黄棋悦， 陈子珍， 应力恒， 王民权

（宁波职业技术学院， 浙江 宁波315800）

一、高职电力系统继电保护课程概述

电力系统继电保护课程是高职院校电气自动化专业大二的课程，主要通过识别电力系统故障和不正常运行状态，并通过继电保护装置进行保护的科学技术，从而保证电力系统的安全稳定运行。 本课程的学习，让电气自动化的学生理解继电保护设备在电力系统中发挥的作用， 从原理、工作方式、整定值计算、设备的选择、保护评价方式等多个角度来掌握继电保护相关知识点。培养学生的分析问题能力、解决问题能力、团队协作能力等多方面素养。 本课程为学生今后从事电力系统一次、 二次及相关行业奠定专业基础。作为一门技术性、综合性、实用性很强的课程，其与工程实践结合紧密， 对理论知识的掌握要求高，是一门理论和实践并重的课程。 随着时代的发展，电力系统本身也有着较大的变化，传统的教学模式存在着众多的不足，对其教学模式的改革势在必行。

传统的继电保护知识主要包括：继电保护基础、继电保护原理、线路保护、变压器保护、发电机保护、母线保护等多方面知识。 而随着时代的迅速发展，电子产品的大量普及，电力系统及其保护装置的发展也日新月异。 电子互感器、数字式保护装置、智能变电站、特高压直流输电工程、新能源微电网等技术也越来越普及。 继电保护课程的内容也需要及时更新。 继电保护课程涉及的电压等级高，一般在110kV 及以上高压、超高压电力系统中运用广泛。 教学实际过程中往往无法配置相应的实验室和设备， 一般采用理论为主，视频为辅的教学方式。 由于继电保护相关知识有着抽象性高、难度大、理解困难等特点，造成学生学习意愿低、理解能力差、学习效果不佳等诸多问题。 将“理实一体”的教学方式引入课程中十分必要。

为了提升继电保护课程的教学效果，帮助学生理解相关知识点，提高学生学习的积极性。 本课程进行了改革， 依托PSCAD 电力系统仿真平台，采用“理实一体”的教学模式；设计了“智能变电站继电保护设计” 的贯穿项目， 并将其分为8个模块，分别设计了对应知识点的模块项目。 在教学内容上加入智能变电站、微机保护、电子式互感器等诸多新型知识点；教学方式上采用项目为导向的教学方式；依托浙江省高等学校在线开放课程共享平台，将课程考核方式由传统的线下考核变为线上线下混合的新模式。 将线上作业与线下教学相结合，理论考试与软件仿真实操相结合，阶段式过程与结果评价相结合。

二、“理实一体”模式探索

我国职业教育教学中，重视“文化素养+专业技能”的综合培养。 与本科教学着重于理论知识点学习不同，职业教育更加重视理论与实践相结合的教学模式。 专科学生毕业一般以进入社会工作为主，而企业往往对学生的专业技能有着较高的需求，这就意味着学生在校期间需要培养出相应的专业技能。 如果理论与实践不能相互结合，不但会影响学生学习效果，还会导致学生毕业后无法灵活运用所学知识，出现上岗却无法胜任本职工作的尴尬局面。 因此，“理实一体”的教学模式十分必要。 “理实一体”的教学模式主要是以学生为主体，将所教的理论知识融入项目中，让学生自己探索、研究、学习、提问、再学习、反思，辅助以老师的讲解和点拨，最终在实际操作中完成课程项目，实现理论知识的掌握和动手实践能力的培养。

由于继电保护实训平台的价格十分昂贵，且电压等级较高，存在较大的安全风险，因此大部分院校都采用理论化的教学为主， 通过老师讲课、出卷考试的方式进行教学。 即使引入项目进行教学，也往往都停留在理论层次，没有实践操作。 这样的教学方式是不能满足“理实一体”教学的需要的。 为了改善继电保护课程“理实一体”缺失的现象，本课程引入PSCAD 仿真平台，将项目教学与软件平台结合，通过软件实施项目设计与教学工作。 该软件是一款免费软件，只需电脑学生即可操作。 利用该软件，学生能够独立构建电力系统模型、配置继电保护方案、完成整定值计算等诸多内容。 依托仿真平台，可以实现“理实一体”的教学设计，将学生的实践操作更好地融入课程教学中。 学生的学习过程，也是学生实践的过程，学习更有目的性、成果更加显性化、过程更加高效化。 将原本抽象的理论知识落到可见的、可操控的项目实处，真正将理论和实践有机地结合在一起，改变了传统教学过程中理论和实践脱节的现象。

“理实一体” 教学模式是职业教育改革的一种有益尝试，从理论知识的理解出发，到专业技能的掌握，这样的教学更具有目的性，也更容易被学生所接受。 通过项目化的教学形式，将课堂归还给学生， 强调学生学习的主体地位，提高了教学质量，有效避免了学习过程中由于目的性不明确而出现的消极学习等问题的产生。

三、课程教学改革方案

（一）教学内容改革

随着电力系统的不断发展和技术进步，电力电子元件在电力系统中的应用越来越广泛。 传统的继电保护知识已经越来越无法适应现代企业的需求了。 因此，将现代化的继电保护知识引入继电保护课程中显得尤为重要。 如今的工矿企业往往采用的是微机保护，利用电力电子元件实现继电保护方式。 因此，课程设计中应加入大量的微机保护相关知识，使学生能够更快地融入现代企业的工作内容。 以继电保护装置为例，介绍装置二次回路的相关知识， 增添电力系统仿真环节，大大完善了传统的教学环节，不仅增强了学生的动手实践能力， 还加深了学生的学习积极性。 增加讲述电力系统继电保护最新发展方向，使学生站在继电保护学科发展的最前沿，了解继电保护最新科学动态；与此同时，缩减一些过时的传统继电保护的理论知识以及过多的有关继电器结构方面的知识。 通过对教学内容进行改革，提高了教学效率，为下一步的教学改革奠定了基础，有利于学生今后进一步的发展。

（二）教学方式改革

电力系统继电保护课程由于客观条件的限制，如实验室及相应设备总价贵、电压等级过高、安全风险大等，院校往往采用理论授课为主的教学方式。 无论教师讲得多好，单一的教学形式使得学生面对继电保护知识时，无法提起兴趣。 这样的教学方式往往不能满足实际需求。 特别是随着我国用电量的不断攀升，电力系统行业对于高技能人才的需求越来越旺盛。 如何利用现有条件，培养拥有专业技能的人才是一个亟待解决的问题。 本课程采用基于PSCAD 软件的 “理实一体”教学方式。

PSCAD 仿真软件是世界上广泛使用的电磁暂态仿真软件，用于电力系统许多类型的模拟研究，其中包括继电保护、交流研究、电力电子学研究等。 其允许用户在一个完备的图形环境下灵活地建立电路模型，进行仿真分析。 用户在仿真的同时，可以改变控制参数，从而直观地看到各种测量结果和参数曲线，极大地方便用户提高仿真的乐趣和效率。 PSCAD 里面提供丰富的元件库，从简单的无源元件到复杂的控制模块， 以致电机、FACTS 装置、 电缆线路等模型都有涵盖。PSCAD 仿真软件的应用，在没有相应实验设备的前提下，给“理实一体”的教学模式带来了可能。下面以简单的馈线保护单元项目为例，仿真平台如图1 所示：

图1 馈线保护项目模型

本课程基于PSCAD 电力系统仿真软件，引入“理实一体”的教学理念，让学生在理论学习的同时，掌握软件的使用、电力系统模型搭建、继电保护配置、保护值整定、故障监控及排除等专业技能。 以“智能变电站继电保护设计”为贯穿项目，根据知识点分类的不同，分为8 个不同的模块，分别设计8 个项目，每个子项目都可以通过PSCAD 软件上的模型搭建进行讲解、演示、教学及考核。 “理实一体”的教学方式改变了传统重理论轻能力、重结果轻过程、重卷面考试轻职业道德和专业素质的教学方式，遵循多元化、主体性、发展性、科学性、过程性评价基本原则，从企业实际需求和学生就业角度出发，建立理论和实践并重、结果与过程并重、态度与能力并重的教学方式。 不仅能够帮助学生直观、方便地观察电力系统继电保护的工作原理，更好地理解继电保护的理论性内容，在提升教学质量的同时，也提高了学生的学习积极性。

（三）教学项目改革

采用依托PSCAD 仿真软件平台下的继电保护“理实一体”教学方式后，传统的项目教学的方式也亟待改变。 传统的继电保护项目主要是根据被保护设备的不同，进行保护的整定计算。 这样的项目脱离工程实际，理论性过多，缺少相应的实践操作。 学生只能学习到抽象的整定计算方面的知识，对项目整体结构、保护工作原理、继电动作条件等内容理解不深。 且项目本身停留在理论层次，也会带来学生兴趣不足、态度不佳等诸多问题。

针对以上问题， 对继电保护项目进行改革。采用“智能变电站继电保护设计”的综合性训练项目作为整个课程的贯穿项目。 智能变电站作为智能电网的重要组成部分， 是今后电力系统发展、建设的主方向之一。 智能变电站是采用先进、可靠、集成和环保的智能设备，以全站信息数字化、通信平台网络化、信息共享标准化为基本要求，自动完成信息采集、测量、控制、保护、计量和检测等基本功能，同时，具备支持电网实时自动控制、智能调节、在线分析决策和协同互动等高级功能的变电站。 智能变电站采用了一批新技术、智能化、数字化的一次、二次设备，这对电力系统继电保护也提出了更高的要求。 继电保护课程以“智能变电站继电保护设计”为抓手，作为考核总目标， 将课程全部知识点融入设计项目中，实现理论与实践综合化、一体化、系统化的教学改革。

为了进一步提高教学质量，引入阶段性过程考核理念。 将“智能变电站继电保护设计”贯穿项目设计根据知识点和对象，拆分为不同的、相对独立且完整的、能够正确反应知识重难点的模块项目。详见表1。每个模块本身能够独立测试学生对于相应知识点的理解程度和掌握能力。

表1 “智能变电站继电保护设计”项目分解方案

具体做法是：将“智能变电站继电保护设计”的一个教学项目进行分解，根据保护对象的不同展开为8 个单独的教学模块进行重新设计。 在保证知识的连贯性的同时， 通过单元化的教学设计，在引导学生学习过程中，以项目促学习，重构知识点和技能点。 做到理论和实践一体化，从而使学生在项目完成中掌握课程知识和技能；按照职业能力由生手到熟手再到能手的一般规律，以及能力培养从入门到专项再到综合的递进式成长。 最后根据模块项目的完成程度，以及学生对项目的理论知识掌握情况， 进行过程性的考核，保证学生的学习热情和学习效率。

四、考核评价方式改革

“理实一体”继电保护课程的教学即注重学生理论知识的掌握情况，又重视学生仿真实验的动手操作能力。 因此，传统教学方式中，以考试成绩占主导地位的考核方式并不再适用本课程。 需要综合考虑学生的课堂表现、网络课程的学习状况、知识掌握程度、仿真实验的实操能力、项目考核完成情况等多个方面，以学生的学习效果为最终导向，采用过程性和终结性考核评价相结合的方式。

考核方案以浙江省高等学校在线开放课程共享平台为依托，采用线上线下混合考核的新模式。 将线上作业与线下考核结合，理论考试与软件仿真实操相结合，阶段式过程与结果评价相结合，“三位一体”综合性考核。 线上考核主要通过课程平台上的签到、作业、师生互动、视频观看、登录平台次数、在线测试、教师奖励等，对每个学生的线上成绩进行加权计算；线下考核主要是对学生在课堂上的表现、发言情况、贯穿项目及模块项目完成情况作为考核内容。 理论考试采用纸质考试的方式，通过卷面知识点考察学生的掌握程度；仿真实操则以项目为载体，依托PSCAD 仿真软件，考察学生软件的使用能力、模型的搭建水平以及知识的灵活应用能力。 阶段式过程考核是通过模块项目，教师评分的方式对学生模块知识掌握程度进行考核；结果评价则分别采用贯穿性项目“智能变电站继电保护设计”以及纸质试卷考试的方式，对学生综合能力进行考察。

这一考核方式改变了传统考核方式以结果导向为主，考核方式单一，无法动态、准确反应学生学习状况， 无法激发学生学习热情等诸多问题。 采用多元化的考核机制，从线上到线下、从过程到结果，多方面考核学生的学习成果，动态跟踪、及时反馈，进行教学诊断与改进，使学生及时了解自身学习情况及存在的问题。 改革后的课程考核方案如表2 所示。

五、结语

基于PSCAD 软件的“理实一体”继电保护课程的改革，是对电力系统继电保护课程的全面改革，将在PSCAD 电磁暂态仿真软件的基础上，对本门课程进行项目化、碎片化的知识重构，采用一个整体项目贯穿课程教学的始终，将一个整体项目分解成若干个单元项目，每个单元项目又分解成若干个子任务，每个子任务包含着相关的知识点和技能点。 将“理实一体”的思想贯穿整门课程。 学生可以通过PSCAD 仿真软件仿真建模，进而观察每个项目的完成情况。 通过观察波形图、模型工作状态、功率表等对所学内容有更加直观的感受。 学生不仅提高了学习的积极性、学习效率，还掌握了电力系统建模方面的能力。 建立在线开放课程平台， 建立阶段式的过程考核体系，加深学生对理论知识的理解，把学生的动手能力和创新能力提升到新的高度，为社会培养适应电力系统现代化建设所需的复合型、应用型工程技术人才。

表2 课程考核方案

综上所述，基于PSCAD 软件的“理实一体”继电保护课程的改革与探索，提高了课程的教学效果，为高电压等级电气类课程的教学提供了参考和借鉴。