基于《继电保护课程设计》教学改革

基于继电保护课程设计教学改革基于继电保护课程设计教学改革程海军，陈晓英，孙丽颖（辽宁工业大学电气工程学院，辽宁锦州121001）摘要：课程设计是培养学生综合能力和工程思想的重要环节和途径。本文对传统的电力系统继电保护课程设计中存在的问题进行了分析，针对这些问题提出了基于“卓越工程师”目标的改革措施。通过教学实践，提高了学生的工程应用意识和实践能力。本文对课程设计环节进行改革实践，希望在“深化教学改革、强化实践教学环节”背景下，探索出一条适合工程技术人才培养的可持续发展之路。关键词：继电保护；课程设计；教学改革基金项目：本文系辽宁工业大学教改立项项目“电力系统继电保护课程教学模式改革与实践”（项目编号：202_032）的研究成果作者简介：程海军（1978-），男，辽宁朝阳人，讲师，硕士，研究方向为电力系统自动化；陈晓英（1966-），女，辽宁北票人，辽宁工业大学电气工程学院，教授，硕士，研究方向为电力系统自动化；孙丽颖（1972-），女，辽宁抚顺人，教授，博士，研究方向为控制理论与控制工程。国家中长期教育改革和发展规划纲要（20212021年）中对高等教育提出要“深化教学改革、强化实践教学环节、推进创新创业教育”的要求。教育部为贯彻落实这一要求，实施了“卓越工程师教育培养计划”重大改革项目1，旨在培养造就一大批创新能力强、适应经济社会发展需要的高质量各类型工程技术人才，为国家走新型工业化发展道路、建设创新型国家和人才强国战略服务，促进高等教育面向社会需求培养人才，全面提高工程教育人才培养质量。目前，中国大多数高校在教育目标、理念和方法上滞后，开设的一些工程类课程不能满足实际工程需求，教学内容陈旧，已经滞后于现代工程技术发展2。电力系统继电保护课程是电气工程及其自动化专业的重要专业课程，在“卓越工程师”培养目标下既要求把大量的理论知识掌握好，又要求有较强的实践动手操作能力3。继电保护课程设计是实现把继电保护的理论知识和工程实际应用结合起来的桥梁，是电气工程及其自动化专业非常重要的实践性教学环节4。在此背景下，基于“卓越工程师”培养目标，我校对电力系统继电保护课程设计的教学进行探索，从课程设计内容、实施过程、考核评价等方面实施改革。几年的教学实践表明效果良好，锻炼了学生的理论设计和实践动手能力，培养了学生的工程意识和创新意识，提高了学生分析和解决实际工程问题的能力，得到学生及社会的认可和好评。一、传统课程设计教学分析近几年，各高校都开始注重对学生实践能力的培养，加强了电力系统继电保护课程设计的教学工作，较以往有很大改善，但仍然存在一些问题。在我校主要表现在以下几个方面。1.学生的积极性不高，投入的精力不足。根据教学大纲和教学计划，电力系统继电保护课程设计安排在大四上学期进行，一般是在学期的后几周实施。在此阶段，好多同学要忙于研究生入学考试、国家电网考试、各公司企业的招聘以及期末考试。随着近些年高校的不断扩招，本科生的就业压力越来越大，在考研和就业多重作用下，好多学生不能把精力全部投入到课程设计中。学生对待课程设计的积极性普遍不高，很多学生没有认识到课程设计的重要作用，以应付的心态被动的对待，甚至认为从网络上或往届同学那里找些资料拼凑拼凑就能完成。2.只有理论设计，缺乏实验或仿真验证。在课程设计开始之前，指导教师根据电力系统继电保护课程的主要内容，结合一些工程项目的实际情况，给出各种保护的设计题目和参考资料。在我校，该课程设计时间为两周，为了确保学生都能够完成设计，在课程设计指导书中会比较详细给出设计方案、设计步骤、设计内容、设计要求以及设计报告的格式等。在课程设计实施过程中，给学生分时提供固定设计教室或者与互联网连接的机房，学生通过查阅网络、设计手册、设备手册等，参考类似习题、以往学生课程设计报告等进行模仿设计。在此期间，不同的指导教师去设计室指导，解答学生的问题。由于学生对待课程设计的积极性不高，大部分同学都不主动问问题，这样教师很难全面了解学生都设计得如何，都出现哪些问题和错误，最终造成上交的报告存在一些错误。在这样的设计过程中，学生通过上交设计报告，完成理论设计。由于缺少对理论设计结果和结论的实验或仿真验证，致使学生既不清楚设计计算结果是不是正确，也不知道设计结论是不是合理。这种只锻炼理论设计而没提高动手能力的设计过程，大大降低了课程设计教学环节的重要意义。3.设计题目数量少且变化小，抄袭现象存在。以往的课程设计题目一般是给定一些电力系统的局部接线及运行方式，通过不同系统参数的设定值，完成某些线路或者变压器的继电保护方案、整定值计算、灵敏度分析、继电器选择等设计工作。这些设计题目由于许多参数需要具体给定，同时系统的接线比较简单，运行方式很少变化，使得学生发挥的空间比较小，不能很好实现设计与工程实践相结合的目的，更像是做作业。这样学生就不能对电力系统的正常、最大、最小运行方式下做出全面分析，就不能建立电力系统的整体概念。学生在设计时仅仅参考一些相仿的习题、教师给定的设计指导书来完成设计计算，不可避免的会出现互相抄袭的现象。以往的这种课程设计方式对学生的创新能力培养作用有限，没有达到培养目标。4.考核评价不科学，缺乏动手能力的考核。以往的课程设计成绩评定方法是考虑学生在平时的出勤率、对待课程设计的态度以及主动性等，根据学生最后提交的设计报告的质量，包括方案的合理性、整定计算的正确性、设计的完整性、格式的规范性等情况，按照一定的分值比例，最终给出优、良、中、及格或不及格的评定。在这种考核评价方式下，会出现同组同学中差别不大的情况，甚至有可能会出现主要设计人员由于报告书写较差而成绩低、设计较少的同学由于报告书写规范而成绩较高的不合理现象，课设成绩没能很好体现学生的真实能力。同时，由于这种只有理论设计而没有实验或仿真验证的课设形式，没有考核到学生的实际动手能力和操作技能。二、“卓越工程师”目标下的教学改革为达到国家“卓越工程师”培养目标的要求，结合我校应用型本科人才培养模式的定位，针对以往电力系统继电保护课程设计在教学过程中存在的问题，我们实施了基于“卓越工程师”培养目标下的电力系统继电保护课程设计教学改革，修改教学大纲及教学计划，完善教学内容，创新教学方法，改革考核评价方式。具体改革内容包括：1.修改大纲及教学计划，规避考研就业等对专业课程学习的影响。按照“卓越工程师”的培养目标，以前的培养方案和课程大纲已不再适用，不能满足培养要求。“卓越工程师”目标下的培养方案突出对学生工程能力的培养，我们对电气工程及其自动化专业的专业培养方案和课程大纲进行了修订，强调对学生创新能力、动手能力的培养。关于培养方案中实践环节的教学目标，就是突出工程思想和能力培养，达到学生都具备自主设计实验的能力，具有接受新技术和新知识的能力，以及一定的技术开发能力。根据新的培养方案，我们对电力系统继电保护课程的教学大纲和教学计划进行了相应的调整，将该课程从大四上学期调整到大三下学期，尽可能规避学生由于考研及就业等对专业课程学习的影响。2.更新课程设计题目，满足“卓越工程师”培养目标的要求。在“卓越工程师”目标下，课程设计与实验项目设计的核心思想就是鼓励学生自主学习，提高发现问题、分析问题、解决问题的能力，培养实践动手能力及工程素养。课程设计题目的设置是否合理，对于学生的锻炼价值至关重要。好的课设题目对于学生掌握专业理论知识的理解、对工程设计规范的熟悉、对设计步骤和设计方法的掌握都非常重要。在设置课设题目时，既要考虑专业理论知识的涵盖程度，又要考虑与工程实际紧密结合的密切程度，尽可能给出实际运行的电力系统的原始数据资料，这对于提高学生对专业的认知程度、明确专业发展方向大有裨益，有利于培养工程意识，提高理论联系实际的应用能力。基于“卓越工程师”目标的思考，我们对课设题目进行完善和更新，做了如下工作：利用教师下企业实践、带学生去企业生产实习、建立实习基地、到电力行业调研等机会，搜集整理实际运行电力系统的真实资料，然后加工完善成训练课题；考虑到电力系统继电保护技术的应用实际，微机型保护装置已完全取代电磁型保护装置，再针对电磁型继电保护技术进行设计就严重与工程实际相脱节。为此，我们给定一些电力系统的局部接线及运行方式，通过不同系统参数的设定值，除了完成某些线路或者变压器的继电保护方案、整定值计算、灵敏度分析之外，增加了微机型保护装置的硬件设计和软件设计；根据不同的设计题目和现有实验室的条件，增加实验验证或仿真验证环节。我校与浙江求是教仪合作建立了电力系统继电保护、供配电、实践创新实验室，与北京电科院和清大高科合作建立了电力系统仿真实验室，实验室的软硬件条件为学生搭建了很好的动手操作平台。第一周学生完成课设的理论设计，第二周进入实验室进行相应的安装调试及验证。通过动手操作，激发了学生的兴趣，提高了积极性，如果验证结论正确时，极大的满足学生的成就感，从而增强创新的自信心。另外，在设计的验证过程中，可能会出现许多实际的问题，通过指导老师的点拨，同学们相互讨论探究，最终找到问题的原因并解决，这对于学生的锻炼和培养具有极大的帮助。3.加强对课程设计的指导和管理，提高课程设计质量。教师的态度和付出对于课设质量的好坏是最直接的，因此，要想提高课程设计的质量，需要指导教师更多的投入。针对有的学生消极应付、得过且过，甚至出现相互抄袭的情况，就要求指导教师投入更多的时间和精力用在平时的指导中，避免学生上交东拼西凑、粗制滥造的设计报告。在设计过程中，确保做到对设计方案的合理性进行严格审核，对设计步骤和计算结果进行及时监控，对学生的困难和问题进行耐心的答疑解惑，对典型共性的错误进行详细的讨论分析。对于指导教师而言，个人的精力和时间也是有限的，在这个时段要同时面对理论教学、课设实习指导、监考判卷考核、科研任务完成等一系列工作，常常感到分身乏术。为此，我们采取了团队指导措施，打破一个老师对固定学生的指导模式。根据指导教师的值班安排，每时每刻都有老师在设计室指导，随时随地解决学生的问题，提高指导效率，从而提高课程设计的质量。4.完善考核评价体系，适应“卓越工程师”培养目标。以往的课程设计成绩评定方法只注重对学生的理论设计进行考评，而没有考核到学生的实际动手能力和操作技能。这样，在考核成绩这个“指挥棒”的引导下，学生根本不关注动手操作，学生成绩的高低并不能全面、准确、客观地反映其综合能力。这种评价方式与“卓越工程师”培养目标明显存在差距。考核方法与设计内容相辅相成，课程设计内容的多样性必然要求考核方法的全面性，需要建立科学的考核评价体系。拓展评价方式不是玩花样，不是巧立名目，而是要根据社会对人才的需求和学生的特点，对考核评价方法进行调整，使之能够激发学生的学习兴趣，培养学生的综合能力。基于这种考虑，我们完善了课程设计的考核评价方式，既注重对理论设计的考核，也注重对动手能力的评判，同时兼顾对平时表现及综合素质的评价，具体考核项目情况如表1所示。三、结束语本文在“深化教学改革、强化实践教学环节、推进创新创业教育”背景下，基于“卓越工程师”培养目标，结合我校教学实际，对电力系统继电保护课程设计进行改革探索与实践。针对传统课程设计环节存在的问题和不足，修改教学大纲及教学计划，完善教学内容，创新教学方法，改革考核评价方式。通过课程设计的教学改革与实践，强化了学生的工程意识，提高分析和解决工程问题的能力，在激发学生的主动性和积极性的同时，也培养了学生的创新精神和实践能力。我校该专业近两年的毕业生大部分都进入电力部门和工矿企业等对口单位就业，获得社会各界的好评。本文对电力系统继电保护课程设计进行改革，希望探索出一条适合工程技术人才培养的可持续发展之路，为国家走新型工业化发展道路、建设创新型国家和人才强国战略服务。参考文献：1教育部。教育部关于实施卓越工程师教育培养计划的若干意见EB/OL.2 王文福。 基于卓越工程师培养诉求的教学改革的理性思考面向CDIO理念的地图学教改构想J. 测绘科学，2021，（3 ）：247-249.3张江林，梅许文，巨辉，邓昌建。基于“卓越工程师”目标下的继电保护课程教学改革J. 中国电力教育，202_，（36）：99-100.4杜兆文，姚福强。电力系统继电保护课程设计教学改革与实践J.大学教育，202_，（3 ）：108-109.第 10 页 共 10 页