“电力系统继电保护”课程思政的构建与实践_曹靖.pdf

基金项目：北方工业大学教改专项课程思政示范课程资助项目（项目编号：108051360022XN580）。作者简介：曹靖（1979），女，回族，博士，北方工业大学电气与控制工程学院讲师，研究方向为电力系统控制；徐继宁（1970），女，博士，北方工业大学教务处副处长，副教授，研究方向为自动控制；苑国锋（1979），男，博士，北方工业大学电气与控制工程学院副教授，研究方向为电力电子技术；赖锡煌（1980），男，硕士，北方工业大学研究生院讲师，研究方向为研究生教育管理、机器人工程应用。“电力系统继电保护”课程思政的构建与实践曹靖a，徐继宁b，苑国锋a，赖锡煌c（北方工业大学 a.电气与控制工程学院；b.教务处；c.研究生院，北京 100144）摘要：课程思政是一种全新的教育理念，是实现教育结构多元统一的重要途径。为全面贯彻课程思政理念，实现全程和全方位育人，文章以“电力系统继电保护”课程为例，深入剖析了课程特点，挖掘了专业知识中所蕴含的思政元素，将“马克思主义哲学思想”“责任精神”“工匠精神”等思政元素充分融合在教学设计、组织内容等环节中，进一步提升了课堂的教学质量，培养了学生职业素养，最后，本文利用教学反思总结了教学实践经验，以期为后续课程系统化思政建设提供一定的参考思路。关键词：课程思政；工程教育；教学改革；继电保护中图分类号：G642.0文献标识码：A文章编号：1673-7164（2023）15-0149-04课程思政的主旨是将思想政治教育贯穿于人才的培养体系中，从而充分提升学生的综合素质，达到教育结构多元统一的目标，是一种全新的教育理念。随着国家能源战略的调整，电力行业对于专业技术人才的需求不断增加，相关领域的课程思政探索和研究必然对落实立德树人的根本任务大有裨益。根据 高等学校课程思政建设指导纲要 纲要，“工学类专业课程，要注重强化学生工程伦理教育，培养学生精益求精的大国工匠精神，激发学生科技报国的家国情怀和使命担当。”因此，工学类专业课程首先需要明确素质培养和精神传承，并将这些要素进一步细化，形成具有明确意义的育人目标以及基于目标的改革措施。本研究以“电力系统继电保护”为例，深入分析了“电力系统继电保护”课程的特点及专业知识中所蕴含的思政元素，围绕家国情怀、职业精神等思想政治教育对教学内容、实施方案进行了重新设计，为后续课程系统化思政建设提供一定的参考思路。一、“电力系统继电保护”课程思政的必要性专业课程是课程思政建设的基本载体1。“电力系统继电保护”是电力系统专业入门的基本理论课程之一，具有很强的理论性和实践性，在工程能力应用及职业素养教育过程中担负着不可或缺的角色。这门课程汇集了输电线路的电流保护、距离保护、纵联保护、变压器的保护、母线的保护等用电设备的保护设计和基本运行理论，是理论与实践紧密结合的课程，具有系统性、综合性、融合创新、与时偕行的特点。与传统工业技术不同的是，电力系统继电保护课程的内容具有很强的生命力，继电保护的技术紧跟着电力系统的技术发展而发展，不断融合其他学科的新成就来开拓自己的新技术，这些特点都需要从业者不断地精进自己的技能，充实自己的知识储备，并将自身的发展与国家民族的复兴时刻保持一致，担负起时代赋予的使命。基于上述原因，本研究在“电力系统继电保护”这门课程中贯穿思政元素，促进专业教育与思想政治教育同步提升是非常有意义且必要的。课程思政1492023年第15期总第597期U ni versi t y二、“电力系统继电保护”课程中蕴含的思政元素分析电力系统继电保护是保证电力系统安全运行、提高经济效益的有效手段。随着科技发展的不断进步，智能化逐渐成为电力系统发展的必然趋势，与此同时智能化也必将成为继电保护行业重要发展方向之一。本研究以电力系统继电保护的经典知识内容“三段式过流保护的原理与设计”为例，通过研究本专业的知识背景挖掘其中蕴含的思政元素。首先时代精神的传承。通过讲授三段式保护设计过程的发展历程，介绍经典线路保护的设计思考过程，激发学生对工程问题的兴趣与探索，体会精益求精的工匠精神；其次选择智慧的渗透。以电力系统继电保护设计的四个基本要求为切入点，注重引导学生辩证统一的哲学思想2，并联系自己的生活经验，拓展面对选择的智慧。最后，安全责任意识的培养。在分析各种继电保护故障排除的过程中，充分感受安全责任意识，不断增强安全用电的观念，并引导学生树立科学严谨的职业素养和精神。这段课程内容在知识传授方面，可以使学生了解线路保护概念、二次接线、具体装置、保护整定等知识点；在能力培养方面，教学内容注重批判创新、工程能力、协同合作素质的引领；在价值塑造方面，教学过程将蕴含的“矛盾对立统一”的哲学思想、“责任重于山”的职业素养以及安全用电的意识贯彻始终。三、三段式电流保护的思政教学案例（一）教学设计1.教学内容及思路针对“三段式电流保护”的认知规律，本研究对教学内容进行了设计，首先讲述电网线路故障的特点，提出继电保护设计的基本要求，进而讲述三段式电流保护的整定原则、三段式保护特性及行为分析，让学生掌握相关理论知识和基本方法，并结合三段式电流保护的概念、意义将所蕴含的工程思想和理念融入其中。在理论知识的讲述过程中，结合经典的工程案例、制作案例习题，教学方法上灵活运用翻转课堂、讨论式教学，让学生深入掌握继电保护的基本要求、整定设计的基本技能，以及面对工程实际如何进行统筹决策的能力。在知识能力传授的基础上，引入电网故障危害视频，国家电网的发展规划视频，通过两个视频的介绍，配合课堂讨论和发言，以及协作习题，引导学生理解并树立统筹规划的科学发展理念，认识到“安全责任重于山”，领悟安全用电和环保意识。思政元素与知识点结合的教学思路如图 1 所示。2.教学方法传统思政课教学在授课过程中，过分强调教师的主体地位，偏重于“教”，而忽视了学生“学”的自主性3，因此，本案例旨在以学生为中心，多种教学方式融合。在教学方法上融合了情景式教学、启发式教学和问题式教学三种形式引导学生关注工程问题。案例采取了翻转课堂形式进行课前设计，设置思政教育讨论习图 1教学思路150题，调查思政效果及反馈意见，同时将各种工程能力目标融入每一个知识点的讲解中，积极开展实践的改革探索活动，充分鼓励学生在动手实践过程中进行评价与自我评价，使之成为学习的主体。（二）教学实践根据教学内容的设计，在教学实践的过程中，依次展示“电网故障特点分析”“继电保护设计基本要求”“三段式保护原理及设计”三个环节的教学，并将教学思政的内容融入其中，过程如下：1.电网故障特点分析教学设计电网的故障特点分析是本节课程的背景知识，继电保护的根本任务就是要避免电网发生大规模故障，进而避免由于操作不当引起的重大供电事故。因此，在课程之初，首先采用视频播放的方式进行工业发展史的展示和安全警示教育。一方面说明了我国继电保护发展的艰难历程，另一方面也展示了电网故障的特点、电网故障损害的范围以及国家电网的重要性。视频结束后，通过课堂讨论、启发式教学方式，让学生深入认识到电网故障的严重危害，获得电网可靠性和安全性的重要启示，为我国科技发展的速度感到惊叹，让学生更加坚定中国特色社会主义的理想信念，增强家国情怀和民族自信。2.继电保护设计的基本要求的教学设计不同于其他工程科技设计，为了保障电网的安全稳定运行，继电保护装置在设计之初就需要特殊强调设计所满足的基本四个要求，简称“四性”，即快速性、灵敏性、选择性和可靠性4。其中，选择性和灵敏性是课程教学的难点。这是继电保护的核心要素，也是每个继保从业者必须遵循的设计原则。作为电网的重要保护机制，继电保护于电网相当于军队于国家的作用，不可或缺。四性之间相互紧密联系，又各有不同，蕴含着矛盾统一的马克思主义哲学辩证思维5。在讲授的过程中，本案例采用举例对比的方式，使学生在体会矛盾统一的辩证思维基础上，教会学生“选择的智慧”。首先，四性中选择性和快速性是一对矛盾，选择性体现当电力系统某部分发生故障时，保护装置应能够使距离故障点最近的断路器首先断开，切除发生故障的设备或线路，从而缩小因事故造成的停电范围。快速性是指切除故障的时间尽可能地缩短，然而，当出现两个故障无法判断其准确位置时，单纯地满足快速性就会造成故障的蔓延，甚至形成事故。于是，加入一个时间维度用以保障系统设计的选择性，牺牲掉部分的快速性，甄别出两个故障的发生位置，这是继电保护的设计者带给后人的设计智慧。可靠性和灵敏性又是一对矛盾。灵敏性是指保护装置对被保护电气设备可能发生的故障和不正常运行情况的反应能力。可靠性主要指电网的安全性和可信赖性。其类比人体医学常见病例，如“过敏现象”，讨论如果人体某个器官过于敏感对于人体保护机制的利弊，进一步解释可靠性和灵敏性的矛盾统一。通过讲解四性的要求，让学生了解到有时候满足其中一种要求就必须牺牲另外一种要求，进一步让学生体会到了凡事都存在两面性，遇到问题要全面分析，权衡利弊。从工程问题角度分析，这种思维对于工程师的职业素质培养具有重要的作用；从生活中角度思考，列举生活中常见的实例，引导学生从大局观出发正确做出选择。3.三段式电流保护原理及设计原则教学图 2三段式保护电流整定原则通过概念的讲解和四性要求的分析，接下来就要具体讲解三段式电流保护设计的原理及步骤，这是本节课程的核心知识。所谓“三段”，分别代表着电流速断保护（第一段）、限时电流速断保护（第二段）、定时限过电流保护（第三段），相互配合构成的一套过电流保护机制。基于前述的故障特性分析，距离电源越近课程思政1512023年第15期总第597期U ni versi t y故障电流越大，那么继电保护整定的电流值在线路上就有一定的对应关系。如图 2 所示，A、B、C、D 分别代表不同的变电站，1、2、3、4 对应为每个变电站的断路器，也是对应的保护安装处，I 代表根据短路电流曲线所进行的本段线路的保护整定电流值，下标的“op”代表的工作整定，上标代表每一“段”的标识。基于电流升高而采用的继电保护装置的整定原则在面对多段线路下存在一个相互配合的复杂工程问题。对第一段的速断保护来说，依据线路末端最大短路电流来整定，即可保护线路的全长，但同时存在线路末端与下一个线路出口端故障界限不清晰的现象，于是引入一个时间维度就出现了电流保护第二段。电流第二段是基于第一段的基础上，用于区分线路末端故障的重要过流保护，在保护基本要求上，如果同时满足两段的快速性，势必会引起保护的冲突，于是保护第二段采用了牺牲快速性，保留选择性的措施与保护一段进行配合保护。为了保障电网的安全性，又设计了保护第三段作为后备保护，这就是三段式过电流保护的由来。表 1教学内容组织序号时间教学内容及方法思政元素15 分钟提问三段式电流保护应用的背景工程问题的复杂性215 分钟讲解三段式电流保护的原理工程能力310 分钟情境式教学，分角色讨论工程实践过程看待事物两面性及大局观410 分钟协作练习，分组完成课前设计习题协作精神、严谨作风在讲述这段设计思想的同时，为了让学生更深刻地理解工程师的思维，教师可采用情境式教学、讨论式教学，让学生扮演工程师的角色，利用学习的知识解决线路保护的工程问题，再通过扮演的不同角色做相应的课堂练习，使学生进一步体会三段式电流保护的思想，以及保护四性要求的矛盾统一，对科研工作的艰辛有了更深刻的认知，从而进一步坚定了脚踏实地的敬业精神。具体教学安排实施过程，如表 1 所示。（三）教学成果通过本节的学习，让学生在知识、能力和价值塑造三个方面达到教学目标的要求。课程贯穿了“以学生发展为中心”的核心教学理念，深入挖掘与专业知识相通的思政元素，促进了思政教育和专业教育的有效融合。首先，课程通过各种教学手段，提高学生对本专业的学习兴趣和对课程的宏观认识。其次，通过讨论、展示等活动，培育学生批判创新、团队协作、爱国主义、工匠精神等。最后，课程教学内容高度关联电力行业一线技术发展，讲解过程中使用工程专业分析软件，培养学生吃苦耐劳、爱岗敬业、追求卓越等优秀品质，成长为新时代担当的专业技术人才，让学生在学习理论的同时，了解工程与社会、树立时代使命感，培养艰苦创业精神，实现专业知识、技术、技能、素养与正确的价值观同步落实的教学目标。四、结语将课程思政理念融入课程教学已成为一种势不可挡的教育趋势6。“电力系统继电保护”是电力行业一门经典的理论与实践并重的课程，课程内容悠久又富有活力，蕴含着科技工作者的工程智慧，马克思辩证思维和大国工匠精神。深入挖掘并融合这些内容，采用适合当代大学生思维方式和行为习惯的教学环节，不断地进行思想政治教育，对于激发学生创新意识、提升学生科技报国情怀具有一定的现实意义。参考文献：1刘亚辉，仇斌，季学武.两线一格：课程思政在工科课程中的探索 J.北京教育（德育），2021（02）：42-45.2罗继东，刘媛杰，邹梦丽，等.“电力系统继电保护”课程融入思政元素的探索 J.科技视界，2020（07）：128-131.3贺家李，宋从矩，等.电力系统继电保护原理：第三版 M.北京：水利电力出版社，1994.4张宏亮，金海.基于工程教育专业认证理念的“高电压技术”课程思政建设探讨 J.课程教育研究：学法教法研究，2019（21）：1.5鲁敏，蔡新红，岑红蕾，等.课程思政背景下的电力系统分析课程改革 J.中国教育技术装备，2019（21）：97-98.6宋佳宁.“高速铁路桥涵施工与仿真”课程思政研究与应用 J.大学，2022（03）：100-103.（责任编辑：邹宇铭）152