黃棋悅， 陳子珍， 應(yīng)力恒， 王民權(quán)

（寧波職業(yè)技術(shù)學(xué)院， 浙江 寧波315800）

一、高職電力系統(tǒng)繼電保護(hù)課程概述

電力系統(tǒng)繼電保護(hù)課程是高職院校電氣自動化專業(yè)大二的課程，主要通過識別電力系統(tǒng)故障和不正常運(yùn)行狀態(tài)，并通過繼電保護(hù)裝置進(jìn)行保護(hù)的科學(xué)技術(shù)，從而保證電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。 本課程的學(xué)習(xí)，讓電氣自動化的學(xué)生理解繼電保護(hù)設(shè)備在電力系統(tǒng)中發(fā)揮的作用， 從原理、工作方式、整定值計算、設(shè)備的選擇、保護(hù)評價方式等多個角度來掌握繼電保護(hù)相關(guān)知識點(diǎn)。培養(yǎng)學(xué)生的分析問題能力、解決問題能力、團(tuán)隊協(xié)作能力等多方面素養(yǎng)。 本課程為學(xué)生今后從事電力系統(tǒng)一次、 二次及相關(guān)行業(yè)奠定專業(yè)基礎(chǔ)。作為一門技術(shù)性、綜合性、實(shí)用性很強(qiáng)的課程，其與工程實(shí)踐結(jié)合緊密， 對理論知識的掌握要求高，是一門理論和實(shí)踐并重的課程。 隨著時代的發(fā)展，電力系統(tǒng)本身也有著較大的變化，傳統(tǒng)的教學(xué)模式存在著眾多的不足，對其教學(xué)模式的改革勢在必行。

傳統(tǒng)的繼電保護(hù)知識主要包括：繼電保護(hù)基礎(chǔ)、繼電保護(hù)原理、線路保護(hù)、變壓器保護(hù)、發(fā)電機(jī)保護(hù)、母線保護(hù)等多方面知識。 而隨著時代的迅速發(fā)展，電子產(chǎn)品的大量普及，電力系統(tǒng)及其保護(hù)裝置的發(fā)展也日新月異。 電子互感器、數(shù)字式保護(hù)裝置、智能變電站、特高壓直流輸電工程、新能源微電網(wǎng)等技術(shù)也越來越普及。 繼電保護(hù)課程的內(nèi)容也需要及時更新。 繼電保護(hù)課程涉及的電壓等級高，一般在110kV 及以上高壓、超高壓電力系統(tǒng)中運(yùn)用廣泛。 教學(xué)實(shí)際過程中往往無法配置相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)室和設(shè)備， 一般采用理論為主，視頻為輔的教學(xué)方式。 由于繼電保護(hù)相關(guān)知識有著抽象性高、難度大、理解困難等特點(diǎn)，造成學(xué)生學(xué)習(xí)意愿低、理解能力差、學(xué)習(xí)效果不佳等諸多問題。 將“理實(shí)一體”的教學(xué)方式引入課程中十分必要。

為了提升繼電保護(hù)課程的教學(xué)效果，幫助學(xué)生理解相關(guān)知識點(diǎn)，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。 本課程進(jìn)行了改革， 依托PSCAD 電力系統(tǒng)仿真平臺，采用“理實(shí)一體”的教學(xué)模式；設(shè)計了“智能變電站繼電保護(hù)設(shè)計” 的貫穿項目， 并將其分為8個模塊，分別設(shè)計了對應(yīng)知識點(diǎn)的模塊項目。 在教學(xué)內(nèi)容上加入智能變電站、微機(jī)保護(hù)、電子式互感器等諸多新型知識點(diǎn)；教學(xué)方式上采用項目為導(dǎo)向的教學(xué)方式；依托浙江省高等學(xué)校在線開放課程共享平臺，將課程考核方式由傳統(tǒng)的線下考核變?yōu)榫€上線下混合的新模式。 將線上作業(yè)與線下教學(xué)相結(jié)合，理論考試與軟件仿真實(shí)操相結(jié)合，階段式過程與結(jié)果評價相結(jié)合。

二、“理實(shí)一體”模式探索

我國職業(yè)教育教學(xué)中，重視“文化素養(yǎng)+專業(yè)技能”的綜合培養(yǎng)。 與本科教學(xué)著重于理論知識點(diǎn)學(xué)習(xí)不同，職業(yè)教育更加重視理論與實(shí)踐相結(jié)合的教學(xué)模式。 ?？茖W(xué)生畢業(yè)一般以進(jìn)入社會工作為主，而企業(yè)往往對學(xué)生的專業(yè)技能有著較高的需求，這就意味著學(xué)生在校期間需要培養(yǎng)出相應(yīng)的專業(yè)技能。 如果理論與實(shí)踐不能相互結(jié)合，不但會影響學(xué)生學(xué)習(xí)效果，還會導(dǎo)致學(xué)生畢業(yè)后無法靈活運(yùn)用所學(xué)知識，出現(xiàn)上崗卻無法勝任本職工作的尷尬局面。 因此，“理實(shí)一體”的教學(xué)模式十分必要。 “理實(shí)一體”的教學(xué)模式主要是以學(xué)生為主體，將所教的理論知識融入項目中，讓學(xué)生自己探索、研究、學(xué)習(xí)、提問、再學(xué)習(xí)、反思，輔助以老師的講解和點(diǎn)撥，最終在實(shí)際操作中完成課程項目，實(shí)現(xiàn)理論知識的掌握和動手實(shí)踐能力的培養(yǎng)。

由于繼電保護(hù)實(shí)訓(xùn)平臺的價格十分昂貴，且電壓等級較高，存在較大的安全風(fēng)險，因此大部分院校都采用理論化的教學(xué)為主， 通過老師講課、出卷考試的方式進(jìn)行教學(xué)。 即使引入項目進(jìn)行教學(xué)，也往往都停留在理論層次，沒有實(shí)踐操作。 這樣的教學(xué)方式是不能滿足“理實(shí)一體”教學(xué)的需要的。 為了改善繼電保護(hù)課程“理實(shí)一體”缺失的現(xiàn)象，本課程引入PSCAD 仿真平臺，將項目教學(xué)與軟件平臺結(jié)合，通過軟件實(shí)施項目設(shè)計與教學(xué)工作。 該軟件是一款免費(fèi)軟件，只需電腦學(xué)生即可操作。 利用該軟件，學(xué)生能夠獨(dú)立構(gòu)建電力系統(tǒng)模型、配置繼電保護(hù)方案、完成整定值計算等諸多內(nèi)容。 依托仿真平臺，可以實(shí)現(xiàn)“理實(shí)一體”的教學(xué)設(shè)計，將學(xué)生的實(shí)踐操作更好地融入課程教學(xué)中。 學(xué)生的學(xué)習(xí)過程，也是學(xué)生實(shí)踐的過程，學(xué)習(xí)更有目的性、成果更加顯性化、過程更加高效化。 將原本抽象的理論知識落到可見的、可操控的項目實(shí)處，真正將理論和實(shí)踐有機(jī)地結(jié)合在一起，改變了傳統(tǒng)教學(xué)過程中理論和實(shí)踐脫節(jié)的現(xiàn)象。

“理實(shí)一體” 教學(xué)模式是職業(yè)教育改革的一種有益嘗試，從理論知識的理解出發(fā)，到專業(yè)技能的掌握，這樣的教學(xué)更具有目的性，也更容易被學(xué)生所接受。 通過項目化的教學(xué)形式，將課堂歸還給學(xué)生， 強(qiáng)調(diào)學(xué)生學(xué)習(xí)的主體地位，提高了教學(xué)質(zhì)量，有效避免了學(xué)習(xí)過程中由于目的性不明確而出現(xiàn)的消極學(xué)習(xí)等問題的產(chǎn)生。

三、課程教學(xué)改革方案

（一）教學(xué)內(nèi)容改革

隨著電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展和技術(shù)進(jìn)步，電力電子元件在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用越來越廣泛。 傳統(tǒng)的繼電保護(hù)知識已經(jīng)越來越無法適應(yīng)現(xiàn)代企業(yè)的需求了。 因此，將現(xiàn)代化的繼電保護(hù)知識引入繼電保護(hù)課程中顯得尤為重要。 如今的工礦企業(yè)往往采用的是微機(jī)保護(hù)，利用電力電子元件實(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)方式。 因此，課程設(shè)計中應(yīng)加入大量的微機(jī)保護(hù)相關(guān)知識，使學(xué)生能夠更快地融入現(xiàn)代企業(yè)的工作內(nèi)容。 以繼電保護(hù)裝置為例，介紹裝置二次回路的相關(guān)知識， 增添電力系統(tǒng)仿真環(huán)節(jié)，大大完善了傳統(tǒng)的教學(xué)環(huán)節(jié)，不僅增強(qiáng)了學(xué)生的動手實(shí)踐能力， 還加深了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。 增加講述電力系統(tǒng)繼電保護(hù)最新發(fā)展方向，使學(xué)生站在繼電保護(hù)學(xué)科發(fā)展的最前沿，了解繼電保護(hù)最新科學(xué)動態(tài)；與此同時，縮減一些過時的傳統(tǒng)繼電保護(hù)的理論知識以及過多的有關(guān)繼電器結(jié)構(gòu)方面的知識。 通過對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行改革，提高了教學(xué)效率，為下一步的教學(xué)改革奠定了基礎(chǔ)，有利于學(xué)生今后進(jìn)一步的發(fā)展。

（二）教學(xué)方式改革

電力系統(tǒng)繼電保護(hù)課程由于客觀條件的限制，如實(shí)驗(yàn)室及相應(yīng)設(shè)備總價貴、電壓等級過高、安全風(fēng)險大等，院校往往采用理論授課為主的教學(xué)方式。 無論教師講得多好，單一的教學(xué)形式使得學(xué)生面對繼電保護(hù)知識時，無法提起興趣。 這樣的教學(xué)方式往往不能滿足實(shí)際需求。 特別是隨著我國用電量的不斷攀升，電力系統(tǒng)行業(yè)對于高技能人才的需求越來越旺盛。 如何利用現(xiàn)有條件，培養(yǎng)擁有專業(yè)技能的人才是一個亟待解決的問題。 本課程采用基于PSCAD 軟件的 “理實(shí)一體”教學(xué)方式。

PSCAD 仿真軟件是世界上廣泛使用的電磁暫態(tài)仿真軟件，用于電力系統(tǒng)許多類型的模擬研究，其中包括繼電保護(hù)、交流研究、電力電子學(xué)研究等。 其允許用戶在一個完備的圖形環(huán)境下靈活地建立電路模型，進(jìn)行仿真分析。 用戶在仿真的同時，可以改變控制參數(shù)，從而直觀地看到各種測量結(jié)果和參數(shù)曲線，極大地方便用戶提高仿真的樂趣和效率。 PSCAD 里面提供豐富的元件庫，從簡單的無源元件到復(fù)雜的控制模塊， 以致電機(jī)、FACTS 裝置、 電纜線路等模型都有涵蓋。PSCAD 仿真軟件的應(yīng)用，在沒有相應(yīng)實(shí)驗(yàn)設(shè)備的前提下，給“理實(shí)一體”的教學(xué)模式帶來了可能。下面以簡單的饋線保護(hù)單元項目為例，仿真平臺如圖1 所示：

圖1 饋線保護(hù)項目模型

本課程基于PSCAD 電力系統(tǒng)仿真軟件，引入“理實(shí)一體”的教學(xué)理念，讓學(xué)生在理論學(xué)習(xí)的同時，掌握軟件的使用、電力系統(tǒng)模型搭建、繼電保護(hù)配置、保護(hù)值整定、故障監(jiān)控及排除等專業(yè)技能。 以“智能變電站繼電保護(hù)設(shè)計”為貫穿項目，根據(jù)知識點(diǎn)分類的不同，分為8 個不同的模塊，分別設(shè)計8 個項目，每個子項目都可以通過PSCAD 軟件上的模型搭建進(jìn)行講解、演示、教學(xué)及考核。 “理實(shí)一體”的教學(xué)方式改變了傳統(tǒng)重理論輕能力、重結(jié)果輕過程、重卷面考試輕職業(yè)道德和專業(yè)素質(zhì)的教學(xué)方式，遵循多元化、主體性、發(fā)展性、科學(xué)性、過程性評價基本原則，從企業(yè)實(shí)際需求和學(xué)生就業(yè)角度出發(fā)，建立理論和實(shí)踐并重、結(jié)果與過程并重、態(tài)度與能力并重的教學(xué)方式。 不僅能夠幫助學(xué)生直觀、方便地觀察電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的工作原理，更好地理解繼電保護(hù)的理論性內(nèi)容，在提升教學(xué)質(zhì)量的同時，也提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。

（三）教學(xué)項目改革

采用依托PSCAD 仿真軟件平臺下的繼電保護(hù)“理實(shí)一體”教學(xué)方式后，傳統(tǒng)的項目教學(xué)的方式也亟待改變。 傳統(tǒng)的繼電保護(hù)項目主要是根據(jù)被保護(hù)設(shè)備的不同，進(jìn)行保護(hù)的整定計算。 這樣的項目脫離工程實(shí)際，理論性過多，缺少相應(yīng)的實(shí)踐操作。 學(xué)生只能學(xué)習(xí)到抽象的整定計算方面的知識，對項目整體結(jié)構(gòu)、保護(hù)工作原理、繼電動作條件等內(nèi)容理解不深。 且項目本身停留在理論層次，也會帶來學(xué)生興趣不足、態(tài)度不佳等諸多問題。

針對以上問題， 對繼電保護(hù)項目進(jìn)行改革。采用“智能變電站繼電保護(hù)設(shè)計”的綜合性訓(xùn)練項目作為整個課程的貫穿項目。 智能變電站作為智能電網(wǎng)的重要組成部分， 是今后電力系統(tǒng)發(fā)展、建設(shè)的主方向之一。 智能變電站是采用先進(jìn)、可靠、集成和環(huán)保的智能設(shè)備，以全站信息數(shù)字化、通信平臺網(wǎng)絡(luò)化、信息共享標(biāo)準(zhǔn)化為基本要求，自動完成信息采集、測量、控制、保護(hù)、計量和檢測等基本功能，同時，具備支持電網(wǎng)實(shí)時自動控制、智能調(diào)節(jié)、在線分析決策和協(xié)同互動等高級功能的變電站。 智能變電站采用了一批新技術(shù)、智能化、數(shù)字化的一次、二次設(shè)備，這對電力系統(tǒng)繼電保護(hù)也提出了更高的要求。 繼電保護(hù)課程以“智能變電站繼電保護(hù)設(shè)計”為抓手，作為考核總目標(biāo)， 將課程全部知識點(diǎn)融入設(shè)計項目中，實(shí)現(xiàn)理論與實(shí)踐綜合化、一體化、系統(tǒng)化的教學(xué)改革。

為了進(jìn)一步提高教學(xué)質(zhì)量，引入階段性過程考核理念。 將“智能變電站繼電保護(hù)設(shè)計”貫穿項目設(shè)計根據(jù)知識點(diǎn)和對象，拆分為不同的、相對獨(dú)立且完整的、能夠正確反應(yīng)知識重難點(diǎn)的模塊項目。詳見表1。每個模塊本身能夠獨(dú)立測試學(xué)生對于相應(yīng)知識點(diǎn)的理解程度和掌握能力。

表1 “智能變電站繼電保護(hù)設(shè)計”項目分解方案

具體做法是：將“智能變電站繼電保護(hù)設(shè)計”的一個教學(xué)項目進(jìn)行分解，根據(jù)保護(hù)對象的不同展開為8 個單獨(dú)的教學(xué)模塊進(jìn)行重新設(shè)計。 在保證知識的連貫性的同時， 通過單元化的教學(xué)設(shè)計，在引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)過程中，以項目促學(xué)習(xí)，重構(gòu)知識點(diǎn)和技能點(diǎn)。 做到理論和實(shí)踐一體化，從而使學(xué)生在項目完成中掌握課程知識和技能；按照職業(yè)能力由生手到熟手再到能手的一般規(guī)律，以及能力培養(yǎng)從入門到專項再到綜合的遞進(jìn)式成長。 最后根據(jù)模塊項目的完成程度，以及學(xué)生對項目的理論知識掌握情況， 進(jìn)行過程性的考核，保證學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和學(xué)習(xí)效率。

四、考核評價方式改革

“理實(shí)一體”繼電保護(hù)課程的教學(xué)即注重學(xué)生理論知識的掌握情況，又重視學(xué)生仿真實(shí)驗(yàn)的動手操作能力。 因此，傳統(tǒng)教學(xué)方式中，以考試成績占主導(dǎo)地位的考核方式并不再適用本課程。 需要綜合考慮學(xué)生的課堂表現(xiàn)、網(wǎng)絡(luò)課程的學(xué)習(xí)狀況、知識掌握程度、仿真實(shí)驗(yàn)的實(shí)操能力、項目考核完成情況等多個方面，以學(xué)生的學(xué)習(xí)效果為最終導(dǎo)向，采用過程性和終結(jié)性考核評價相結(jié)合的方式。

考核方案以浙江省高等學(xué)校在線開放課程共享平臺為依托，采用線上線下混合考核的新模式。 將線上作業(yè)與線下考核結(jié)合，理論考試與軟件仿真實(shí)操相結(jié)合，階段式過程與結(jié)果評價相結(jié)合，“三位一體”綜合性考核。 線上考核主要通過課程平臺上的簽到、作業(yè)、師生互動、視頻觀看、登錄平臺次數(shù)、在線測試、教師獎勵等，對每個學(xué)生的線上成績進(jìn)行加權(quán)計算；線下考核主要是對學(xué)生在課堂上的表現(xiàn)、發(fā)言情況、貫穿項目及模塊項目完成情況作為考核內(nèi)容。 理論考試采用紙質(zhì)考試的方式，通過卷面知識點(diǎn)考察學(xué)生的掌握程度；仿真實(shí)操則以項目為載體，依托PSCAD 仿真軟件，考察學(xué)生軟件的使用能力、模型的搭建水平以及知識的靈活應(yīng)用能力。 階段式過程考核是通過模塊項目，教師評分的方式對學(xué)生模塊知識掌握程度進(jìn)行考核；結(jié)果評價則分別采用貫穿性項目“智能變電站繼電保護(hù)設(shè)計”以及紙質(zhì)試卷考試的方式，對學(xué)生綜合能力進(jìn)行考察。

這一考核方式改變了傳統(tǒng)考核方式以結(jié)果導(dǎo)向?yàn)橹鳎己朔绞絾我?，無法動態(tài)、準(zhǔn)確反應(yīng)學(xué)生學(xué)習(xí)狀況， 無法激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)熱情等諸多問題。 采用多元化的考核機(jī)制，從線上到線下、從過程到結(jié)果，多方面考核學(xué)生的學(xué)習(xí)成果，動態(tài)跟蹤、及時反饋，進(jìn)行教學(xué)診斷與改進(jìn)，使學(xué)生及時了解自身學(xué)習(xí)情況及存在的問題。 改革后的課程考核方案如表2 所示。

五、結(jié)語

基于PSCAD 軟件的“理實(shí)一體”繼電保護(hù)課程的改革，是對電力系統(tǒng)繼電保護(hù)課程的全面改革，將在PSCAD 電磁暫態(tài)仿真軟件的基礎(chǔ)上，對本門課程進(jìn)行項目化、碎片化的知識重構(gòu)，采用一個整體項目貫穿課程教學(xué)的始終，將一個整體項目分解成若干個單元項目，每個單元項目又分解成若干個子任務(wù)，每個子任務(wù)包含著相關(guān)的知識點(diǎn)和技能點(diǎn)。 將“理實(shí)一體”的思想貫穿整門課程。 學(xué)生可以通過PSCAD 仿真軟件仿真建模，進(jìn)而觀察每個項目的完成情況。 通過觀察波形圖、模型工作狀態(tài)、功率表等對所學(xué)內(nèi)容有更加直觀的感受。 學(xué)生不僅提高了學(xué)習(xí)的積極性、學(xué)習(xí)效率，還掌握了電力系統(tǒng)建模方面的能力。 建立在線開放課程平臺， 建立階段式的過程考核體系，加深學(xué)生對理論知識的理解，把學(xué)生的動手能力和創(chuàng)新能力提升到新的高度，為社會培養(yǎng)適應(yīng)電力系統(tǒng)現(xiàn)代化建設(shè)所需的復(fù)合型、應(yīng)用型工程技術(shù)人才。

表2 課程考核方案

綜上所述，基于PSCAD 軟件的“理實(shí)一體”繼電保護(hù)課程的改革與探索，提高了課程的教學(xué)效果，為高電壓等級電氣類課程的教學(xué)提供了參考和借鑒。