CDIO 工程教育模式下电力系统继电保护教学改革研究

曹 琳

（长春建筑学院，长春 130604）

0 引言

电力系统继电保护是综合性电力系统课程和电气工程及其自动化专业的一门重要专业必修课程，也是一门直接与电力工程技术密切相关的课程，教师在课程教学中围绕课程内容采用更加科学有效的教学模式，将理论教学和实践教学环节相融合，从而能够提升学生的实用性能力。

1 CDIO 工程教育模式概述

CDIO 工程教育模式指的是将构思（Conceive）、设计（Design）、实现（Implement）及运作（Operate）4个基本环节融合在一起，基于工程教育思想构建更加完整的教学模式，我国在2005 年引入该教育模式，并且部分高校已经开展相应的教学改革工作。基于CDIO 工程教育模式理念，部分高校在教学体系中利用主动式项目驱动学习机制代替传统被动的教学结构，建立更加科学的教学指导体系。在实际教学工作中将工程应用型人才作为人才培养目标，形成以项目为主线、教师为“牵线人”、学生为主体的教学结构，为学生CDIO 综合能力的提升提供支持。值得一提的是，CDIO 工程教育模式的教学特征十分明显，在实际教学应用中，高校要结合学情和教学内容进行动态调整，从而获得更好的教学效果。

2 电力系统继电保护课程教学改革的现状

在我国传统的电力系统继电保护教育教学体系中，教学结构以教师为主导，教师仅仅完成继电保护理论内容的教学，常见的教学方式也是依据电力系统继电保护课程的章节分模块完成讲解工作，缺乏对继电保护技术实际应用的教授，这就造成电力系统继电保护课程理论和实践严重脱节的问题较为突出。自教学改革提出后，建立完整的教学体系受到了广泛关注，根据原有电力系统继电保护课程教学模式单一、应用性不强等问题，许多高校提出电力系统继电保护课程教学模式的创新与应用方案，并充分认识到电力系统继电保护理论和实践相结合的重要性。与此同时，各高校开始对电力系统继电保护课程进行现代化教学模式转型升级。

一方面，高校普遍采用现代化的教学模式，利用动画、三维彩图、图片及实物等演示电气设备结构和原理，并将MALTLAB 仿真软件和继电保护可视化软件引入课程教学中，在提升教学效果的同时，还能提升学生的学习兴趣、课堂参与度。

另一方面，教学改革也是满足社会多元化人才需求的重要举措，结合理论知识建立完整的实践能力考核评估体系，高校就能更加有效提高培养人才的能力，真正意义上提高课程的教学价值。因此，电力系统继电保护课程教学模式的改革创新势在必行。

3 CDIO工程教育模式下电力系统继电保护教学改革路径

电力系统继电保护是一门融合电力系统分析、模拟与数字电子技术、计算机技术和通信技术等内容的课程。为了提升教学水平，高校要充分发挥CDIO 工程教育模式的优势，从教学内容、教学思路、教学方法及校企合作实践环节等多元路径开展教学改革工作，打造“教-学-做-练”一体化的教学模式。

3.1 优化电力系统继电保护教学内容

基于CDIO 工程教育模式的教学要求，高校要对电力系统继电保护相关教学内容予以改革创新，充分分析学生的基础、学情及后续就业方向，确保基本概念和基本理论教学能达到理想的效果。在保持学科教学结构的系统性和完整性基础上，也要在教学内容方面逐渐引入我国电力行业和电力系统的现状、技术、政策等信息，从而提升学生的学习兴趣和积极性，保证学生能在形成基础知识框架的同时进一步了解相关学科的发展动态，丰富学生的知识储备。

另外，高校教师在具体教学过程中融入CDIO 工程教育模式理念，要从细节出发。①继电保护本身就是为了保护一次设备运行的稳定性，因此教师在教学过程中要引导学生了解系统运行特性和故障特性，然后制订相应的保护方案，使学生掌握继电保护的基础知识，并能够主动去探索问题，提出解决问题的办法。②电力系统继电保护本身是融合性课程，要求学生具有较为丰富的知识储备才能解决相关问题，所以教师要培养学生的实践思维。此外，教师在课程教学中融入工程实例，开展相应的实习活动，锻炼学生的动手能力和对实际情况的分析能力。将课程实习项目由部分验证型实习全部改为综合研究设计型实习项目，增加实验验证和仿真验证环节，引导学生自主实践，鼓励学生发散思维。

3.2 改变电力系统继电保护课堂教学方式

为了进一步增强电力系统继电保护教学流程和CDIO 工程教育模式的贴合度，高校教师就要从教学方式入手，选取更加符合学生实际情况的教学方法，确保在激发学生学习兴趣的同时，为学生综合实践能力的提高提供保障。

3.2.1 问题引导式教学法

CDIO 工程教育模式对学生工程实践能力的要求较高，学生不仅要具备较为扎实的理论基础，还要能灵活应用理论知识。因此，教师在处理问题时要引导学生养成主动思考的学习习惯，为提高学生解决工程问题的能力提供支持。

第一，在继电保护原理和专业基础课程教学中，教师要想强化学生对知识的理解，就要引导学生掌握不同类型短路电流的计算方法，并且明确电流短路后一次设备的危害和解决措施。此时，教师可以采取提问和探讨的方式调动学生的学习积极性，引导学生独立思考，然后利用教学导入的方式将高压一次系统、低压二次系统保护等内容添加到知识框架中，真正形成统一的知识体系。

第二，教师可以将学生分为不同的学习小组，然后提出同一个问题引导学生进行深度研究。例如，教师在讲解电流保护整定计算方法的过程中，学生对部分短路计算的知识已经有所了解，但是对于三段式电流保护内容的掌握还存在一定不足，此时教师可以利用小组学习的方式组织讨论活动，找到输电线路不同故障位置短路电流变化的趋势，然后依据继电保护的要求进一步分解三段式保护的内容，在学生共同讨论的过程中能够有效促进学生全面掌握输电线路保护方式的内核。

3.2.2 项目式教学法

在电力系统继电保护教学改革的过程中，教师要结合学生的情况引导学生掌握更多继电保护工程实践性知识，从而在调动学生学习积极性的同时，还能提高学生的综合实践水平，增强学生工程技术学习能力，因此教师可以采用项目式教学法（见图1）。

图1 项目式教学法基本流程

第一，教师要依据电力系统继电保护的相关内容挑选适合学生学情的项目，需要注意的是，课题的选择可以由教师提出，也可以结合企业的相关内容完成课题的选定，并且结合项目提出的任务，对项目规划和项目要求进行细化，鼓励学生利用讨论等方式选取相应的课题。例如，在学生初步掌握三段式电流保护内容后，教师为了引导学生对距离保护有更加深入的认知和了解，可以结合不同电压等级输电线路或新建线路保护内容拟定不同的项目，为学生更好地掌握相关知识提供保障。

第二，教师指导选取同一课题的学生组成团队，教师可以采用组间同质、组内异质的方式将学生分为不同的项目小组。一般而言，建议一个团队4～5 人，人数较多无法激发每个人的积极性，人数太少会出现规定时间内任务无法完成的问题。

第三，教师鼓励学生制订相应的方案，在方案中不仅要有完整的项目规划，也要明确具体的项目分工，教师对方案予以初步审核并提出建议。在方案制订的过程中，教师要引导学生应用所学的理论知识解决实际问题，并且广泛查询相关资料，配合分析方法建立有效的方案应用模式。

第四，教师对学生的项目成果进行验收评价，并综合评估学生的参与度。与此同时，教师也要通过学生的项目成果了解学生分析问题和解决问题的能力、口头和文字表达能力、团队合作能力等，从而给予学生更加全面的指导，再让学生形成完整的项目书面报告。

除此之外，高校可以开展校企合作，与电力企业签订共同建设电气工程专业的协议，为学生提供良好的专业实习场所，这样可以使学生更易于接受和掌握有关继电保护原理和分析方法，同时聘请企业的技术专家，结合电力生产的实际案例给学生进行讲解分析，真正达到校企合作的目的。

3.3 改革电力系统继电保护实验教学方式

在电力系统继电保护教学指导中，教师要更加关注学生实践能力的培养，因此教师可以引入更加多元的教学手段提升实验教学的有效性。

第一，将MATLAB/SIMULINK 仿真软件和继电保护可视化软件引入实验课程教学中。可视化电力仿真软件可对各电压等级下的各种故障、异常工作状态进行仿真操作，以真实直观的实验教学形式对学生进行专业技能训练，提高学生的课堂参与感和体验感。此外，教师可以采用多元教学联动方式，在网上形成相应课题，鼓励学生参与线上讨论，实现资源共享，为学生进一步掌握相关知识内容提供支持。

第二，为了提升学生实验水平，教师要在实验前指导学生充分了解实验的相关原理，充分利用现代化教学设备、教学仪器及多媒体课件等辅助设备开展教学活动，用图片、三维彩图、动画及实物演示电气设备的结构和原理。

第三，教师在实验教学中要指导学生汇总相关学习资源，然后鼓励学生对实验流程进行思考，并且自己要明确实验内容的意义和要点，以及动手反复操作和练习为学生做好示范，激发学生的学习动力和参与积极性。

3.4 改革考核方式

为了保证电力系统继电保护教学改革工作顺利开展，高校不仅要从内容、教学方法及教学体系等方面探索相应的改革路径，还要对考核方式进行改革，将理论知识考核、实践能力考核、论文考核相融合，打造多样化考核模式。完善的过程化考核体系不仅能提高学生学习兴趣，还能对学生的综合能力进行有效评估，从而建立更加完整的教学机制。因此，教师要将理论知识考核、平时作业、实验结果及课题论文融合在一起，评估学生的整体成绩，促进学生全面进步。

4 结语

高校在电力系统继电保护教学改革中融入CDIO工程教育理念，要制订多元化教学方案，探索多样的教学改革路径，以提高学生的综合素质，培养学生实践能力，为推动高校更好地发展，实现人才培养目标奠定坚实基础。