高職繼電保護(hù)課程信息化教學(xué)改革探討

王海軍 姚紹漢

南京鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院 江蘇南京 210031

高等職業(yè)教育作為主要培養(yǎng)服務(wù)類技術(shù)技能人才的教育模式，在整個教育行業(yè)中舉足輕重。2021年4月13日，習(xí)近平總書記對職業(yè)教育工作作出重要指示：在全面建設(shè)社會主義現(xiàn)代化國家新征程中，職業(yè)教育前途廣闊、大有可為，要深化產(chǎn)教融合、校企合作，深入推進(jìn)育人方式、辦學(xué)模式、管理體制、保障機(jī)制改革，加快構(gòu)建現(xiàn)代職業(yè)教育體系。因此，通過課程改革的方式辦好職業(yè)教育非常重要。

隨著科技的發(fā)展，中國高鐵和特高壓電網(wǎng)成為我國對外的科技名片，為了能夠配合我國“一帶一路”政策，與之相關(guān)的高等職業(yè)教育也需要進(jìn)行育人方式的改革，繼電保護(hù)課程作為鐵道供電、電氣工程相關(guān)專業(yè)的重要專業(yè)課程，需要逐漸從傳統(tǒng)的教學(xué)方式向數(shù)字化、信息化教育教學(xué)方式進(jìn)行過渡，因此，需要提前做好相關(guān)課程信息化改革，才能更加符合實(shí)際的發(fā)展。

一、現(xiàn)階段繼電保護(hù)課程授課現(xiàn)狀分析

繼電保護(hù)是對電力系統(tǒng)中發(fā)生的故障或異常情況進(jìn)行檢測，從而發(fā)出報警信號或直接將故障部分隔離、切除的一種重要措施，對于整個電力系統(tǒng)至關(guān)重要，是電網(wǎng)穩(wěn)定、安全運(yùn)行的保障。因此，繼電保護(hù)技術(shù)是供用電技術(shù)、鐵道供電等專業(yè)和核心課程之一。現(xiàn)階段繼電保護(hù)課程授課的主要問題有如下幾個方面。

(一)理論教學(xué)時長較短，合理的專業(yè)教學(xué)體系安排難度大

高職教育一般只有三年，其中第五、六學(xué)期一般為實(shí)訓(xùn)、實(shí)習(xí)等環(huán)節(jié)，無法開設(shè)理論課程，而第一至第二學(xué)期一般安排基礎(chǔ)課程，因此，只有第三至第四學(xué)期開設(shè)專業(yè)課程，專業(yè)知識學(xué)習(xí)較少。其次，體系也不太合理，以供用電技術(shù)、鐵道供電技術(shù)等專業(yè)來說，一般在第一學(xué)期同時設(shè)置電工基礎(chǔ)和高等數(shù)學(xué)。很多同學(xué)沒有高等數(shù)學(xué)的基礎(chǔ)，對于電路、電工中的動態(tài)電路的理解較難，給后期專業(yè)課程的學(xué)習(xí)增加了難度，尤其是專業(yè)核心課程之一的繼電保護(hù)技術(shù)課程，該課程涉及前期課程電工基礎(chǔ)、電力系統(tǒng)理論、電機(jī)學(xué)、變電所一次系統(tǒng)等眾多課程知識，由于前期基礎(chǔ)不足，教學(xué)和學(xué)習(xí)難度可想而知，給教師教學(xué)和學(xué)生學(xué)習(xí)的帶來了極大的不便。

(二)授課內(nèi)容偏重理論，學(xué)習(xí)的這部分理論與實(shí)際運(yùn)行在繼電保護(hù)裝置的控制原理有差距

雖然課時不多，考慮到學(xué)生的入門知識的重要性，為了使學(xué)生理解繼電保護(hù)的基本原理，教師授課過程中一般會偏重理論，選用的教材涵蓋了繼電保護(hù)的各種理論，但是所選知識大多比較陳舊，只是體現(xiàn)了大而全，很多理論在實(shí)際的繼電保護(hù)中幾乎淘汰，使用的原理與實(shí)際運(yùn)行相脫節(jié)。學(xué)生在后期的實(shí)習(xí)實(shí)踐中無法對接，學(xué)習(xí)技能的高職學(xué)生不能很好地掌握現(xiàn)場的設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)特性。

(三)實(shí)訓(xùn)實(shí)踐設(shè)備的可操作性與現(xiàn)場設(shè)備的高科技性相矛盾

為了使學(xué)生更好地理解繼電保護(hù)的知識，開設(shè)了實(shí)訓(xùn)實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容?？紤]到學(xué)生基礎(chǔ)知識較少，實(shí)踐內(nèi)容采用的設(shè)備主要以早期使用的繼電器組合邏輯裝置為主，該裝置可以很好地讓學(xué)生了解繼電保護(hù)的原理，但是隨著科技的發(fā)展，現(xiàn)場的繼電保護(hù)裝置采用的是微機(jī)保護(hù)，和繼電器組合邏輯裝置完全不在一個科技時代，且微機(jī)保護(hù)涉及的科目非常多，學(xué)生學(xué)習(xí)完全掌握不到實(shí)際運(yùn)行設(shè)備的實(shí)作條件，所以高等職業(yè)技術(shù)的學(xué)生實(shí)踐意義不大。

(四)上課過程中主要以傳統(tǒng)講解為主，信息化的手段和資源較少

現(xiàn)在教學(xué)過程中主要以課堂授課為主，雖然老師在備課、授課過程中使用了部分電子信息的手段，授課內(nèi)容中也加入了豐富的實(shí)踐案例，但是由于信息化的手段有限，信息化的資源較少，學(xué)生動手的機(jī)會較少，一旦課堂教學(xué)結(jié)束，學(xué)生很難復(fù)現(xiàn)上課的內(nèi)容，使學(xué)生的理解難度加大。

二、繼電保護(hù)課程教學(xué)改革建議與設(shè)計

根據(jù)以上的分析，繼電保護(hù)課程現(xiàn)階段存在一定的教學(xué)改革要求，在信息技術(shù)快速發(fā)展的今天，在實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)期間開展一定時間的網(wǎng)絡(luò)課程或者線上課程，既可以滿足實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)的要求，又可以通過信息化手段深入實(shí)作的過程，為學(xué)生考慮安全用電和培養(yǎng)學(xué)生的工作習(xí)慣奠定一定的基礎(chǔ)。因此，對于繼電保護(hù)課程教學(xué)改革建議主要如下。

(一)適當(dāng)考慮課程的銜接，合理規(guī)劃專業(yè)教學(xué)體系

現(xiàn)階段的教學(xué)計劃主要將第五、六學(xué)期設(shè)置為校內(nèi)實(shí)訓(xùn)和校外實(shí)習(xí)，考慮職業(yè)教育實(shí)習(xí)的問題，學(xué)生外出實(shí)習(xí)階段中，由于在校外實(shí)習(xí)，部分企業(yè)管理松懈，同時由于學(xué)生沒有工傷保險、社保以及職業(yè)資格證明，因此繼電保護(hù)相關(guān)的學(xué)生進(jìn)入到單位后很少有動手操作的機(jī)會。鑒于此，可以在信息化背景下適當(dāng)調(diào)整課程體系，縮短校外實(shí)習(xí)的規(guī)定實(shí)踐，加大校企合作、雙元育人的力度，充分結(jié)合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行實(shí)習(xí)，將實(shí)習(xí)時間在教學(xué)過程中體現(xiàn)。如第五學(xué)期整體在校內(nèi)學(xué)習(xí)，將實(shí)訓(xùn)的內(nèi)容分解到相關(guān)課程中，既保證了課程銜接，也考慮了學(xué)生的學(xué)習(xí)內(nèi)容；第六學(xué)期根據(jù)學(xué)生獲取職業(yè)資格的情況，可以設(shè)置部分時間在校內(nèi)實(shí)訓(xùn)，部分時間在校外實(shí)習(xí)。

(二)開拓校企合作，高質(zhì)量完善教學(xué)教材

積極探索校企混編教學(xué)團(tuán)隊的建設(shè)，引進(jìn)企業(yè)的力量，根據(jù)企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)過程中的運(yùn)行設(shè)備，總結(jié)新設(shè)備的理論和操作方法，開發(fā)適用于專業(yè)發(fā)展的高質(zhì)量教材，同時依據(jù)設(shè)備運(yùn)行原理安排相關(guān)的基礎(chǔ)理論，這樣將極大提高高職學(xué)生在后期實(shí)習(xí)實(shí)踐中對現(xiàn)場設(shè)備的適應(yīng)能力，達(dá)到培養(yǎng)“技能大師”的目的。

建設(shè)新教材時，可以充分發(fā)揮信息化手段，建設(shè)基于電子信息技術(shù)的活頁式教材，這將為后期專業(yè)的信息化建設(shè)提供有力的支撐。尤其在信息技術(shù)發(fā)達(dá)的現(xiàn)在，學(xué)生教材如果不能通過信息化體現(xiàn)，那么學(xué)生就很難接觸部分繼電保護(hù)的最新知識，同時采用信息化電子版教材和在線手段，讓學(xué)生更加及時地學(xué)習(xí)相關(guān)內(nèi)容。

同時可以充分借鑒“1+X”證書、企業(yè)或行業(yè)職業(yè)體系鑒定有關(guān)的材料，或者與企業(yè)專家共建，讓學(xué)生更加及時地學(xué)習(xí)當(dāng)前的最新知識、最新操作規(guī)程，為其后期與企業(yè)的對接奠定基礎(chǔ)。

(三)信息化實(shí)訓(xùn)設(shè)備的開發(fā)

由于繼電保護(hù)設(shè)備專業(yè)性比較強(qiáng)，學(xué)生理論學(xué)習(xí)和實(shí)際運(yùn)行設(shè)備差距較大，因此為了更好地培養(yǎng)學(xué)生理解專業(yè)知識，對繼電保護(hù)原理和設(shè)備采用基于信息化的實(shí)訓(xùn)設(shè)備開發(fā)，利用虛擬仿真技術(shù)、VR、AR等信息化手段，改善學(xué)生實(shí)訓(xùn)的條件，吸引學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

由于繼電保護(hù)技術(shù)實(shí)訓(xùn)過程中面對的實(shí)際電壓較高、電流較大，因此除了在實(shí)訓(xùn)設(shè)備本身設(shè)置各種安全保護(hù)裝置外，還需要教師的參與、指導(dǎo)。而虛擬仿真技術(shù)具有可重復(fù)性和安全性，學(xué)生學(xué)習(xí)后可以自行加以訓(xùn)練，不僅極大地調(diào)動了學(xué)生學(xué)習(xí)繼電保護(hù)專業(yè)的主動性，而且也給學(xué)生學(xué)習(xí)信息化技術(shù)提供了環(huán)境。同時也可以設(shè)置簡單的問題，讓學(xué)生采用自己的想法進(jìn)行鉆研，提高學(xué)生的科研思考能力和解決問題的能力。

如圖1為開發(fā)的基于Matlab的線路保護(hù)，通過信息化的知識，學(xué)生可以快速掌握相關(guān)的知識。

圖1 Matlab仿真線路三段保護(hù)

如圖1，通過Matlab開發(fā)的仿真線路三段保護(hù)在教學(xué)系統(tǒng)中得到了應(yīng)用。系統(tǒng)正常運(yùn)行時，第一段線路末端在0.3秒后三相短路，系統(tǒng)延遲0.5秒后保護(hù)動作，得到的系統(tǒng)三相電流的運(yùn)行圖如下圖2。

圖2 在運(yùn)行0.3s后發(fā)生短路的電流圖

該圖形象直觀地反應(yīng)了電力系統(tǒng)各相電流的變化，同時可以觀察保護(hù)動作的時間、電壓的變化等參數(shù)，由于可以不在實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)，不涉及高電壓和大電流，學(xué)生可以在自行訓(xùn)練過程中，根據(jù)不同的電壓等級、故障電阻的大小進(jìn)行多次訓(xùn)練，形象生動，方便理解電流電壓的關(guān)系。同時通過以上的聯(lián)系增強(qiáng)相關(guān)課程的理解，起到相互促進(jìn)的作用，在實(shí)作訓(xùn)練前大大提高了學(xué)生的認(rèn)知程度，起到了良好的課程先導(dǎo)作用。

(四)加大信息化資源庫建設(shè)

在正常上課時，學(xué)生收獲的知識是教師在課堂授課完成的，一旦下課后想繼續(xù)了解相關(guān)知識，只能通過回憶教師課堂的講課、自學(xué)、同學(xué)相互研究或者請教教師完成，學(xué)習(xí)的途徑非常單一。

通過建設(shè)信息化資源庫以及微課、在線開放課程、優(yōu)質(zhì)課等各種視頻資源教程，引入各類信息化的助學(xué)資源，極大方便了學(xué)生的學(xué)習(xí)。一旦信息化資源庫建成并完善，學(xué)生不僅可以在課堂中獲取新知識，而且可以通過資源庫反復(fù)學(xué)習(xí)，對于不太清楚的、難度加大的內(nèi)容反復(fù)學(xué)習(xí)，直到弄通弄懂為止，極大挖掘?qū)W習(xí)效率，充分利用了學(xué)習(xí)時間，為學(xué)生對于整個專業(yè)的理解奠定基礎(chǔ)。

在信息化的背景下，教師通過互聯(lián)網(wǎng)手段進(jìn)行授課，為了最大限度地將最新的知識傳遞給學(xué)生，同時也便于學(xué)生實(shí)時資訊問題，信息化資源庫的建設(shè)就非常重要。

三、總結(jié)

繼電保護(hù)是鐵道供電、供用電技術(shù)等專業(yè)的核心專業(yè)課，隨著科技的發(fā)展，原先的傳統(tǒng)教學(xué)已經(jīng)不足以滿足專業(yè)發(fā)展的要求，因此信息化引入后的課程改革勢在必行，可以通過對教學(xué)大綱、課程體系等的試探性改革，對教材、實(shí)訓(xùn)設(shè)備和信息化資源的建設(shè)，尤其是在信息化快速發(fā)展的背景下，基于信息化的課程改革，形成以學(xué)生為主導(dǎo)的教學(xué)模式，讓學(xué)生從課程改革的浪潮中學(xué)到一技之長，對于學(xué)生的學(xué)習(xí)和專業(yè)綜合能力的提高有很大的意義。