“水輪機原理”互動式教學模式探索

呂文娟

摘要：針對傳統教學模式存在的問題，文章提出了將互動式教學模式應用于“水輪機原理”課程理論教學和實踐教學的新舉措，促使并激發學生積極參與到課程的教學與實踐環節中，培養學生的創造意識，增強課程的教學效果，為培養水電行業創新型人才奠定一定的基礎。

關鍵詞：互動式教學；水輪機原理；教學改革

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）30-0188-03

水電能源是目前世界上大力發展的清潔可再生能源，亦是我國能源中十分重要的組成部分，其人均占有量為世界人均占有量的55.1%。根據國家“十二五”規劃以及“十三五”規劃，將在保護生態基礎上有序大力開發水電[1]。近年來，隨著我國水電行業的迅猛發展，水電工程事業國際化和經濟全球化的發展，以及水電站新技術、新設備的不斷發展和應用對水電行業的人才需求提出了更高的要求[2，3]。“水輪機原理”作為培養水電工程發電系統設備設計、制造、運行管理與維護等高素質復合型人才必不可少的專業主干課程，行業發展對其教學也提出了更高的要求。本文就其教學方法及過程進行研究與探索。

“水輪機原理”課程是能源與動力工程專業（水力機械及工程方向）的核心專業課程，具有很強的專業性、實踐性和系統性等特點，因此，在其教學環節中應加重理論與實踐的相結合，以改善學生理論知識扎實而動手能力和創新意識薄弱的現象，以適應行業人才發展需求[4，5，8]。本文將互動式教學模式應用于“水輪機原理”理論教學環節與實踐教學環節的這一新舉措，大大提高了對教師的“教”和學生的“學”的要求，也對“教+學”提出了更新的挑戰。在互動式教學方法中，教師的“動”是指教師將知識按計劃分層次地傳授給學生，而學生的“動”則是需要他們及時地將自己想要了解和掌握的知識點和相關信息反饋給老師，以形成雙方之間一個動態的影響。互動式教學方法不僅可以很好地促進師生之間的交流，也能大大激發學生學習的積極性和主觀能動性，培養學生的創新意識等，目前也已被各大高校試用于教學改革當中[6，7]。

一、“水輪機原理”課程教學現狀及教學中存在的問題

“水輪機原理”課程作為能源與動力工程專業（水機方向）的一門專業主干課程，其教學目的是讓學生初步理解并掌握水輪機的基本概念、工作原理、選型設計及水力設計方法等一般基本理論和基本技能，為后續的課程設計和畢業設計提供必要的理論基礎知識和應用工具，并且能夠運用所學的知識去分析解決一些與工程實際相關的問題，也為學生將來從事水力機組的設計與研發、水輪機發電機組的安裝和檢修以及相關管理工作打下基礎。因此，牢固掌握課程的基本內容，透徹理解其原理及方法，是夯實學生專業基礎，提高學生專業素養的關鍵。

目前，“水輪機原理”課程的教學模式可概括為四段串行模式，即“課前預習—課堂教師講授—實驗室試驗—課后教師評閱”。課前預習——普遍存在學生課前準備不充分，預習不到位或者根本不預習，導致課堂教學效果不高，究其原因主要在于教師對學生課前預習的要求過于籠統或者教師自身對課前預習認識的不足致使學生不重視課前預習或不知怎樣預習；課堂教師講授——即課堂理論教學，多采用灌輸式（填鴨式）教育，對初次接觸專業課程的學生而言，對該課程的學習缺少客觀體驗、實物認知，結構、理論抽象，不易理解，學生接受知識基本屬于“被動接受”狀態，而由此帶來的一系列問題將可能成為后續課程學習的障礙；實驗室試驗——即水輪機的模型試驗，采用的是傳統驗證性試驗，即所有學生進行完全相同的實驗，按規定的理論知識內容和實驗方案進行實踐，從理論知識到實踐成果的理解和掌握就是整個試驗過程學中生的主要收獲，老師則負責理論知識的講授，學生僅作為學習主體，而他們的創造性很難有機會去展示；最終教師是通過學生提交的實驗報告進行實驗成績的評閱。這種方式雖然有助于增強學生對理論知識較好的理解，但其不能激發學生學習的積極性和對課程及專業的興趣度，也體現不了學生的主體性，致使學生的創造性得不到鍛煉和提升。因此，“水輪機原理”課程的教學改革必須采用一種有效的方法，去激發和培養學生的積極性、主動性、創造性和創新性，以提高該課程的教學質量，同時對相關專業的課程教學產生積極的影響，促進學生綜合素質的全面提升，以適應行業人才發展需求[8-10]。

二、“水輪機原理”課程“互動式”教學模式的探索

“互動式教學模式”是一種以“培養學生自主意識和創新能力，讓學生愛學、會學、善學”為目標的教學結構模式[7]，是一個“教+學”兩個過程相互作用的整體性動態過程。在這個過程中，教師的主導施教和學生的主體認識是相輔相成的，兩者之間是“主體與主體”的平等關系，學生是認識的主體，教師是整個活動過程的組織者和指導者，兩者相互聯系，相互促進，有序發展。師生關系得到調節，相互作用得以促進，形成和諧的師生互動、生生互動情景，從而產生“教+學”共振、達到教學效果。因此，要實現真正意義上的互動教學就要合理發揮教師的主導作用和學生的主體作用。文中在“水輪機原理”課程的理論教學環節和實踐教學環節中對“互動式教學模式”進行了初步的探索。

1.理論課堂上啟發式與互動式結合教學。“水輪機原理”的理論課在整個課程教學中占據主導地位，它是進行實驗課程和后續課程的前提與基礎。如果采用傳統的“一問一答”的“啟發式”教學法，往往只是一少部分主動性較強和基礎較好的學生能夠得到“啟發”，而大多數學生基本不會去主動響應，這樣很容易形成理論部分“難以學懂”的印象，尤其是在水輪機工作原理（水輪機基本方程）和相似理論部分，數學推導過程較為復雜，物理概念和工程概念之間的聯系也較為客觀，學生在理解上很容易出現瓶頸和思維斷點。針對上述問題，文章提出啟發式與互動式聯合教學的方法，采用多媒體、視頻與傳統板書相結合的教學手段。具體的，在理論學習、原理推導及典型機組工作過程和相關問題的講解中：首先，由教師對講解的知識點和問題進行“提綱式”分析，給出主要思路和相關背景知識，并對其中的關鍵點設置問題；其次，要求學生進行5～12分鐘的課堂練習，啟發學生思考問題的同時提出問題，同時，在學生進行練習的過程中教師進行走動觀查，及時發現每位學生遇到的各種難點并適時地提出一些引導性問題引導學生作答，總結學生的觀點；最后，教師再進行重點的分析與講解。這樣，在整個“教+學”的過程中，學生獲得了一個獨立思考的機會，他們可以毫無顧慮地向老師提問并與老師、同學交流，極大地增加了他們的積極性和主動性；同樣，在交流過程中老師也能及時地發現問題，幫助學生突破思維斷點，加深學生的印象，以達到事半功倍的效果。

除此之外，在理論教學的過程中，教師可以找一些國內外的水電工程資料、各類型水輪機結構圖片、視頻展示給學生，啟發學生理論聯系實際，給學生增加一些工程概念，提高學生對專業課程的學習興趣，也便于更好地理解其基本原理，加深對重點、難點知識的印象，為后續的實踐環節奠定良好的基礎。

2.網絡平臺上的互動討論。為了讓學生的主觀能動性得以充分地發揮，使學能夠生積極參與到教學過程中，可以采用現代網絡化教育，體現時代性特征，創建課程教學的網絡互動平臺，如創建“水輪機原理”課程群，學生可在群內發言、提問，進行自由的討論和交流，還能夠實現課后作業的信息化管理，促使學生和教師互動起來。另外，教師可以根據課程的進度在網絡平臺上對學生提出一些專業拓展性問題，讓學生進行分組討論，最后教師給出總結。這樣既可以徹底辯清學習中的一些不明確的知識點，又可以節省出課堂時間，讓學生在掌握課堂基礎內容的基礎上了解課程的實際應用背景、研究熱點和發展動態等。例如：“水輪機原理”課程的教學中主要是以混流式和軸流式機組為主要研究對象進行各知識點的講解，但是，隨著國家水能資源的不斷開發，電網需求的變化，促使抽水蓄能機組、大型貫流式（燈泡式）機組等在電網中的應用越來越多。因此，可以采用小組互動的形式，讓各小組學生查閱去搜集目前我國在建的和擬建的上述各類型機組，并整理分析各水電站選用該種水輪機的原因和其發展動態等，形成相應的“研究報告”，培養學生的科研探索性，為實現創新教育理念與研究性教學相融合提供參考。

3.互動式實踐教學模式探索。實踐是檢驗學習的重要手段，也是培養學生實踐能力和創新精神的重要手段。“水輪機原理”課程的專業性和實踐性很強，它包括多個實踐環節：水輪機模型試驗、水輪機實習（包括認識實習和生產實習）及水輪機設計（包括課程設計和畢業設計）等。其中，水輪機模型試驗是跟隨理論教學進度動態進行的。在互動式實驗教學模式中，我們可將實驗分為必做、選做和自行設計三類。在每一個實驗的設計與實踐過程中，教師和學生、教師和教師、學生和學生之間都必須進行必要的及相互的討論與交流。通過研究性、綜合性實驗及自行設計的實驗加大學生自主創新能力的培養，提高學生的綜合素質和能力。在整個實驗“教+學”過程中，教師只作為一個引導者和協助者，在必要的時候給予學生相應的指導，學生作為主體，充分發揮其對知識的應用、實踐能力以及動手能力。水輪機實習和設計則是幫助學生熟悉并掌握水電站與水輪機結構布置，使他們能夠將書本里學到的結構與實際設備一一地對應，把腦子里的“平面圖”轉變為“立體圖”，弄清楚設備的結構組成、布置、連接及操作點實際位置等。以水輪機畢業實習為例，學生結束理論課程的學習之后，我們可以直接帶領學生去水電站現場參觀學習，學生可以通過與企業技術人員及帶隊老師的互動交流得以理論聯系實際，將所學的理論知識與現場實物作對比，了解水電站的全貌、水輪機在水電站中的核心地位以及水輪機的整體結構等，為后續的畢業設計環節尤其是水輪機的結構設計部分奠定基礎。那么，在這些環節中，教師、企業作為主要指導者，指導學生理論聯系實際，將所學的知識運用到平面設計與實物結構的認知中，學生作為認識的主題，須積極主動地與教師進行交流和討論，提高自己的主觀能動性，培養創新意識，為自己將來就業奠定良好的基礎。

三、結論

互動式教學模式是以“啟動—聯動—能動”為主線，以學生的主動探索學習為主體，以教師啟動為主導，以培養學生的創造能力、發展學生的綜合素質為中心，以優化課程教學模式，大范圍提高課程教學質量為目標，以動腦為核心進而拓展至動口、動手和動筆等諸多互動因素，以課堂上留給學生足夠的獨立思考時間和空間為主張，強調師生、生生交流提問和自由探討的教學環節，立足引導學生去發現更多知識的教學過程。互動式教學模式將“教+學”有機地結合了起來，使得枯燥又抽象的“水輪機原理”課堂變得直觀、生動、有趣，使機械的實驗過程變得更有激情，也可以加深加強學生對“水輪機原理”基礎理論知識的理解與應用，能夠激發學生的積極性、主動性和創造性，同時也可以促進建立良好的師生關系，有效提高“水輪機原理”課程的教學效果。該方法也對其他專業課程的教學具有參考意義。

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