基于解耦思想的继电保护教学方法研究与实现

戴志辉,焦彦军,徐 岩,王 雪

(华北电力大学电力工程系,河北保定 071003)

0 引言

随着我国经济的快速发展,企业对人才的需求不但在层次上逐渐提升,而且对创新能力、应用能力和实际操作能力提出了更高的要求。各电力高校从高等教育大众化及地方社会经济发展的现状出发,把培养社会发展所需要的高层次复合型人才作为教学目标之一,大力提高学生知识复合、能力复合、思维复合以及理论知识的工程实践素养和适应社会需要的能力。

继电保护作为一门综合性的科学,与电工基础理论、电子技术、通讯技术、计算机技术等有着密切的关系。继电保护课程理论与实践并重,特别重视两者的有机结合,该课程对学生综合能力的培养及知识优化能起到重要作用[1-3]。对继电保护教学内容、教学方法、教学手段开展全面研究,对继电保护培养体系进行与时俱进的合理改革,对于培养社会需要的复合型专业人才具有积极意义。但目前继电保护教学中,仍然存在着一些不足和亟待解决的问题:

第一,相对于日新月异的工程实际,继电保护的教学内容比较滞后;

第二,学生对于先修课程尤其是理论性较强的课程,很难与实际、与保护课程顺利接口,导致因为先修课程的知识点断链而不能很好的掌握继电保护知识;传统的“继电保护”课程中,更重视各个模块、各个知识点的讲解,对知识点之间、理论教学与实践教学之间、理论与工程实际之间的接口重视不够,或对这种接口的讲解方法、形式不够直观,造成学生对知识的整体理解较差。

第三,忽视骨架及方法论。电力系统、保护技术飞速发展,对于保护这样的专业课,如果在有限的课时内一味追求技术或理论细节的成熟性而忽视整体及方法论,可能反倒使教学陷入被动。

第四,改进教育实践,不能靠远离实践的专家通过精确化的研究成果设计方案,让教师执行而实现。相反,要靠真正进行教育活动的教师发现自己实践中的问题、思考解决办法来实现。

解决上述问题,首先要求教师要有良好的课程意识,而如何有效地形成和实现正确的课程意识是关键之一。本文从解耦的角度阐述“继电保护”课程意识,力求为课程意识的有效形成提供思路。

1 基于解耦思想的课程意识

课程意识是指人无论在设计某一课时、某一单元,编制某一教材或在评论某一节课或课程产品时,其思考、言说或操作的对象,都处于特定的课程形态、课程方案、课程框架性背景之中,而非孤立的、静止的、以点为对象的意识指向[4-6]。

解耦的思想已经在控制理论、通信技术、数学、程序设计等很多领域得以体现。如IEC61850考虑到通信技术发展很快,即使最新制定出的通信标准也不一定能代表出版时的最新技术,为此规定应用与通信技术解耦,解决了标准的稳定性与未来网络技术发展之间的矛盾。程序设计中的解耦就是把程序互不相关或有限相关的模块分割开来并用接口准确定义模块之间的关系。本文引入解耦的思想,旨在解决“继电保护”课程中相关“接口”,一定程度上缓解“继电保护”讲课内容滞后与工程实践飞速发展之间的矛盾。

本文所指的解耦包括解耦和耦合两个层面。解耦不等于解体,所有问题的分析,最终还要通过耦合回归成一个可行的整体。

基于以上分析,这里将基于解耦思想的课程意识定义为:对于特定的课程形态、课程方案、课程框架背景之下,利用解耦的思想将课程的主要内容尽量变换成容易被理解的形式或模块分别进行透彻分析,抽象成方法论,最大化的实现学生对知识的重用;更为重要的是用接口来定义这些形式或模块之间的联系、本课程与先修后续课程的联系,并最终通过耦合回归到工程实践的形式,最大化的实现学生对知识的创新。通过长期有效坚持,逐渐形成的课程意识。

基于解耦思想的课程意识的建立,需要改变教学管理和研究的参照系,是要在传统教育理念有所突破的基础上,找到教师与教师、教师与学生、学生与工程实际进行有深度的专业性对话的一个“接口”。基于解耦思想的课程意识的最终目标,一方面是要实现学生对知识的重用,另一方面是要实现学生对知识的创新。而基于解耦思想的课程意识,要求全体该学科的教师在意识层面上建立要与其他教学模块、其他课程接口的观念,但具体操作上只需要对本课程的解耦和接口形成共识并予以足够重视,对于各自负责的模块,可以通过全面、正确的理解发挥自主性。

1.1 低耦合是重用最有效的手段

解耦前,两个模块之间共享所有信息(这个信息包括数据,也包括各自的实现细节)。要解耦,就要进行抽象,将课程的主要内容尽量变换成容易被理解的形式或模块分别进行透彻分析,抽象成方法论。解耦后,需要共享的信息被准确地定义在接口中,同时,信息的流向也被确定。首先,教学内容变得清晰了,非常有利于先修课程与保护知识的重用,保护知识与生产实际的重用。其次,不必时时考虑模块之间的联系,避免因为不同知识板块间过度频繁的跳跃给学生理解知识带来的负面影响。

必须认识到:解耦不等于解体,接口的定义很关键。解耦就是简化一些信息,定义一些需要共享的信息。如果接口定义的不好,隐藏了不该隐藏的信息,那么对某些需要这些信息的复杂情况来说,这个解耦就失败了。而如果没有隐藏一些应该隐藏的信息,那么不该有的耦合仍然存在。“继电保护”课程中,必须注重先修课程与课程的接口,本课程知识点之间的接口,保护与生产实际的接口;我们在教学中使用四模块法,但是由于理论环节、实习环节、实验环节有多位教师参与甚至多个教研室参与,教师之间对知识的理解亦有不同,利用传统教学方法很难做到各个模块的有机结合,也就很难实现接口。

1.2 耦合是创新最基本的途径

课程不同,教师不同,可能更多负责各自课程的知识,难以全面系统顾及各个学科或课程之间的接口,这也是学生难以达到知识的融会贯通、创新的重要原因。用接口来定义教学形式或模块之间的联系、本课程与先修后续课程的联系,并最终通过耦合回归到工程实践的形式,力求最大化地实现学生对知识的创新。

2 继电保护教学内容的解耦与耦合

2.1 继电保护原理与计算机、信号处理

有关继电保护的“电力系统继电保护原理”和“电力系统微机保护”两门课程,前者基本不涉及有关计算机的内容,后者则以学生对继电保护原理相当熟悉为前提;教继电保护原理课多数围绕传统保护继电器展开,其构成复杂且与目前的生产实际无法直接联系,教计算机继电保护原理课,绝大部分内容是计算机或信号处理课程的内容,课程内容重复,难以满足我们对知识重用的要求。因此,将继电保护原理与计算机应用技术、信号处理进行解耦,将计算机技术和信号处理技术作为继电保护原理实现的基础,通过实例耦合三者之间的关系。将“继电保护原理”与“电力系统微机保护”两门课有机地解耦而非解体,既有利于教师教学,也有利于学生学习。计算机继电保护的重要优势是所有能够用数学方程所能表达的保护继电器动作特性均可方便地用计算机软件实现,为更高性能保护继电器的研究提供了可能性。对于计算机继电保护应更加强调对离散信号的分析。

2.2 保护、控制、监测、通讯相结合

保护、控制、监测、通讯一体化是电力系统自动化发展的公认的方向,因此将电力系统自动控制、监测系统及电力系统通讯等有关内容与继电保护综合教学是十分有益的。自动控制与监测装置的硬件与继电保护装置几乎一致,并且为了有利于综合自动化的发展,应鼓励这种一致性,并逐步形成规范,具有统一的、开放的标准接口,在原来的继电保护教学中则只需增加有关的特殊控制规律即可,最大限度地减少了重复和遗漏。

3 继电保护教学方法的解耦与耦合

3.1 重理论

要提高教学效率,还要精心组织教学内容。不能局限于现成课本内容及其章节划分,要抛弃过时的内容,引入广泛应用的新技术。

继电保护课程分为原理部分和微机保护部分,并作为两门课来讲,但两者在内容上却是一个统一的整体。原理部分主要是作为微机部分的基础来讲的,课程内容应进行优化和精简,对工程技术中不再采用的内容进行删节。原则上只讲保护原理,有关具体保护装置内容,学生通过完成作业、课外阅读和课程设计来掌握。微机保护部分考虑到相关前修课程已经讲述的部分内容,所以,课程重点在算法、保护流程、可靠性,以及微机保护典型硬件结构、软件设计等部分内容。这样,在内容上精而不缺,新而可达。避免了不必要的重复讲解,给学生发挥组织知识、综合知识的能力留有余地。

3.2 强实践

我们的实践性教学不仅要分散而独立地验证某个概念、理论、方法,而且要不失时机地将高新技术、设备的相关内容引入教学,采取学校与工业、科研机关间的密切联系,录制反映最新工程、最新科学技术、最新生产流程及最新设备与实验手段的教学片创造便利条件。

4 工程实践的回归

继电保护课程与工程实践结合很紧密,其原因在于继电保护技术涉及到电力系统的稳定、安全以及一、二次设备的技术细节,同时,其本身也是一门包含理论和科技的工程技术学科。工程的本质是综合、创造和实践。首先,它把技术和非技术、科学与非科学联成一个无间隙的有机整体。工程的本身意味着多学科、多知识的综合。其次,由于工程的广度和深度处在动态变化之中,它必须具有创新特征,不仅致力于眼前,更要着眼于长远的发展和进步,需表现出丰富的想象力和创新精神。继电保护教学必须重视工程教育,坚持教学、研究与关注真实世界问题的耦合;不只强调教学与研究耦合,更强调人才培养和研究活动必须和世界的相关实践耦合。

5 结语

针对目前继电保护教学中仍然存在的一些不足和亟待解决的问题,从如何有效地形成和实现正确的课程意识角度出发,将解耦的思想应用于继电保护课程意识的分析,力求为课程意识的有效形成和实施提供思路。

[1]张瑛,王胜辉,梁国艳.《电力系统继电保护》精品课建设的研究与实践.中国电力教育,2008(16):112-113

[2]黄景光,吕艳萍.继电保护课程教学改革的探索与实践.中国电力教育,2001(2):61-64

[3]韦钢,应敏华,等.电力系统及其自动化专业综合改革探索.高等工程教育研究.2001(1):15-17.张华.课程与教学论.上海:上海教育出版社,2000

[4]施良方.课程理论—课程的基础、原理与问题[M].北京:教育科学出版社,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