基于e-Learning《继电保护》国家共享资源课程的建设*

高汝武，刘学民

（1.福建水利电力职业技术学院 院士专家工作站，福建 永安366000；2.教育部教育管理信息中心，北京100816）

基于e-Learning《继电保护》国家共享资源课程的建设*

高汝武1，刘学民2

（1.福建水利电力职业技术学院 院士专家工作站，福建 永安366000；2.教育部教育管理信息中心，北京100816）

共享资源课程建设是国家教育改革和适应现代教育发展需要，推进优秀教育资源共享的重要举措，《继电保护》国家共享资源课程是在国家精品课程建设的基础上建立的。为提高课程建设的水平，改善教与学的效果，福建水利电力职业技术学院在共享资源建设过程中充分利用了实验教学、仿真技术、多媒体课件、微课和网络技术，从而建成了优质的国家共享资源。

共享资源；e-Learning；爱课程；继电保护；微课；教学手段

一、引言

随着互联网和信息技术的发展，网络与信息技术已经应用在教学的每一个环节，并且成为教师从事教学和研究的重要工具，这为学生学习和成长创造了丰富多彩的教育环境和学习方式［1］。网络技术、多媒体设备、微课、慕课都为课堂教学和课外学习提供了更加完善方便的环境和条件。但是无论技术多么先进，手段多么灵活，在教学过程中，教师的主导作用永远不会改变，大学永远要存在，教师和学生永远是教与学的一对主体。创新教育是教育教学改革的关键，而e-Learning是达到“共享”课程教学改革的重要途径。在教学过程中，只有根据每门课程的特点选用合适的现代教育技术和教学手段，才能够更有效的达到对课程内容的理解、接受和掌握，特别是职业教育类的课程教学，除去要使学生掌握课程的基本理论外，还必须培养学生对相关的设备、材料、工艺、图纸、操作等知识与技能的掌握。多媒体课件、微视频、微课等新型教学手段就很好的克服了传统教学方式中存在的难题，爱课程网站就很好的解决了教学资源不够丰富的问题。网络服务可以使学习效率大为提高，有助于学生构建个性化的知识体系［2］。利用网络与现代教育手段深入开发与使用各种课程资源，对改变学习者的学习条件、转变学习方式、提升教学的有效性具有十分重要的意义［3］。福建水利电力职业技术学院的《继电保护》课程是首批国家级精品课程和国家共享教学资源库建设课程，该课程的建设充分利用现代化教学手段和先进的实验教学条件，建成丰富的课程教学资源，形成了在全国同类院校的示范和资源共享的成果。

二、《继电保护》课程的主要特点

《继电保护》是高等职业院校电力系统自动化等强电类专业最核心的课程。该课程研究的是在对电力系统中的高压输电线路、发电、输电、用电设备在运行中可能发生的各类故障进行分析的基础上，利用最先进的技术手段实现对电力系统各种故障的分析、诊断、反应，并与电力系统的开关设备配合，从而对电网和各种一次电气设备进行保护的二次装置。因而《继电保护》课程是基于对电力系统的故障进行深入物理分析和各种设备故障精确分析的基础上，按照对电力系统安全要求形成各种保护理论，并且通过先进的技术手段而构成的自动装置，比如从由机电元件、晶体管、集成电路、微处理器和集成微机系统与各种先进通讯技术共同构成的。

《继电保护》课程具有明显的特点：①具有特有的继电保护理论体系，学科理论系统、原理严谨，由于电力系统的高度系统化和集约化，对承担系统和设备安全的继电保护提出了确保整个电力系统安全运行的最高要求；②与电气类多数课程联系紧密，它所保护的对象是电力系统的各种发、变、输、供的设备，保护作用具有很强的针对性；③电力系统继电保护是由机电元件、晶体管、集成电路、微处理器和集成微机系统与各种先进通讯技术共同构成的，一般都要采用当时先进技术手段和设备，因此与电子技术、远动技术、通讯技术融为一体。这就决定了《继电保护》课程是电力系统自动化专业课程中理论性最强、系统性最强，同时又是直接应用到电力生产上对可靠性要求最高的核心设备，是最典型的理论与实践并重的核心专业课程，正因如此。《继电保护》课程被确定为首批国家精品课程和首批国家共享资源课程建设项目。要做好理论与实践并重的课程建设，必须要依托先进的实验仿真系统和各种多样化现代教学手段。

三、《继电保护》课程e-Learning模式构建

现代互联网和影像技术的高度发达，彻底改变了传统的教育理念、教育途径和教学方法。一个教室、一本书、一面黑板和一支粉笔的课堂教学，一个方案、一组设备、一套步骤和一组数据的实验教学，都已经无法满足信息化时代对知识学习、对事物认识的要求。由于课堂教学改革的不断深入，传统的教学形式和方法已越来越引起广大教育工作者的理性反思和批评［4］。采用声、光、音、像、色的多媒体视频技术，对增大课堂信息容量、扩大知识面、吸引学生注意力和激励学生学习兴趣都有着重要的作用，同时也丰富了教学形式，学习过程的生动性、直观性和多样性有了巨大的改进，学习的效果得到明显的提升，发达的网络和互联网技术也完全缩小了时间和空间上的距离，学习过程的教室空间性和课堂时间性概念也发生了颠覆性的变化。因此国家资源共享课程的建设不能局限在传统的教学模式下，而是要大力应用现代教育技术，努力成为使用现代化教育技术和教学手段开发优质共享资源课程的引领和示范者。《继电保护》国家共享资源课程建设中，注重将现代化教育技术和教学手段有机的应用在课程建设和教学实践中，并取得了显著成效。

1.建设体现课程特色的e-Learning模式

《继电保护》是理论性、专业性、实践性都很强的专业课程，努力体现课程的教学特色，就应该创新教学理念，把最深奥、最抽象的专业课程变成深入浅出、层次递进、引人入胜、学以致用的职业教育课程体系。因此在教学组织实施中，重点设计针对各个知识点、技能要素的现场教学方案，通过直观设备认知、装置联动的现场教学，使理论问题形象化、抽象问题具体化，为弥补设备和教学仪器的有限性，搜集选择有代表性装置图像、现场视频、事故分析资料丰富直观教学的表现形式，大量使用混合式教学和引导个性自主学习，真正建成适合高等职业教学和在职人员在线学习的教学体系。课程建设要努力做到：内容正确科学、文字表达准确、条理清晰直接、形式生动活泼、要素重点突出，确保课程内容的科学性、资源的实用性和学习的有效性。

2.爱课程基础材料库网站的建立

在资源和共享两方面，《继电保护》课程网站主要体现基本资源和拓展资源。基本资源主要包括反映继电保护课程教学目标、教学内容、教学方法和教学过程的核心资源：如课程介绍、教学大纲、教学日历、教案或演示文稿，以及重点难点指导、练习与作业、参考资料目录和全课程录像等反映教学活动必需的课程教学资源。拓展资源是指应用于教学与学习环节中，能够体现本课程教学特点，相对完善的多样性、交互性教学辅助资源。例如典型的教学案例、针对性的专题讲座、适量的作业和完整的试题等资源库，课程的专业知识检索、装置的演示仿真实训、实时在线自测和学习效果考核系统，以及综合利用多媒体技术建设的网络课程等，纸质教材加数字课程，纸质教材为核心，数字资源配合的综合知识体系。材料要牢牢把握以学习者为中心的理念，努力实现能学易学、服务教学，以知识点、技能点为基本颗粒，采用虚拟项目、3D仿真教学、三维模型库、生产实景录像等构成庞大的课程共享资源库。

3.资料碎片化与组合多样化

《继电保护》课程是电力类专业群大部分专业都需要开设的重要专业课程，不同专业对课程的深度、难度和广度差别很大。为了适应各个专业的不同需求，建立碎片化的资料库，在教学使用过程中依据专业对课程的要求、课时、难度和学习对象等基本情况，组合出适应不同要求的难、中、易，深、中、广不同组合教学与学习资源组合，使共享资源课程充分满足不同学校、不同专业、不同学习对象和不同教学目的多样化教与学的需要。适合多层次学习人群，满足“浏览了解、系统学习、深入研究和解决问题”等多种需求，充分体现共享资源的特点和发挥资源的共享作用。

图1　

4.教学录像的制作与选择

听课、读书、交流、上网、参观等都是学习途径和方法，但是最直接有效的学习方法还是课堂教学，教师授课不单单是对课程内容的讲解，而是深耕细作多年对专业、课程和内容深入研究的独特见解的体现，也是授课者知识、阅历、人格的综合展示。因此教师授课录像，特别是名师授课录像库是宝贵的教学财富。

课程教学录像的录制和制作是一件极为繁重的工作，为做好国家精品资源课程的建设，学校投资250万元建设设施先进、环境优良的录播系统，配备了具有专业水平的音像制作编辑人员。《继电保护》课程教学团队进行精心分工，形成以3位教授（省高校教学名师和全国水利职教名师各一人）、2位副教授、1位讲师（全国水利职教新星）组成的授课团队，认真对每一节课进行集体备课、反复试讲试镜、认真编辑制作。为了提高《继电保护》共享资源课程的教学效果，25%左右的内容采用现场讲授、实验演示等现场教学方式，45%左右的内容穿插课堂互动教学，对互动内容依据课堂教学内容精心选择、设计，以加深对内容的理解和掌握，也用来克服单纯由教师讲授的枯燥性，很好地改善教学效果。

5.多媒体课件、微课与小视频的制作和在课堂教学中的应用

多媒体课件是现代课程建设的重要组成部分，是多媒体教学的主要载体，特别对技术与职业性强的理工科课程而言，精心制作适合课程特点的多媒体课件，使其成为教学不可或缺的部分［5］。现代科技进步，立体的照相机、摄像机、显示器和电视机的出现和普及，极大地改善了多媒体教学课件的表现形式和教学效果［6］。制作覆盖课程全部内容的《继电保护》多媒体课件，是教师授课的必备教学资料。《继电保护》是一门理论性和实践性并重的专业核心课程，在处理课程理论性比较强的内容部分，除去精心制作推理步骤齐全，授课直观明确的课件外，对部分内容要建议使用传统板书授课方式，以提高授课效果。多媒体课件要充分利用幻灯、投影、电视等影像技术，要充分采用动画、音效、闪耀、链接等多种手段，制作出内容正确、形象生动、极富感染的教学课件。课件的制作和使用，将继电保护中的一些抽象的、危险的、宏大的、微观的等问题形象化和具体化，这对于启发学生思维，增进学生理解知识，突出教学重点和突破教学难点，都有非常积极的作用；新课的引入，课后的复习巩固，对教师的教学也是十分方便的。

微课和小视频是活跃教学气氛，增强教学效果的有效手段。在平淡的教学过程中，数分钟的微课小品使讲授过程中抽象的知识点和技能要素得以形象生动展示与表现，既活跃了课堂气氛，又使难于理解的问题得到快速有效掌握。因此制作精美、简洁、具体、短小、寄情的形象化人格化的微课和小视频，可以深刻的、出其不意的使学习者得到记忆难忘的收获和形象的理解。认真筛选制作50个左右的知识点和技能要素，制作精美活泼的微课和小视频可对学习起到画龙点睛的奇效。

6.网络在线学习、辅导互动和学习测试系统的建立

每位学习者都有自己学习的目的和目标，只有明确了自己的学习目标，学习者才能知道自己需要学习什么知识，通过学习应达到什么样的程度和要求，以及如何才能达到学习目标［7］。内容丰富、碎片化、形象生动的教学资源为学习者提供了良好的学习平台，但是单方面的学习很难深入，很难抓住重点，有时会被一两个节点卡住，很难正确理解问题的内涵，建立完善畅通的在线辅导系统，形成学习者与教授者之间的有效互动，可以很好的改进学习，提高共享资源的利用效率，充分发挥国家共享资源课程作用。现代先进的网络技术使得在线互动已经不是难题，使教与学突破了时间空间的隔离，搭建了便捷顺畅的学习与辅导的立交桥。《继电保护》课程除去已有的教学团队以外，聘请全国同类院校资深专业教师形成微信辅导团队，及时进行学习辅导，并把每个辅导老师的辅导情况记录在册，根据一段时间辅导的次数与成效给予表彰和付给报酬，能起到极好的辅导效果。

教与学的效果都需要通过一定的测试系统来检验，共享资源课程是开放性的公共学习平台，整个系统除了要为自学者提供全面的学习内容，方便不同人群不同工作需求外，还要尽可能的为学习者提供一个随时检验学习效果的系统。在《继电保护》共享资源中设计一套系统的学习检测软件，学习者通过考试和自测系统，自主选择整个课程、部分章节和学习层次进行网上考试和测试。使学习者便利的在自学每章内容后马上对课程某章节的主要知识点和主要概念等进行测试评分，整个课程学习结束后可以对基本知识掌握情况进行测评，也可用自动生成考卷考试，对照标准卷改卷测试学习情况。利用大数据的收集和分析功能，建立学习者的行为跟踪和评价体系，不断对资源平台进行改进、完善和丰富，使共享资源平台真正成为能学、易学、助学的优质教学资源平台。

四、建设先进的实验和仿真条件支持课程建设

每一部分教学内容应该采用适合的教学方式，只有这样才能使教学实践达到预定的目标［8］。对理论与实践并重的《继电保护》课程来说，与生产实际相融合的教学，才能使学习者掌握从事实际工作的知识和技能。因此《继电保护》的教学共享资源也必须根据各部分教学内容的实际选择实践教学方式，主要有下面三种类型。

1.传统实验手段的教学与演示

任何专业课程的发展都是由技术理论形成的，随着行业和专业的发展，理论得到不断的完善，技术得到不断进步，设备得到不断更新。继电保护技术一样也经历了理论形成与完善，设备与技术随着电力系统的快速发展和数据处理技术和通讯技术的发展不断进步与更新，当今最先进的继电保护技术也传承着最原始保护的因素，因此传统实验室的教学依然是大家学习过程中必不可少的学习内容。例如三段式电流保护的原理和保护装置，线路距离保护和高频保护，发电机和变压器等元件保护的理论与装置都是要继续认识、学习的重要内容，因此合理选择、设计常规继电保护的实验教学依然十分重要。

图2

2.输电线路静态模拟系统的理论与仿真

继电保护按照被保护的对象可以分为电网保护和元件保护，即高压输电线路的保护和各种电气设备的保护，其中高压输电线路将各个发电厂、变电站和用户连成一体构成了整个电力系统即电力网。高压输电线路大多供电距离长、经过的地形复杂，运行过程中也容易发生相间、接地和断线等多种类型的故障和复合故障，因此输电线路的安全就直接关系到整个电网的安全。由于线路的特殊性和故障的复杂性，输电线路的保护就是原理多样、概念抽象、设备复杂的问题，要深入的研究线路的故障特点和保护的配合情况，超高压输电线路的静态模拟和保护系统就成为研究高端继电保护技术的重要实验系统。该静态物理模拟系统利用数十组微小电感和电容模拟输电线路的分布电感、各相对地的分布电容，电感和电容组通过微机控制实现柔性切换，线路两侧通过两独立的同步电源模拟两个并列运行的大型电力系统，在线路两侧断路器上均装设最先进的通讯、远动和智能微机继电保护装置，通过静态模拟系统可以实现对输电线路的各种单体和复合故障进行物理模拟、参数记录分析、保护反应、故障切除和动作分析。静态模拟系统是《继电保护》课程学习和保护理论研究的重要实验设备，也是高级继电保护人才掌握继电保护系统理论和实践技能的重要手段。

3.现代先进微机继电保护试验系统

传统的机电型保护设备一般功能单一，直观性强，现在广泛使用微机保护装置是将参数测量、参数转化、数据传输、保护功能和综合功能为一体，形成了数字化、智能化、集约化的保护、控制与测量综合装置。华中科技大学研制的WLZB－Ⅱ微机线路保护实验台是专为 《继电保护》实验教学设计的装置，该实验系统主要特点是：①装置根据需要可选择进行高压输电线路电流保护或距离保护的实验演示，继电保护装置的整定值可自由修改和显示；②可以实现手动对输电线路进行跳闸、合闸操作和状态变化演示；③采用加强型单元机箱封闭结构，能灵活的在开关柜或实验台上进行分散或集中安装，实验过程极为方便；④试验系统采用高性能的80C196为主体，具有较高的稳定性和可靠性，具有良好的自我诊断功能；⑤实验系统具有完善的事故分析功能，例如继电保护动作情况记录、动作顺序记忆和保护工作状况切换记录。从而很好的实现了对发电机、变压器、输电线路的基本故障的模拟、保护的整定、保护的动作的系统验证，还可以实现自动重合闸、自动无功调节和系统同期并列的演示与试验。

五、结束语

基于e-Learning国家共享资源课程的建设，在完善爱课程做好共享资源平台的同时，还要集中承建学校的教学资源，加强组织领导和资金保障，组建优秀的共享资源课程建设团队，以培养学习者的学习兴趣、提升研究能力和实践创新能力，突出课程资源的共享能力，积极扩大课程建设的影响和辐射效应，努力提升了课程建设质量，发挥了课程的示范价值［9］。充分借鉴与吸收其他院校课程建设的经验和成果，真正建设成为反应专业发展方向、体现先进教学理念和代表国家水平的优质共享资源。共享资源课程建设多样化现代教学手段的使用，极大的丰富了《继电保护》课程内容，改善了学习方式和方法，提高了课程的学习成效。

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（编辑：鲁利瑞）

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1673-8454（2016）16-0046-04

*本文受国家科技支撑计划课题“职业教育数字化教学公共服务体系架构和规范标准研究（课题编号：2014BAH 28F01）”资助。