體表現(xiàn)在教材的編寫和教師的教學全過程中。雖然許多從事職業(yè)教育研究的專家做了大量的研究工作,提出了與層次不同的觀點,比如姜大源先生提出的“基于多元智能的人才觀”,闡明從人才觀的角度看職業(yè)院校與普通院校的教育的根本差別不是水平高低的差別,而是類型的不同。而且,他還進一步提出了非常重要的一個涉及職業(yè)教育與普通教育分野的基本問題:是在“層次下談類型”還是“在類型中談層次”?他指出:“在談到教育層次與教育類型之間的關(guān)系時,是以層次下的類型為基礎(chǔ),還是以類型中的層次為基礎(chǔ),涉及到兩類大相徑庭的教育觀。”基于層次的類型觀與基于類型的層次觀將成為高等職業(yè)教育定位的一個重要的選擇標準、一種重要的理論基礎(chǔ)。基于類型的層次觀給予了各種類型教育自身發(fā)展的空間。
顯然,針對人才和教育的層次觀而提出的類型觀體現(xiàn)了“以人為本”和“以學生為中心”的教育思想,為高職學生學習生涯的發(fā)展以及高職教育發(fā)展空間的拓展提供了有力的理論依據(jù),具有空前的建設(shè)性。但是,這種人才類型觀和教育類型觀對于闡明我國確定的“以服務(wù)為宗旨、以就業(yè)為導向”的職業(yè)教育辦學方針來說只是提出了清晰的原則,遠沒有明確和具體地闡明高職學生要成為能有效服務(wù)于社會、具有就業(yè)競爭力的人才,最根本之點是什么?也沒有清楚地勾畫出高職院校為了貫徹“以服務(wù)為宗旨、以就業(yè)為導向”的辦學方針,其具體實施過程中需要什么樣的條件?教學過程怎樣實施?在這樣的情況下,從事高職教育的教師只能是八仙過海、各顯神通。那么,有沒有規(guī)范統(tǒng)一的要求來規(guī)范職業(yè)教育活動呢?這還需要進一步加以探索,形成全國從事職業(yè)教育專業(yè)課教師的共同認識和規(guī)范教學行為,形成能夠托起我國現(xiàn)代化建設(shè)高技能勞動大軍的合力。
從人力資源的視點來看,高職院校學生要成為能有效服務(wù)于社會、具有就業(yè)競爭力的人才,最根本點是要具備社會所需要的勝任力。具體地說,就是要具備企業(yè)所需要的人才所必備的勝任力,基于勝任力模型的人才觀也為高職院校貫徹落實“以服務(wù)為宗旨、以就業(yè)為導向”的辦學方針,為有效地拓展高職教育的發(fā)展空間提供了堅實的觀念基礎(chǔ)。在這個基礎(chǔ)之上,高職教育可以把“以服務(wù)為宗旨、以就業(yè)為導向”的辦學方針具體化為:培養(yǎng)企業(yè)(組織)所需要的符合相應(yīng)勝任力模型要求的、具有較強就業(yè)競爭力的人才,這正是高職教育的目標。
另外,一個亟待解決的問題是要廓清課程與教材的關(guān)系,即弄清教材為本,還是課程為本。否則就會本末倒置,將嚴重地影響教育和教學改革的主攻方向?,F(xiàn)代意義的教材是以不同的承載媒體、不同的使用主體與不同的裝幀形式出現(xiàn)的教學資源的集合。教材的多樣化正是教材特色化的過程,服務(wù)于職業(yè)教育特色的所有教學資源以及教室與企業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場相結(jié)合的開放的教學資源都應(yīng)反映到教材中來。
目前,全國高職院校采用的電力系統(tǒng)繼電保護教材都有一個共同特點,那就是:首先提出繼電保護的四個要求,即可靠性、選擇性、速動性、靈敏性,其次提出基本電路(各種濾過器)和繼電器元件圖形符號;最后,按保護對象分別對各種電壓輸配電線路保護、變壓器保護、母線保護、發(fā)電機和電動機的保護,并在各章插入微機保護。即使是精品課程教材,也難以突破這一教材編寫模式,都還屬于精英教育型選用教材,若老師按這樣的教材去實施高職電力系統(tǒng)繼電保護課程教學,學生是否具有勝任力,可想而知。對學生而言,他們應(yīng)該知道:面對各種電氣設(shè)備時,該設(shè)置哪些保護;每一種保護的電路布置;每一種保護在運行和動作時信號顯示情況以及根據(jù)這些信號對其進行維護;微機保護的實現(xiàn)形式以及動作原理(不用程序流程圖)。因此,當前的高職電力系統(tǒng)繼電保護教材不能適應(yīng)職業(yè)教育的需要,必須進行教材改革。高職電力系統(tǒng)繼電保護課程目標的達成需要有一套合適的教材、一批具有實踐工作經(jīng)驗的教師和良好的實驗實習設(shè)施,缺哪一樣都會導致學生勝任力打折扣。這里僅對電力系統(tǒng)繼電保護課程教材改革作一些探討。
二、電力系統(tǒng)繼電保護課程教材體系重構(gòu)和教師實踐能力培訓
基于對當前廣泛采用的電力系統(tǒng)繼電保護教材存在問題的分析,并結(jié)合職業(yè)教育專業(yè)目標和課程教學目標的要求,結(jié)合大多數(shù)學生的實際基礎(chǔ)和現(xiàn)實學習能力,結(jié)合實訓試驗條件和教師的實際經(jīng)驗,提出對繼電保護課程體系進行重構(gòu),具體考慮如下:
1.教材重構(gòu)
教材是教師實施教學并達到教學目的的指南,簡潔實用的教材是職業(yè)教育必不可少的。從職業(yè)教育的目標和課程目標出發(fā)去實現(xiàn)學生職業(yè)勝任力。因此,必須對現(xiàn)用教材進行拆分、瘦身、添加和重構(gòu)教材體系,以便于專業(yè)課教師有效地進行教學活動。
(1)教材拆分。首先,將各種電壓輸配電線路保護、變壓器保護、母線保護、發(fā)電機和電動機保護以及微機保護的原理和整定的體系進行拆分,把各種保護的原理從各章節(jié)中拆分出來單列一章,專門介紹反應(yīng)故障保護的大值動作原理、小值動作原理(電壓保護、阻抗保護)、氣體動作保護原理。在各種故障情況下,故障物理量的檢測電路中的檢測設(shè)備或原件(TA、TV以及電流繼電器、電壓繼電器、氣體繼電器、阻抗繼電器)及其保護動作原理和信號顯示要求。并在這一章節(jié)中增加兩天去發(fā)電廠和變電所認識TA、TV、電流繼電器、電壓繼電器、氣體繼電器、阻抗繼電器等的安裝位置以及繼電保護運行信號顯示情況。安排兩次實驗完成繼電器的動作值整定實驗。其次,拆分出動作值整定,只介紹整定的原則,不作復(fù)雜的理論分析計算,讓高職學生從復(fù)雜、難懂的窘境中解脫出來,而把主要求精力放在繼電保護的實用技術(shù)上。最后,拆分出各章節(jié)中的微機保護,并單列一章,重點介紹微機保護的實現(xiàn)(從故障分量的檢測模數(shù)轉(zhuǎn)換計算機程序?qū)崿F(xiàn)的故障判斷、指令形成,再到計算機發(fā)出控制跳閘指令到現(xiàn)場控制設(shè)備執(zhí)行跳閘的過程)。
(2)瘦身。去掉復(fù)雜裝置或元器件原理的介紹、整定計算及整定計算實例。教材篇幅減至原來的一半。
(3)添加。增加各種電氣設(shè)備的繼電保護配置、保護的原理圖和展開圖,增加去發(fā)電廠、變電所的生產(chǎn)現(xiàn)場認識實習和學校內(nèi)的實驗,增加對各種事故的案例分析(繼電保護運行、維護和檢修技術(shù))。
(4) 教材體系重構(gòu)。把電力系統(tǒng)繼電保護重構(gòu)成下列幾個部分。一是電力系統(tǒng)繼電保護基礎(chǔ)知識,重點介紹電力系統(tǒng)運行及繼電保護的概念、主后備保護概念、保護要求、基本元件文字符號認識、保護的實現(xiàn)原理(反應(yīng)故障保護的大值動作原理、小值動作原理、氣體動作保護原理和差動保護原理。在各種故障情況下,故障物理量檢測電路中的檢測設(shè)備或原件:TA、TV以及電流繼電器、電壓繼電器、氣體繼電器、阻抗繼電器,保護動作原理和信號顯示要求)。二是電氣設(shè)備的繼電保護配置,主要介紹電氣設(shè)備繼電保護的配置、保護的原理圖和展開圖識讀。三是繼電保護動作值整定:電流動作值整定(短路動作電流、過電流)、動作時間整定、動作阻抗值整定、差動保護動作電流值整定等。四是微機自適應(yīng)保護:從故障分量的檢測模數(shù)轉(zhuǎn)換計算機程序?qū)崿F(xiàn)的故障判斷、指令形成,再到計算機發(fā)出控制跳閘指令到現(xiàn)場控制設(shè)備執(zhí)行跳閘的過程。五是繼電保護運行、維護和檢修技術(shù),收集編制案例,用案例教學方式實現(xiàn)學生對運行和維護技術(shù)的學習。六是實驗實習實訓,編制去發(fā)電廠和變電所認識實習的項目、目的,在校內(nèi)試驗的項目和目的。
2.加強教師在電力企業(yè)的實際工作經(jīng)驗
校企結(jié)合是職業(yè)技術(shù)教育培養(yǎng)學生的重要舉措,也是加強專業(yè)教師的理論與實際結(jié)合、提高教師的教學能力的重要手段。通過學院的規(guī)劃,分期分批讓電專業(yè)課教師深入企業(yè)去工作一段時間,以增強教師的實踐能力,增長教師對專業(yè)課教學過程的把控能力,以達到良好的教學效果。為取得可檢驗的實際效果,學院要求各系專業(yè)教研室擬出各批次教師的實習項目、目的和要求等,實習結(jié)束后由各教研室統(tǒng)一進行檢驗。電專業(yè)教研室針對繼電保護課程教師提出具體目標:
(1) 必須熟悉電力系統(tǒng)各個環(huán)節(jié)電氣運行管理規(guī)程與維護、檢修的基本技術(shù)。
(2)必須熟悉發(fā)電廠、變電所一、二次系統(tǒng)設(shè)計,熟悉一、二次系統(tǒng)的運行管理、維護與檢修技術(shù)。
(3) 必須熟悉一、二次設(shè)備選擇、設(shè)備的布置等。
并作出相應(yīng)的安排和要求如下:
(1)每年7月18日至8月18日分兩組分別去發(fā)電廠和變電所實習,同運行人員同吃住,同上班;虛心請教相關(guān)專業(yè)技術(shù)人員,時刻牢記自己的實習目標。
(2)學院為每名電專業(yè)教師配置電氣工程相關(guān)標準匯編一套。
(3)要求實習教師了解發(fā)電廠或變電所的電氣運行情況、繪制電氣主接線圖、各種電氣設(shè)備繼電保護配置圖,重點了解實習廠、所繼電保護裝置運行情況,并寫出評價報告。
(4)了解發(fā)電廠、變電所使用新技術(shù)、新設(shè)備以及運行情況,作出書面記錄。
(5)實習結(jié)束時要求教師請發(fā)電廠變電所的技術(shù)人員出來座談和交流。
實習教師回到學校后,由教研室主任對實習教師的實習資料進行一一檢查,簽署意見,由系主任核實后,交資料室存檔,作為教研室全體教師交流學習材料。
電專業(yè)教師到電力企業(yè),把現(xiàn)代企業(yè)中的新知識、新技術(shù)、新設(shè)備和實用技能學回來,更好地與課堂教學相結(jié)合,使電專業(yè)教師向著“雙師型”師資隊伍方向快步前進。
三、效果
經(jīng)過一年的試驗和探索,這種重構(gòu)后的教材對高職學生學習具有明顯的好處,他們感覺學習電力系統(tǒng)繼電保護不是太難的事,保護原理清楚、電路原理圖和展開圖通過課堂教學和在企業(yè)的認識實習也容易掌握,特別是各種設(shè)備的保護配置也基本清楚;通過案例教學使學生對繼電保護運行維護技術(shù)有了初步認識。在崗前實習中,現(xiàn)在的學生沒有往屆學生那種茫然感覺。另外,組織教師去電力企業(yè)工作實習,增強了教師的實踐能力,大大增強了教師在課堂和實驗室以及實訓試驗中把控能力。學生對教師更有信任感,教師對學生更有感染力、示范力。由于教師能力增強,課堂教學把握得當,幽默感頓生,語言語氣感染力增強,教學效果大大提高。但不足方面在于:教材中還有許多內(nèi)容需要改進,對繼電保護運行和維護的實踐案例還不夠豐富,這些方面還有很多工作要做。
四、總結(jié)
繼電保護課程教材改革不是一件容易的事,需要從事電力系統(tǒng)繼電保護的相關(guān)教師和實驗實習教師積極參與才會更深入、到位。希望有更多有志者參與這項工作中來,使繼電保護課程更完善。
參考文獻:
[1]張保會,尹項根.電力系統(tǒng)繼電保護[M].北京:中國電力出版社,2010.
關(guān)鍵詞:集控站仿真;培訓系統(tǒng);變電站;升級
一、概述
浙江省電力公司培訓中心浙西220kV集控站仿真培訓系統(tǒng)是2004年省公司科技項目,2006年通過竣工驗收并投入仿真培訓及變電運行技師和高級技師的鑒定考評,具有很好的培訓效果和應(yīng)用前景。此后,相繼開發(fā)完成了35kV集控站仿真培訓系統(tǒng)和110kV集控站仿真培訓系統(tǒng),均成為我中心變電運行專業(yè)實訓基地重要組成部分。
至2009年本中心已有三套不同內(nèi)容、不同功能的仿真培訓系統(tǒng),其中浙西集控站仿真培訓系統(tǒng)包含2個220kV變電站、1個110kV變電站仿真系統(tǒng)及相關(guān)電網(wǎng)仿真、集控仿真,35kV集控站仿真系統(tǒng)包含4個35kV變電站仿真及相關(guān)電網(wǎng)仿真、集控仿真,110kV集控站仿真系統(tǒng)包含4個110kV變電站仿真及電網(wǎng)仿真、集控仿真,由于仿真平臺技術(shù)的發(fā)展,不同時期完成的項目采用的技術(shù)有較大的差異,當時三個系統(tǒng)不能連接起來統(tǒng)一使用。
鑒于系統(tǒng)內(nèi)多數(shù)集控站管轄的變電站數(shù)量在10座以上(包括不同電壓等級變電站)。而已建成的220kV、110kV、35kV集控站三套仿真培訓系統(tǒng),相互獨立不能聯(lián)合運行,在培訓使用方面主要存在以下問題:
(1)培訓模式與現(xiàn)場情況有差異,仿真系統(tǒng)的虛擬電網(wǎng)簡單,變電站數(shù)量偏少,使仿真的現(xiàn)場真實性和培訓效果欠佳。
(2)各套系統(tǒng)因開發(fā)時間不同,使用的開發(fā)平臺版本不同,因此操作使用方法、培訓功能存在差異,使教師和學員在培訓過程中略感不適。
(3)三套系統(tǒng)需分別安裝、調(diào)試和維護,增加了運行維護工作量。
因此,提出將220kV仿真集控站培訓系統(tǒng)與35kV、110kV仿真集控站培訓系統(tǒng)整合成一套新的220kV仿真集控站培訓系統(tǒng)(即升級版),以提高仿真系統(tǒng)的現(xiàn)場真實性,簡化系統(tǒng)維護工作,進一步適應(yīng)各類變電運行人員的培訓需求。該項目是浙江省電力公司2009年科技項目,2009年3月啟動,2009年12月仿真系統(tǒng)完成試運行及驗收,同時完成驗收和培訓資料的編寫工作。浙江省電力公司培訓中心為項目的承辦單位,本人也有幸參與此項目的開發(fā)及調(diào)試工作。
本方案是以電網(wǎng)為基礎(chǔ),將三個仿真系統(tǒng)包含的電網(wǎng)連接起來,統(tǒng)一計算和管理,便于老師教學,同時各站還可以在一個電網(wǎng)上進行聯(lián)合反事故演習。
二、設(shè)計目標
(1)在保證原有各系統(tǒng)的功能和特色的同時,能實現(xiàn)統(tǒng)一管理的目標。
(2)新系統(tǒng)可以在原有硬件系統(tǒng)順暢運行。
(3)采用基于物理機理的變電站仿真和電網(wǎng)仿真的一體化,可以正確地反映電網(wǎng)和各變電站之間的相互作用、相互影響的關(guān)系,可以實現(xiàn)電網(wǎng)生產(chǎn)運行全過程的仿真,提高了整個仿真培訓系統(tǒng)的一致性、真實性和正確性,培訓功能更加完善,可以對變電運行人員進行全方位、全范圍的仿真培訓;
(4) 不同的11個變電站可以在統(tǒng)一電網(wǎng)上進行聯(lián)合培訓。
(5) 仿真系統(tǒng)培訓模式要配置靈活,可以配置多組相同或不同的仿真應(yīng)用相互獨立、互不干擾地運行。不但配置成多組各自獨立各電壓等級變電站仿真系統(tǒng),也可以配置成電網(wǎng)、變電站聯(lián)合仿真培訓系統(tǒng);還可以配置為電網(wǎng)、集控站和變電站聯(lián)合反事故系統(tǒng);支持多教員臺;可靈活的對學員的操作進行監(jiān)視和控制;
三、 應(yīng)用功能
新集控站仿真系統(tǒng)是將各電壓等級變電站仿真、變電站綜合自動化系統(tǒng)仿真、電網(wǎng)仿真和教員與學員系統(tǒng)有機結(jié)合為一體化的系統(tǒng),不但實現(xiàn)了電網(wǎng)生產(chǎn)運行過程的全仿真,可以正確反映變電站和電網(wǎng)的相互作用、相互影響,大大提高了整個系統(tǒng)的一致性、真實性和實用性,培訓功能更加完善,可以對運行人員進行全方位的培訓。系統(tǒng)的主要應(yīng)用功能如下:
(一)培訓運行人員和相關(guān)管理人員
⑴ 培訓基本的運行技能
對新運行人員進行上崗培訓,對老運行人員的基本運行能力進行培訓及考核,使其熟悉變電站一二次設(shè)備、變電站綜合自動化系統(tǒng)、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、運行方式、電網(wǎng)潮流,掌握基本運行操作及運行規(guī)程。
⑵ 事故分析及處理的培訓
可進行開關(guān)、刀閘、變壓器、母線、線路、發(fā)電機組、電容器等各種設(shè)備及其相關(guān)的故障處理培訓,培訓變電站運行人員發(fā)現(xiàn)事故、異常,依據(jù)仿真的電網(wǎng)環(huán)境判斷故障和處理故障,并在訓練結(jié)束后對事故進行分析,重放事故發(fā)生和處理的全過程。通過仿真訓練可以使運行人員了解各種事故發(fā)生的現(xiàn)象、原因及變化過程,總結(jié)積累處理經(jīng)驗,增強他們事故處理時的自信心。
⑶ 變電站一次設(shè)備正常和特殊巡視訓練
通過變電站一次設(shè)備三維交互式漫游巡視系統(tǒng),實現(xiàn)變電站一次設(shè)備的三維重現(xiàn)和虛擬操作,受訓人員感到富有直觀性、形象性,有助于其熟悉了解現(xiàn)場情況,更好地將理論知識與實踐經(jīng)驗相結(jié)合。
⑷ 對于管理人員進行電網(wǎng)及變電站運行的概念性培訓
管理人員通過培訓仿真可以了解電網(wǎng)及變電站的現(xiàn)狀、運行方式、操作規(guī)程及電網(wǎng)和變電站運行的特性。
(二)聯(lián)合反事故演習
本仿真系統(tǒng)可用于研究電網(wǎng)、變電站特點,對薄弱環(huán)節(jié)做好事故預(yù)想工作,完善各種事故應(yīng)對方案,從而提高事故情況下的應(yīng)對能力,克服以往反事故演習紙上談兵的局限性。仿真電網(wǎng)設(shè)置的常見事故及復(fù)雜事故發(fā)生后,將引起繼電保護的連鎖動作和電網(wǎng)潮流的變化,并顯示越限設(shè)備的報警提示,對此研究后可以總結(jié)事故處理經(jīng)驗,制訂出合理的事故處理預(yù)案。做到事前有分析,事后有反饋,切實提高電網(wǎng)安全運行能力。
四、 項目主要創(chuàng)新點
(一) 三套系統(tǒng)整合為一,達到預(yù)期設(shè)計目的
升級的浙西220kV集控站仿真培訓系統(tǒng)很好地將先期開發(fā)的三套仿真系統(tǒng)整合在一起,使用同一個系統(tǒng)啟動操作界面,十余座變電站可以任意組合、聯(lián)合運行,與現(xiàn)場實際情況更接近,體現(xiàn)了仿真范圍的全面性和多樣性。
(二)融合先進仿真技術(shù),運行可靠性更高
本系統(tǒng)集仿真模型設(shè)計、電網(wǎng)暫穩(wěn)態(tài)計算、圖形編輯、虛擬儀器、三維虛擬現(xiàn)實、數(shù)據(jù)庫管理、計算機網(wǎng)絡(luò)等多項先進技術(shù)為一體,人機界面友好、畫面精真、現(xiàn)場感極強,特別是解決了不同版本仿真系統(tǒng)間的互通性、實時性、一致性等問題,確保復(fù)雜的仿真培訓系統(tǒng)運行的穩(wěn)定與可靠,能夠滿足多人同時操作、運行方式多變、狀況錯綜復(fù)雜等的培訓要求。
(三) 培訓功能進一步完善,培訓實用性更強
本系統(tǒng)在保持對各變電站一二次系統(tǒng)的全面仿真功能,提供與現(xiàn)場一致的倒閘操作、設(shè)備巡視、異常和事故設(shè)置及處理等培訓環(huán)境,具備完善的繼電保護仿真功能(包括人-機對話菜單操作與液晶顯示、事故報告打印、故障錄波圖形顯示與打印等),逼真呈現(xiàn)一次設(shè)備異常與故障時的三維影像,按變電站實際情況配置防誤操作閉鎖裝置和系統(tǒng),使得培訓功能進一步完善,完成能夠滿足生產(chǎn)單位對集控站和變電站運行管理技術(shù)、倒閘操作和事故處理技能等培訓的需要,以及滿足變電運行等工種技術(shù)等級鑒定和技術(shù)比武的需要。
(四) 培訓模式選擇方便,使用操作簡單易學
本系統(tǒng)采用統(tǒng)一操作界面后,可在教員機的統(tǒng)一配置下,將多臺學員設(shè)置成整組培訓、分組培訓、單機培訓等幾種模式,合則訓練分工協(xié)作,分則互不影響,運行方式靈活。而且各仿真界面的開啟都采用“一鍵”式,界面中的操作都與現(xiàn)場操作規(guī)范或習慣一致,運行方式改變、異常及故障的設(shè)置等也能通過對話框操作鼠標選取,無需輸入命令符號,因此學員很容易掌握。另外還增加了典型事故設(shè)置菜單(題庫),方便教員故障設(shè)置,有助于提高教學規(guī)范性和統(tǒng)一性。
五、項目應(yīng)用情況
220kV集控站仿真培訓系統(tǒng)建成后,主要應(yīng)用于培訓中心220kV及以下變電運行人員仿真取證(復(fù)證)培訓;變電站值班員各等級技能鑒定考核;崗位技術(shù)技能比武等。
至今,已舉辦220kV變電運行仿真取證(復(fù)證)培訓班35期,參加培訓人數(shù)達3783人;變電站值班員高級工培訓班25期,參加培訓人數(shù)達1479人;變電站值班員技師、高級技師預(yù)備班34期,參加培訓人數(shù)達1483人。
六、效益分析和推廣應(yīng)用前景
建成后的新系統(tǒng),可根據(jù)培訓對象的不同,任意組合管轄多電壓等級變電所的集控站,培訓方式多樣化,培訓用途得以拓展,進一步提高培訓中心仿真培訓項目的開發(fā)與實施能力,促進電網(wǎng)的安全運行,具有顯著的社會效益。
220kV集控站仿真培訓系統(tǒng)的建成,進一步完善了培訓中心變電專業(yè)實訓基地建設(shè),本系統(tǒng)可推廣應(yīng)用于220kV及以下電壓等級的各類變電運行專業(yè)培訓教學、仿真實訓,競賽比武,以提高變電運行人員分析處理變電站設(shè)備異常和事故的能力和實際操作技能水平。
七、結(jié)束語
綜上所述,本中心集控站仿真培訓新系統(tǒng)設(shè)計合理,功能齊全,具有較強的實用性,符合仿真技術(shù)的發(fā)展趨勢。它不僅能完整地仿真變電運行生產(chǎn)過程,還能全面地仿真整個系統(tǒng)的異常及事故現(xiàn)象,可以強化變電值班員的技能,為電網(wǎng)的安全運行奠定了基礎(chǔ),為變電站值班員的技能鑒定提供了較好的技術(shù)手段,具有較好的經(jīng)濟效益和社會效益,滿足集控站實際生產(chǎn)過程培訓的需要。
參考文獻:
[1] 林昌年,楊選懷,袁志雄,等.變電培訓仿真系統(tǒng)[A].1998年全國電力系統(tǒng)自動化學術(shù)研討會論文集[C],1998年8月.
2005年,教育部下發(fā)文件,提出在物理、化學、生物、力學、電子等學科中,建立國家級實驗教學示范中心。各高校高度重視,積極申報,加強實驗中心建設(shè),總結(jié)了大量經(jīng)驗,值得參考和借鑒445。
依據(jù)學校人才培養(yǎng)定位,實驗教學中心(以下簡稱“中心”)以教育教學思想和觀念轉(zhuǎn)變?yōu)橄葘В瑥娀肮こ?理論-實踐-工程”的教育教學理念,積極推進實驗實踐教學改革;建設(shè)以學生為本、培養(yǎng)學生實踐能力、創(chuàng)新意識、創(chuàng)業(yè)精神為核心的實驗實踐教學新體系;建立優(yōu)質(zhì)資源共享和現(xiàn)代化高效運行的管理體制;建設(shè)理論教學、實驗實踐教學與科學研究緊密結(jié)合的高素質(zhì)實驗教學隊伍;建立了全方位的實踐教學平臺,將課程設(shè)計貫穿課程理論教學過程,開展了豐富多彩的課外培養(yǎng)活動,使其成為培養(yǎng)電氣工程領(lǐng)域高素質(zhì)應(yīng)用型人才的重要基地。
1.實驗教學中心改革思路
1.1 突出一個目標
以“一實兩創(chuàng)”特色人才培養(yǎng)為目標,著力培養(yǎng)具有突出實踐能力、創(chuàng)新意識和創(chuàng)業(yè)精神的高素質(zhì)應(yīng)用型人才,強化學生的實踐能力和工程素質(zhì)的培養(yǎng)和訓練,以適應(yīng)21世紀電氣信息技術(shù)快速發(fā)展的電工技術(shù)領(lǐng)域、尤其是電力工程領(lǐng)域的人才需求。實踐能力是主體,是基礎(chǔ);創(chuàng)新意識和創(chuàng)業(yè)精神是兩翼,是升華。通過實施突出實兩創(chuàng)”特色的高素質(zhì)應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式,培養(yǎng)學生能干事的知能基礎(chǔ)、敢干事的無謂膽識和干成事的堅韌品格。
1.2 建設(shè)一支隊伍
建設(shè)一支結(jié)構(gòu)合理、專兼職相結(jié)合的高水平實驗教學隊伍是“中心”持續(xù)穩(wěn)步發(fā)展的關(guān)鍵“中心”采用課程負責人制和實驗助理制,打通學科建設(shè)與實驗實踐教學的人才通道。
(1)課程負責人制。理論教學與實驗教學一人負責,有助于理論教學與實踐教學的深入結(jié)合。
(2)實驗助理制。從博士和碩士研究生中遴選實驗助理,兼職參與實驗實踐教學、實驗室建設(shè)和管理。
1.3 構(gòu)建兩個平臺
(1)物理模擬、數(shù)字仿真和工程實訓三位一體。①物理模擬:“中心”開設(shè)電工、電子、電機、電磁場、單片機、自動控制、電力系統(tǒng)綜合、繼電保護、高電壓、自動遠動、電力系統(tǒng)動態(tài)模擬等物理模擬實驗。②數(shù)字仿真“中心”開設(shè)電路仿真EWB、電子設(shè)計、多級電網(wǎng)數(shù)字仿真、電力系統(tǒng)高級應(yīng)用、電力設(shè)備仿真系統(tǒng)等數(shù)字仿真實驗。③工程實訓:“中心”建有電工電子實習基地、輸變電工程實訓基地和多個校外實習基地,為學生工程實訓提供了平臺。
通過物理模擬、數(shù)字仿真和工程實訓三位一體的培養(yǎng),極大地提高了學生應(yīng)用課堂所學知識解決實際工程問題和實際動手操作能力。如對于電力系統(tǒng)運行操作,首先在電力系統(tǒng)動態(tài)模擬實驗室進行實驗,使學生利用所學的理論知識分析電力系統(tǒng)運行操作中的物理現(xiàn)象,強化基本概念和基本分析方法;然后針對相同內(nèi)容通過以實際電網(wǎng)為背景的多級電網(wǎng)仿真培訓系統(tǒng)進行數(shù)字仿真,使學生掌握大規(guī)模電網(wǎng)操作中的現(xiàn)場實際問題以及解決實際問題的能力;最后在實驗變電所進行實際操作訓練。
(2)基于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的現(xiàn)代化實驗實踐教學管理與監(jiān)督保障平臺。
1.4 面向二維服務(wù)
根據(jù)“中心”的人才培養(yǎng)目標,建立面向“橫向覆蓋,縱向貫通”的實踐教學。
(1)橫向覆蓋?!爸行摹泵嫦蛉?4個電氣信息類、工科非電類和文經(jīng)管類本、??茖I(yè)5000余名學生,承擔了電力生產(chǎn)工程認知教育,相關(guān)課程的實驗教學、工程訓練、課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計和大學生科技創(chuàng)新任務(wù),以及電氣工程及其相關(guān)領(lǐng)域的研究生培養(yǎng)工作,具有很大的橫向覆蓋面。
(2)縱向貫通?!爸行摹睂﹄姎庑畔㈩惖膶??、本科、碩士、博士研究生在實驗實踐教學環(huán)節(jié)上貫通。
1.5 覆蓋五個層次
(1)工程認知層。針對文、經(jīng)、管類學生了解電氣工程領(lǐng)域的相關(guān)知識,主要以模型演示、觀看多媒體教程等方式進行。
(2)基礎(chǔ)實驗層。針對電氣工程領(lǐng)域基礎(chǔ)課程,強調(diào)學生熟悉儀器設(shè)備、軟硬件工具的使用方法、驗證實驗內(nèi)容,掌握基礎(chǔ)理論與基本方法。
(3)工程實訓層。針對電氣工程領(lǐng)域?qū)I(yè),強調(diào)學生了解電力生產(chǎn)的實際過程、具體操作方法和步驟,交互推動理論課程的學習,培養(yǎng)電氣工程專業(yè)素養(yǎng)。
(4)綜合設(shè)計層。針對某一系統(tǒng),綜合應(yīng)用相關(guān)知識,具體完成實驗方案、測試和論文,培養(yǎng)工程素質(zhì)。
(5)研究創(chuàng)新層。針對某一系統(tǒng),強調(diào)實施過程中的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新手段的應(yīng)用、以及團隊合作精神的培養(yǎng),實現(xiàn)自主選題、自主設(shè)計、自主完成實驗,獨立撰寫項目驗收報告。
1.6 堅持六個結(jié)合
堅持:實踐教學和理論教學相結(jié)合;設(shè)計型實驗與工程實訓相結(jié)合;研究創(chuàng)新型實驗與課外科技活動、競賽、科研課題相結(jié)合;實驗實踐教學與電力行業(yè)實際相結(jié)合;實際物理實驗與虛擬仿真實驗相結(jié)合;研究生培養(yǎng)與實驗實踐教學相結(jié)合。
2.實驗教學示范中心改革方案
“中心”設(shè)有學術(shù)委員會和管理委員會,學術(shù)委員會主要負責“中心”的發(fā)展規(guī)劃、建設(shè)項目立項審批,管理委員會主要負責“中心”的具體軟硬件建設(shè)的具體實施。
2.1 建設(shè)高水平的實驗教學隊伍
學校優(yōu)勢學科-電氣工程學科的高水平教師是“中心”教師隊伍的組成部分,同時聘任電氣工程相關(guān)學科的優(yōu)秀教師為中心的兼職教師,確實保證實驗實踐教師隊伍的高質(zhì)量。為了提高實驗教學的指導和管理力度“中心”建立了實驗助理制度,即從博士和碩士研究生中遴選實驗助理,兼職參與實驗實踐教學、實驗室建設(shè)和管理工作。
2.2 扎實開展實踐平臺建設(shè)
近幾年“中心”新增DSP、ARM/EDA、數(shù)字仿真實驗室、電工電子實訓基地、電力運行仿真中心、電力生產(chǎn)動態(tài)模型演示實驗室、真實的66~220kV變電站的輸變電實訓中心等。同時為了跟蹤電氣工程領(lǐng)域的新技術(shù)“中心”又新增加了風力發(fā)電系統(tǒng)、太陽能發(fā)電系統(tǒng)、蓄能系統(tǒng)等一系列實驗平臺。自行研制了電工實驗臺、數(shù)字和模擬電子實驗箱、單片機實驗箱、PLC、DSP實驗平臺、便攜式電子實驗包、電工電子實訓實驗臺、繼電保護實驗臺等800余臺套。
2.3 建立基于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的實驗管理體系
建立了網(wǎng)上預(yù)約管理信息系統(tǒng);建立了實驗室網(wǎng)上預(yù)習系統(tǒng),可實現(xiàn)學生網(wǎng)上學習儀器設(shè)備使用、基礎(chǔ)實驗預(yù)習演示;建立了網(wǎng)上實驗實踐答疑系統(tǒng),及時與學生實現(xiàn)交互。
中心在完成計劃內(nèi)本科實驗教學任務(wù)的基礎(chǔ)上,還為本科生畢業(yè)設(shè)計、研究生科研提供了實驗場所。本著為全校師生提供全方位、多層次的服務(wù)宗旨,中心建立了開放運行機制,并建立了實驗室開放的各項規(guī)章制度和管理辦法。
2.4 構(gòu)建較為完善的學生課外培養(yǎng)體系
“中心”通過設(shè)立學生課外科技活動學分、“電氣工程實踐教學中心大學生創(chuàng)新基金”、科研課題組招聘,各類競賽等方式激發(fā)學生參與課外創(chuàng)新性研究的熱情。
2.5 探索理論教學與實踐教學相結(jié)合的新模式
在高水平軟硬件平臺的支撐上,探索“全程設(shè)計”的教學新模式,即將某一系統(tǒng)的設(shè)計貫穿于某門課程的全程,或貫穿于多門課程的全程。
(1)電子信息類課程的“全程設(shè)計”。在數(shù)字電子技術(shù)課程授課之初就將智能交通燈、電子時鐘等綜合設(shè)計性題目布置給學生,隨著教學內(nèi)容的逐步展開,要求學生進行階段性設(shè)計,學習結(jié)束后完成項目的整體研制,并撰寫實踐報告。在單片機、DSP和EDA等課程中繼續(xù)沿用相同的題目進行設(shè)計,要求學生注意比較不同方法的優(yōu)劣。這種模式大大提升了學生的學習興趣,多方位培養(yǎng)了學生的實踐技能,同時也使學生認識到新技術(shù)的優(yōu)勢。
(2)電力工程類課程的“全程設(shè)計”。在電力系統(tǒng)分析之初,將一電網(wǎng)的規(guī)劃設(shè)計布置給學生,在課程學習的不同階段完成網(wǎng)絡(luò)參數(shù)計算、潮流計算、短路計算、調(diào)壓計算、穩(wěn)定性分析計算等內(nèi)容的設(shè)計。在后續(xù)的繼電保護課程、發(fā)電廠電氣部分和高電壓技術(shù)等課程中,仍針對該系統(tǒng)進行相應(yīng)子模塊的設(shè)計。這種模式采用遞進式工程訓練,將分散的課程通過某一電網(wǎng)設(shè)計的實踐環(huán)節(jié)貫穿起來,使學生在專業(yè)課學習之初就樹立大工程概念,明確所學課程在電力系統(tǒng)中的任務(wù)和地位,取得了良好的學習效果。
2.6 探索與企業(yè)聯(lián)合開展實踐教學的新模式
近年來,與廣東核電集團、中國大唐集團等企業(yè)開展訂單式人才培養(yǎng),利用企業(yè)的實訓基地,培養(yǎng)高素質(zhì)應(yīng)用型人才。
3.電氣工程實驗教學中心未來建設(shè)規(guī)劃
中心堅持與時俱進的科學發(fā)展觀,在“十二五”規(guī)劃中,明確提出了繼續(xù)按照“國家級實驗教學示范中心”標準進行建設(shè)的奮斗目標,中心可持續(xù)發(fā)展的建設(shè)規(guī)劃為:
(1)瞄準社會和電力行業(yè)對人才培養(yǎng)的需求,不斷探索實驗實踐教學改革,進一步充實、完善和落實教學建設(shè)方案。
(2)不斷探索和實踐實驗室管理和隊伍建設(shè)方面的改革措施,為實驗室建設(shè)和人才培養(yǎng)提供保障和持續(xù)發(fā)展的動力。
(3)加強數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化實驗平臺建設(shè),加強實際物理實驗與虛擬仿真實驗的結(jié)合,有效地促進學生課內(nèi)、課外實驗教學活動的開展。
(4)結(jié)合學校人才培養(yǎng)定位,對實驗教學五層次進行更為深入的改革研究,使各層次內(nèi)容有機聯(lián)系,加強對工程實訓和創(chuàng)新層的教改研究與實踐,提高學生的工程素質(zhì)和創(chuàng)新能力。
(5)進一步探索“中心”的管理模式,對相對獨立的人、財、物等管理權(quán)限和機構(gòu)設(shè)置進行探索,進一步改進和落實中心的管理職責,建立一套高效合理、資源優(yōu)化、可持續(xù)發(fā)展的管理模式。
(6)加強學科建設(shè)與實驗室建設(shè)的緊密結(jié)合,在實驗助理的基礎(chǔ)上,將開展實驗研究助理工作,將科研成果盡快轉(zhuǎn)化為學生的創(chuàng)新實驗內(nèi)容。
4.結(jié)語
中心根據(jù)學校人才培養(yǎng)定位,確立了“突出一個目標、建設(shè)一支隊伍、構(gòu)建兩個平臺、面向二維服務(wù)、覆蓋五個層次、堅持六個結(jié)合”的建設(shè)思路,構(gòu)建了模塊化、遞進式、重銜接、強結(jié)合的立體化實踐教學體系,構(gòu)建了“全程設(shè)計、平臺支撐”的理論教學與實踐教學相結(jié)合的新模式,強化了學生對理論教學的理解和掌握,學生的實踐能力和工程素質(zhì)得到提高?!爸行摹钡膶嶒瀮x器和設(shè)備先進,管理規(guī)范、實驗環(huán)境和條件良好。