新工科背景下《电力系统继电保护》课程改革研究

李林琳 邢顺涛

长春工程学院，吉林 长春 130012

从2017年2月教育部高等教育司发布了《关于开展新工科研究与实践的通知》，首次提出新工科概念，到2019年10月的《高教22条》，以“四新”引领高校专业建设，新工科、新医科、新农科、新文科正逐步改变中国高等教育的面貌。全面深化新工科建设，主要是从理论研究、专业建设、课程改革、教育结构、产教融合等几个方面。高校是新工科实施的主体，专业是人才培养的基本单元，课程是人才培养的核心要素。为建设新工科，要求对现有专业培养方案、课程培养模式进行改革，力争培养引领社会发展的新型工程人才［1］。

《电力系统继电保护》主要讲授继电保护基本理论与技术，包括电网的阶段式电流保护、距离保护；输电线路的纵联保护；自动重合闸；电力变压器保护；发电机保护；母线保护等。在“新工科”建设背景下，为提高创新创业型人才培养，增加教育中的工程性、实践性及创新性，对课程体系、教学大纲、教学设计、教学方法、实践教学等进行改革，切实提高课程的教学质量。

一、课程改革的必要性

新工科背景下，对照OBE理念，《电力系统继电保护》课程教学过程中存在的问题：

（一）教学理念陈旧，继电保护课程的教学基本是教师讲授教材知识；

（二）在课程内容选择上，如何推陈出新，如何结合新技术、新标准和新规程是需要解决的问题；

（三）如何提高学生“解决复杂工程问题”的能力；如何加强学生工程实践能力、创新创业能力的培养，是新工科人才培养亟待解决的问题；

（四）教学方法单一，课堂上以教师为中心，学生缺乏主动性；

（五）课程考核方式过于简单。

二、教学目标的制定

依据电气专业人才培养方案，结合毕业要求指标点，确定了《电力系统继电保护》课程目标及能力要求如下：

课程目标1：能够运用电力元件故障特征，发现并正确利用不同运行状态下可测参量的差异，构成继电保护的基本原理。支撑毕业要求指标点2.1能运用电气工程相关科学原理，识别和判断复杂电气工程问题的关键环节、参数，并结合专业知识进行有效分解、分析。主要教学内容包括线路保护、变压器保护、发电机保护、母线保护的基本概念、原理及构成。

课程目标2：能够建立电力网络继电保护整定计算的数学模型，结合国家、行业设计标准，对电力元件进行继电保护整定计算及评价。支撑毕业要求指标点2.2能够基于电气工程专业知识和数学模型的方法，对复杂电气工程问题各个环节（或电路）进行表达和建模，并保证模型满足模拟和工程计算要求。主要教学内容包括各保护元件的动作方程；电网的电流保护、距离保护整定计算；纵联电流差动保护整定计算；变压器纵差动保护整定计算。

课程目标3：能够运用继电保护的基础理论和方法，分析影响保护正确工作的因素，并给出相应解决措施。支撑毕业要求指标点2.4能运用电气工程的基本理论和基本方法，借助文献研究，分析过程的影响因素，获得有效结论。课程目标3主要体现继电保护在实际运行中遇到的问题及影响保护正确动作的因素，给出相应解决措施。主要教学内容包括方向性电流保护的应用特点；影响距离保护的因素；影响纵联保护正确工作的因素；自动重合闸与继电保护的配合；变压器励磁涌流及鉴别方法等。

三、探索培养“新工科”人才的教学方法

教学改革主要目的是为培养具有创新创业精神、工程科技能力的高素质人才。理论教学是教学改革的基础，学生只有建立扎实的理论基础，才能有效指导实践，才能培养出高素质人才［2］。

（一）提倡线上与线下混合式教学

教师在讲授新知识之前，可以通过学习通网络课程发布任务，通过观看电力系统运行操作视频，通过现象提出问题；也可以阅读相关文献或者电力企业典型案例，引入课程相关知识体系。这需要教师对教学内容有设计，把相应知识点分单元，按照内部逻辑结构整合授课内容。课堂教学与网络教学相结合，促进教学模式多元化发展。利用学习通、MOOC等优质在线教育资源，学生可以自主利用碎片时间学习，教师可以不断推送任务，每次活动不断递进程度加深。学生能够主动参与学习，任务上交后，教师通过学习通及时批注或者生生互评，不断给予学生肯定，学生的获得感就会越强，激发学生学习热情，最终形成从“以教为主”转变成“以学为主”，从“以课堂为主”转变成“线上与线下相结合”的教学模式，可以提高学生学习的“向驱力”。线上与线下混合式教学可以为学生营造开放式课堂、专题教学、案例教学、翻转课堂等。基于混合式教学理念，利用超星学习通，直接生成动态、即时的教学过程数据，记录“课前—课上—课后”全过程教学与学习过程，教师根据学生学习行为及数据，适时调整教学策略和教学方法，基于学生的学习行为数据评价课堂教学效果，从而提高教学质量。

在教学过程中双主体互动，强调学生作为学习的主体，教师作为教学的主导，由被动灌输的学习模式转变为自主互助的探究式学习模式。课堂里还邀请企业专家通过在线直播等方式介绍电力企业新业态和新技术，夯实学生专业素养、工程伦理、职业道德、开阔学生科技视野。

（二）应用讨论式教学法

根据课程内容，选择适当章节采用讨论式教学。课前学生分好组，按组布置《继电保护XX任务卡》，要求学生利用课余时间查阅、学习下发的活动内容，课上需要分小组讨论，学生不得不去学习这些内容，增加了学生学习的参与度。引用讨论式教学法，教师讲授的内容可能是不完整的、不连续的，主要目的是激发学生学习兴趣、帮助学生提高自学能力。这种教学方法，对教师的能力要求比较高，不仅掌握本门课程的知识体系，还要了解电气专业相关课程的内容及当今电力行业发展状况、新技术、新知识。在讨论中，教师应能对学生讨论的问题和观点给予建设性意见，并引导学生围绕相关知识点进行讨论，促使学生在讨论和自学中获得系统性、完整性和连贯性的知识，结合实际工程案例，得到有效结论。

高等教育工程专业认证有三个核心内容：以学生为中心；成果导向；持续改进。讨论式教学法是完成这三个内容的有效方法。要展开有效的讨论，必须对学生有足够的了解，在分组、问题设计和讨论的全过程中始终关注学生；在讨论中，完成毕业要求的各种能力的训练和培养；每一次讨论都有评价和反思并用于改进。

（三）实现教学闭环

阶段性测验和作业是另一种有效的教学形式。测验的目的是验收学习成果，越是有阶段性的测验，学生的获得感就会越强，学习积极性越高。具体做法是利用学习通，在学生参与式学习之后，通过回答问题、小测验、习题、讨论等方式检验学生课程内容的掌握情况，是否达成了学习目标，教学效果如何。课后作业也可以让学生延伸学习，巩固所学内容。测验和作业之后的有效反馈是教学活动的生命线，可以提高学生分析问题、解决问题的能力，从而实现教学闭环。

（四）将课程思政融入继电保护课堂

教师在教学过程中，全方位融入思政元素。在课堂讲授、教学设计、专业实践、考核评价等各环节，显性或隐性地融入课程思政的理念和元素，进一步加深学生爱国情怀的教育；激发学生科技报国的使命担当；把马克思主义与科学精神的培养结合起来，提高学生正确认识问题、分析问题、解决问题的能力［3］。

大力开展线上线下混合式教学模式，在教学内容中利用丰富的教学资源，设计富含家国情怀、大国工匠精神等的课程思政内容，实现价值引领、能力培养和知识传授“三位一体”的教学目标。根据授课内容，挖掘继电保护基本要求部分思政元素，引导学生把个人命运紧紧与社会、国家联系在一起，做到个人服从整体，局部服从全局；挖掘突变量保护部分思政元素，微机保护的出现使得我国继电保护在全球的地位不断上升，自主知识产权的保护使得我国继电保护始终处于世界的前列，培养青年大学生成为改革创新、技术创新的生力军；挖掘纵联保护部分思政元素，要想实现梦想，就要依托团队的力量、依靠国家电网的不断强大，通过集体的精诚合作，一定会取得更伟大的成就。

四、构建以培养创新创业能力为目标的评价考核体系

《电力系统继电保护》课程教学大纲对考核的形式、内容和标准作了明确规定，对平时成绩和期末试卷作了具体要求，从而规范了课程的考核评价办法。按照教学大纲规定的课程目标达成情况分析方法，结合学生的学习表现，分析学生学习的长处和短板，指出学习过程存在的问题，持续改进课程体系及课程教学措施，以符合毕业要求。基于课程质量评价，分析毕业要求及各指标点的达成情况［4］，考核分为“过程性考核”和“终结性考核”两种方式，权重分别为0.3和0.7，其中“过程性考核”包括作业和测验。各项考核目标分值及达成度计算公式见表1。表中字母A、B、C分别表示作业成绩、测验成绩和期末成绩的实际平均得分。

表1 《电力系统继电保护》课程目标达成度评价表

按教学大纲的要求，每轮授课结束后任课教师要编写课程目标达成度评价表、课程评价数据合理性分析、课程目标达成情况评价分析报告等工作，通过各个课程目标达成度计算情况，分析教学过程的存在的问题，进行持续改进。通过两轮数据的对比，例如2017级、2018级课程目标达成度数据，分析持续改进措施的有效落实情况、课程目标达成度是否有提高，进一步针对课程目标达成度情况及存在的主要问题，提出持续改进措施。针对平时考核，授课教师利用学习通及时汇总统计学生平时成绩考核的各项内容，发现问题及时调整，增加对相关知识点的研讨等措施实施改进。针对期末考核，对期末试卷进行分析，统计各指标点试题得分情况，结合学生试卷出现的问题，对出现问题的相关知识点和能力点在下一轮授课时持续改进。课程评价考核方案能否科学准确反映课程目标达成度情况，对课程教学持续改进具有重大意义。

五、总结

针对新工科建设的要求和人才培养目标按电气专业认证人才培养方案组织教学活动，在教学过程中根据课程目标设计教学模式，重构课程体系，利用超星学习通与学生互动，应用讨论式教学法，使学生加深对理论知识的理解、增强工程实践和设计创新能力的方法，构建学生工程意识，使学生顺利完成学业，达到毕业要求，培养能服务国家新工科建设、满足社会需求的电气工程人才。