基于解耦思想的繼電保護教學方法研究與實現

戴志輝,焦彥軍,徐 巖,王 雪

(華北電力大學電力工程系,河北保定 071003)

0 引言

隨著我國經濟的快速發展,企業對人才的需求不但在層次上逐漸提升,而且對創新能力、應用能力和實際操作能力提出了更高的要求。各電力高校從高等教育大眾化及地方社會經濟發展的現狀出發,把培養社會發展所需要的高層次復合型人才作為教學目標之一,大力提高學生知識復合、能力復合、思維復合以及理論知識的工程實踐素養和適應社會需要的能力。

繼電保護作為一門綜合性的科學,與電工基礎理論、電子技術、通訊技術、計算機技術等有著密切的關系。繼電保護課程理論與實踐并重,特別重視兩者的有機結合,該課程對學生綜合能力的培養及知識優化能起到重要作用[1-3]。對繼電保護教學內容、教學方法、教學手段開展全面研究,對繼電保護培養體系進行與時俱進的合理改革,對于培養社會需要的復合型專業人才具有積極意義。但目前繼電保護教學中,仍然存在著一些不足和亟待解決的問題:

第一,相對于日新月異的工程實際,繼電保護的教學內容比較滯后;

第二,學生對于先修課程尤其是理論性較強的課程,很難與實際、與保護課程順利接口,導致因為先修課程的知識點斷鏈而不能很好的掌握繼電保護知識;傳統的“繼電保護”課程中,更重視各個模塊、各個知識點的講解,對知識點之間、理論教學與實踐教學之間、理論與工程實際之間的接口重視不夠,或對這種接口的講解方法、形式不夠直觀,造成學生對知識的整體理解較差。

第三,忽視骨架及方法論。電力系統、保護技術飛速發展,對于保護這樣的專業課,如果在有限的課時內一味追求技術或理論細節的成熟性而忽視整體及方法論,可能反倒使教學陷入被動。

第四,改進教育實踐,不能靠遠離實踐的專家通過精確化的研究成果設計方案,讓教師執行而實現。相反,要靠真正進行教育活動的教師發現自己實踐中的問題、思考解決辦法來實現。

解決上述問題,首先要求教師要有良好的課程意識,而如何有效地形成和實現正確的課程意識是關鍵之一。本文從解耦的角度闡述“繼電保護”課程意識,力求為課程意識的有效形成提供思路。

1 基于解耦思想的課程意識

課程意識是指人無論在設計某一課時、某一單元,編制某一教材或在評論某一節課或課程產品時,其思考、言說或操作的對象,都處于特定的課程形態、課程方案、課程框架性背景之中,而非孤立的、靜止的、以點為對象的意識指向[4-6]。

解耦的思想已經在控制理論、通信技術、數學、程序設計等很多領域得以體現。如IEC61850考慮到通信技術發展很快,即使最新制定出的通信標準也不一定能代表出版時的最新技術,為此規定應用與通信技術解耦,解決了標準的穩定性與未來網絡技術發展之間的矛盾。程序設計中的解耦就是把程序互不相關或有限相關的模塊分割開來并用接口準確定義模塊之間的關系。本文引入解耦的思想,旨在解決“繼電保護”課程中相關“接口”,一定程度上緩解“繼電保護”講課內容滯后與工程實踐飛速發展之間的矛盾。

本文所指的解耦包括解耦和耦合兩個層面。解耦不等于解體,所有問題的分析,最終還要通過耦合回歸成一個可行的整體。

基于以上分析,這里將基于解耦思想的課程意識定義為:對于特定的課程形態、課程方案、課程框架背景之下,利用解耦的思想將課程的主要內容盡量變換成容易被理解的形式或模塊分別進行透徹分析,抽象成方法論,最大化的實現學生對知識的重用;更為重要的是用接口來定義這些形式或模塊之間的聯系、本課程與先修后續課程的聯系,并最終通過耦合回歸到工程實踐的形式,最大化的實現學生對知識的創新。通過長期有效堅持,逐漸形成的課程意識。

基于解耦思想的課程意識的建立,需要改變教學管理和研究的參照系,是要在傳統教育理念有所突破的基礎上,找到教師與教師、教師與學生、學生與工程實際進行有深度的專業性對話的一個“接口”。基于解耦思想的課程意識的最終目標,一方面是要實現學生對知識的重用,另一方面是要實現學生對知識的創新。而基于解耦思想的課程意識,要求全體該學科的教師在意識層面上建立要與其他教學模塊、其他課程接口的觀念,但具體操作上只需要對本課程的解耦和接口形成共識并予以足夠重視,對于各自負責的模塊,可以通過全面、正確的理解發揮自主性。

1.1 低耦合是重用最有效的手段

解耦前,兩個模塊之間共享所有信息(這個信息包括數據,也包括各自的實現細節)。要解耦,就要進行抽象,將課程的主要內容盡量變換成容易被理解的形式或模塊分別進行透徹分析,抽象成方法論。解耦后,需要共享的信息被準確地定義在接口中,同時,信息的流向也被確定。首先,教學內容變得清晰了,非常有利于先修課程與保護知識的重用,保護知識與生產實際的重用。其次,不必時時考慮模塊之間的聯系,避免因為不同知識板塊間過度頻繁的跳躍給學生理解知識帶來的負面影響。

必須認識到:解耦不等于解體,接口的定義很關鍵。解耦就是簡化一些信息,定義一些需要共享的信息。如果接口定義的不好,隱藏了不該隱藏的信息,那么對某些需要這些信息的復雜情況來說,這個解耦就失敗了。而如果沒有隱藏一些應該隱藏的信息,那么不該有的耦合仍然存在。“繼電保護”課程中,必須注重先修課程與課程的接口,本課程知識點之間的接口,保護與生產實際的接口;我們在教學中使用四模塊法,但是由于理論環節、實習環節、實驗環節有多位教師參與甚至多個教研室參與,教師之間對知識的理解亦有不同,利用傳統教學方法很難做到各個模塊的有機結合,也就很難實現接口。

1.2 耦合是創新最基本的途徑

課程不同,教師不同,可能更多負責各自課程的知識,難以全面系統顧及各個學科或課程之間的接口,這也是學生難以達到知識的融會貫通、創新的重要原因。用接口來定義教學形式或模塊之間的聯系、本課程與先修后續課程的聯系,并最終通過耦合回歸到工程實踐的形式,力求最大化地實現學生對知識的創新。

2 繼電保護教學內容的解耦與耦合

2.1 繼電保護原理與計算機、信號處理

有關繼電保護的“電力系統繼電保護原理”和“電力系統微機保護”兩門課程,前者基本不涉及有關計算機的內容,后者則以學生對繼電保護原理相當熟悉為前提;教繼電保護原理課多數圍繞傳統保護繼電器展開,其構成復雜且與目前的生產實際無法直接聯系,教計算機繼電保護原理課,絕大部分內容是計算機或信號處理課程的內容,課程內容重復,難以滿足我們對知識重用的要求。因此,將繼電保護原理與計算機應用技術、信號處理進行解耦,將計算機技術和信號處理技術作為繼電保護原理實現的基礎,通過實例耦合三者之間的關系。將“繼電保護原理”與“電力系統微機保護”兩門課有機地解耦而非解體,既有利于教師教學,也有利于學生學習。計算機繼電保護的重要優勢是所有能夠用數學方程所能表達的保護繼電器動作特性均可方便地用計算機軟件實現,為更高性能保護繼電器的研究提供了可能性。對于計算機繼電保護應更加強調對離散信號的分析。

2.2 保護、控制、監測、通訊相結合

保護、控制、監測、通訊一體化是電力系統自動化發展的公認的方向,因此將電力系統自動控制、監測系統及電力系統通訊等有關內容與繼電保護綜合教學是十分有益的。自動控制與監測裝置的硬件與繼電保護裝置幾乎一致,并且為了有利于綜合自動化的發展,應鼓勵這種一致性,并逐步形成規范,具有統一的、開放的標準接口,在原來的繼電保護教學中則只需增加有關的特殊控制規律即可,最大限度地減少了重復和遺漏。

3 繼電保護教學方法的解耦與耦合

3.1 重理論

要提高教學效率,還要精心組織教學內容。不能局限于現成課本內容及其章節劃分,要拋棄過時的內容,引入廣泛應用的新技術。

繼電保護課程分為原理部分和微機保護部分,并作為兩門課來講,但兩者在內容上卻是一個統一的整體。原理部分主要是作為微機部分的基礎來講的,課程內容應進行優化和精簡,對工程技術中不再采用的內容進行刪節。原則上只講保護原理,有關具體保護裝置內容,學生通過完成作業、課外閱讀和課程設計來掌握。微機保護部分考慮到相關前修課程已經講述的部分內容,所以,課程重點在算法、保護流程、可靠性,以及微機保護典型硬件結構、軟件設計等部分內容。這樣,在內容上精而不缺,新而可達。避免了不必要的重復講解,給學生發揮組織知識、綜合知識的能力留有余地。

3.2 強實踐

我們的實踐性教學不僅要分散而獨立地驗證某個概念、理論、方法,而且要不失時機地將高新技術、設備的相關內容引入教學,采取學校與工業、科研機關間的密切聯系,錄制反映最新工程、最新科學技術、最新生產流程及最新設備與實驗手段的教學片創造便利條件。

4 工程實踐的回歸

繼電保護課程與工程實踐結合很緊密,其原因在于繼電保護技術涉及到電力系統的穩定、安全以及一、二次設備的技術細節,同時,其本身也是一門包含理論和科技的工程技術學科。工程的本質是綜合、創造和實踐。首先,它把技術和非技術、科學與非科學聯成一個無間隙的有機整體。工程的本身意味著多學科、多知識的綜合。其次,由于工程的廣度和深度處在動態變化之中,它必須具有創新特征,不僅致力于眼前,更要著眼于長遠的發展和進步,需表現出豐富的想象力和創新精神。繼電保護教學必須重視工程教育,堅持教學、研究與關注真實世界問題的耦合;不只強調教學與研究耦合,更強調人才培養和研究活動必須和世界的相關實踐耦合。

5 結語

針對目前繼電保護教學中仍然存在的一些不足和亟待解決的問題,從如何有效地形成和實現正確的課程意識角度出發,將解耦的思想應用于繼電保護課程意識的分析,力求為課程意識的有效形成和實施提供思路。

[1]張瑛,王勝輝,梁國艷.《電力系統繼電保護》精品課建設的研究與實踐.中國電力教育,2008(16):112-113

[2]黃景光,呂艷萍.繼電保護課程教學改革的探索與實踐.中國電力教育,2001(2):61-64

[3]韋鋼,應敏華,等.電力系統及其自動化專業綜合改革探索.高等工程教育研究.2001(1):15-17.張華.課程與教學論.上海:上海教育出版社,2000

[4]施良方.課程理論—課程的基礎、原理與問題[M].北京:教育科學出版社,1999

[5]John Aspnes,A Summary and Analysis of Bachelor of Science Degree Requirements Reported by 125 Electrical Engineering Departments,IEEE Trans.Educ.Vol.37,No.2,PP122-130,M ay,1994