《变压器技术》课程教学改革研究

1、    变压器技术课程教学改革研究    牛一博 杨京渝 赵华 荣佳星 彭丽【摘 要】本文针对电气工程及其自动化专业学生的变压器技术课程的现状和特点，结合现阶段电气行业的发展要求、电气工程专业本科学生的前置课程、当代大学生接收专业知识的能力与学习兴趣等方面的因素，从教学内容，教学形式等多个方面进行实践探索研究，建立符合专业特点的教学体系，加强学生们的对于工程问题的分析能力，理论结合实践应用能力与应对工程设备的操作能力。【关键词】变压器技术；教育改革；电气工程及其自动化： tm41；f426.61 ： a ： 2095-2457（2018）13-0155-

2、002doi：10.19694/ki.issn2095-2457.2018.13.070【abstract】this paper aims at the current situation and characteristics of transformer technology course for electrical engineering and automation students，combined with the current development requirements of the electrical industry，the leading courses of

3、undergraduate students in electrical engineering， the ability of contemporary college students to receive professional knowledge and learning interest，etc.we research in terms of teaching content，teaching style，etc，and build a teaching system that fits the professional profile.we reinforce the stude

4、nts analysis ability，ability to combine theory with practice application and ability to cope with the operation of the engineering equipment.【key words】transformer technology；educational reform；electrical engineering and automation变压器技术是电气工程及其自动化专业中一门重要的专业性课程。通过本课程的学习可以帮助学生学习变压器技术的基本知识，为将来从事电力系统工作打下

5、良好的基础。本学院的本科培养目标是培养出符合现代电气行业发展的应用复合型人才，即在基础理论知识牢固掌握的基础上，还要加强学生对于工程实际问题的分析能力，深化挖掘学生学习兴趣与潜能，锻炼学生将理论知识应用于工程实践当中，并且具备一定的实践操作能力，可以快速适应相关专业的工作。本文结合吉首大学电气工程及其自动化专业的教学改革实际情况，对变压器技术这门专业课程，进行了初步的探索和研究。1 研究背景变压器是整个电气工程及其自动化专业中不可缺少的一部分。无论是电力系统的日常运行还是科研过程中的研发试验都离不开变压器的影子。而变压器技术这门课在整个电气工程及其自动化教学体系中是不可或缺的，并且对于未来将要

6、从事电力行业工作的学生，也是其是否能够快速融入工作环境的关键课程。变压器技术课程是整个电气工程及其自动化教学体系中重要的组成部分之一。在吉首大学信息科学与工程学院电气工程及其自动化的教学体系中，变压器技术这门课在其中起到了承前启后的作用。在变压器技术之前，首先要有良好的电路基础知识，保证学生对于基本电路的识别、掌握以及应用，学会并且可以分析掌握变压器内部电路设计原因以及改进措施；其次，由于变压器技术是一门综合考虑电、磁、热、力、声等耦合因素的综合课程，需要一定程度的大学物理基础，这样对于材料等都会拥有性质上的认识；最后对电机学中提到的变压器的基本知识也要求学生进行掌握。变压器技术会将上述学科中

7、涉及到变压器方面的知识进行融会贯通，为之后电力系统分析、自动控制原理等课程打下坚实的基础。变压器技术课程的内容涉及电、磁、热、力等基础知识，它概念抽象，内容涉及的领域广泛。既有磁的联系又有电的联系；既涉及正弦量，又涉及非正弦量；既有对称的又有非对称的；既要解决稳态问题，又要解决瞬态问题；既要遇到时间向量，又要遇到空间向量。对学生来说变压器技术课程是公认的较难学的课程，传统的教学方法效果一直不理想。因此，本着强化基础、注重应用和实践的教学思想，培养学生的思维能力和实践能力对变压器技术课程的进行的教学改革尤为重要。2 改革目标变压器作为电力行业的重要组成部分，不但需要扎实的基础理论知识，还要能够把

8、基础知识运用到实践操作过程中，与工程实际相结合，吉首大学变压器技术的开课时间位于大学三年级的上半学期，正处于刚刚丰富基础理论知识，而专业知识应用贫乏的时期，在此阶段可充分利用學生对专业知识的好奇心理，不断围绕工程中的一些实际情况，如故障检测、产品改进，事故原因分析等问题，对实际案例进行解析和讨论，提高学生对于工程问题的敏感程度，挖掘学生分析问题的潜能。对于一些抽象化的知识与问题，应用图形解析的方式进行说明，或者利用诸如matlab，magnet等仿真软件对工程问题进行动态变化的解析。与国家电网公司，五大电力集团等电力公司进行合作，在保证安全的前提下，深入了解工厂实际的工作状态，为以后快速融入工

9、作环境打下基础。综上所述改革目标可以分为以下几点：（1）优化选择适用于现代电力行业发展的知识结构进行合理教学，强调基础知识的同时加强知识在工程实际中的应用。（2）通过对工程实例的分析等方法提高学生对于变压器技术的学习兴趣。（3）应用仿真软件分析等方法对抽象化的知识进行讲解和学习。（4）实现工程实例的不断更新，优化讲解方法，培养思维能力。（5）围绕增强学生实践能力的培养目标，进行校企合作。3 改革内容3.1 教学内容工程化由于大三上半学期的学生在对于工科学习内容方面的认知还停留在理科计算的层次上，对于将计算内容与工程实际的结合意识还不够成熟，仅仅停留在“求解应用题”的理解层次上，而实际上基于理论

10、计算对于工程问题的设计与改进，绝不只是“应用题”，而是对工作环境、工作内容、安全因素、适用范围、经济条件等多方位的考核与校对。所以，对于学生教学内容在大三这个阶段，应该偏向于工程化，在对理论知识的理解足够扎实的基础上，不断提高学生的工程化意识，不要让学生对于基础知识的应用仅仅停留在理论上，应从实际的变压器设计与改进方案中出发，让学生对变压器基本参数的理解更加接近工程化，让学生理解一些理论计算公式的局限性，和经验公式的实用性。例如，可以通过学习对变压器的电磁设计来掌握工程算单中的内容，以及如何更好的通过改变变压器设计参数来调整变压器的工作性能。如图1所示，是一台三相有载调压变压器的铁心窗内部分布

11、示意图，学生可以通过理论计算调整高压绕组与中压绕组之间主空道的距离以及中压绕组与低压绕组之间主空道的距离，来调整变压器的短路阻抗，使之在合理范围之内，或者演算调整铁心直径，设计出不同于普遍国际标准阻抗的高阻抗变压器，以便适应不同的工作场合。3.2 授课方法兴趣化单纯的理论计算对于现代大学生来说无疑是枯燥乏味的，学生们如果对一门课毫无兴趣，那么再好的教学内容，再严的管理制度无疑也是效用不大，只有能够引发学生兴趣的授课方式才能让学生真正的学好一门科目，而对于变压器技术来说，最能引发学生兴趣的共有两点：一是对平时看不到的工程设备的好奇心理；二是对电力设备工作过程中所发生的事故案例好奇心理以及通过已学

12、知识分析事故案例的满足心理。针对以上两点，这里提出两点引发学生兴趣的方案：1）应用信息化多媒体，分阶段性的列出工程设备的图片。例如，对于大三上学期阶段的学生来说，对变压器原理的理解还基于螺线管，这个时间段将一般变压器的结构设备图片列举在ppt上，就可以充分的满足学生的好奇心理，从而吸引学生兴趣一段时间，当学生对变压器的基本结构和原理都有一定了解后，对于变压器原理的理解就会基于一次回路和二次回路交流电的电磁转换过程，这个时间段再将一些特殊变压器的结构图列出来，如利用网侧与阀侧进行交直流变压变换的换流变压器等，再次引发学生对于课程的兴趣。2）提出工程事故案例，引导学生利用已学知识解释和解决事故案例

13、。学生对一门学科的学习兴趣除了新奇感之外，就是能够获得足够的成就感，而利用自己的能力解决工程中出现的问题无疑是获得成就感的最好方法。通过师生之间的研讨分析，教师可以有意识的引导学生对于工程事故案例的解读，在讨论中不断的发现问题，解决问题，获得成就感的同时加深了对理论知识的理解与应用。3.3 抽象知识图像化在变压器技术的教学过程中，会存在一些抽象化的知识，如磁场、电场等看不见摸不着的场域问题，很难通过计算或口述让学生理解，这种情况下可以运用有限元仿真软件，如magnet，ansys等对场域问题进行仿真分析，以这样的表现形式将抽象的知识反应在图像上，另外如magnet这种软件可以将磁场的变化通过视

14、频的形式反应出来，更能方便学生理解抽象化的知识。3.4 工程思维自主化变压器设备结构的设计和构件的改进是本课程的重要组成部分之一，学生若一味的死记硬背而不加思考是教育工作者不愿看到的现象，所以需要学生对于工程设备有一定的敏感性，在变压器设备改进方面能够自主思维，分析理解构件改进过程中的问题，这即培养了学生的思维能力，也提高了学生的创新精神。教育工作者可以与学生研讨分析改进过程中的问题与进展，引导学生发现设备改进过程中的不同情况下的适应性和优缺点，实现自我思考代替呆板记忆。3.5 实践能力应用化加强与电力工作单位之间的合作，建立良好的校企合作关键，在电力企业单位中见习实习，了解工作岗位事宜，为日后更快的融入工作环境，打下坚实的基础。在实践过程中，增加专业性操作的比重，让每个学生都有动手参与实际操作的机会，保证安全性的同时接触工程试验，结合理论知识学习实践操作，促进实践能力应用化。4 总结与展望以上是笔者对于变压器技术这门课程教学改革的一些看法，在实现教学内容工程化、授课方式兴趣化、抽象知识图像化、工程思维自主化、实践能力应用化的同时，当然也有很多的问题需要解决。一是加重了学生的学习负担，学生需要投入更多的精力在这门课程上；二是增加