工程教育认证背景下电力系统继电保护教学改革探索

湖北民族大学信息工程学院 湖北 恩施 445000

一、引言

以“学生为中心”、“产出为导向”以及“持续改进”是工程教育认证的核心理念,解决复杂工程问题的能力是工程认证中强调的最根本能力[1-2]。《工程教育认证标准》中给出12条毕业要求,其中有8条与解决复杂工程问题有关,这足以体现工科专业对这一能力的重视[3]。培养具备解决复杂工程问题能力的人才,需要加大课程整合力度,实施案例教学,强调实践实训。传统的讲授式教学方法、考核体系以及实验模式都不能适应工程教育认证的基本要求。

继电保护课程是电气工程及其自动化专业的核心课程,在专业认证中有着非常重要的地位,该课程的学习对学生在电力领域的能力有着非常重要的影响[4]。然而,按照工程教育认证的标准,继电保护课程现有的教学方法还不满足要求[5]。现有教学方法主要三个方面问题:(1)理论与实践结合不紧密,学生难以将理论与实践相结合;(2)验证性实验不能培养学生解决工程问题的能力;(3)考核方式较为单一,不能反映学生解决工程问题能力是否达成,并且没有形成反馈改进机制。因此,本文围绕工程认证的基本理念,以培养学生解决复杂工程问题为基本目标,探讨了继电保护理论教学、实践教学、考核机制以及持续改进等方面的问题。提出了一套适合于工程教育认证理念的继电保护理论和实践教学的改革措施。

二、理论教学改革

工程教育认证的核心理念是以“学生为中心”,以“产出为导向”,其关键在于学生解决复杂工程问题能力的达成。这就要求教学的焦点要从“教”转移到“学”,考核的关注点要从“理论知识是否掌握”转向“能力是否形成”。因此,理论教学内容应重新梳理,予以精简,避免繁重的理论讲解任务占用过多的时间;理论的应用要加强引导、加强练习。本文的主要思想是以案例讲解的形式引导工程思维的形成,以案例作业的形式强化工程问题分析能力。

(1)授课内容的梳理与重组。解决问题的能力是建立在对理论知识熟练掌握基础上的,单纯的讲解并不能很好的掌握知识。授课内容应结合实际电力企业的需求进行重新梳理、合理组织。只应保留适用的内容,摒弃过时的内容。

另外,复杂工程问题一般都不是单学科知识能够完全解决的,例如,继电保护中用到的故障分析方法,是在《电力系统分析》中进行的讲解;继电保护中谈到的断路器、互感器等元器件,是在《发电厂电气部分》中进行的讲解。因此,就引导学生工程思维而言,需要建立本课程与相关课程知识的强联系,授课时应对前续知识加以回顾并拓展,只有将相关学科知识融会贯通才能真正达成解决复杂工程问题的能力。

(2)讲解工程案例,促进理论与实践结合。解决复杂工程问题能力的达成,关键在于理论与实践的结合。然而,这正是初学者的困难之所在。结合工程案例讲解理论知识的应用,从思维方式、理论应用方法及解决问题的步骤等方面加以引导,能够克服理论与实践结合困难的问题。

工程案例的选择非常关键。案例必须具有较强的工程背景,而且必须与讲解的知识非常吻合。这就需要与电力企业建立合作关系,获取一些实际中关于保护的配置、故障动作情况等案例,结合授课内容合理编排。

(3)案例分析代替作业,强化分析能力。传统的课后练习无法综合训练学生的能力,也无法检验学生应用知识的能力。将工程案例作为大型作业布置给学生,学生通过查阅资料、理论分析等过程形成解决方案,并以课题组的形式在班级进行汇报和讨论。这种模式既培养了学生思考和解决问题的能力,也培养了学生团队意识;另外,以学生答辩的方式代替作业的批改,可以达到训练表达和交流能力的目的,同时,也可以通过答辩实现学生学习的过程监控。

三、实践教学改革

(1)实践教学内容的改革。为培养学生解决复杂工程问题的能力,实践教学应由传统的“验证性实验”转变为工程问题解决方案的设计和验证。实践包括四个阶段:工程问题解读、解决方案制定、仿真验证以及试验台验证。实践教学采用的工程问题从实际工程案例中提取,具有一定的工程意义。学生通过解读案例、查阅资料形成解决方案。为了避免学生设计方案的缺陷造成试验设备损坏,引入PSCAD/EMTDC仿真软件对方案进行仿真分析,验证其可行性。最后,根据仿真结果设计试验方案,在实验台上进行物理实验。与以往验证性实验相比,这种实践方式更具灵活性、工程性、综合性,对学生达成解决复杂工程问题能力有非常大的帮助。

(2)实践教学组织模式的改革。根据工程认证要求,实践环节也应以学生为中心,教师应处于引导和辅助的地位。实验要求的理解、方案的设计、仿真模型的建立以及实验的设计应由学生在课前完成,课上主要任务主要是试验的执行、结果的汇报等。老师应做好实验要求的引导、答疑、课前设计的验收、试验过程的考核、实验报告的考核等。同时,实验前教师应介入学生的小组讨论环节,记录实践过程中学生的参与情况,切实保障学习效果。

四、课程考核方式及反馈机制

(1)考核内容以考察能力为导向。达成度评价分为平时考核、实验考核和期末成绩三部分。平时考核主要以案例作业完成情况、课题讨论情况为依据;实验考核以实验方案设计、实验执行过程以及实验报告撰写为依据;期末成绩以理论考试分数为依据,考试试题以分析计算题为主。三部分加权平均后为课程总成绩。

(2)建立教学效果反馈机制。“持续改进”是工程认证中一个非常重要的理念。持续改进的依据来源于教学效果的准确反馈。因此,必须建立合理的课程反馈机制才能更好的把握教学目标的达成度,才能合理调整教学方法和手段。本文设计从四个方面对教学效果进行观测:一是,课程结束后就学生的知识理解、掌握以及应用等方面进行问卷调查;二是,通过学生平时案例讨论的参与度、完成情况观测学生学习过程;三是,通过实践环节中的汇报环节观测学生的解决问题能力达成情况;四是,通过总评成绩分析学生总体学习情况。这种反馈方式既包括了过程监控,又包括了结果反馈,能够有效地为改进教学提供依据。

五、结束语

针对工程教育专业认证的基本理念,就继电保护理论和实践教学进行了探讨。本文提出了教学内容的梳理和组织方法,探索了基于工程案例的理论教学方法,并提出了基于案例的实践教学思路。对于教学效果的监控采取过程监控和结果反馈两类方法,为继电保护课程教学的持续改进提供了依据。