CDIO 工程教育模式下電力系統(tǒng)繼電保護教學改革研究

曹 琳

（長春建筑學院，長春 130604）

0 引言

電力系統(tǒng)繼電保護是綜合性電力系統(tǒng)課程和電氣工程及其自動化專業(yè)的一門重要專業(yè)必修課程，也是一門直接與電力工程技術密切相關的課程，教師在課程教學中圍繞課程內(nèi)容采用更加科學有效的教學模式，將理論教學和實踐教學環(huán)節(jié)相融合，從而能夠提升學生的實用性能力。

1 CDIO 工程教育模式概述

CDIO 工程教育模式指的是將構思（Conceive）、設計（Design）、實現(xiàn)（Implement）及運作（Operate）4個基本環(huán)節(jié)融合在一起，基于工程教育思想構建更加完整的教學模式，我國在2005 年引入該教育模式，并且部分高校已經(jīng)開展相應的教學改革工作?；贑DIO 工程教育模式理念，部分高校在教學體系中利用主動式項目驅(qū)動學習機制代替?zhèn)鹘y(tǒng)被動的教學結構，建立更加科學的教學指導體系。在實際教學工作中將工程應用型人才作為人才培養(yǎng)目標，形成以項目為主線、教師為“牽線人”、學生為主體的教學結構，為學生CDIO 綜合能力的提升提供支持。值得一提的是，CDIO 工程教育模式的教學特征十分明顯，在實際教學應用中，高校要結合學情和教學內(nèi)容進行動態(tài)調(diào)整，從而獲得更好的教學效果。

2 電力系統(tǒng)繼電保護課程教學改革的現(xiàn)狀

在我國傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)繼電保護教育教學體系中，教學結構以教師為主導，教師僅僅完成繼電保護理論內(nèi)容的教學，常見的教學方式也是依據(jù)電力系統(tǒng)繼電保護課程的章節(jié)分模塊完成講解工作，缺乏對繼電保護技術實際應用的教授，這就造成電力系統(tǒng)繼電保護課程理論和實踐嚴重脫節(jié)的問題較為突出。自教學改革提出后，建立完整的教學體系受到了廣泛關注，根據(jù)原有電力系統(tǒng)繼電保護課程教學模式單一、應用性不強等問題，許多高校提出電力系統(tǒng)繼電保護課程教學模式的創(chuàng)新與應用方案，并充分認識到電力系統(tǒng)繼電保護理論和實踐相結合的重要性。與此同時，各高校開始對電力系統(tǒng)繼電保護課程進行現(xiàn)代化教學模式轉型升級。

一方面，高校普遍采用現(xiàn)代化的教學模式，利用動畫、三維彩圖、圖片及實物等演示電氣設備結構和原理，并將MALTLAB 仿真軟件和繼電保護可視化軟件引入課程教學中，在提升教學效果的同時，還能提升學生的學習興趣、課堂參與度。

另一方面，教學改革也是滿足社會多元化人才需求的重要舉措，結合理論知識建立完整的實踐能力考核評估體系，高校就能更加有效提高培養(yǎng)人才的能力，真正意義上提高課程的教學價值。因此，電力系統(tǒng)繼電保護課程教學模式的改革創(chuàng)新勢在必行。

3 CDIO工程教育模式下電力系統(tǒng)繼電保護教學改革路徑

電力系統(tǒng)繼電保護是一門融合電力系統(tǒng)分析、模擬與數(shù)字電子技術、計算機技術和通信技術等內(nèi)容的課程。為了提升教學水平，高校要充分發(fā)揮CDIO 工程教育模式的優(yōu)勢，從教學內(nèi)容、教學思路、教學方法及校企合作實踐環(huán)節(jié)等多元路徑開展教學改革工作，打造“教-學-做-練”一體化的教學模式。

3.1 優(yōu)化電力系統(tǒng)繼電保護教學內(nèi)容

基于CDIO 工程教育模式的教學要求，高校要對電力系統(tǒng)繼電保護相關教學內(nèi)容予以改革創(chuàng)新，充分分析學生的基礎、學情及后續(xù)就業(yè)方向，確?；靖拍詈突纠碚摻虒W能達到理想的效果。在保持學科教學結構的系統(tǒng)性和完整性基礎上，也要在教學內(nèi)容方面逐漸引入我國電力行業(yè)和電力系統(tǒng)的現(xiàn)狀、技術、政策等信息，從而提升學生的學習興趣和積極性，保證學生能在形成基礎知識框架的同時進一步了解相關學科的發(fā)展動態(tài)，豐富學生的知識儲備。

另外，高校教師在具體教學過程中融入CDIO 工程教育模式理念，要從細節(jié)出發(fā)。①繼電保護本身就是為了保護一次設備運行的穩(wěn)定性，因此教師在教學過程中要引導學生了解系統(tǒng)運行特性和故障特性，然后制訂相應的保護方案，使學生掌握繼電保護的基礎知識，并能夠主動去探索問題，提出解決問題的辦法。②電力系統(tǒng)繼電保護本身是融合性課程，要求學生具有較為豐富的知識儲備才能解決相關問題，所以教師要培養(yǎng)學生的實踐思維。此外，教師在課程教學中融入工程實例，開展相應的實習活動，鍛煉學生的動手能力和對實際情況的分析能力。將課程實習項目由部分驗證型實習全部改為綜合研究設計型實習項目，增加實驗驗證和仿真驗證環(huán)節(jié)，引導學生自主實踐，鼓勵學生發(fā)散思維。

3.2 改變電力系統(tǒng)繼電保護課堂教學方式

為了進一步增強電力系統(tǒng)繼電保護教學流程和CDIO 工程教育模式的貼合度，高校教師就要從教學方式入手，選取更加符合學生實際情況的教學方法，確保在激發(fā)學生學習興趣的同時，為學生綜合實踐能力的提高提供保障。

3.2.1 問題引導式教學法

CDIO 工程教育模式對學生工程實踐能力的要求較高，學生不僅要具備較為扎實的理論基礎，還要能靈活應用理論知識。因此，教師在處理問題時要引導學生養(yǎng)成主動思考的學習習慣，為提高學生解決工程問題的能力提供支持。

第一，在繼電保護原理和專業(yè)基礎課程教學中，教師要想強化學生對知識的理解，就要引導學生掌握不同類型短路電流的計算方法，并且明確電流短路后一次設備的危害和解決措施。此時，教師可以采取提問和探討的方式調(diào)動學生的學習積極性，引導學生獨立思考，然后利用教學導入的方式將高壓一次系統(tǒng)、低壓二次系統(tǒng)保護等內(nèi)容添加到知識框架中，真正形成統(tǒng)一的知識體系。

第二，教師可以將學生分為不同的學習小組，然后提出同一個問題引導學生進行深度研究。例如，教師在講解電流保護整定計算方法的過程中，學生對部分短路計算的知識已經(jīng)有所了解，但是對于三段式電流保護內(nèi)容的掌握還存在一定不足，此時教師可以利用小組學習的方式組織討論活動，找到輸電線路不同故障位置短路電流變化的趨勢，然后依據(jù)繼電保護的要求進一步分解三段式保護的內(nèi)容，在學生共同討論的過程中能夠有效促進學生全面掌握輸電線路保護方式的內(nèi)核。

3.2.2 項目式教學法

在電力系統(tǒng)繼電保護教學改革的過程中，教師要結合學生的情況引導學生掌握更多繼電保護工程實踐性知識，從而在調(diào)動學生學習積極性的同時，還能提高學生的綜合實踐水平，增強學生工程技術學習能力，因此教師可以采用項目式教學法（見圖1）。

圖1 項目式教學法基本流程

第一，教師要依據(jù)電力系統(tǒng)繼電保護的相關內(nèi)容挑選適合學生學情的項目，需要注意的是，課題的選擇可以由教師提出，也可以結合企業(yè)的相關內(nèi)容完成課題的選定，并且結合項目提出的任務，對項目規(guī)劃和項目要求進行細化，鼓勵學生利用討論等方式選取相應的課題。例如，在學生初步掌握三段式電流保護內(nèi)容后，教師為了引導學生對距離保護有更加深入的認知和了解，可以結合不同電壓等級輸電線路或新建線路保護內(nèi)容擬定不同的項目，為學生更好地掌握相關知識提供保障。

第二，教師指導選取同一課題的學生組成團隊，教師可以采用組間同質(zhì)、組內(nèi)異質(zhì)的方式將學生分為不同的項目小組。一般而言，建議一個團隊4～5 人，人數(shù)較多無法激發(fā)每個人的積極性，人數(shù)太少會出現(xiàn)規(guī)定時間內(nèi)任務無法完成的問題。

第三，教師鼓勵學生制訂相應的方案，在方案中不僅要有完整的項目規(guī)劃，也要明確具體的項目分工，教師對方案予以初步審核并提出建議。在方案制訂的過程中，教師要引導學生應用所學的理論知識解決實際問題，并且廣泛查詢相關資料，配合分析方法建立有效的方案應用模式。

第四，教師對學生的項目成果進行驗收評價，并綜合評估學生的參與度。與此同時，教師也要通過學生的項目成果了解學生分析問題和解決問題的能力、口頭和文字表達能力、團隊合作能力等，從而給予學生更加全面的指導，再讓學生形成完整的項目書面報告。

除此之外，高校可以開展校企合作，與電力企業(yè)簽訂共同建設電氣工程專業(yè)的協(xié)議，為學生提供良好的專業(yè)實習場所，這樣可以使學生更易于接受和掌握有關繼電保護原理和分析方法，同時聘請企業(yè)的技術專家，結合電力生產(chǎn)的實際案例給學生進行講解分析，真正達到校企合作的目的。

3.3 改革電力系統(tǒng)繼電保護實驗教學方式

在電力系統(tǒng)繼電保護教學指導中，教師要更加關注學生實踐能力的培養(yǎng)，因此教師可以引入更加多元的教學手段提升實驗教學的有效性。

第一，將MATLAB/SIMULINK 仿真軟件和繼電保護可視化軟件引入實驗課程教學中?？梢暬娏Ψ抡孳浖蓪Ω麟妷旱燃壪碌母鞣N故障、異常工作狀態(tài)進行仿真操作，以真實直觀的實驗教學形式對學生進行專業(yè)技能訓練，提高學生的課堂參與感和體驗感。此外，教師可以采用多元教學聯(lián)動方式，在網(wǎng)上形成相應課題，鼓勵學生參與線上討論，實現(xiàn)資源共享，為學生進一步掌握相關知識內(nèi)容提供支持。

第二，為了提升學生實驗水平，教師要在實驗前指導學生充分了解實驗的相關原理，充分利用現(xiàn)代化教學設備、教學儀器及多媒體課件等輔助設備開展教學活動，用圖片、三維彩圖、動畫及實物演示電氣設備的結構和原理。

第三，教師在實驗教學中要指導學生匯總相關學習資源，然后鼓勵學生對實驗流程進行思考，并且自己要明確實驗內(nèi)容的意義和要點，以及動手反復操作和練習為學生做好示范，激發(fā)學生的學習動力和參與積極性。

3.4 改革考核方式

為了保證電力系統(tǒng)繼電保護教學改革工作順利開展，高校不僅要從內(nèi)容、教學方法及教學體系等方面探索相應的改革路徑，還要對考核方式進行改革，將理論知識考核、實踐能力考核、論文考核相融合，打造多樣化考核模式。完善的過程化考核體系不僅能提高學生學習興趣，還能對學生的綜合能力進行有效評估，從而建立更加完整的教學機制。因此，教師要將理論知識考核、平時作業(yè)、實驗結果及課題論文融合在一起，評估學生的整體成績，促進學生全面進步。

4 結語

高校在電力系統(tǒng)繼電保護教學改革中融入CDIO工程教育理念，要制訂多元化教學方案，探索多樣的教學改革路徑，以提高學生的綜合素質(zhì)，培養(yǎng)學生實踐能力，為推動高校更好地發(fā)展，實現(xiàn)人才培養(yǎng)目標奠定堅實基礎。