新工科背景下《電力系統繼電保護》課程改革研究

李林琳 邢順濤

長春工程學院，吉林 長春 130012

從2017年2月教育部高等教育司發布了《關于開展新工科研究與實踐的通知》，首次提出新工科概念，到2019年10月的《高教22條》，以“四新”引領高校專業建設，新工科、新醫科、新農科、新文科正逐步改變中國高等教育的面貌。全面深化新工科建設，主要是從理論研究、專業建設、課程改革、教育結構、產教融合等幾個方面。高校是新工科實施的主體，專業是人才培養的基本單元，課程是人才培養的核心要素。為建設新工科，要求對現有專業培養方案、課程培養模式進行改革，力爭培養引領社會發展的新型工程人才［1］。

《電力系統繼電保護》主要講授繼電保護基本理論與技術，包括電網的階段式電流保護、距離保護；輸電線路的縱聯保護；自動重合閘；電力變壓器保護；發電機保護；母線保護等。在“新工科”建設背景下，為提高創新創業型人才培養，增加教育中的工程性、實踐性及創新性，對課程體系、教學大綱、教學設計、教學方法、實踐教學等進行改革，切實提高課程的教學質量。

一、課程改革的必要性

新工科背景下，對照OBE理念，《電力系統繼電保護》課程教學過程中存在的問題：

（一）教學理念陳舊，繼電保護課程的教學基本是教師講授教材知識；

（二）在課程內容選擇上，如何推陳出新，如何結合新技術、新標準和新規程是需要解決的問題；

（三）如何提高學生“解決復雜工程問題”的能力；如何加強學生工程實踐能力、創新創業能力的培養，是新工科人才培養亟待解決的問題；

（四）教學方法單一，課堂上以教師為中心，學生缺乏主動性；

（五）課程考核方式過于簡單。

二、教學目標的制定

依據電氣專業人才培養方案，結合畢業要求指標點，確定了《電力系統繼電保護》課程目標及能力要求如下：

課程目標1：能夠運用電力元件故障特征，發現并正確利用不同運行狀態下可測參量的差異，構成繼電保護的基本原理。支撐畢業要求指標點2.1能運用電氣工程相關科學原理，識別和判斷復雜電氣工程問題的關鍵環節、參數，并結合專業知識進行有效分解、分析。主要教學內容包括線路保護、變壓器保護、發電機保護、母線保護的基本概念、原理及構成。

課程目標2：能夠建立電力網絡繼電保護整定計算的數學模型，結合國家、行業設計標準，對電力元件進行繼電保護整定計算及評價。支撐畢業要求指標點2.2能夠基于電氣工程專業知識和數學模型的方法，對復雜電氣工程問題各個環節（或電路）進行表達和建模，并保證模型滿足模擬和工程計算要求。主要教學內容包括各保護元件的動作方程；電網的電流保護、距離保護整定計算；縱聯電流差動保護整定計算；變壓器縱差動保護整定計算。

課程目標3：能夠運用繼電保護的基礎理論和方法，分析影響保護正確工作的因素，并給出相應解決措施。支撐畢業要求指標點2.4能運用電氣工程的基本理論和基本方法，借助文獻研究，分析過程的影響因素，獲得有效結論。課程目標3主要體現繼電保護在實際運行中遇到的問題及影響保護正確動作的因素，給出相應解決措施。主要教學內容包括方向性電流保護的應用特點；影響距離保護的因素；影響縱聯保護正確工作的因素；自動重合閘與繼電保護的配合；變壓器勵磁涌流及鑒別方法等。

三、探索培養“新工科”人才的教學方法

教學改革主要目的是為培養具有創新創業精神、工程科技能力的高素質人才。理論教學是教學改革的基礎，學生只有建立扎實的理論基礎，才能有效指導實踐，才能培養出高素質人才［2］。

（一）提倡線上與線下混合式教學

教師在講授新知識之前，可以通過學習通網絡課程發布任務，通過觀看電力系統運行操作視頻，通過現象提出問題；也可以閱讀相關文獻或者電力企業典型案例，引入課程相關知識體系。這需要教師對教學內容有設計，把相應知識點分單元，按照內部邏輯結構整合授課內容。課堂教學與網絡教學相結合，促進教學模式多元化發展。利用學習通、MOOC等優質在線教育資源，學生可以自主利用碎片時間學習，教師可以不斷推送任務，每次活動不斷遞進程度加深。學生能夠主動參與學習，任務上交后，教師通過學習通及時批注或者生生互評，不斷給予學生肯定，學生的獲得感就會越強，激發學生學習熱情，最終形成從“以教為主”轉變成“以學為主”，從“以課堂為主”轉變成“線上與線下相結合”的教學模式，可以提高學生學習的“向驅力”。線上與線下混合式教學可以為學生營造開放式課堂、專題教學、案例教學、翻轉課堂等?；诨旌鲜浇虒W理念，利用超星學習通，直接生成動態、即時的教學過程數據，記錄“課前—課上—課后”全過程教學與學習過程，教師根據學生學習行為及數據，適時調整教學策略和教學方法，基于學生的學習行為數據評價課堂教學效果，從而提高教學質量。

在教學過程中雙主體互動，強調學生作為學習的主體，教師作為教學的主導，由被動灌輸的學習模式轉變為自主互助的探究式學習模式。課堂里還邀請企業專家通過在線直播等方式介紹電力企業新業態和新技術，夯實學生專業素養、工程倫理、職業道德、開闊學生科技視野。

（二）應用討論式教學法

根據課程內容，選擇適當章節采用討論式教學。課前學生分好組，按組布置《繼電保護XX任務卡》，要求學生利用課余時間查閱、學習下發的活動內容，課上需要分小組討論，學生不得不去學習這些內容，增加了學生學習的參與度。引用討論式教學法，教師講授的內容可能是不完整的、不連續的，主要目的是激發學生學習興趣、幫助學生提高自學能力。這種教學方法，對教師的能力要求比較高，不僅掌握本門課程的知識體系，還要了解電氣專業相關課程的內容及當今電力行業發展狀況、新技術、新知識。在討論中，教師應能對學生討論的問題和觀點給予建設性意見，并引導學生圍繞相關知識點進行討論，促使學生在討論和自學中獲得系統性、完整性和連貫性的知識，結合實際工程案例，得到有效結論。

高等教育工程專業認證有三個核心內容：以學生為中心；成果導向；持續改進。討論式教學法是完成這三個內容的有效方法。要展開有效的討論，必須對學生有足夠的了解，在分組、問題設計和討論的全過程中始終關注學生；在討論中，完成畢業要求的各種能力的訓練和培養；每一次討論都有評價和反思并用于改進。

（三）實現教學閉環

階段性測驗和作業是另一種有效的教學形式。測驗的目的是驗收學習成果，越是有階段性的測驗，學生的獲得感就會越強，學習積極性越高。具體做法是利用學習通，在學生參與式學習之后，通過回答問題、小測驗、習題、討論等方式檢驗學生課程內容的掌握情況，是否達成了學習目標，教學效果如何。課后作業也可以讓學生延伸學習，鞏固所學內容。測驗和作業之后的有效反饋是教學活動的生命線，可以提高學生分析問題、解決問題的能力，從而實現教學閉環。

（四）將課程思政融入繼電保護課堂

教師在教學過程中，全方位融入思政元素。在課堂講授、教學設計、專業實踐、考核評價等各環節，顯性或隱性地融入課程思政的理念和元素，進一步加深學生愛國情懷的教育；激發學生科技報國的使命擔當；把馬克思主義與科學精神的培養結合起來，提高學生正確認識問題、分析問題、解決問題的能力［3］。

大力開展線上線下混合式教學模式，在教學內容中利用豐富的教學資源，設計富含家國情懷、大國工匠精神等的課程思政內容，實現價值引領、能力培養和知識傳授“三位一體”的教學目標。根據授課內容，挖掘繼電保護基本要求部分思政元素，引導學生把個人命運緊緊與社會、國家聯系在一起，做到個人服從整體，局部服從全局；挖掘突變量保護部分思政元素，微機保護的出現使得我國繼電保護在全球的地位不斷上升，自主知識產權的保護使得我國繼電保護始終處于世界的前列，培養青年大學生成為改革創新、技術創新的生力軍；挖掘縱聯保護部分思政元素，要想實現夢想，就要依托團隊的力量、依靠國家電網的不斷強大，通過集體的精誠合作，一定會取得更偉大的成就。

四、構建以培養創新創業能力為目標的評價考核體系

《電力系統繼電保護》課程教學大綱對考核的形式、內容和標準作了明確規定，對平時成績和期末試卷作了具體要求，從而規范了課程的考核評價辦法。按照教學大綱規定的課程目標達成情況分析方法，結合學生的學習表現，分析學生學習的長處和短板，指出學習過程存在的問題，持續改進課程體系及課程教學措施，以符合畢業要求。基于課程質量評價，分析畢業要求及各指標點的達成情況［4］，考核分為“過程性考核”和“終結性考核”兩種方式，權重分別為0.3和0.7，其中“過程性考核”包括作業和測驗。各項考核目標分值及達成度計算公式見表1。表中字母A、B、C分別表示作業成績、測驗成績和期末成績的實際平均得分。

表1 《電力系統繼電保護》課程目標達成度評價表

按教學大綱的要求，每輪授課結束后任課教師要編寫課程目標達成度評價表、課程評價數據合理性分析、課程目標達成情況評價分析報告等工作，通過各個課程目標達成度計算情況，分析教學過程的存在的問題，進行持續改進。通過兩輪數據的對比，例如2017級、2018級課程目標達成度數據，分析持續改進措施的有效落實情況、課程目標達成度是否有提高，進一步針對課程目標達成度情況及存在的主要問題，提出持續改進措施。針對平時考核，授課教師利用學習通及時匯總統計學生平時成績考核的各項內容，發現問題及時調整，增加對相關知識點的研討等措施實施改進。針對期末考核，對期末試卷進行分析，統計各指標點試題得分情況，結合學生試卷出現的問題，對出現問題的相關知識點和能力點在下一輪授課時持續改進。課程評價考核方案能否科學準確反映課程目標達成度情況，對課程教學持續改進具有重大意義。

五、總結

針對新工科建設的要求和人才培養目標按電氣專業認證人才培養方案組織教學活動，在教學過程中根據課程目標設計教學模式，重構課程體系，利用超星學習通與學生互動，應用討論式教學法，使學生加深對理論知識的理解、增強工程實踐和設計創新能力的方法，構建學生工程意識，使學生順利完成學業，達到畢業要求，培養能服務國家新工科建設、滿足社會需求的電氣工程人才。