基于精品課程建設的“水電站”教學改革與實踐

韓菊紅 劉文立 馬躍先

摘要：結合精品課程建設目標及內容要求，對水利水電工程專業的專業核心課程“水電站”，從課程內容、教學方法與手段、教學資源等各個教學環節進行改革與建設。教學實踐表明，這對于培養學生的創新意識和能力、提高學生分析問題解決問題的綜合能力效果顯著。

關鍵詞：水電站;教學改革;精品課程建設

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）32-0078-03

“水電站”課程是水利水電工程專業的核心主干課之一，是一門包含固體、流體、機械、電氣設備等課程理論知識單元同時又包含實驗、實習、課程設計等實踐教學環節的綜合性專業主干課。

鄭州大學“水電站”課程2008年被評為河南省精品課程;其所屬專業——“水利水電工程”于1959創建，是鄭州大學最早的工科專業之一，是河南省首批名牌專業（2005年），是國家首批第二類特色專業（2007年）;其所屬學科——“水利工程”具有一級博士學位授予權和博士后流動站。

本文結合精品課程建設目標及內容要求，水利水電工程專業的專業核心課程，從課堂教學、實驗、實習、課程設計、專題拓展講座等各個教學環節對“水電站”課程進行改革與建設。

一、課程體系建設

“水電站”是一門包含固體、流體、機械、電氣設備、制圖等理論知識、同時又與工程實際密切結合的綜合性課程。結合課程特點，對水電站課程體系、教材建設以及教學內容與教學手段的改革進行系統研究，建立了“課堂理論教學+實驗教學+實習+課程設計+專題拓展”等模塊式課程新體系，如圖1所示。

通過理論課程學習，使學生掌握水輪機類型、結構組成、工作原理、特性和選型，水電站的典型布置、水電站進水口、渠道及隧洞、壓力管道、調壓室工作原理、適用條件，輸水系統建筑物的水力計算和結構設計方法，引水式地面廠房和其他類型廠房的布置設計、類型選擇、荷載的確定及其結構設計原理等知識。使學生初步掌握有關水電站建筑物的基本設計方法。

配合課堂理論教學講授進度，適時進行課程實驗，增加學生的感性認識、動手能力和創新意識，使學生加深理解和掌握水電站的主要組成部分、水力發電的演變過程和產生的各種水力現象，鞏固所學的理論知識。

通過課程設計，進一步鞏固和加深廠房部分的理論知識，使學生了解水電站廠房設計的步驟和方法，培養和提高學生獨立分析問題和運用所學理論知識解決實際問題的能力。

在課程實習中，通過請專業設計人員作水電站樞紐建筑物設計的專題報告，參觀已有、在建等典型的大中型水電站樞紐工程，從理論到實際，較為系統地了解水利工程特別是水電站樞紐的規劃、設計以及工程施工各個階段的要求、設計的原則、使用的方法，體會理論在設計中的運用。通過對已建工程設計的學習，吸取其經驗教訓，收集工程中使用的成功和先進的施工技術，學習優秀的設計方法，為畢業設計和今后的工作打下良好的基礎。

在專題拓展教學環節中，依托課程組主講教師的專業研究方向和研究成果，配合課堂教學，理論聯系實際，組織各方向2～3次課程講座，向學生介紹國內外特別是學生熟悉的授課教師的專業最新研究成果和發展動態、在建或籌備中的典型工程實例，鼓勵學生積極參與課堂討論，既擴大學生的知識面又使教學內容更加新穎，形成基本理論和最新科研成果、最新工程實例相結合的創新思維教學方法，激發學生的創新意識和參與創新活動的積極性，為學生明確今后的工作或研究方向奠定基礎。

二、教學方法改革

重視探究性學習、研究性學習，體現以學生為主體的教育理念。通過靈活運用多種先進的教學方法，有效調動學生的積極性，促進學生積極思考，提高學生的創新學習能力，讓學生不僅掌握本課程的基本理論和解決問題的基本方法，并能夠獨立地從事水利水電工程規劃、設計、施工、監理和科研工作，成為水利工程及相關專業的復合型、創新型人才。

結合課程特點，靈活運用多種先進的教學方法。

1.課堂教學

① 采用啟發式、互動式教學方法，提高學生主動思考的能力。

② 采用板書、多媒體、錄像、教學模型、掛圖、照片等相結合的教學形式，使課堂信息量大，重點突出，生動有趣，激發學生學習興趣，提高教學效果。

③ 開展課堂討論，發揮學生在教學活動中的主導地位。

④ 開放式課后思考題和習題，促使學生學會利用文獻資料和圖書進行拓寬式學習、及時追蹤相關的國內外最新研究動向和工程建設進展，以激發學生的主動學習潛能。

⑤ 逐步加大雙語教學內容比例，目前重要的專業名詞和術語均采用中英文書寫，使學生在學習課程的過程中，熟悉一些專業詞匯。

⑥ 科研與教學結合，鼓勵學生參加科研，增強他們的動手能力、協作能力和創新能力。

如水電站類型部分，讓學生在課外查閱國內外最近的已建和在建典型水電站相關資料，鼓勵學生積極參與課堂教學，既擴大學生的知識面又使教學內容更加新穎。

水電站課程中有大量的經驗公式和經驗系數，如進水口高程確定、水擊和調壓室水力計算等，這些經驗公式和經驗系數光靠嚴密的理論推導是得不出來的，它們需要借助于相應的模型試驗和邊界假定而得到。在這部分內容的講解中，不能簡單地只讓學生記住這些經驗公式和系數，而是要向學生詳細地介紹為什么要進行如此的邊界假定和模型試驗，讓學生學到在處理復雜的問題時，學會如何去抓住主干而忽略細小枝節;同時，要讓學生了解到同一條件在不同問題中可能會由主干變為枝節，或由枝節變為主干。這樣，在專業課教學中培養學生的發散思維，使學生在分析問題和解決問題時，由一條思路擴散到多條思路，由單項思維擴展到立體思維，從而形成創新性思維模式。

另外，水電站課程中有部分結構復雜、無法用已有方法解決的內容。要解決這類問題，就涉及到許多超過學生所學課程范圍的相關知識和本專業方向的學科新成果和新動向。在以往的教學中，考慮到學生知識范圍所限，對這類問題基本上只作簡單介紹，一帶而過，讓學生在將來需要時去查專著。進行專業課教學改革后，發現此類內容正是培養學生創新意識的最有利條件。因此，在對這類內容的講解中，要向學生講述問題的特殊性所在、最原始的解決方法，并特別側重介紹隨著本專業及相關學科相應新成果的發展，這類問題解決方法的相應改進。如水電站廠房水下大塊體混凝土結構，它不能歸屬于梁、板、柱等構件。最初是把它簡化成厚板按彈性體進行計算，計算的誤差較大。隨著有限元的發展，開始用簡單的彈性有限元來計算，而后又引入了非線性有限元等方法，這些計算方法的改進，使該類構件的計算分析越來越接近問題的實際情況;最后還要讓學生明白，現有的最新計算方法并不是完美無缺的。目前許多本專業的學者正致力于該類問題的進一步研究，以期得到更好的解決方法。通過該類內容的學習，把本學科及相關學科的最新研究成果、新思想、新趨勢及時地傳授給學生，特別是結合教學內容把教師正在進行的科研項目和成果及時介紹給學生，從而引導學生形成探索未知的思想，激發起學生的創新意識，提高學生的創新學習能力。

2.實踐教學

①實驗教學。常規實驗和創新性實驗相結合，采取學生自行設計、分小組實驗，每6～8人一組，配備1名實驗指導教師，以此提高學生的科研意識和動手能力。

②實習。采用以專業教師帶隊集中組織統一實習，實習基地工程技術人員和帶隊教師共同指導的方式。實習環節教師和學生的比例約為1：20，保證每位學生充足的實習時間，注重培養學生的創新能力。實習成績根據實習現場面試、實習報告和實習單位評價等方面進行綜合評定。

③課程設計。采取多題選擇、手工繪圖與計算機輔助繪圖相結合、開放式設計等措施，鞏固學生的基本技能和現代設計手段。

三、教學資源建設

形成了一套完整的紙質教材、電子輔助教材和網絡課程相結合的立體化教材教輔體系。

1.教材建設

課程組自2003年開始，根據高等學校水利水電類專業《水電站》教學大綱和水利水電工程最新的各種標準和規范，結合長期從事水利水電專業教學、生產實踐及科學研究的經驗，先后編寫了兩部《水電站》教材。

課程配套實驗教材均為自編教材。結合教學內容和最新科研成果，不斷更新實驗教材，目前在原有實驗內容基礎上還完成了部分開放性創新性實驗內容，實驗教材配套齊全，能滿足教學需要。

為提高學生的自主學習能力和研究性學習能力，結合各章節教學內容，均開列并提供相關的教材、專著、文獻和從相關設計科研單位收集到的最新資料;同時采用開發和購置相結合的方法，提供多種版本電子教材、多媒體課件、幻燈片等現代化教學技術和手段輔助教學。

課程組還相繼編著出版了《水電站建筑物設計參考資料》、《水利水電工程概論》、《水力學》等系列教材。

2.信息技術輔助教學手段建設

課程組自2004年開始，在河南省高校21世紀網絡課程建設工程資助下，開發了《水電站》多媒體教學課件。開發的課件中包含了大量工程實景圖片、動畫視頻和動手作業習題，可用于水電站課程的課堂教學或課外自學，可有效地激發學生的學習興趣、培養學生的創新意識和創新能力。該課件已通過省級教學成果鑒定，獲2007年省信息技術優秀成果一等獎。

同時還相繼開發完成了《認識實習》網絡課件、具有水利水電專業特色的《文獻檢索》多媒體教學課件以及水力機械教學錄像片等。這些信息技術輔助教學資源，可以有效解決目前《水電站》課程學時少、講授內容多、課程講授需要與實際工程密切結合等問題，促進學生理解和掌握課本知識，提高教學效果;還可以解決教學經費緊張、教學輔助設備（掛圖、模型及幻燈等）更新慢、實習經費緊張、實習工地危險等問題，同時也為該課程的遠程教學提供了基礎。

應用多媒體輔助教學手段，教師能夠充分利用課堂上的時間，形象再現國內外典型的水電站工程實例圖并形象展現廠房布置的三維空間關系等，促進學生理解和掌握課本知識，提高教學效果。

近年來的使用表明，適當應用《水電站》課程多媒體輔助教學系統是提高教學質量和培養學生創新能力的有效途徑和重要手段。

3.網絡教學資源建設

2006年，水電站課程網站開通運行，經過多年的建設，網絡教學資源內容豐富、功能比較齊全、運行良好，并能有效共享，在教學中發揮了重要作用。該網站教學資源將不斷更新動態。

4.實踐性教學資源建設

多方籌措資金加大實驗教學投入，自行設計制作與購置相結合，更新了實驗教學設備，設計開發了相應開放性創新性實驗，為培養學生的創新意識和創新能力提供了平臺。

擁有7個相對固定的校外實習基地，并能滿足教學需要，其中南灣水庫、河南省水利第一工程局、河南省水利第二工程局等3個實習基地已簽訂協議書并以學校名義掛牌。能夠進行開放式教學且效果明顯。

四、考核方式及效果

建立了課堂教學與教學管理及成績評定方法改革相結合的開放式教學模式，采取出勤率、作業、實驗、期末考試成績有機結合的綜合成績評價體系，使“融傳授知識、能力培養、素質教育于一體”得以體現并取得顯著成效。

課程考試方法和考核成績綜合評價辦法在開課之初向學生公布?？偟乃悸肥侵鸩皆龃笃綍r學習成績（出勤率、作業、實驗、課堂討論）比重，目前平時成績占20%-30%，期末考試成績占80%-70%，采用平時成績與期末考試成績相結合，綜合評定學生的學習效果。課程考試成績采用百分制。

課程設計成績是依據學生設計過程表現、圖紙和設計說明書的質量等各方面綜合評定的，分為優、良、中、及格和不及格五個等級。

培養的學生近2年平均考研錄取率達34.5%、平均就業率為96.8%。近兩年在全國大學生英語競賽和大學生數學建模競賽中獲省級以上獎勵10項，其中國家級獎勵9項;獲得國家專利2項。

參考文獻：

[1]韓菊紅，李平先，郭進軍.依托科研項目培養創新型人才[J].現代教育通訊，2007，（3）：112-113.

[2]賴旭，伍鶴皋，龔國芝.《水電站》課程多媒體軟件設計[J].武漢水利電力大學學報，2000，33（6）：53-56.

（責任編輯：劉翠枝）