郭振威，吳軍科，謝 興，羅 奕，高 鵬

（桂林電子科技大學，廣西 桂林541000）

根據(jù)工程認證“華盛頓協(xié)議”要求，新工科的目標是培養(yǎng)具有國際互認資格的注冊類工程師。課程目標從傳統(tǒng)的掌握知識轉向應用能力的培養(yǎng)。課程目標是培養(yǎng)滿足社會需要的未來工程師，或者是為學生盡快成為未來合格工程做準備。因此，工程認證背景下的課程教學，在筑牢基礎理論知識的前提下，應盡可能地體現(xiàn)工程應用，盡可能地體現(xiàn)與工程實踐相結合，授課內(nèi)容盡可能地添加“工程元素”。筆者們擁有“注冊電氣工程師（發(fā)輸變電）”資格，通過探討對“電力系統(tǒng)繼電保護”授課內(nèi)容和授課方法進行創(chuàng)新改革，以盡可能地滿足工程認證“華盛頓協(xié)議”要求。

1 創(chuàng)新“電力系統(tǒng)繼電保護”授課內(nèi)容

良好的授課內(nèi)容是取得良好授課效果的保證，授課內(nèi)容既要堅持“以本為本，以綱為綱”，同時又不能拘泥于教材，要不斷地豐富教材知識點的內(nèi)涵，適當拓展知識點外延。

第一，建立課程內(nèi)容各“知識點工程模型”，筑牢基礎理論知識?！半娏ο到y(tǒng)繼電保護”課程是電氣工程及其自動化的一門專業(yè)核心課程。理論抽象性很強，難度高，由于學生沒有接觸過實際工程，很難建立起感性認識，一些抽象思維能力較弱的同學學了本課程很長時間，還沒建立基本概念。甚至有同學反映重修了4遍之后，他仍然不知道這門課程到底講的是什么。針對這一問題現(xiàn)象，本文提出了對于本課程抽象理論各個知識點建立起具體形象生動的“知識點工程模型”。以工程問題幫助闡述理論基礎知識。

比如，對于課程中“故障特征”這一基礎概念，教材在闡述這個概念時，用的是很抽象的文字進行描述，并無具體圖形展示故障特征，難以使學生建立起感性認識。本文用Matlab/Simulink建立起線路短路故障的“電流故障特征”工程模型，如圖1所示，通過比較，了解在電網(wǎng)正常運行和故障情況下這些電流故障特征的不同表現(xiàn)。比較圖1所示的故障前正常電流幅值和短路故障后電流幅值從而可以明顯看出，短路時的電流是正常運行時的電流11倍多，電流幅值在故障前后具有顯著區(qū)別，從而認識到電流可以作為判斷電網(wǎng)短路故障一個故障特征，并且可以設定一個門檻動作值作為故障判據(jù)，進而進行故障判斷。

圖1 電流故障特征模型與電壓故障特征模型

第二，引入工程實例，切實體會課程實際效用，激發(fā)學習熱情。大學里面，很多課程的學習都讓學生感到很迷茫，都說這門課程多么重要，那門課程多么重要，但是又無法感受到具體用途，感覺學什么都沒真正的用處，久而久之，失去了學習的動力與興趣。針對這一問題，根據(jù)本課程與實際實踐緊密結合的特點、知識點與工程實踐應用具有直接對應關系的特點，本文提出了引入電力工程具體實例，展示相關知識的實際用途以及如何應用，激發(fā)學生摩拳擦掌、躍躍欲試的學習熱情。比如，距離保護是“電力系統(tǒng)繼電保護”這門課程以一個重點和難點，對于理解繼電保護的基本任務、繼電保護的4個基本要求以及基本原理應用分析方法等知識點起著非常重要的作用，同時距離保護在110 kV以上電網(wǎng)中有著重要而廣泛的應用。在講授課程相關知識時，引入了如圖2所示的某地區(qū)110 kV電網(wǎng)的距離保護實際工程保護配置進行闡述。

圖2 某地區(qū)110 kV電網(wǎng)距離保護配置圖

第三，解讀相關規(guī)程規(guī)范，提前體會工程要求，破解工程問題神秘感，增強自信心。大學學習的很多課程都是理論性很強的課程，同時也很有實際應用，但是在教學過程中，就是給學生遠離實際應用的感覺，對實際工程應用有種神秘感，學生感覺知識掌握難度很大?！半娏ο到y(tǒng)繼電保護”是電氣工程專業(yè)核心課程之一，在電網(wǎng)中有直接對應業(yè)務范圍，在教學過程中，對實際工程應用做了很多工程應用闡述。同時本課程一個很大特點就是，每個知識的工程應用都有國家的規(guī)程規(guī)范，或電力行業(yè)的規(guī)程規(guī)范，對相關業(yè)務要求有明確的約束規(guī)定?？梢栽诮虒W過程中對相關規(guī)程規(guī)范進行適當解讀，培養(yǎng)學生結合工程應用場合的規(guī)程規(guī)范應用課程知識的能力，破解工程問題神秘感，增強自信心。

比如GB/T 14285—2006《繼電保護和安全自動裝置技術規(guī)程》的4.8.1條規(guī)定“對于220～500 kV電壓的母線，應裝設有選擇性地切除故障的母線保護”，這里的“應”在電力工程中是語氣最強“必須”的意思，具有強制意思，而不是語氣比較弱“應該”之意；4.8.2條規(guī)定“對于發(fā)電廠和變壓器的35～110 kV電壓的母線，在三種情況下，應裝設專用的母線保護”；4.8.3條規(guī)定“發(fā)電廠和變壓器的3～10 kV分段母線及并列運行的雙母線，一般可由發(fā)電機和變壓器的后備保護實現(xiàn)對母線的保護”，這里的“可”是建議采用的意思，但并不強制采用。從4.8.1、4.8.2、4.8.3條中可以看出，同為母線專用保護，但是在不同的電壓等級應用場合不一樣，其要求不同，體現(xiàn)了保護的快速性、可靠性和經(jīng)濟性的矛盾統(tǒng)一的緊密關系，工程實際應用應根據(jù)多方面因素，最終綜合確定結果。

2 創(chuàng)新“電力系統(tǒng)繼電保護”授課方法

授課方法與授課內(nèi)容是緊密相關的2個方面，授課內(nèi)容只有與授課方法相協(xié)調(diào)相互促進，才能取得好的授課效果。本課程在傳統(tǒng)授課方法的基礎上，增加以下授課方式。

第一，課程知識點講解與工程應用實例緊密結合?！半娏ο到y(tǒng)繼電保護”既是一門高度抽象的理論性課程，同時又是具有強實踐性的課程，它的每個知識點在電力工程實踐中都有直接應用。因此，本課程理論每個知識點與工程實踐有直接對應關系?；诖?，在教學過程中，可將理論知識點與工程實踐建立起一對一甚至一對多的關系。這樣可以強化知識的理解與掌握，并且可以更好地培養(yǎng)應用能力。比如如圖3所示的電力線載波通信構成及阻波器，其作用原理圖及所對應的工程現(xiàn)場圖分別如圖3（a）和3（b）所示。以工程實物圖展示相關知識，既可以幫助學生更生動形象地掌握了理論知識，同時幫助學生了解實際工程現(xiàn)場應用，給學生留下深刻印象，為他們在以后工作中的實踐打下堅實基礎。

圖3 電力線載波通信構成及阻波器作用

第二，基礎理論知識點模型化、可視化方法授課。將抽象性強的理性知識點通過可視化手段，建立感性認知，所見即所得，印象深刻。適度引進專業(yè)軟件輔助教學，形象化闡述抽象思維問題?！半娏ο到y(tǒng)繼電保護”課程中許多原理概念抽象性強，引入Power World Simulator電網(wǎng)可視化專業(yè)軟件可對這些知識內(nèi)容進行很好的可視化輔導教學，能極大地幫助學生對抽象性知識進行感性認知，可使學生將知識掌握得既快又牢，極大地提升教學成效。比如對于雙側電源網(wǎng)絡保護，采用Power World Simulator講授電網(wǎng)的功率方向或功率元件方向以及短路電流幅值變化和主要流通路徑，使知識變得簡單明了，一目了然，學生記憶深刻，如圖4所示。

圖4 Power World Simulator展示短路電流方向/幅值/路徑

第三，對于典型關鍵知識點，開展專題研究課題，使學生深入強化學習，重點突破關鍵理論?！半娏ο到y(tǒng)繼電保護”課程具有理論性強、實際應用性強的特點，同時這門課程基礎理論可概括歸納為電流保護、電壓保護、距離保護、縱聯(lián)保護、非電氣量的保護和自動重合閘等幾大理論模塊。為了使學生對關鍵知識點達到熟練掌握并具有相應的分析應用能力，對這些知識點開發(fā)了相應的專題研究課題，要求學生分組開展專題研究分析，以達到深入掌握相關知識并培養(yǎng)其能力的目的。比如目前本課程根據(jù)循序漸進的原則開展了“單側電源的三段式電流保護專題研究”和“雙側電源的電網(wǎng)距離保護專題研究”。

第四，以線下現(xiàn)場教學為主，線上拓展相關知識點內(nèi)容，線下線上相得益彰。為了使學生更多地體會到課程實際效用，在課程教學過程中引入不少工程實例以及對相關規(guī)程規(guī)范的解讀。這部分內(nèi)容廣泛，信息量知識量大，課堂教學只能擇其一二作為范例講解，更多的內(nèi)容制作成線上資源，供學生課后線上自主學習。

3 創(chuàng)新能力培養(yǎng)效果評價模式

好的能力培養(yǎng)評價模式同樣能助燃起學生的學習熱情，為了配合“電力系統(tǒng)繼電保護”課程新的授課內(nèi)容和新授課模式，采用以下考核方式：①線下課程評價。線下課程學習評價形式采用傳統(tǒng)的課堂表現(xiàn)、課后作業(yè)、期中測試和期末考試等形式。②線上課程評價。線上知識點拓展內(nèi)容主要采用課后學生自我研習的模式，為了鼓勵學生學習激情，從其學習的廣度和深度2方面進行相應考核評價，偏重廣度考核，并計入最終考核成績。③專題研究評價。專題研究是針對重點難點內(nèi)容而設置的分組研討式學習環(huán)節(jié)。其考核評價主要對課題研究內(nèi)容全面性和研究深度與質(zhì)量2方面考察，這部分側重對研究深度與質(zhì)量考查。同時考查專題研究過程中學生之間分工協(xié)作、交流表達溝通能力的鍛煉情況。

4 總結

本課程授課改革首先從建立課程內(nèi)容各“知識點工程模型”、引入工程實例和解讀相關規(guī)程規(guī)范對授課內(nèi)容進行了創(chuàng)新改革。然后，為適應授課內(nèi)容，對授課方法從課程知識點講解與工程應用實例緊密結合、基礎理論知識點模型化、可視化方法授課、典型關鍵知識點開展專題研究課題以及線下現(xiàn)場教學為主結合線上拓展相關知識點內(nèi)容等方面進行改革。最后，培養(yǎng)效果評價模式采用線下課程評價、線上課程評價和專題研究評價3種評價方法相結合。“電力系統(tǒng)繼電保護”課程授課通過創(chuàng)新改革后，取得了顯著成效，達到了工程認證培養(yǎng)學生能力的要求，符合教學發(fā)展的國際潮流，將在以后的教學實踐中進一步完善具體實施方案。