面向工程教育認(rèn)證的“電力系統(tǒng)繼電保護(hù)”實(shí)踐教學(xué)改革

曹靖 周京華 關(guān)叢榮 張貴辰

[摘 要] 實(shí)踐教學(xué)是實(shí)現(xiàn)工程教育創(chuàng)新能力培養(yǎng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，面向工程教育認(rèn)證設(shè)計(jì)的實(shí)踐教學(xué)體系對(duì)工程人才的培養(yǎng)具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。從教學(xué)內(nèi)容與形式、評(píng)價(jià)體系等方面探討“電力系統(tǒng)繼電保護(hù)”的實(shí)踐教學(xué)改革，系統(tǒng)培養(yǎng)學(xué)生工程意識(shí)和解決問題的能力。

[關(guān)鍵詞] 工程教育;教學(xué)改革;繼電保護(hù)

[基金項(xiàng)目] 2019年度北方工業(yè)大學(xué)校內(nèi)教改項(xiàng)目（108051360019XN141/026）

[作者簡介] 曹 靖（1979—），女（回族），河北廊坊人，工學(xué)博士，北方工業(yè)大學(xué)講師，主要從事實(shí)驗(yàn)室教學(xué)研究;關(guān)叢榮（1971—），女，北? ? ? 京人，工學(xué)博士后，北方工業(yè)大學(xué)副教授，主要從事實(shí)驗(yàn)室教學(xué)與管理研究。

[中圖分類號(hào)] G642.0 ? ?[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A ? ?[文章編號(hào)] 1674-9324（2020）34-0189-03 ? ?[收稿日期] 2019-10-08

工程教育認(rèn)證是國際通行的工程教育質(zhì)量保證制度，也是實(shí)現(xiàn)工程教育國際互認(rèn)和工程師資格國際互認(rèn)的重要基礎(chǔ)，其以學(xué)生為中心、成果導(dǎo)向、反向設(shè)計(jì)和持續(xù)改進(jìn)等核心教育理念，給我國的工程教育帶來革新性的發(fā)展。實(shí)踐教學(xué)是實(shí)現(xiàn)工程教育創(chuàng)新能力培養(yǎng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，也逐漸成為考查學(xué)生畢業(yè)要求達(dá)成度的重要依據(jù)之一。考慮如何面向工程認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)實(shí)踐教學(xué)過程，使工程人才的培養(yǎng)適應(yīng)工業(yè)界發(fā)展的需求，具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。

“電力系統(tǒng)繼電保護(hù)”是電氣專業(yè)核心課程，是從事電力行業(yè)必備入門課程之一，同時(shí)，它也是一門理論性和實(shí)踐性都很強(qiáng)的課程。然而，基于電力工程的特殊性和理論的復(fù)雜性，學(xué)生很難通過課堂教學(xué)把握保護(hù)基本原理的精髓，實(shí)踐課程只針對(duì)某一元件保護(hù)原理實(shí)現(xiàn)簡單驗(yàn)證和設(shè)計(jì)，并沒有完全貫徹繼電保護(hù)的基本思想，也沒有體現(xiàn)創(chuàng)新思維的培養(yǎng)。同時(shí)，當(dāng)前我國大部分高校繼電保護(hù)實(shí)驗(yàn)室的教學(xué)內(nèi)容落后，與繼電保護(hù)工程的應(yīng)用技術(shù)相差很多，學(xué)生在短時(shí)間內(nèi)找不到學(xué)習(xí)的目標(biāo)和思路，極大影響了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，更無法為學(xué)生提供學(xué)生進(jìn)入工程環(huán)境前預(yù)備知識(shí)儲(chǔ)備。隨著工程認(rèn)證教育理念的深入推進(jìn)，實(shí)踐教學(xué)應(yīng)最大化地發(fā)揮其作用，不僅輔助課堂理論教學(xué)，更應(yīng)進(jìn)一步指導(dǎo)理論學(xué)習(xí)。針對(duì)現(xiàn)有實(shí)踐教學(xué)存在問題，面向工程教育認(rèn)證，本文從以下幾個(gè)方面進(jìn)行教改探討。

一、實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容改革

工程教育認(rèn)證采用成果導(dǎo)向教育（Outcome-Based Education，OBE）理念，已經(jīng)形成比較完備的理論體系，被認(rèn)為是追求卓越教育的正確方向。它強(qiáng)調(diào)以學(xué)習(xí)成果為準(zhǔn)則，系統(tǒng)化學(xué)習(xí)知識(shí)。而實(shí)踐教學(xué)正是整合課程知識(shí)、綜合應(yīng)用的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。然而，傳統(tǒng)的實(shí)踐教學(xué)只是強(qiáng)調(diào)每個(gè)知識(shí)點(diǎn)的掌握和理解，明確對(duì)某一個(gè)特定實(shí)驗(yàn)?zāi)康亩归_，這樣雖然牢固了基礎(chǔ)知識(shí)的掌握，但弱化了各個(gè)知識(shí)點(diǎn)之間的聯(lián)系及綜合應(yīng)用。以“電力系統(tǒng)繼電保護(hù)”實(shí)驗(yàn)為例，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的開展主要以明確某一元件保護(hù)進(jìn)行驗(yàn)證性或設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中沒有關(guān)聯(lián)到電力系統(tǒng)的其他元件，無法對(duì)比各種保護(hù)間的差異。

從繼電保護(hù)的作用實(shí)質(zhì)來看，主要是對(duì)于電力系統(tǒng)中不正常狀態(tài)和故障狀態(tài)采取切除、隔離或報(bào)警等措施，縮小停電的范圍，強(qiáng)調(diào)保護(hù)具有可靠性、選擇性、速動(dòng)性、靈敏性的要求。因此，工程師應(yīng)具備的能力是如何甄別出元件不同類型的故障，并設(shè)計(jì)相應(yīng)的保護(hù)方案，進(jìn)而進(jìn)行相應(yīng)保護(hù)的整定計(jì)算。從這一知識(shí)能力反向設(shè)計(jì)，重新規(guī)劃了實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容，提出新的實(shí)驗(yàn)要求。設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容不再以固定的問題答案為目標(biāo)，而是提出開放性的工程問題。以工程問題為導(dǎo)向，引導(dǎo)學(xué)生實(shí)踐。改革方案前期收集電網(wǎng)公司近幾年的工程實(shí)例和系統(tǒng)故障，并進(jìn)行簡化分析，讓學(xué)生通過某一故障類別進(jìn)行保護(hù)設(shè)計(jì)，利用項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)模式，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)熱情，以專題形式查閱資料鞏固自己的知識(shí)儲(chǔ)備，解決相應(yīng)的工程問題。同樣是“三段式電流保護(hù)”，在傳統(tǒng)的實(shí)踐教學(xué)中，學(xué)生只能被動(dòng)地接受知識(shí)，進(jìn)行模式化學(xué)習(xí)，最終達(dá)到學(xué)會(huì)整定計(jì)算的目的，而改革方案中，采用情景模式下的工程問題的探究，學(xué)生先要弄清楚故障的類型和特征，熟悉主體模型，選擇合理的保護(hù)形式，在保護(hù)配置中逐步體會(huì)系統(tǒng)的概念，最后比較各種保護(hù)的實(shí)效性并不斷優(yōu)化保護(hù)配置。這里，保護(hù)的整定計(jì)算和方法只作為知識(shí)結(jié)構(gòu)的一部分融入工程問題的系統(tǒng)方案中，實(shí)踐內(nèi)容對(duì)學(xué)生的要求是多層次，多角度的，學(xué)生由此建立的知識(shí)結(jié)構(gòu)是系統(tǒng)化的，由此形成的思維是創(chuàng)新性的思維。

繼電保護(hù)的核心思想就是一個(gè)開放性課題，凡是能組成甄別電力系統(tǒng)故障及不正常運(yùn)行狀態(tài)的保護(hù)方式都可以成為新的繼電保護(hù)形式。因此，實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容中設(shè)置“展望環(huán)節(jié)”，拓展學(xué)生的思路，使其能在將來未知的條件下，科技進(jìn)步的環(huán)境中，依然能開發(fā)出符合核心思想和要求的學(xué)習(xí)成果。

二、工程應(yīng)用軟件的引入

有效的工具應(yīng)用對(duì)于教學(xué)的輔助作用非常明顯。為做好學(xué)生的預(yù)備學(xué)習(xí)，縮短學(xué)生畢業(yè)后適應(yīng)工作需求的過渡期，我校在繼電保護(hù)課程實(shí)驗(yàn)中引入了工業(yè)界常用電力分析軟件ETAP。這是一款電力系統(tǒng)運(yùn)行分析的專業(yè)軟件，同時(shí)具備強(qiáng)大的圖形化編輯器，可進(jìn)行快速準(zhǔn)確的電力系統(tǒng)分析。

針對(duì)繼電保護(hù)與配合部分，ETAP可以方便準(zhǔn)確的輸出TCC（Time-Current-Characteristics，TCC）曲線，該曲線清晰地展示了各個(gè)繼電保護(hù)之間的配合動(dòng)作，同時(shí)在主線路中逐一展示動(dòng)作的先后順序，極大簡化了繼電保護(hù)的整定和校驗(yàn)工作，讓學(xué)生的著眼點(diǎn)關(guān)注在保護(hù)配置及方案的調(diào)整中。由于該軟件是廣泛使用的工業(yè)級(jí)軟件，學(xué)生在體驗(yàn)交互式情景化教學(xué)的同時(shí)得到了工程技能培養(yǎng)。

三、評(píng)價(jià)體系的構(gòu)建

基于OBE理念，良好的評(píng)價(jià)體系是保證教學(xué)效果、督促持續(xù)改進(jìn)的重要措施。實(shí)踐教學(xué)所關(guān)注的不應(yīng)僅僅是知識(shí)的貫通，而是以知識(shí)為載體的工程素養(yǎng)培育，教學(xué)評(píng)價(jià)應(yīng)以每位學(xué)生都能精熟內(nèi)容為前提。因此，一套合理的評(píng)價(jià)體系至關(guān)重要。

以繼電保護(hù)實(shí)驗(yàn)為例，實(shí)踐過程包括課前設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)操作、撰寫報(bào)告、質(zhì)疑答辯四個(gè)階段;學(xué)習(xí)成果則包括知識(shí)儲(chǔ)備、工程技能、工程素養(yǎng)三個(gè)領(lǐng)域。當(dāng)然，在一個(gè)實(shí)驗(yàn)中體現(xiàn)多種能力的培養(yǎng)是不現(xiàn)實(shí)的，選擇關(guān)鍵的培養(yǎng)目標(biāo)并進(jìn)行權(quán)重配比是有效的方法。各個(gè)階段所占比例如下：實(shí)驗(yàn)操作和撰寫報(bào)告環(huán)節(jié)是整個(gè)實(shí)踐教學(xué)的主體，應(yīng)占60%;課前設(shè)計(jì)體現(xiàn)學(xué)生系統(tǒng)化思維解決問題的能力，占比重為20%;質(zhì)疑答辯環(huán)節(jié)是最終方案展示階段，綜合了工程素養(yǎng)的成果展現(xiàn)，占比重為20%。另外，評(píng)價(jià)體系中不僅包含通用目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，如工程技能及素養(yǎng)，而且包含個(gè)性化的指標(biāo)，如個(gè)人進(jìn)步評(píng)價(jià)，方便學(xué)生找到自身的差距進(jìn)行持續(xù)改進(jìn)。實(shí)踐教學(xué)評(píng)價(jià)體系構(gòu)成如下表所示。

四、教學(xué)組織模式的改革

OBE理念強(qiáng)調(diào)以學(xué)生為中心的學(xué)習(xí)模式，在教學(xué)組織模式的改革中結(jié)合現(xiàn)代學(xué)生學(xué)習(xí)的特征，將所有實(shí)踐教學(xué)目標(biāo)、內(nèi)容、評(píng)價(jià)等信息以多媒體等形式進(jìn)行推送，方便學(xué)生充分利用碎片時(shí)間。值得注意的是，利用碎片時(shí)間學(xué)習(xí)不等于學(xué)習(xí)碎片化，學(xué)生知識(shí)結(jié)構(gòu)的形成依賴于實(shí)驗(yàn)前期的項(xiàng)目內(nèi)容的驅(qū)動(dòng)，以及后續(xù)評(píng)價(jià)系統(tǒng)的反饋。實(shí)踐教學(xué)中幾個(gè)過程的節(jié)點(diǎn)，如課前設(shè)計(jì)驗(yàn)收、實(shí)踐操作考核、實(shí)踐報(bào)告上交都將由教師介入輔助，依據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)果，適時(shí)修改、調(diào)整學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)程，讓學(xué)生的實(shí)踐過程中有目標(biāo)、有計(jì)劃、有策略、設(shè)計(jì)并創(chuàng)新實(shí)踐方法。同時(shí)，以小組模式展開討論，輔助答辯、質(zhì)疑、驗(yàn)收等環(huán)節(jié)，切實(shí)保障學(xué)生學(xué)習(xí)效果。

五、結(jié)語

實(shí)踐教學(xué)的培養(yǎng)是工程教育的根本，以工程認(rèn)證理念為基礎(chǔ)的教育給工程教育帶來革新性的發(fā)展。為了提高教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)更具創(chuàng)新性的人才，本文從“電力系統(tǒng)繼電保護(hù)”的實(shí)踐教學(xué)改革出發(fā)，探討實(shí)踐教學(xué)中的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)組織模式、評(píng)價(jià)體系等改革方案，為工程教育的實(shí)踐教學(xué)培養(yǎng)提出一種新的思路。

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