廖美英

（綿陽師范學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院，四川綿陽 621000）

0 引言

2017 年，教育部提出建設(shè)“新工科”人才培養(yǎng)模式［1］，要求從學(xué)科導(dǎo)向轉(zhuǎn)向產(chǎn)業(yè)需求導(dǎo)向、從專業(yè)分割轉(zhuǎn)向跨界交叉融合、從適應(yīng)服務(wù)轉(zhuǎn)向支撐引領(lǐng)［2-3］.在此理念指導(dǎo)下，改革專業(yè)課程教學(xué)方法，構(gòu)建教學(xué)新形態(tài)勢在必行.傳統(tǒng)工程學(xué)科專業(yè)課程的教學(xué)注重課程知識(shí)傳授，實(shí)踐環(huán)節(jié)多以驗(yàn)證知識(shí)為主，評(píng)價(jià)方式也較為單一，整體缺乏產(chǎn)業(yè)需求導(dǎo)向，難以支撐人才培養(yǎng)目標(biāo)［4］.

針對(duì)以上問題，綿陽師范學(xué)院“電力系統(tǒng)繼電保護(hù)”課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)積極開展改革研究和探索.理論環(huán)節(jié)采用“課程思政全過程貫穿，教學(xué)方法并行結(jié)合，多學(xué)科知識(shí)綜合應(yīng)用”等方式，循序漸進(jìn)對(duì)學(xué)生進(jìn)行啟發(fā)和引導(dǎo)；實(shí)踐環(huán)節(jié)采用“現(xiàn)場參觀、開放性仿真實(shí)驗(yàn)”等路徑，持續(xù)鍛煉學(xué)生的工程設(shè)計(jì)思維.以過程評(píng)價(jià)、增值性評(píng)價(jià)和終結(jié)性評(píng)價(jià)相結(jié)合的方式開展課程考核，綜合評(píng)價(jià)學(xué)生課程目標(biāo)達(dá)成情況，從而使學(xué)生達(dá)到企業(yè)的可用性，對(duì)社會(huì)的適應(yīng)性，自身知識(shí)和能力的可拓展性的目標(biāo).

1 課程改革目標(biāo)

“電力系統(tǒng)繼電保護(hù)”是一門典型的工科專業(yè)課程，其特點(diǎn)是理論和實(shí)踐結(jié)合緊密，面向電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)本科三年級(jí)學(xué)生開設(shè).在這一階段，學(xué)生已經(jīng)建立了自然科學(xué)的知識(shí)基礎(chǔ)，對(duì)電力系統(tǒng)知識(shí)有了基本的了解，掌握了微機(jī)繼電保護(hù)中需要使用到的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)、C語言、單片機(jī)、信號(hào)分析與處理等專業(yè)基礎(chǔ)學(xué)科知識(shí)，具備一定的自主學(xué)習(xí)能力和探索意識(shí)，但還缺乏多學(xué)科知識(shí)系統(tǒng)性應(yīng)用的經(jīng)驗(yàn)，也缺乏解決實(shí)際工程問題的思維方式.因此如何讓教學(xué)內(nèi)容更好地根據(jù)現(xiàn)代技術(shù)發(fā)展及行業(yè)實(shí)際需求情況不斷與時(shí)俱進(jìn)，如何更有效地培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新能力及工程思維，一直是課程面臨的重點(diǎn)和難點(diǎn)問題.

綿陽師范學(xué)院“電力系統(tǒng)繼電保護(hù)”課程改革以行業(yè)需求為導(dǎo)向，深入研究形成電力系統(tǒng)繼電保護(hù)相關(guān)的崗位職業(yè)能力需求，并將該需求與課程知識(shí)點(diǎn)相對(duì)應(yīng)，挖掘課程中思政要素，融合多學(xué)科知識(shí)，改革評(píng)價(jià)方式，切實(shí)貫徹“以學(xué)生為中心”的教學(xué)理念，以產(chǎn)出為導(dǎo)向，使知識(shí)傳授與思想引領(lǐng)同步，實(shí)踐應(yīng)用與理論知識(shí)同步，思維方式轉(zhuǎn)變與知識(shí)積累同步.

2 課程改革路徑

2.1 構(gòu)建崗位職業(yè)能力需求與課程知識(shí)分解表

“學(xué)”與“用”脫節(jié)是傳統(tǒng)工程學(xué)科專業(yè)課程普遍存在的問題，因此，如何打通“學(xué)”與“用”之間的壁壘至關(guān)重要.以“電力系統(tǒng)繼電保護(hù)”課程為例，學(xué)生學(xué)習(xí)完本課程后，可以從事電力系統(tǒng)中各個(gè)環(huán)節(jié)的繼電保護(hù)方案設(shè)計(jì)、繼電保護(hù)裝置的設(shè)計(jì)開發(fā)、繼電保護(hù)裝置的運(yùn)行維護(hù)等工作.傳統(tǒng)教學(xué)以繼電保護(hù)系統(tǒng)的原理講授和驗(yàn)證為主，學(xué)生上完課程后，掌握了課程要求相關(guān)的基本知識(shí)，通過了課程考核，但對(duì)社會(huì)中哪些崗位需要這些知識(shí)沒有清晰的認(rèn)識(shí)，對(duì)相關(guān)崗位的知識(shí)和技能要求也缺乏了解.因此，出現(xiàn)了相當(dāng)一部分學(xué)生認(rèn)為課堂知識(shí)無用，而相關(guān)用人單位又認(rèn)為學(xué)生掌握的知識(shí)、能力與崗位需求匹配性不夠的問題.為了更好地服務(wù)“新工科”背景下的人才培養(yǎng)目標(biāo)，課程團(tuán)隊(duì)通過調(diào)查研究相關(guān)企業(yè)的崗位職責(zé)，對(duì)照《繼電保護(hù)員國家職業(yè)標(biāo)準(zhǔn)》及《繼電保護(hù)工職業(yè)技能鑒定規(guī)范》，形成了職業(yè)能力需求，并將其與課程知識(shí)相對(duì)應(yīng)，同時(shí)結(jié)合行業(yè)發(fā)展導(dǎo)向和趨勢，形成了職業(yè)能力需求與課程知識(shí)分解表，以確保課程教學(xué)內(nèi)容適應(yīng)行業(yè)需求，讓學(xué)生能更直觀理解“學(xué)以致用”的目標(biāo).分解表部分內(nèi)容如表1所示.

表1 電力系統(tǒng)繼電保護(hù)職業(yè)能力需求與課程知識(shí)分解表（節(jié)選）Tab.1 Power System relay Protection vocational ability Requirements and curriculum knowledge breakdown table（excerpt）

2.2 優(yōu)化課程資源，保障實(shí)踐環(huán)節(jié)

課程資源是課程的核心組成部分.隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，我國工程學(xué)科專業(yè)課程普遍存在教材更新速度滯后于工程實(shí)踐應(yīng)用技術(shù)發(fā)展的現(xiàn)狀.因此，依靠單一教材進(jìn)行教學(xué)已難以滿足當(dāng)代社會(huì)對(duì)人才的需求.工程設(shè)計(jì)思維是新工科建設(shè)的核心思維，是蘊(yùn)含于所有工科課程的跨學(xué)科思維［5］.傳統(tǒng)的工程學(xué)科專業(yè)課程教學(xué)中的實(shí)踐環(huán)節(jié)多以驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主，強(qiáng)調(diào)知識(shí)的鞏固，缺少對(duì)工程設(shè)計(jì)思維的訓(xùn)練.“工程思維”就是“像工程師一樣思考”，特征是在面對(duì)具體問題時(shí)，能夠按照一定的邏輯順序去發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題和反思問題［5］.“新工科”背景下的工程學(xué)科專業(yè)課程教學(xué)內(nèi)容必須與時(shí)俱進(jìn)，不斷優(yōu)化更新，引入相應(yīng)工程案例，鍛煉初步的工程思維.智能電網(wǎng)、能源互聯(lián)網(wǎng)等新型電力網(wǎng)絡(luò)的提出和發(fā)展促進(jìn)了新技術(shù)在繼電保護(hù)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，傳統(tǒng)以基本保護(hù)原理為主的經(jīng)典教材能深入淺出地闡述保護(hù)原理，但由于教材更新的時(shí)效性和嚴(yán)謹(jǐn)性，多學(xué)科融合訓(xùn)練的內(nèi)容更新滯后于工程應(yīng)用實(shí)際.

為了與實(shí)際工程中的技術(shù)應(yīng)用相匹配，課程團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了“虛實(shí)結(jié)合、理實(shí)一體”的教學(xué)資源.一是優(yōu)化教材選用，構(gòu)建更加豐富的理論資源.選用含有微機(jī)保護(hù)相關(guān)內(nèi)容的教材，結(jié)合工程應(yīng)用案例、慕課平臺(tái)等優(yōu)質(zhì)網(wǎng)絡(luò)資源、國家職業(yè)標(biāo)準(zhǔn)及職業(yè)技能鑒定規(guī)范等，融合前置學(xué)科知識(shí)，既注重多學(xué)科融合也兼顧學(xué)生基礎(chǔ)，在理論教育環(huán)節(jié)適當(dāng)增加了微機(jī)保護(hù)核心環(huán)節(jié)的實(shí)現(xiàn)方式相關(guān)的內(nèi)容.二是多方面挖掘能利用的資源以支撐實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié).通過到500 kV 富樂變電站參觀學(xué)習(xí)，讓學(xué)生對(duì)所學(xué)理論知識(shí)的應(yīng)用環(huán)境有直觀感性的認(rèn)識(shí).探索利用Simulink仿真平臺(tái)，開設(shè)開放性仿真練習(xí)環(huán)節(jié).通過“真實(shí)場地+虛擬仿真”的虛實(shí)結(jié)合，讓學(xué)生既對(duì)知識(shí)的應(yīng)用環(huán)境有感性認(rèn)知也對(duì)知識(shí)在工程中的應(yīng)用方法有初步體會(huì).教學(xué)資源的構(gòu)建堅(jiān)持以學(xué)生為主體，以“學(xué)—練—用”的工程知識(shí)轉(zhuǎn)換為主要思路，以模塊化的理論知識(shí)為基礎(chǔ)，以項(xiàng)目化的工程需求為導(dǎo)向，以學(xué)生團(tuán)隊(duì)開展設(shè)計(jì)和討論為實(shí)施路徑，以改變學(xué)生死記硬背知識(shí)的思維慣性和惰性，培養(yǎng)初步的工程設(shè)計(jì)思維為最終目標(biāo).三是通過教學(xué)反哺，不斷更新迭代數(shù)字化資源.在教師輔導(dǎo)學(xué)生開展實(shí)踐環(huán)節(jié)，尤其是仿真練習(xí)環(huán)節(jié)的過程中，優(yōu)秀的學(xué)生仿真作品可作為后續(xù)課程教學(xué)中的教學(xué)資源使用，且相同練習(xí)題目通過多屆學(xué)生的積累，可使資源不斷細(xì)化和優(yōu)化，為課程的進(jìn)一步數(shù)字化、信息化改革打下良好的基礎(chǔ).教學(xué)資源主要構(gòu)成如圖1所示.

圖1 電力系統(tǒng)繼電保護(hù)教學(xué)資源構(gòu)成圖Fig.1 Composition of teaching resources for power system relay protection

2.3 全面挖掘課程思政元素

“新工科”背景下的工程學(xué)科專業(yè)課程建設(shè)中，課程思政是必不可少的一個(gè)環(huán)節(jié).工程學(xué)科的專業(yè)課程特點(diǎn)是應(yīng)用性極強(qiáng)，與社會(huì)基礎(chǔ)設(shè)施、社會(huì)生產(chǎn)或人民生活息息相關(guān)，課程本身蘊(yùn)含有豐富的思政要素［6］.因此在課程教學(xué)中，可以結(jié)合課程特點(diǎn)，從價(jià)值觀培養(yǎng)、工程師思維培養(yǎng)、職業(yè)道德建設(shè)等多個(gè)維度挖掘課程思政元素，并將其在各個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)融會(huì)貫通.但在工程學(xué)科中，由于教師本身的知識(shí)結(jié)構(gòu)中人文知識(shí)相對(duì)較為欠缺，傳統(tǒng)的知識(shí)傳授思維也比較務(wù)實(shí)，側(cè)重于發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的理性思維.思政元素的提取和融入對(duì)理工科教師而言存在一定難度，且思政元素與課程知識(shí)的融合深度不夠，通常顯得較為生硬和突兀，難以達(dá)到效果，甚至易引發(fā)學(xué)生的抵觸.因此如何深入分析課程知識(shí)點(diǎn)，結(jié)合課程的工程特色與國家發(fā)展過程中相關(guān)領(lǐng)域取得的重大成就，挖掘課程中蘊(yùn)含的思政元素，切實(shí)將思政要素和課程的知識(shí)點(diǎn)深入結(jié)合，做到“潤物細(xì)無聲”是目前工程學(xué)科課程思政的重點(diǎn)和難點(diǎn)問題.

“電力系統(tǒng)繼電保護(hù)”課程本身就蘊(yùn)含了社會(huì)民生保障行業(yè)相關(guān)的思政要素.課程團(tuán)隊(duì)通過深入分析課程特點(diǎn)和知識(shí)點(diǎn)，設(shè)計(jì)了社會(huì)主義核心價(jià)值觀培養(yǎng)，正確的人生觀、世界觀、價(jià)值觀及良好的職業(yè)道德培養(yǎng)和工程思維培養(yǎng)三個(gè)課程思政模塊，每一個(gè)模塊用與之相關(guān)的知識(shí)內(nèi)容相匹配，以實(shí)際工程案例為引導(dǎo)，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)知識(shí)的過程中認(rèn)識(shí)到工程應(yīng)用的路徑，在工程案例的分析中領(lǐng)悟到職業(yè)道德和社會(huì)責(zé)任感的重要性，力求真正做到思政要素的自然融入.建設(shè)思路如表2所示.

表2 電力系統(tǒng)繼電保護(hù)課程思政模塊建設(shè)思路（節(jié)選）Tab.2 Ideas for Building Ideological and Political Module of Power System Relay Protection Course（Excerpt）

2.4 打造多學(xué)科知識(shí)融合應(yīng)用的接口

從專業(yè)分割轉(zhuǎn)向跨界交叉融合是“新工科”背景下的專業(yè)課程需要解決的問題.傳統(tǒng)工程學(xué)科強(qiáng)調(diào)該領(lǐng)域的縱深研究，但隨著信息網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)的發(fā)展，工程實(shí)踐中的問題往往已經(jīng)難以依靠單一學(xué)科的知識(shí)進(jìn)行解決，多學(xué)科融合發(fā)展是必然趨勢.

當(dāng)前繼電保護(hù)行業(yè)已經(jīng)全面采用微機(jī)保護(hù)的方式，微處理器及其外圍電路構(gòu)成的微機(jī)系統(tǒng)取代了傳統(tǒng)依靠大量繼電器構(gòu)成的系統(tǒng)，在微機(jī)保護(hù)系統(tǒng)中既遵循傳統(tǒng)的經(jīng)典保護(hù)原理又針對(duì)傳統(tǒng)保護(hù)中的問題提出新的更為靈活的保護(hù)方式.在此背景下的電力系統(tǒng)繼電保護(hù)問題就不再是單純的保護(hù)原理問題，因此課程不僅需要完成繼電保護(hù)基本原理的教授，還要引導(dǎo)學(xué)生綜合應(yīng)用C語言、單片機(jī)原理及應(yīng)用、信號(hào)分析與處理等多個(gè)學(xué)科知識(shí)實(shí)現(xiàn)簡單的微機(jī)保護(hù)配合，并以此為接口，最終形成系統(tǒng)性“跨界交叉融合”的知識(shí)靈活應(yīng)用思路.課程團(tuán)隊(duì)在綜合分析課程目標(biāo)和學(xué)生基礎(chǔ)及學(xué)習(xí)能力等情況后，通過“知識(shí)講解-例題講解-作業(yè)練習(xí)-仿真練習(xí)-翻轉(zhuǎn)課堂”的教學(xué)實(shí)施，循序漸進(jìn)，既關(guān)注基礎(chǔ)知識(shí)的掌握情況，也關(guān)注學(xué)習(xí)過程中的提升情況和提出問題解決問題的能力，有效鞏固了學(xué)生的基礎(chǔ)知識(shí)，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)力，提高了學(xué)生的動(dòng)手能力、知識(shí)應(yīng)用能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神.

以圖2 所示單側(cè)電源供電線路相間短路故障的階段式電流保護(hù)教學(xué)為例，首先讓學(xué)生理解該保護(hù)在工程實(shí)踐中的應(yīng)用場合，然后講授保護(hù)配置的基本原理和整定計(jì)算方法，在學(xué)生理解了分立的1/2/3 段保護(hù)原則的基礎(chǔ)上，討論保護(hù)在簡單系統(tǒng)中的配合方式，確保學(xué)生真正掌握階段式保護(hù)的構(gòu)建原理.然后再引導(dǎo)學(xué)生通過回顧信號(hào)分析與處理、單片機(jī)原理及應(yīng)用等前置課程知識(shí)，討論保護(hù)在微機(jī)保護(hù)中應(yīng)如何實(shí)現(xiàn)，并通過對(duì)比引申出傳統(tǒng)繼電保護(hù)系統(tǒng)中存在的問題及其在微機(jī)保護(hù)中的解決路徑，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步思索保護(hù)方法創(chuàng)新的可行性.同時(shí)安排專門的習(xí)題課，通過例題講解和課后作業(yè)鞏固所學(xué)知識(shí).最后在仿真環(huán)節(jié)布置一個(gè)相關(guān)題目，讓一組學(xué)生自行搭建簡單系統(tǒng)的階段式電流保護(hù)，并開設(shè)翻轉(zhuǎn)課堂，讓該組學(xué)生進(jìn)行原理和實(shí)現(xiàn)手段的演示及講解，讓其余學(xué)生提問并進(jìn)行討論，加深學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解和應(yīng)用，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步思索保護(hù)方法創(chuàng)新的可行性.

圖2 單側(cè)電源供電線路相間短路故障的階段式電流保護(hù)教學(xué)實(shí)施流程Fig.2 Implementation flow of phased current protection teaching for single-side power supply line interphase short circuit fault

2.5 改革課程評(píng)價(jià)體系

傳統(tǒng)的工程學(xué)科多以終結(jié)性評(píng)價(jià)為主，評(píng)價(jià)要素較為單一.根據(jù)新時(shí)代教育評(píng)價(jià)改革的指導(dǎo)思想要求，在人才培養(yǎng)過程中應(yīng)嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)，應(yīng)重視過程性評(píng)價(jià)和增值性評(píng)價(jià).因此，在學(xué)校關(guān)于開展改革課程評(píng)價(jià)方式的指導(dǎo)意見下，課程團(tuán)隊(duì)經(jīng)過認(rèn)真研究，將過程性評(píng)價(jià)的比例增加至50%，把課后練習(xí)、課堂筆記、課堂互動(dòng)表現(xiàn)、分組仿真練習(xí)過程中的表現(xiàn)及成長、仿真設(shè)計(jì)報(bào)告質(zhì)量、翻轉(zhuǎn)課堂的講解和答辯表現(xiàn)等更多內(nèi)容納入過程評(píng)價(jià)，讓評(píng)價(jià)要素更為豐富.在教學(xué)大綱中確定各評(píng)價(jià)要素的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)，教師對(duì)照教學(xué)大綱中所規(guī)定的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)，通過平時(shí)作業(yè)批改、課堂筆記檢查、課堂互動(dòng)情況記錄等書面記錄和仿真練習(xí)過程中的答疑指導(dǎo)等行為觀察情況綜合評(píng)價(jià)學(xué)生學(xué)習(xí)的過程和成長.同時(shí)為了確保培養(yǎng)質(zhì)量，在評(píng)價(jià)中設(shè)置了一個(gè)期末考試分?jǐn)?shù)合格的底線，低于底線則認(rèn)為課程要求的基本知識(shí)掌握不合格，只有在課程知識(shí)掌握合格的基礎(chǔ)上再綜合考慮過程評(píng)價(jià)，以保障人才培養(yǎng)質(zhì)量.

3 總結(jié)與展望

“新工科”背景下的工程學(xué)科專業(yè)課程的改革，需要緊扣本專業(yè)人才培養(yǎng)定位，深入分析用人單位需求，并結(jié)合課程自身特色和學(xué)生基本情況開展.以綿陽師范學(xué)院“電力系統(tǒng)繼電保護(hù)”課程為例，課程團(tuán)隊(duì)通過改革研究與實(shí)踐，取得了一定成效.一方面，通過課程改革，激發(fā)了學(xué)生對(duì)于工程實(shí)踐應(yīng)用的興趣.學(xué)生普遍反映仿真設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)使其對(duì)簡單系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開發(fā)有了基本認(rèn)知，在發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的過程中極大地鍛煉了動(dòng)手能力、團(tuán)隊(duì)分工協(xié)作能力，同時(shí)加深了對(duì)知識(shí)的理解.課程考核結(jié)束后，在2023年的畢業(yè)設(shè)計(jì)中，多名學(xué)生繼續(xù)深入研究繼電保護(hù)相關(guān)仿真，并設(shè)計(jì)出了較為成熟的仿真作品，1 名學(xué)生提出了對(duì)現(xiàn)有繼電保護(hù)實(shí)驗(yàn)裝置的改進(jìn)式開發(fā)設(shè)計(jì).另一方面，課程改革促進(jìn)了任課教師專業(yè)能力的提升.課程資源的開發(fā)促使教師去擴(kuò)充自身的工程應(yīng)用相關(guān)知識(shí)，開放性實(shí)踐環(huán)節(jié)的指導(dǎo)，要求教師在熟悉教材內(nèi)容的基礎(chǔ)上，還必須更深入去理解電力系統(tǒng)的運(yùn)行知識(shí)，教學(xué)過程對(duì)任課教師形成了“反哺”.

但是，課程改革過程中也暴露出了一些問題，主要體現(xiàn)在三個(gè)方面：一是目前教師團(tuán)隊(duì)中僅部分教師有與課程相關(guān)的行業(yè)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，整體的繼電保護(hù)工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)仍較為欠缺，與行業(yè)從業(yè)人員的交流不夠深入.二是課程部分內(nèi)容涉及多學(xué)科知識(shí)的融合應(yīng)用，要求學(xué)生要有一定的前置課程基礎(chǔ)，這就導(dǎo)致一部分基礎(chǔ)薄弱的學(xué)生畏難情緒較重，存在不愿學(xué)、學(xué)不懂的情況.三是課程評(píng)價(jià)中雖然要素較為全面，但過程評(píng)價(jià)中對(duì)作業(yè)和實(shí)驗(yàn)報(bào)告等材料的依賴仍較多，動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)仍以教師為主，衡量標(biāo)準(zhǔn)還需要進(jìn)一步量化，課程思政效果的評(píng)價(jià)手段仍較為單一.在今后的教學(xué)中將進(jìn)一步思考如何解決以上問題.