水輪機調節(jié)案例教學改革路徑探索

許貝貝 陳帝伊 李永沖

摘? ? 要：案例教學法是以經(jīng)典案例為教學媒介，鼓勵學生獨立思考，注重培養(yǎng)學生實踐水平和綜合素質的一種教學方法和體系。文章遵循高等教育教學規(guī)律，對案例教學法在“水輪機調節(jié)系統(tǒng)”課程應用中的痛點與難點進行剖析，旨在推動“水輪機調節(jié)系統(tǒng)”課程教學質量和效率的提升，以滿足社會對水利類人才培養(yǎng)的需要。

關鍵詞：案例教學法；實踐能力；綜合素養(yǎng)；教學質量

中圖分類號：G642? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ?文章編號：1002-4107（2024）04-0082-03

隨著我國教育教學體制的不斷完善和創(chuàng)新，專業(yè)復合型、學術創(chuàng)新型人才成為高校的培養(yǎng)方向，學生課業(yè)壓力、學業(yè)負擔顯著增加。但與此同時，學生培養(yǎng)工作中實踐環(huán)節(jié)缺失，人才培養(yǎng)創(chuàng)新能力明顯不足。案例教學作為連接理論和實踐的重要橋梁，在學生實踐能力培育中發(fā)揮著獨特作用。相較于傳統(tǒng)教學模式，案例教學法重視雙向交流，鼓勵學生獨立思考，大大縮短了教學情境與實際生活的距離；挖掘教師創(chuàng)新潛能，在課堂教學實踐中淬煉優(yōu)秀師資解決實際問題能力[1]。此外，我國水利事業(yè)從無到有，從小到大，凝聚著前輩們?yōu)榻ㄔO新中國而付出的巨大努力和犧牲，水利工程案例中自帶的思政屬性可升華為學生的內(nèi)在精神涵養(yǎng)和價值追求，完成與教學內(nèi)容的互動融合，實現(xiàn)育人育才

“潤物無聲”。事實上，案例教學與理論講解并不對立，在典型案例中融入理論知識，啟發(fā)學生獨立思考，鼓勵學生積極參與討論，是水輪機調節(jié)系統(tǒng)案例教學法實踐中所追求的。但目前水輪機調節(jié)系統(tǒng)案例教學法優(yōu)勢并沒有充分發(fā)揮，應用推廣也十分局限，存在案例編寫困難、課堂互動不足、教師操作規(guī)范及能力較弱等問題。為此本文以實際問題為導向對水輪機調節(jié)系統(tǒng)案例教學法的應用策略展開具體的分析，以促進教學品質提升。

一、水輪機調節(jié)系統(tǒng)中案例教學法應用的重要性分析

“水輪機調節(jié)系統(tǒng)”課程內(nèi)容涉及水力、機械、電力系統(tǒng)、微機原理和自動控制等技術環(huán)節(jié)，是能源與動力工程專業(yè)（水動方向）的主干專業(yè)課。由于本課程涉及多門學科的綜合應用，對初學者來說，具有一定的難度。該課程的建設目標是通過學習本課程掌握水輪機調節(jié)系統(tǒng)各部分組成和水輪機調速器工作原理，能夠承擔水電站調控相關領域工作任務。課程重要章節(jié)包括水輪機調速器和調節(jié)系統(tǒng)動作原理、特性分析、控制算法、調節(jié)保證計算等。課程特點是邏輯性和系統(tǒng)性強，教學時間緊湊[2]。傳統(tǒng)的教學方法相對注重理論知識學習，忽視實踐操作能力的培育，導致學生學習興趣與積極性不足。目前我國水電業(yè)進入高質量發(fā)展階段，碳中和下水電在電網(wǎng)中的功能逐漸由電力生產(chǎn)向電力系統(tǒng)調節(jié)轉變。角色轉變帶來水電站中新設備、新理論和新技術的不斷發(fā)展，這也反向倒逼水輪機調節(jié)系統(tǒng)的課堂教學改革，推動實踐能力培養(yǎng)進一步深化。

“水輪機調節(jié)系統(tǒng)”課程雖然是一門理論課，但無論是調速器、水力系統(tǒng)還是電力系統(tǒng)在各個水電站都不可或缺，故課程在案例教學上具有先天的優(yōu)勢。相較于傳統(tǒng)的填鴨式教學，在“水輪機調節(jié)系統(tǒng)”課程中應用案例教學法能夠激勵學生主觀能動地掌握水輪機調節(jié)系統(tǒng)相關的知識與內(nèi)容，一方面可避免學生厭學情緒滋生；另一方面在案例的分析與討論中堅持貼合產(chǎn)業(yè)，能使學生在課堂上就能追蹤了解工程實踐中的痛難點，實現(xiàn)從理論知識到動手能力的躍遷。在案例教學法中，教師與學生雙方并非“輸出—接收”的關系，要遵循教師主導、學生主體的原則，讓學生充分感受到自己作為學習者的主體地位，達到翻轉課堂的目的。教師作為“水輪機調節(jié)系統(tǒng)”案例的制作者，討論的引導者，目標是通過引導學生主觀能動的學習，加深對知識的理解和應用。案例的選擇與設計是案例教學法成功的基礎和前提，將代表國際前沿研究領域和國家重大戰(zhàn)略需求的經(jīng)典案例作為課題研究對象，可避免高校教材過于老舊且不配套帶來的與業(yè)界發(fā)展脫節(jié)、與課堂教學難適應的問題。

在“水輪機調節(jié)系統(tǒng)”課程中重視案例教學法的應用，能夠讓學生在典型案例中感受到身臨其境的學習氛圍，共情百年水利事業(yè)發(fā)展的不易，增強學生學習的積極性和能動性。此外，水利作為安民興邦的頭等大事，是國民經(jīng)濟和社會發(fā)展的重要基礎設施，自帶思政教育屬性。實踐表明治國必先興水，興水才能強國的理念融入水輪機調節(jié)系統(tǒng)案例教學，能顯著增強學生專業(yè)認同感、自豪感，對培養(yǎng)優(yōu)秀的水利人才十分有益。

二、將案例教學法融入課程教學

事實上，教學方法的主要目標是促進學生對課堂知識的理解與掌握，培養(yǎng)學生面對實際問題的動手能力。案例教學法以其真實可信、客觀生動、學生主體和過程動態(tài)的特點，成為“水輪機調節(jié)系統(tǒng)”課程教學的最優(yōu)選[3]。但高校水輪機調節(jié)系統(tǒng)案例教學也面臨著實際授課有偏差和教學效果不理想的困境，使得水輪機調節(jié)系統(tǒng)案例教學法沒有達到預期成效，推廣遲緩。筆者長期處于教學一線，不斷打磨水輪機調節(jié)系統(tǒng)案例教學法以適應教學目標的實現(xiàn)和學生能力的增長。下面對案例教學法在“水輪機調節(jié)系統(tǒng)”課程中的具體應用作詳細說明。

（一）注重案例的選擇與應用

水輪機調節(jié)系統(tǒng)案例教學法強調案例的選擇要與對應的課程內(nèi)容相匹配，且具有典型性。案例教學的作用是將理論知識具象為易接受的事物，使理論知識在現(xiàn)實世界落地。學生能力的獲得不再是靠重復記憶和教師講解，而是依靠已有的知識經(jīng)驗去搭建新的認知結構。一方面，在水輪機調節(jié)系統(tǒng)案例教學中要求對案例盡量進行客觀性描述，但要避免流水賬式的平鋪直敘，可借用案例的敘事形式和情景轉變提升學生學習的能動性[3]。另一方面，在應用案例教學法時，教師讓學生閱讀的材料應具有足夠的復雜性，不同的解決辦法會產(chǎn)生不同的結果，以便于學生更好、更真切地了解與掌握所學的水輪機調節(jié)系統(tǒng)知識[4]。因此，案例教學法中案例的選擇十分重要，好的案例應滿足啟發(fā)性強、綜合性高和目的明確等要求。

一堂好的案例教學課，案例的選擇是基礎，案例的應用是核心。實踐中發(fā)現(xiàn)，受擴招等因素影響，部分高校“水輪機調節(jié)系統(tǒng)”課程教師資源相對短缺，而現(xiàn)行的專業(yè)課班級規(guī)模較大，部分上課班級甚至達百人之多。在案例教學過程中，學生多有利于匯集不同角度對案例的見解和思想，但同時也會導致一人說、多人聽的現(xiàn)象。部分學生課堂討論不積極思考，甚至偏離課堂教學內(nèi)容，將注意力放在手機等電子設備上。同時，大班的案例教學，會花費更長時間進行組織、討論和總結，課堂節(jié)奏放緩，出現(xiàn)學生坐等教師安排的低效率情形。案例教學課堂若流于形式，不僅無法提升學生的實踐能力，反而會影響學生理論知識的內(nèi)化和知識結構的構建，這也是案例教學法應突破的困境。

（二）注重教師與學生思維的轉變

傳統(tǒng)的課堂模式下，教師是課堂教學的主導者，單方面地灌輸知識而忽視了學生實踐能力的培養(yǎng)。案例教學模式中，教師與學生平等地交流觀點，使學生學會分析問題和解決問題的思路與方法。案例教學法與其他教學方法相比，對教師的素養(yǎng)和學生的能力提出了更高的要求。教師在課堂中要把握討論大方向，既要調動學生自發(fā)探索問題，又要避免課堂無序；學生個體表現(xiàn)為積極主動參與到案例教學中，發(fā)揮學習的能動性。事實上，典型案例是具象化的事件或物體，很難在學生大腦中立即形成理性認識或知識體系，這需要學生具備較高的綜合素質。為避免案例教學法落入“適合少數(shù)優(yōu)秀學生”陷阱，教師需要更加敬業(yè)，重視課前準備工作，把握課堂節(jié)奏。教師要全面掌握“水輪機調節(jié)系統(tǒng)”課程的教學重點和難點，提供查閱教學內(nèi)容相關資料的途徑，師生、生生之間及時進行案例背后知識點或相關問題討論，推動學生發(fā)現(xiàn)、思考、解決問題能力的進一步提高。若教師在案例環(huán)節(jié)拋出的問題啟發(fā)性不強或不夠貼切，聽眾就很難針對案例開啟或擴展思路。甚至部分學生將案例當作消遣，很難清晰掌握水輪機調節(jié)系統(tǒng)的要點與內(nèi)容，教師也很難將案例教學上升到課程目標要求的理論層次。

案例教學法與課堂討論和舉例教學差別在于教師不是為了得到結論去講解案例，理論體系應該是師生在自由討論、內(nèi)化凝練中構建的。在案例教學法的實際實施過程中，有限的課時內(nèi)很難完成教學內(nèi)容。教師會大量地參與學生討論，類似于傳統(tǒng)教學模式，或者壓縮學生自主討論的時間，學生很難針對特定案例深入思考。此時，案例教學僅被用來增加課堂的趣味性或理論知識的補充說明，而不是作為培養(yǎng)學生思維能力和實踐能力的工具。在這種理解下，師生及生生間不能真正互動，自然也就無法充分調動學生學習的熱情。實踐中教師要讓學生明確案例分析步驟，引導其進行案例總結和評析，避免學生注意力渙散，效率低下。如在水輪機調速器的教學課程中，以實地參觀水電站為案例，能夠對調速器工作時各種信號轉換有更加深刻的理解和認識，促進學生思維能力和實踐能力的提升，提高案例教學法課堂的效率與質量。

（三）注重教學效果的反饋和調節(jié)作用

教學效果評估是檢驗教師教學成效和開展下一階段教學的重要環(huán)節(jié)。注重教學效果的反饋和調節(jié)主要分兩方面進行，一方面，教師根據(jù)學生課堂實際表現(xiàn)，及時精準調節(jié)自己的授課節(jié)奏；另一方面，建立科學合理的考核評價機制，反向促進教師自主提升教學能力。目前，教師判斷案例教學法的應用效果主要由學生參與積極性和課堂氣氛推定，但在水輪機調節(jié)系統(tǒng)案例教學法應用過程中，課堂互動不足和課堂互動盲目是兩大突出問題。部分學生對案例教學法的作用缺乏認識，對自己在課堂上的角色定位不是很準確，呈現(xiàn)出互動的盲目性。在水輪機調節(jié)系統(tǒng)案例教學法實踐中，學生課堂表現(xiàn)為單向的被迫互動，平等雙向或多向的互動少；師生互動多，生生間互動少；理論交流互動多，情感交流互動少。教師要根據(jù)學生課堂的狀態(tài)及時調整教學方式，既要避免學生天馬行空，偏離主題；又要避免教師本人長篇大論，打擊學生自主討論積極性。在合適的時間正確引導學生掌握所學的內(nèi)容和要點，這需要教師具備較高的課堂管理和應變能力。

另外，若缺乏科學合理的考核評價機制，教師就不能有效提升教學效果，也難以彌補水輪機調節(jié)系統(tǒng)案例教學的薄弱點。案例教學法的特性決定了其應建立相匹配的考核機制，以便對水輪機調節(jié)系統(tǒng)案例教學法進行科學公正、準確全面的評估。一堂優(yōu)秀的水輪機調節(jié)系統(tǒng)案例教學課需要教師花費大量的心血，但這些勞動卻很少被計入工作考評中，在一定程度上影響了教師進行案例教學法嘗試和實踐探索的積極性。通過對案例教學法實施效果優(yōu)秀教師提供制度、軟硬件和團隊等多方面支持，有利于提高教師的綜合教學水平，激勵他們發(fā)揮案例教學法的價值。但教師的考評機制，大多從其教學工作量多少和有無教學事故兩方面對教師進行簡單評價，學生則從其試卷分數(shù)進行評估，不注重教學過程和學生實踐能力的培育，教師也很難掌握學生知識接受和能力提升的真實程度。教師應從科學的考核機制中獲取教學效果的反饋和及時調節(jié)，有利于教師進一步提高自身的教學水平和效果。

三、案例教學法在“水輪機調節(jié)系統(tǒng)”課程的實際應用及教學效果

（一）水輪機調節(jié)系統(tǒng)案例教學法的實際應用

1.水電站壓力引水管道模型的工程應用案例。在講解壓力引水管道的水擊現(xiàn)象時，以學生生產(chǎn)實習參觀的某常規(guī)水電站引水管道模型為對象講解剛性水擊模型和彈性水擊模型，引導探討因事故突然甩負荷對水輪機機組轉速的影響。為進一步提高學生實際操作能力，對接未來工作需要，課堂通過模擬典型事故案例的現(xiàn)象諸如機組噪音增加、水輪機主閥全開位置紅燈熄滅、“水力機械事故”光字牌亮等，讓學生自由探討處理措施和操作要點，最后教師引導學生共同分析解決措施的不足和探討預防事故方法。部分學生給出的解決措施和流程不夠正確，甚至會造成事故擴大，教師通過互動更易讓其理解從而進行改進，有效地鍛煉了學生事故的應對能力。通過課堂模擬，學生將理論知識與實地水電站聯(lián)系起來，討論水輪機常見故障的預防和處理措施，課堂氣氛嚴肅活潑，教學效果良好。

2.水輪機調節(jié)系統(tǒng)的工程應用案例。在講解水輪機調節(jié)系統(tǒng)特性分析時，通過實地認識和理論知識對比，深化對水輪機調節(jié)系統(tǒng)特性和動作過程認識。水輪機調速器作為水電站的“動力控制心臟”，調節(jié)對象為水輪機發(fā)電機組、水力系統(tǒng)及電力系統(tǒng)。調速器與調節(jié)對象是一個整體，調速器與調節(jié)對象的特性對調節(jié)系統(tǒng)的品質有著重要影響。引入“雙碳”目標時代背景，讓學生探討調速器在常規(guī)水電站、抽水蓄能電站以及電網(wǎng)中的重要性。結合產(chǎn)業(yè)界需求，討論調速器在一次調頻、國產(chǎn)芯片控制器和故障診斷等方面的創(chuàng)新點。通過理論與實踐的結合，促進理論的實踐指導意義和案例教學法本身實踐效應的提升。

3.調保計算的工程應用案例。在講解調保計算的任務及目的時，以某工程實例的基本參數(shù)為例。由于調保計算理論性強，學生理解難度大，筆者進一步以青海格爾木南山口抽水蓄能、永昌抽水蓄能等大型工程作為案例，分析調保計算中設計工況、校核工況、小波動過程和水力干擾等蝸殼入口處水壓極值、尾水管入口處水壓極值、調壓井涌浪高度、機組轉速上升率等動態(tài)變化情況，使得學生可以通過案例驗證所學的知識。此外，通過大型水利工程案例的引入，提高對學科的認識，培養(yǎng)學生水利報國的使命擔當。

（二）教學效果

筆者開展水輪機調節(jié)系統(tǒng)案例教學法三年來，團隊在教學成果和學生培養(yǎng)方面已取得一些成績。其中教學成果方面，“涉農(nóng)高校專業(yè)學位研究生教育培養(yǎng)模式創(chuàng)新與實踐”榮獲陜西省人民政府、陜西省教學成果特等獎；“‘知華友華農(nóng)科高素質留學生教育模式探索與實踐”榮獲陜西省人民政府、陜西省教學成果一等獎。主編《水輪機調節(jié)系統(tǒng)（第2版）》入選“十四五”時期水利類專業(yè)教材重點建設名單。學生培養(yǎng)方面，指導本科生以第一作者發(fā)表論文5篇，其中SCI論文3篇，中文核心論文2篇。

四、結論

綜上所述，本文是對高校水輪機調節(jié)系統(tǒng)案例教學法理論構建和實踐推進的研究。以問題為導向，通過橫向展開和縱深分析，理清了案例教學法和水輪機調節(jié)系統(tǒng)的適配性。高校想要培養(yǎng)更多水利優(yōu)秀人才，應理性和辯證地看待實際案例教學應用中的不足，多渠道、多形式地支持和服務案例教學法的落地，促進學生專業(yè)實踐性和能力的提升。

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