曹靖 周京華 關叢榮 張貴辰

[摘 要] 實踐教學是實現(xiàn)工程教育創(chuàng)新能力培養(yǎng)的關鍵環(huán)節(jié)，面向工程教育認證設計的實踐教學體系對工程人才的培養(yǎng)具有一定的現(xiàn)實意義。從教學內容與形式、評價體系等方面探討“電力系統(tǒng)繼電保護”的實踐教學改革，系統(tǒng)培養(yǎng)學生工程意識和解決問題的能力。

[關鍵詞] 工程教育;教學改革;繼電保護

[基金項目] 2019年度北方工業(yè)大學校內教改項目（108051360019XN141/026）

[作者簡介] 曹 靖（1979—），女（回族），河北廊坊人，工學博士，北方工業(yè)大學講師，主要從事實驗室教學研究;關叢榮（1971—），女，北? ? ? 京人，工學博士后，北方工業(yè)大學副教授，主要從事實驗室教學與管理研究。

[中圖分類號] G642.0 ? ?[文獻標識碼] A ? ?[文章編號] 1674-9324（2020）34-0189-03 ? ?[收稿日期] 2019-10-08

工程教育認證是國際通行的工程教育質量保證制度，也是實現(xiàn)工程教育國際互認和工程師資格國際互認的重要基礎，其以學生為中心、成果導向、反向設計和持續(xù)改進等核心教育理念，給我國的工程教育帶來革新性的發(fā)展。實踐教學是實現(xiàn)工程教育創(chuàng)新能力培養(yǎng)的關鍵環(huán)節(jié)，也逐漸成為考查學生畢業(yè)要求達成度的重要依據(jù)之一?？紤]如何面向工程認證標準設計實踐教學過程，使工程人才的培養(yǎng)適應工業(yè)界發(fā)展的需求，具有一定的現(xiàn)實意義。

“電力系統(tǒng)繼電保護”是電氣專業(yè)核心課程，是從事電力行業(yè)必備入門課程之一，同時，它也是一門理論性和實踐性都很強的課程。然而，基于電力工程的特殊性和理論的復雜性，學生很難通過課堂教學把握保護基本原理的精髓，實踐課程只針對某一元件保護原理實現(xiàn)簡單驗證和設計，并沒有完全貫徹繼電保護的基本思想，也沒有體現(xiàn)創(chuàng)新思維的培養(yǎng)。同時，當前我國大部分高校繼電保護實驗室的教學內容落后，與繼電保護工程的應用技術相差很多，學生在短時間內找不到學習的目標和思路，極大影響了學生的學習興趣，更無法為學生提供學生進入工程環(huán)境前預備知識儲備。隨著工程認證教育理念的深入推進，實踐教學應最大化地發(fā)揮其作用，不僅輔助課堂理論教學，更應進一步指導理論學習。針對現(xiàn)有實踐教學存在問題，面向工程教育認證，本文從以下幾個方面進行教改探討。

一、實踐教學內容改革

工程教育認證采用成果導向教育（Outcome-Based Education，OBE）理念，已經形成比較完備的理論體系，被認為是追求卓越教育的正確方向。它強調以學習成果為準則，系統(tǒng)化學習知識。而實踐教學正是整合課程知識、綜合應用的關鍵環(huán)節(jié)。然而，傳統(tǒng)的實踐教學只是強調每個知識點的掌握和理解，明確對某一個特定實驗目的而展開，這樣雖然牢固了基礎知識的掌握，但弱化了各個知識點之間的聯(lián)系及綜合應用。以“電力系統(tǒng)繼電保護”實驗為例，實驗項目的開展主要以明確某一元件保護進行驗證性或設計性實驗，學生在實驗過程中沒有關聯(lián)到電力系統(tǒng)的其他元件，無法對比各種保護間的差異。

從繼電保護的作用實質來看，主要是對于電力系統(tǒng)中不正常狀態(tài)和故障狀態(tài)采取切除、隔離或報警等措施，縮小停電的范圍，強調保護具有可靠性、選擇性、速動性、靈敏性的要求。因此，工程師應具備的能力是如何甄別出元件不同類型的故障，并設計相應的保護方案，進而進行相應保護的整定計算。從這一知識能力反向設計，重新規(guī)劃了實踐教學內容，提出新的實驗要求。設計的實驗內容不再以固定的問題答案為目標，而是提出開放性的工程問題。以工程問題為導向，引導學生實踐。改革方案前期收集電網(wǎng)公司近幾年的工程實例和系統(tǒng)故障，并進行簡化分析，讓學生通過某一故障類別進行保護設計，利用項目驅動模式，調動學生學習熱情，以專題形式查閱資料鞏固自己的知識儲備，解決相應的工程問題。同樣是“三段式電流保護”，在傳統(tǒng)的實踐教學中，學生只能被動地接受知識，進行模式化學習，最終達到學會整定計算的目的，而改革方案中，采用情景模式下的工程問題的探究，學生先要弄清楚故障的類型和特征，熟悉主體模型，選擇合理的保護形式，在保護配置中逐步體會系統(tǒng)的概念，最后比較各種保護的實效性并不斷優(yōu)化保護配置。這里，保護的整定計算和方法只作為知識結構的一部分融入工程問題的系統(tǒng)方案中，實踐內容對學生的要求是多層次，多角度的，學生由此建立的知識結構是系統(tǒng)化的，由此形成的思維是創(chuàng)新性的思維。

繼電保護的核心思想就是一個開放性課題，凡是能組成甄別電力系統(tǒng)故障及不正常運行狀態(tài)的保護方式都可以成為新的繼電保護形式。因此，實踐教學內容中設置“展望環(huán)節(jié)”，拓展學生的思路，使其能在將來未知的條件下，科技進步的環(huán)境中，依然能開發(fā)出符合核心思想和要求的學習成果。

二、工程應用軟件的引入

有效的工具應用對于教學的輔助作用非常明顯。為做好學生的預備學習，縮短學生畢業(yè)后適應工作需求的過渡期，我校在繼電保護課程實驗中引入了工業(yè)界常用電力分析軟件ETAP。這是一款電力系統(tǒng)運行分析的專業(yè)軟件，同時具備強大的圖形化編輯器，可進行快速準確的電力系統(tǒng)分析。

針對繼電保護與配合部分，ETAP可以方便準確的輸出TCC（Time-Current-Characteristics，TCC）曲線，該曲線清晰地展示了各個繼電保護之間的配合動作，同時在主線路中逐一展示動作的先后順序，極大簡化了繼電保護的整定和校驗工作，讓學生的著眼點關注在保護配置及方案的調整中。由于該軟件是廣泛使用的工業(yè)級軟件，學生在體驗交互式情景化教學的同時得到了工程技能培養(yǎng)。

三、評價體系的構建

基于OBE理念，良好的評價體系是保證教學效果、督促持續(xù)改進的重要措施。實踐教學所關注的不應僅僅是知識的貫通，而是以知識為載體的工程素養(yǎng)培育，教學評價應以每位學生都能精熟內容為前提。因此，一套合理的評價體系至關重要。

以繼電保護實驗為例，實踐過程包括課前設計、實驗操作、撰寫報告、質疑答辯四個階段;學習成果則包括知識儲備、工程技能、工程素養(yǎng)三個領域。當然，在一個實驗中體現(xiàn)多種能力的培養(yǎng)是不現(xiàn)實的，選擇關鍵的培養(yǎng)目標并進行權重配比是有效的方法。各個階段所占比例如下：實驗操作和撰寫報告環(huán)節(jié)是整個實踐教學的主體，應占60%;課前設計體現(xiàn)學生系統(tǒng)化思維解決問題的能力，占比重為20%;質疑答辯環(huán)節(jié)是最終方案展示階段，綜合了工程素養(yǎng)的成果展現(xiàn)，占比重為20%。另外，評價體系中不僅包含通用目標的實現(xiàn)，如工程技能及素養(yǎng)，而且包含個性化的指標，如個人進步評價，方便學生找到自身的差距進行持續(xù)改進。實踐教學評價體系構成如下表所示。

四、教學組織模式的改革

OBE理念強調以學生為中心的學習模式，在教學組織模式的改革中結合現(xiàn)代學生學習的特征，將所有實踐教學目標、內容、評價等信息以多媒體等形式進行推送，方便學生充分利用碎片時間。值得注意的是，利用碎片時間學習不等于學習碎片化，學生知識結構的形成依賴于實驗前期的項目內容的驅動，以及后續(xù)評價系統(tǒng)的反饋。實踐教學中幾個過程的節(jié)點，如課前設計驗收、實踐操作考核、實踐報告上交都將由教師介入輔助，依據(jù)評價結果，適時修改、調整學生的學習進程，讓學生的實踐過程中有目標、有計劃、有策略、設計并創(chuàng)新實踐方法。同時，以小組模式展開討論，輔助答辯、質疑、驗收等環(huán)節(jié)，切實保障學生學習效果。

五、結語

實踐教學的培養(yǎng)是工程教育的根本，以工程認證理念為基礎的教育給工程教育帶來革新性的發(fā)展。為了提高教學質量，培養(yǎng)更具創(chuàng)新性的人才，本文從“電力系統(tǒng)繼電保護”的實踐教學改革出發(fā)，探討實踐教學中的教學內容、教學組織模式、評價體系等改革方案，為工程教育的實踐教學培養(yǎng)提出一種新的思路。

參考文獻

[1]中國工程教育專業(yè)認證協(xié)會.工程教育認證工作指南（2018版）[M].北京：中國工程教育專業(yè)認證協(xié)會，2018：1.

[2]劉燕，秦維勇，孫亞平，任國軍.基于工程化與創(chuàng)新性的繼電保護實驗室建設[J].實驗室研究與探索，2015（34）：247-251.

[3]余天佐，劉少雪.工程教育學生通用學習成果鑒別：基于工業(yè)界視角[J].高等工程教育研究，2018（2）：60-66.

[4]河海大學2016本科生培養(yǎng)方案[Z].2016.

[5]張和平，金琴，李益兵.基于工程教育認證的機械工程專業(yè)課程體系[J].教育教學論壇，2018（22）：65-66.

[6]李志義.對我國工程教育專業(yè)認證十年的回顧與反思之一：我們應該堅持和強化什么[J].中國大學教學，2016（11）：10-16.