Flash动画在电力系统继电保护教学中的应用
2015-11-25吴昊田有文史俊婷
吴昊䶮 田有文 史俊婷
沈阳农业大学信息与电气工程学院 辽宁沈阳 110866
Flash动画在电力系统继电保护教学中的应用
吴昊䶮 田有文 史俊婷
沈阳农业大学信息与电气工程学院 辽宁沈阳 110866
针对电力系统继电保护课程的内容和特点,分析Flash动画应用于继电保护教学相比于普通教学的优势。结合继电保护教学,制作了电流继电器、三段式电流保护原理等一系列Flash动画课件。以方向性零序电流三段保护为例,详细阐述了制作过程。本课件的制作与应用对继电保护教学大有裨益,可在其他学校电力系统继电保护教学中推广普及。
继电保护;Flash动画;教学;制作
电气工程教学中涉及大量的概念介绍、原理分析、过程分解,需有图、动、音等方面的信息[1],需要学生主动去发现学习。电力系统继电保护课程尤为如此。而Flash动画以活泼的画面、鲜艳的色彩呈现事物变化的过程,能形象、生动、逼真地描述事物的运动形式、空间位移、相互关系和形状变化,恰好满足电力系统继电保护课程的知识特点。所以,把优秀的Flash动画应用于继电保护教学,可以激发学生的学习兴趣,渲染教学氛围,构建特定的教学情境,更重要的是可以有效地突破教学重难点,有效培养学生的实践能力和创新能力,收到事半功倍的效果。另外Flash动画可以很方便地在课堂上用多媒体设备播放,也可以嵌入网页,在局域网或互联网上使用,Flash动画可有效促进电力系统继电保护课程教学的应用和推广。
1 继电保护课程的特点
电力系统继电保护课程分为电网的电流保护、距离保护、差动保护、高频保护以及自动重合闸和电力变压器的继电保护等几部分[2],是研究电力系统故障和危及安全运行的异常工况,以探讨其对策的反事故自动化措施。继电保护学科具有以下特点。
1.1 抽象性
继电保护课程研究的内容与反映故障的继电保护装置相关,装置通过判断进行故障切断或发信号或不动作,具有一定的抽象性。若只凭借书本的静止图片与文字叙述很难理解整个动作过程。
1.2 逻辑性
继电保护装置要求具有选择性,要保证仅将故障的设备或线路从电力系统中切除,尽量减小停电面积,以保证系统中无故障部分仍能继续安全运行,而这种装置的选择切断实际上是一种逻辑判断。书本很难表现出因为某种故障原因导致保护对应结果的逻辑关系。
1.3 实践性
继电保护实践性强,涉及大量的现场保护装置,其结构与动作原理很难用1~2幅图阐述清楚,学校实验室又不可能拥有大量保护装置。因此在继电保护的教学中,学生容易产生困惑与误解,对于教师教学也具有挑战性。
2 Flash课件教学的优势
2.1 抽象变具体
Flash动画应用于继电保护教学,可以依托Flash的图形编辑功能、动画功能,将继电保护装置的动作过程、动作原理形象化地表现出来。例如在气体继电器的动画制作中,将气体继电器的内部结构描绘在Flash的工作空间,使用补间动画表现内部结构的动作过程,由此制作产生的动画就更生动,具有直观性。
2.2 交互能力强
一个具有强大交互功能的Flash课件可以灵活地展现声、像、文并茂的教学信息,激发学生的求知欲、创造欲,增强对知识的认知和理解[2]。Flash动画课件可以摆脱传统教学的限制,动画可以与观看者产生互动。按下功能按钮可以阐述继电保护装置对应元件的功能、原理,当按下正常运行或故障按钮时,则进行动画演示,同时Flash动画还可以通过复位键反复播放,解决了课堂上一遍没听懂没理解的问题。
2.3 易发布传播
Flash做的继电保护动画凭借Flash生成的swf文件占用空间小,对电脑的播放要求低,同时有着可嵌入网页、进行网络发布传播等特点,能够最大化发挥动画教学课件的作用。
3 继电保护Flash动画制作
本课程采用Flash主要制作了各种继电器、各种保护原理的动画,包括螺管线圈式电流继电器、吸引衔铁式电流继电器、转动舌片式电流继电器、极化继电器、气体继电器、感应式电流继电器、三段式电流保护、方向性电流保护、零序电流保护、差动保护、相差高频保护、自动重合闸原理、变压器电流保护等30余个动画。现以方向性零序电流三段保护为例,使用Flash CS5版本,简要说明Flash继电保护动画的制作过程。
3.1 计划课件对象
确定该动画要执行哪些基本任务,相应继电保护原理将以何种形式表现出来。动画开发是为展现继电保护中电气设备故障时动作的整个过程,使课本上枯燥静止的图片变成动画,展现继电保护的过程及原理。
3.2 制定格式标准
标准化是对重复性的事物和概念,通过制订、发布和实施标准达到统一,以获得最佳秩序和社会效益。当一个整体中的各部分接近或相似时,学习者更容易从各部分中把握规律,从而掌握整体[3]。基于知觉的整体性,在课件的统一性原则中,最重要的是界面的统一[4]。在Flash课件制作中,为实现动画的格调统一性,布局一致性,减少观众对课件界面及操作的学习成本,在制作动画之前进行标准的统一,也为日后其他动画的制作提供方便,有利于动画课件的修改和再制作。
一个好的Flash动画制作大致需要经过以下几个流程(如图1所示)。
图1 正常运行部分制作示意图
3.3 素材准备
创建并导入媒体元素,如图像文本等。按钮、黑板装饰和背景元素等原件从素材库或者网络中选取。继电保护原理接线图使用数码相机在教材上捕获,保存为jpg格式备用。
3.4 建立工作空间绘制图形
打开Flash软件,选择文件-新建-Actionscript2.0-ok,然后选择属性窗口将FPS帧数设置为2帧(因教学动画有可能需要配合教师课堂授课,同时由于课程特点,不需要过多特效,故将帧数调低),分辨率设置为1 366×768,保存为“方向性零序电流三段保护.fla”。
将相机捕获的继电保护原理图线路图置于图层最下层,然后创建多个图层,按照各部件的整体动作情况,用画笔进行分图层描摹,绘制原理图、接线图,并将开关分离在不同图层。并按先前制定的标准位置放置黑板、按钮、文字。
3.5 创建动画
动画的创建按照动画播放的顺序进行,在方向性零序电流三段保护中,动画分成正常运行、内部故障和外部故障三部分制作。
(1)正常运行
从第1帧到第9帧为动画主界面。从第10帧开始,编辑正常运行时的动画。正常运行时ABC三相对称,线路不存在零序电流,使用闪烁的细红线表示流过电流。由于保护不动作,其他部分不变化(如图1所示)。
(2)内部故障
如图2所示,从25帧开始为内部故障时的动画,下方线路图出现d1短路点,用标有红色闪电符号突出,且标有电流方向箭头,都是用画笔画出。
随后KW0、KA闭合,通电。触点的闭合采用补间动画进行制作。选择KW0开关,创建补间动画。在其补间图层,KW0开始闭合那一帧插入关键帧、旋转、设置旋转中心,调整好最后闭合的位置,即完整创建了KW0开关闭合的补间动画。
KM继电器得电,触点闭合采用补间动画,线路采用红色线闪烁逐帧强调的方法。随后,为信号继电器发信号,线路断开,信号继电器需要手动复归。
图2 内部故障部分制作示意图
(3)外部故障
外部故障时,下方线路图出现d2短路点,由于KW0功率方向为负,KW0不动作,KA动作,使用补间动画制作3个KA触点的闭合(如图3所示)。由于KW0触点未闭合,其他部分不再动作。
图3 外部故障部分制作示意图
3.6 用动作脚本控制动作
三部分动画编辑完之后需要插入控制动画播放的代码。Flash中的ActionScript代码可以控制媒体元素的行为方式,包括这些元素对用户交互的响应方式。
由于这些动画并没有复杂的动作,只需要在按钮与动作帧图层添加停止与跳转播放代码。
3.7 测试与发布
使用热键“Ctrl+回车”进行动画测试,先进行作者自我排查,由于思维定式、理解有限等原因,作者可能无法完全排除问题,当无法发现问题后交给他人检查。
选择“文件→导出影片”进行导出或发布,保存为swf或其他格式类型文件。然后再分发给学生或通过网页代码嵌入到网络文件。
4 结束语
继电保护动画的精髓主要在于表现整个动作过程,让学生了解继电保护设备如何运作。电力系统继电保护是一门具有高度实践要求的课程,学生是否具备超强的实践能力,对于其今后的就业与发展起到了决定性的作用。而Flash课件可以比较轻松地解决传统“三板教学”无法解决的问题。通过制作一整套的继电保护动画课件,总结了一些动画课件制作流程和标准,所制作的继电保护Flash动画课件集文字、图形图像、动画、视频音频于一身,能激发学生对该课程的学习兴趣,使教学手段多样化、教学内容形象化、教学过程实用化。在模拟原理、设备动作过程的同时,轻松解决教学的重点难点,增强了学生实践能力和创新能力,使教学效果大大提升,另外制作的电力系统继电保护Flash动画可嵌入精品课自由共享平台使其在其他院校应用推广。
[1] Benbouzid, M.E.H.Internet : an interactive multimedia aid for teaching power systems[C].IEEE Power Engineering Review,1999,19(4):52- 54.
[2] 贺家李,李永丽,董新洲等.电力系统继电保护原理(第四版) [M].北京:中国电力出版社,2010.
[3] 杨辉.F l a s h制作课件的优势[J].川北教育学院学报,2001,11(4):48.
[4] 邵志芳.认知心理学:理论、实验和应用[M].上海:上海教育出版社,2009.
[5] (美)理查德.E.迈耶.多媒体学习[M].牛勇,邱香译.北京:商务印书馆,2006.
Application of Flash Animation in Power System Relay Protection Teaching
Wu Haoyan, Tian Youwen, Shi Junting
Shenyang Agricultural University, Shenyang, 110866, China
According to the course of power system relay protection content and features, advantages of the relay protection teaching of the Flash animation is applied was analysed through comparing to the ordinary teaching. Combined with the teaching of relay protection, making a series of Flash courseware, such as the current relay, the three phase current protection principle. With the direction zero sequence current protection three section as an example, the Flash animation production process was described in detail. These production and application of Flash animation courseware was helpful for the relay protection teaching, and can be popularized in other schools in the teaching of power system relay protection.
delay protection; Flash animation; teaching; making
2014-09-15
吴昊䶮,本科。田有文,博士,副教授,电气工程系副主任。
辽宁高等教育教学改革研究项目。