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摘 要：介绍了常州工学院院级精品课程“供电技术”在实验教学环节的改革与实践。改变单一的、以生为主的传统实验模式，开设综合性设计性实验是培养学生的创新思维、综合能力和素质的重要手段，是提高办学质量的关键环节。通过相关大学生创新实训项目来说明怎样挖掘学生的科研潜力，最大限度地锻炼学生的实践创新能力，并取得了良好的教学效果和可喜的成果。
关键词：供电技术；实验教学；综合性实验；设计性实验；创新能力
实验教学不仅是对理论教学的补充，更是培养学生动手能力、逻辑思维、分析问题解决问题等能力的重要教学环节。对于培养学生的创新精神，提高学生的综合能力有着极其重要的作用。以往的实践教学内容陈旧，教学模式单一化，教学方法呆板，制约了学生的积极性和主动性，激发不出他们的激情和独立思考的兴趣，抑制了学生的个性发展，甚至泯灭了独立思考的意识和创新精神，更没有从主动探索中获得失败的经历和成功的体会。面对长期存在的教学现状和问题，开设自主综合性、设计性实验已成为实验教学的改革方向。
一、综合性、设计性实验的开设思路
综合性、设计性实验的开设着重于培养学生的创新思维，创新思维教学须从科学的训练开始，因此创新培养环节至关重要。在创新思维教育的过程中，除了通过教学过程的优化来实践，更重要的是通过实践教学来实现。笔者根据上述要求组织开发了一批综合性、设计性的实验项目，如“总降变变压器保护实验设计与实现”创新训练项目，该项目根据原始资料给出的变压器参数和电力系统参数，对企业变电所电力变压器进行继电保护设计，并根据对变压器电流保护整定计算结果进行整定实验。学生通过该项目变压器的过电流和速断保护设计、实际一次和二次线路设计、理论计算、实验模拟一次和二次线路设计和实现、撰写工程设计报告等环节的设计训练，达到转换学生的思维方式，训练和培养他们的工程设计能力。这种训练模式使学生不只是简单地、被动地在实验中验证教师和书本上讲授的理论知识，而是预留了足够的自主空间给学生积极主动地去实践、去探索。培养学生较强的自学能力、独立工作能力和学会灵活运用学到的综合知识解决问题的能力。充分体现以学生为主体的教学思想，突出培养创新精神和实践能力为主要目的的思路。
二、综合性、设计性实验的开设与实施
“供电技术”课程是常州工学院(以下简称“我院”)的精品课程，而“供电技术实验”作为精品课程的一部分，应进行改革，体现出它的特色。
“供电技术”课程是电气、自动化专业学生的专业课程之一，因此加强该课程的实验教学，培养学生的实践与创新能力是该课程的重要环节。
在现行的教学计划中，供电技术实验隶属于“供电技术”理论课程，按课程教学内容安排，存在下面几个问题：实验教学内容分散，课时太少；简单重复的验证性内容偏多，而反映科学技术新知识、新发展、新成果的内容较少；重知识传授、轻技能培养。这都不利于学生知识面的拓宽和创新精神的培养。导致学生毕业后专业转型慢，工作能力欠缺。
为适应人才培养的需要，强化能力培养，笔者进行了综合性、设计性实验开发和开设，并作为开放性实验。
1.开放模式
实验室开放作为实验教学的拓展和加强，在时间和空间上为学生提供了有力的保障。在实验室，学生可根据自己的爱好选择感兴趣的综合性、设计性实验课题，在精心挑选的过程中实现预习，完成了自主学习的第一步，为提高动手能力和应用能力奠定了基础和提供了机会。同时，学生在内容选取和时间安排上较为自由，在一种自愿和宽松的气氛中学习，极大地提高了学生学习的自觉性、主动性和参与性的热情。不仅有利于学生充分发挥自身的特点，高效率地学习及创造性地参与实践教学，更有利于学生创新思维和创新精神的培养，从而达到提高综合素质的教学目的。
2.实实验的实施
综合性、设计性实验是学生以课程研究为主，指导教师对课程不预先设计实验步骤、方法及过程。只是在教师的指导下，根据给定的实验项目和实验条件，自己建立实验小组，根据已学的专业知识和实践技能，查询相关资料，按现有的实验条件，自己设计实验方案，确定实验方法，进行参数计算，数值整定，选择实验器材，拟定实验操作程序，经指导教师审核后自主开展实施，并对实施结果进行分析处理，以科研论文形式撰写实验报告。
(1)实验方案的合理设计。学生第一次进行完全独立自主的实验任务设定，方案制定和实施，在设计内容的把握上会碰到许多问题和困难，这就需要指导教师予以引导和排除。引导学生如何设计具有探究性的相关实验方案，笔者通过有关设计内容的举例说明，让学生渐渐地对怎样设计探索性实验方案有了进一步了解，加强和巩固了相关的实验项目和技能的学习。
(2)实验方案的审核与修改。综合性、设计性实验给予了学生充分想象的空间和独立设计的空间，同时要求学生根据现有的实验条件设计方案，在追求研究性创新的前提下，注重方案的合理性和可行性。这个环节非常重要，指导教师予以辅助，从方案的探究性创新性到设计的合理性和实验的可行性逐一梳理和认真审核，并提出需进一步完善的方案，供学生参考。经一至两轮的审核、修改，最后确定要开展的综合性、设计性实验方案。这样探究性实验的针对性更强了运作起来更容易实现，也充分调动了学生的热情和科研兴趣。
(3)时间安排。作为开放性实验，每个综合性、设计性实验提供2～3周的课余时间供学生进行自主实验，实验过程按小组自行开展，前期准备、组织实施都由学生独立自主进行，指导教师进行审核和辅助。
三、举例说明
现在以大学生创新实训项目——“总降变变压器保护实验设计与实现”为例说明。结合开放性实验的特性，课题组指导学生申报了江苏省高等学校大学生实践创新训练计划项目——“总降变变压器保护实验设计与实现”并获成功。目前学生在指导教师的引导下，已经完成该项目并结题，充分发挥了学生的创新实践能力。该项目主要在开放性实验室中完成，首先由指导教师提出任务，然后由学生自己设计并完成实验，写出了实验指导书和详细的实验报告，包含如下具体几个方面的内容。
1.主变压器的保护配置
总降压变电所主变压器常见故障分为两种：短路故障和不正常运行状态。变压器的短路故障按发生在变压器油箱的内外，分内部故障和外部故障，内部故障又可分为匝问短路、相问短路和单相碰壳故障；外部故障有套管及引出线的相问短路和单相接地故障。变压器的不正常运行状态有过负荷、变压器温度升高和油面降低等。继电保护装置就是在出现常见故障时用来保护主变压器的。
针对这些常见故障，主变压器设计了以下保护配置：电流速断保护用于反应油箱内部、电源侧套管和引出线的相间短路；过电流保护用于反应变压器内部相问短路并作为外部相问短路的后备保护；过负荷保护：用于反应变压器的过负荷；气体保 护用于反应变压器油箱内部的各种故障和油面降低；温度保护：用于反应变压器的温度升高。
其中电流速断保护、过电流保护、气体保护的重瓦斯保护动作于跳闸，并作用于接线图切断变压器两侧断路器。其余保护动作用于信号。电流速断保护与重瓦斯保护一起，共同作为变压器的主保护；过电流保护作相问故障的后备保护。
图1为一典型总降压变电所的系统连接图，采用两台变压器并联，保护装置在变压器1T、2T的一次侧。该实验仿真设计中对其中一台变压器1T的保护实现模拟。
根据该图和指导教师提供的原始数据，学生对各种保护配置进行了仔细分析并完成了所有的整定计算工作。
2.变压器保护实验仿真设计系统
由于本实验室采用天煌教仪提供的成套实验设备，但其提供的元件数量有限，故变压器保护实验仿真系统设计不能模拟温度保护和气体保护，仅进行电流保护的模拟。主要包含以下几个步骤。
(1)一次网络的模拟接线。因系统正常运行和三相短路时三相电压、电流都是对称的，所以在本实验中采用单相一次网络模拟三相系统接线。
其中设计了三个为电流继电器，分别用来作为电流速断、定时限过电流保护、过负荷保护。实验中选用DL-20C系列电流继电器。并按照理论计算的结果整定电流来选择具体规格。为简化实验接线，每一种电流保护中电流继电器只装一个，用一个电阻模拟图1中线路阻抗，两个电阻模拟负荷。这样的设计和模拟在充分利用现有条件的基础上，符合理论依据，实用可行，反映了学生善于理论结合实践的独立思考能力。
(2)主变压器的电流保护直流回路。最后设计了主变压器电流保护直流回路展开图，按回路分开表示，设计了直流电源、电流速断、定时限过电流、保护出口中间继电器、气体保护、跳闸回路、保护动作光字牌、过负荷保护、电流速断、过电流和过负荷继电器指示灯、信号继电器复归电路等各个部分。过电流和过负荷时间继电器选用DS系列、出口中间继电器KM选用DZB系列、信号继电器KS选用组合型DXM系列。直流--回路比较复杂，但学生结合装置能提供的条件，最大程度考虑了各方面的因素，设计出了较为完善的保护系统。
(3)实验仿真设计系统的实现。以上电路设计完成以后，则利用实验室现有的成套实验设备进行一次网络模拟接线和电流保护直流回路接线。按序进行T保护配置的验证和动作。
首先，模拟过负荷起动过负荷保护，加上附加负荷电阻，此时变压器过负荷，过负荷保护动作，经过整定延时发出信号。然后，模拟过电流起动过电流保护，这里分为三步，第一步模拟线路末端短路，使保护起动，作好情况记录。第二步模拟线路中间及始端短路，使保护起动动作，并做好情况记录。第三步，模拟变压器内部某点短路，过电流起动使过电流保护，模拟变压器低压侧和内部某点短路，做好保护动作情况记录。最后，根据变压器电流保护的一系列参数整定计算，调整限流电阻，模拟最小运行方式下的两相短路进行操作实验。
学生通过亲自整定计算并实验证明所设计的总降压变电所中主变压器的继电保护系统既能保护主变压器的短路故障并作用于跳闸，同时也能保护主变压器的不正常运行状态并发出信号。这样将理论知识和实践操作相结合，极大激发了学生的创新积极性并得到了很好的锻炼。
四、结语
实践证明，开设综合性、设计性实验是教学改革的趋向，是可行和必要的。在整个实践过程中学生明确了探索的目的和方向，有一个充分展示个人才华的空间、独立思维，才智和能力得到了发挥和展示。学生通过综合性、设计性实验，自己查阅文献，综合应用知识的能力，独立解决问题的能力，实验技能的能力、工程设计能力和相互间交流合作等方面的能力都有了很大提高。2007年“供电技术课程教学与实践建设”获得了我院教学成果一等奖，《供电技术教程》获我院精品教程，取得了良好的教学效果和可喜的成果。
关键词：供电技术；实验教学；综合性实验；设计性实验；创新能力
实验教学不仅是对理论教学的补充，更是培养学生动手能力、逻辑思维、分析问题解决问题等能力的重要教学环节。对于培养学生的创新精神，提高学生的综合能力有着极其重要的作用。以往的实践教学内容陈旧，教学模式单一化，教学方法呆板，制约了学生的积极性和主动性，激发不出他们的激情和独立思考的兴趣，抑制了学生的个性发展，甚至泯灭了独立思考的意识和创新精神，更没有从主动探索中获得失败的经历和成功的体会。面对长期存在的教学现状和问题，开设自主综合性、设计性实验已成为实验教学的改革方向。
一、综合性、设计性实验的开设思路
综合性、设计性实验的开设着重于培养学生的创新思维，创新思维教学须从科学的训练开始，因此创新培养环节至关重要。在创新思维教育的过程中，除了通过教学过程的优化来实践，更重要的是通过实践教学来实现。笔者根据上述要求组织开发了一批综合性、设计性的实验项目，如“总降变变压器保护实验设计与实现”创新训练项目，该项目根据原始资料给出的变压器参数和电力系统参数，对企业变电所电力变压器进行继电保护设计，并根据对变压器电流保护整定计算结果进行整定实验。学生通过该项目变压器的过电流和速断保护设计、实际一次和二次线路设计、理论计算、实验模拟一次和二次线路设计和实现、撰写工程设计报告等环节的设计训练，达到转换学生的思维方式，训练和培养他们的工程设计能力。这种训练模式使学生不只是简单地、被动地在实验中验证教师和书本上讲授的理论知识，而是预留了足够的自主空间给学生积极主动地去实践、去探索。培养学生较强的自学能力、独立工作能力和学会灵活运用学到的综合知识解决问题的能力。充分体现以学生为主体的教学思想，突出培养创新精神和实践能力为主要目的的思路。
二、综合性、设计性实验的开设与实施
“供电技术”课程是常州工学院(以下简称“我院”)的精品课程，而“供电技术实验”作为精品课程的一部分，应进行改革，体现出它的特色。
“供电技术”课程是电气、自动化专业学生的专业课程之一，因此加强该课程的实验教学，培养学生的实践与创新能力是该课程的重要环节。
在现行的教学计划中，供电技术实验隶属于“供电技术”理论课程，按课程教学内容安排，存在下面几个问题：实验教学内容分散，课时太少；简单重复的验证性内容偏多，而反映科学技术新知识、新发展、新成果的内容较少；重知识传授、轻技能培养。这都不利于学生知识面的拓宽和创新精神的培养。导致学生毕业后专业转型慢，工作能力欠缺。
为适应人才培养的需要，强化能力培养，笔者进行了综合性、设计性实验开发和开设，并作为开放性实验。
1.开放模式
实验室开放作为实验教学的拓展和加强，在时间和空间上为学生提供了有力的保障。在实验室，学生可根据自己的爱好选择感兴趣的综合性、设计性实验课题，在精心挑选的过程中实现预习，完成了自主学习的第一步，为提高动手能力和应用能力奠定了基础和提供了机会。同时，学生在内容选取和时间安排上较为自由，在一种自愿和宽松的气氛中学习，极大地提高了学生学习的自觉性、主动性和参与性的热情。不仅有利于学生充分发挥自身的特点，高效率地学习及创造性地参与实践教学，更有利于学生创新思维和创新精神的培养，从而达到提高综合素质的教学目的。
2.实实验的实施
综合性、设计性实验是学生以课程研究为主，指导教师对课程不预先设计实验步骤、方法及过程。只是在教师的指导下，根据给定的实验项目和实验条件，自己建立实验小组，根据已学的专业知识和实践技能，查询相关资料，按现有的实验条件，自己设计实验方案，确定实验方法，进行参数计算，数值整定，选择实验器材，拟定实验操作程序，经指导教师审核后自主开展实施，并对实施结果进行分析处理，以科研论文形式撰写实验报告。
(1)实验方案的合理设计。学生第一次进行完全独立自主的实验任务设定，方案制定和实施，在设计内容的把握上会碰到许多问题和困难，这就需要指导教师予以引导和排除。引导学生如何设计具有探究性的相关实验方案，笔者通过有关设计内容的举例说明，让学生渐渐地对怎样设计探索性实验方案有了进一步了解，加强和巩固了相关的实验项目和技能的学习。
(2)实验方案的审核与修改。综合性、设计性实验给予了学生充分想象的空间和独立设计的空间，同时要求学生根据现有的实验条件设计方案，在追求研究性创新的前提下，注重方案的合理性和可行性。这个环节非常重要，指导教师予以辅助，从方案的探究性创新性到设计的合理性和实验的可行性逐一梳理和认真审核，并提出需进一步完善的方案，供学生参考。经一至两轮的审核、修改，最后确定要开展的综合性、设计性实验方案。这样探究性实验的针对性更强了运作起来更容易实现，也充分调动了学生的热情和科研兴趣。
(3)时间安排。作为开放性实验，每个综合性、设计性实验提供2～3周的课余时间供学生进行自主实验，实验过程按小组自行开展，前期准备、组织实施都由学生独立自主进行，指导教师进行审核和辅助。
三、举例说明
现在以大学生创新实训项目——“总降变变压器保护实验设计与实现”为例说明。结合开放性实验的特性，课题组指导学生申报了江苏省高等学校大学生实践创新训练计划项目——“总降变变压器保护实验设计与实现”并获成功。目前学生在指导教师的引导下，已经完成该项目并结题，充分发挥了学生的创新实践能力。该项目主要在开放性实验室中完成，首先由指导教师提出任务，然后由学生自己设计并完成实验，写出了实验指导书和详细的实验报告，包含如下具体几个方面的内容。
1.主变压器的保护配置
总降压变电所主变压器常见故障分为两种：短路故障和不正常运行状态。变压器的短路故障按发生在变压器油箱的内外，分内部故障和外部故障，内部故障又可分为匝问短路、相问短路和单相碰壳故障；外部故障有套管及引出线的相问短路和单相接地故障。变压器的不正常运行状态有过负荷、变压器温度升高和油面降低等。继电保护装置就是在出现常见故障时用来保护主变压器的。
针对这些常见故障，主变压器设计了以下保护配置：电流速断保护用于反应油箱内部、电源侧套管和引出线的相间短路；过电流保护用于反应变压器内部相问短路并作为外部相问短路的后备保护；过负荷保护：用于反应变压器的过负荷；气体保 护用于反应变压器油箱内部的各种故障和油面降低；温度保护：用于反应变压器的温度升高。
其中电流速断保护、过电流保护、气体保护的重瓦斯保护动作于跳闸，并作用于接线图切断变压器两侧断路器。其余保护动作用于信号。电流速断保护与重瓦斯保护一起，共同作为变压器的主保护；过电流保护作相问故障的后备保护。
图1为一典型总降压变电所的系统连接图，采用两台变压器并联，保护装置在变压器1T、2T的一次侧。该实验仿真设计中对其中一台变压器1T的保护实现模拟。
根据该图和指导教师提供的原始数据，学生对各种保护配置进行了仔细分析并完成了所有的整定计算工作。
2.变压器保护实验仿真设计系统
由于本实验室采用天煌教仪提供的成套实验设备，但其提供的元件数量有限，故变压器保护实验仿真系统设计不能模拟温度保护和气体保护，仅进行电流保护的模拟。主要包含以下几个步骤。
(1)一次网络的模拟接线。因系统正常运行和三相短路时三相电压、电流都是对称的，所以在本实验中采用单相一次网络模拟三相系统接线。
其中设计了三个为电流继电器，分别用来作为电流速断、定时限过电流保护、过负荷保护。实验中选用DL-20C系列电流继电器。并按照理论计算的结果整定电流来选择具体规格。为简化实验接线，每一种电流保护中电流继电器只装一个，用一个电阻模拟图1中线路阻抗，两个电阻模拟负荷。这样的设计和模拟在充分利用现有条件的基础上，符合理论依据，实用可行，反映了学生善于理论结合实践的独立思考能力。
(2)主变压器的电流保护直流回路。最后设计了主变压器电流保护直流回路展开图，按回路分开表示，设计了直流电源、电流速断、定时限过电流、保护出口中间继电器、气体保护、跳闸回路、保护动作光字牌、过负荷保护、电流速断、过电流和过负荷继电器指示灯、信号继电器复归电路等各个部分。过电流和过负荷时间继电器选用DS系列、出口中间继电器KM选用DZB系列、信号继电器KS选用组合型DXM系列。直流--回路比较复杂，但学生结合装置能提供的条件，最大程度考虑了各方面的因素，设计出了较为完善的保护系统。
(3)实验仿真设计系统的实现。以上电路设计完成以后，则利用实验室现有的成套实验设备进行一次网络模拟接线和电流保护直流回路接线。按序进行T保护配置的验证和动作。
首先，模拟过负荷起动过负荷保护，加上附加负荷电阻，此时变压器过负荷，过负荷保护动作，经过整定延时发出信号。然后，模拟过电流起动过电流保护，这里分为三步，第一步模拟线路末端短路，使保护起动，作好情况记录。第二步模拟线路中间及始端短路，使保护起动动作，并做好情况记录。第三步，模拟变压器内部某点短路，过电流起动使过电流保护，模拟变压器低压侧和内部某点短路，做好保护动作情况记录。最后，根据变压器电流保护的一系列参数整定计算，调整限流电阻，模拟最小运行方式下的两相短路进行操作实验。
学生通过亲自整定计算并实验证明所设计的总降压变电所中主变压器的继电保护系统既能保护主变压器的短路故障并作用于跳闸，同时也能保护主变压器的不正常运行状态并发出信号。这样将理论知识和实践操作相结合，极大激发了学生的创新积极性并得到了很好的锻炼。
四、结语
实践证明，开设综合性、设计性实验是教学改革的趋向，是可行和必要的。在整个实践过程中学生明确了探索的目的和方向，有一个充分展示个人才华的空间、独立思维，才智和能力得到了发挥和展示。学生通过综合性、设计性实验，自己查阅文献，综合应用知识的能力，独立解决问题的能力，实验技能的能力、工程设计能力和相互间交流合作等方面的能力都有了很大提高。2007年“供电技术课程教学与实践建设”获得了我院教学成果一等奖，《供电技术教程》获我院精品教程，取得了良好的教学效果和可喜的成果。