基于图形可编程继电保护平台的实验教学模式改进

程刚 焦尚彬 刘涵 李生民 孙旭霞

摘 要：《电力系统继电保护》是一门实践性很强的课程，文章基于学校新建的图形可编程继电保护实验平台，从实验教学理念、内容设计、教学手段等三个方面展开了探索与改进，旨在培养学生的创新思维能力和实践应用能力，并在教学中取得了良好的效果。

关键词：电力系统;继电保护;实验教学;教学改革

中图分类号：G642          文献标志码：A           文章编号：1673-8454（2019）08-0046-04

《电力系统继电保护》是一门与实际联系密切，综合性、实践性非常强的专业课程，因此，实验教学环节显得尤为重要，不仅是沟通课堂教学与工程实践的桥梁，也是将理论知识转换为实践能力的纽带 [1-6]。实验中心结合自主建设的图形可编程继电保护实验平台，开发探索新型实验教学模式，提出 “一主三辅”的實验教学指导思想，即以培养学生创新思维和实践能力为主体，辅以先进的硬件实验资源、渐进式实验内容体系以及创新型实验教学手段，三位一体软硬结合，全面提升学生综合实践能力，激发学生学习兴趣[7，8]。

一、目前存在的问题

1.实验硬件资源落后

当前电力系统继电保护技术已全面进入微机保护时代，然而一些院校仍然进行传统的模拟式继电保护实验，与工程实践严重脱节，重理论轻实践，不利于培养新工科背景下的应用型人才。当然，也有很多院校新建微机保护实验室，采用先进的继电保护设备，但随即带来的问题是学生面对新型继电保护实验柜，多以验证性、观察性实验为主，因为多数实验保护程序都是写好集成在保护装置中随用即可，这样就大大降低了学生实践动手环节，起不到培养学生创新思维和实践能力的效果。只有从根本上解决这个问题，才可以谈后续的实验教学模式的改革，否则实验硬件资源跟不上，不管怎么变革都是治标不治本[9]。

2.实验教学理念落后

随着我国新工科改革序幕的拉开以及《华盛顿协议》的正式加入，人才培养的模式也悄然发生改变，应加大对实验教学的投入，改变传统的实验教学理念。而多数院校仍然以传统的实验教学模式为主，教师讲学生做，最后交一份实验报告，期间学生是否真正去主观思考完成实践，还是被动完成任务敷衍了事，无从考查。因此，应当顺应当前工程人才培养的趋势，摒弃旧的实验教学理念，紧跟时代潮流[10，11]。

3.实验教学手段落后

随着互联网技术的兴盛，“互联网+”已经无处不在，而传统的实验教学手段还是相对比较单一落后，因此，应当充分利用新技术带来的福利，更好地服务实验教学，采用多种渠道和学生交流互动，提高学习效率[12]。

二、实验教学模式的改进

实验中心教师通过走访调研和自身摸索，在继电保护实验教学领域做了一些创新性改进，提出了“一主三辅”实验教学的指导思想，旨在培养新形式下复合型工程人才。

1.设计创新型图形可编程实验平台

如何既能保持传统实验设备便于学生直观理解继电保护原理的优势，同时紧跟当前工程实际的主流，采用新型继电保护装置，让学生上手操作多实践，避免简单的观察性、验证性实验。

鉴于此，中心设计的创新型图形可编程实验平台（见图1）采用了工业级继电保护装置M7D，其特点是编程接口完全对学生开放，采用图形化逻辑编程（见图2）简单易学。学生可根据所学继电保护原理知识，针对不同实验自行编写相应继电保护程序，灵活度高、实践性强，利于培养学生创新性思维和实践工程能力。

2.更新继电保护实验教学理念

基于新型实验平台，改变传统继电保护实验授课模式，提出工程项目模式的实验教学理念，即学生自行组成项目小组，把每次实验当成一个工程项目，从读懂图纸、硬件接线、软件编程、上位设计、通讯调试、系统联调等各个方面，全方位地培养学生工程实践能力，同时建立合理的考核机制，激发学生的热情和创新能力。下面，笔者以三段式电流保护工程项目为例进行详细说明。

（1） 熟悉装置，读懂图纸。读懂电气图纸是一名工程师最基本的素养，也是其必备能力。在工程项目实施前，必须要充分了解其内部原理和结构构造，才能保证项目有序地开展。其可分为三个步骤：①如图3所示，给出了保护装置的背板端子图，这样就可使学生对装置有一个总的概念，明白各端子的含义和接线方式，比较直观;②给出实验平台线路保护电气接线图集，其中图4为电气接线图部分图纸。学生通过识图，充分了解其内部电气接线，起到追本溯源的效果;③理论与实际相结合，结合图纸与实物装置，如图5所示，加深学生印象，便于学生对继电保护控制柜有直观认识，快速步入实战状态。

（2）编写下位保护程序，设计上位监控界面。本部分主要是软件编程和上位组态，分两个步骤：①学生根据三段式电流保护原理，编写保护程序并下载至保护装置中。②设计上位监控界面，如图6所示，利用保护装置自带的485通讯口，进行上下位通信调试，形成一个完整的工业自动化闭环控制系统。

（3）项目汇报，评价考核。每个项目组完成项目后，采取项目汇报的形式，向所有师生演讲答辩，阐述项目实施过程及所遇到的问题、解决方案等。考核评价标准分为两部分：一部分由课程组教师给出，占考核总分的80%，严格遵照表1的考核矩阵客观公正地给出评价;另一部分由学生互评，占考核总分的20%，充分调动学生积极性，既是参与者也是评价者，取人之长，补己之短。

3.探索新型实验教学手段

在当前“互联网+”的大背景下，课程组教师在实验教学手段上推陈出新，不拘束于传统单一的实验教学手段，体现在以下几个方面：

（1）建立群组，及时互联。每个项目组建立微信、QQ群，可及时与教师沟通，汇报项目进展，咨询相关技术问题，反过来教师也能实时掌握项目进度予以适当指导，增进师生之间的互动性，确保学生真正学到东西，而不是得过且过、敷衍了事。

（2）利用平台，科学管理。合理利用学校的实验室管理系统平台，如图7所示，学生可以预约开放实验室，这样教学手段更加灵活，为学生提供了一个非常便利的平台，不仅可以做一些基础类实验项目，也可以做一些创新性、综合性实验，同时也可以跟随教师做一些科研方面的实验，对培养学生的综合能力有很大的帮助。

（3）录制视频，网上学习。随着MOOC、微课的兴起，课程组教师也正在筹备录制基于新型图形可编程实验平台的微课视频，这样方便了学生提前预习或上课没听懂的地方，线下可看视频学习，慢慢咀嚼消化，提高学生学习效率，打破了时间和空间的限制，实现了随时随地都是课堂[13-15]。

4.合理规划实验内容体系

在实验内容体系规划方面，坚持以工程项目形式为载体，本着实验难度递进式增长的思路，教师在实验内容安排方面依次是：基础类实验—提高类实验—综合类实验（见表2）。每类实验有多个选题，项目组成员可根据自身情况选择题目，通过这种体系安排，遵循由浅入深的基本原则，一方面提高学生的学习积极性，帮助其快速入门;另一方面，学生的思维能力、实践能力也在这个过程中逐渐提升。

新工科背景下，各大院校都在积极响应国家号召，以培养创新型、实践型人才为目标，加大改革力度、加快创新步伐，尤其在实验教学方面，是培养学生综合实践能力的重要环节。学校在继电保护实验教学领域，积极探索合适的实验教学道路，遵循“一主三辅”的指导思想，通过设计合理的实验内容體系、新颖的教学模式以及科学的评价机制，有效地训练了学生思考能力、实践能力、创新能力以及解决复杂工程问题的能力，培养符合社会需求的高素质人才。

参考文献：

[1]汤三.基于应用型人才培养的多模式实验教学方法研究[J].价值工程，2017，36（31）：258-259.

[2]王英，秦文萍.电力系统继电保护实验教学模式的实践与探索[J].电气电子教学学报，2008（S1）：60-61+64.

[3]程刚，焦尚彬，李生民等.图形可编程继电保护实验平台的设计[J].实验室研究与探索，2017，36（11）：159-161+209.

[4]谢路生，林育兹，黄元庆.继电保护实验教学的改进与探索[J].中国电力教育，2013（29）：93-94+96.

[5]张慧媛，李淑英.电力系统继电保护实验教学改革与实践[J].实验室研究与探索，1998（4）：26-27.

[6]陈静.对电力系统继电保护实验教学系统的研究[J].科技展望，2015，25（31）：172.

[7]廖碧莲，宋绍剑.电力系统继电保护课程的教学改革实践[J].装备制造技术，2011（9）：236-238.

[8]程海军，陈晓英，孙丽颖.电力系统继电保护课程教学改革探索[J].中国电力教育，2014（32）：81-82+90.

[9]袁荣湘.电力系统继电保护课程改革的探讨[J].电力系统及其自动化学报，1999（Z1）：126-130.

[10]李文武，袁兆强.继电保护课程组教学改革的探索[J].中国电力教育，2010（12）：50-52.

[11]王越明，王朋，于雁南等.大工程背景下的《电力系统继电保护》课程教学改革[J].价值工程，2016，35（1）：204-205.

[12]刘少海，乔占俊.“实验型”课程教学模式的研究[J].实验室研究与探索，2007（5）：90-92.

[13]梅林，杨丽君，孙玲玲等.基于OBE模式的电力系统综合实验教学改革[J].实验技术与管理，2018，35（1）：218-220+237.

[14]梁志坚，王辑祥，贺秋丽.对改进继电保护实验教学环节的思考[J].中国电力教育，2008（5）：93-94.

[15]甘辉霞，黄景光，陈铁等.实践教学解决复杂工程问题的探索——以继电保护综合实验为例[J].高教学刊，2017（23）：106-108.（编辑：李晓萍）