基于精品課程建設(shè)的“水電站”教學(xué)改革與實(shí)踐

韓菊紅 劉文立 馬躍先

摘要：結(jié)合精品課程建設(shè)目標(biāo)及內(nèi)容要求，對(duì)水利水電工程專業(yè)的專業(yè)核心課程“水電站”，從課程內(nèi)容、教學(xué)方法與手段、教學(xué)資源等各個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)進(jìn)行改革與建設(shè)。教學(xué)實(shí)踐表明，這對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和能力、提高學(xué)生分析問(wèn)題解決問(wèn)題的綜合能力效果顯著。

關(guān)鍵詞：水電站;教學(xué)改革;精品課程建設(shè)

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-0079（2014）32-0078-03

“水電站”課程是水利水電工程專業(yè)的核心主干課之一，是一門包含固體、流體、機(jī)械、電氣設(shè)備等課程理論知識(shí)單元同時(shí)又包含實(shí)驗(yàn)、實(shí)習(xí)、課程設(shè)計(jì)等實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的綜合性專業(yè)主干課。

鄭州大學(xué)“水電站”課程2008年被評(píng)為河南省精品課程;其所屬專業(yè)——“水利水電工程”于1959創(chuàng)建，是鄭州大學(xué)最早的工科專業(yè)之一，是河南省首批名牌專業(yè)（2005年），是國(guó)家首批第二類特色專業(yè)（2007年）;其所屬學(xué)科——“水利工程”具有一級(jí)博士學(xué)位授予權(quán)和博士后流動(dòng)站。

本文結(jié)合精品課程建設(shè)目標(biāo)及內(nèi)容要求，水利水電工程專業(yè)的專業(yè)核心課程，從課堂教學(xué)、實(shí)驗(yàn)、實(shí)習(xí)、課程設(shè)計(jì)、專題拓展講座等各個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)對(duì)“水電站”課程進(jìn)行改革與建設(shè)。

一、課程體系建設(shè)

“水電站”是一門包含固體、流體、機(jī)械、電氣設(shè)備、制圖等理論知識(shí)、同時(shí)又與工程實(shí)際密切結(jié)合的綜合性課程。結(jié)合課程特點(diǎn)，對(duì)水電站課程體系、教材建設(shè)以及教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)手段的改革進(jìn)行系統(tǒng)研究，建立了“課堂理論教學(xué)+實(shí)驗(yàn)教學(xué)+實(shí)習(xí)+課程設(shè)計(jì)+專題拓展”等模塊式課程新體系，如圖1所示。

通過(guò)理論課程學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握水輪機(jī)類型、結(jié)構(gòu)組成、工作原理、特性和選型，水電站的典型布置、水電站進(jìn)水口、渠道及隧洞、壓力管道、調(diào)壓室工作原理、適用條件，輸水系統(tǒng)建筑物的水力計(jì)算和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，引水式地面廠房和其他類型廠房的布置設(shè)計(jì)、類型選擇、荷載的確定及其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理等知識(shí)。使學(xué)生初步掌握有關(guān)水電站建筑物的基本設(shè)計(jì)方法。

配合課堂理論教學(xué)講授進(jìn)度，適時(shí)進(jìn)行課程實(shí)驗(yàn)，增加學(xué)生的感性認(rèn)識(shí)、動(dòng)手能力和創(chuàng)新意識(shí)，使學(xué)生加深理解和掌握水電站的主要組成部分、水力發(fā)電的演變過(guò)程和產(chǎn)生的各種水力現(xiàn)象，鞏固所學(xué)的理論知識(shí)。

通過(guò)課程設(shè)計(jì)，進(jìn)一步鞏固和加深廠房部分的理論知識(shí)，使學(xué)生了解水電站廠房設(shè)計(jì)的步驟和方法，培養(yǎng)和提高學(xué)生獨(dú)立分析問(wèn)題和運(yùn)用所學(xué)理論知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力。

在課程實(shí)習(xí)中，通過(guò)請(qǐng)專業(yè)設(shè)計(jì)人員作水電站樞紐建筑物設(shè)計(jì)的專題報(bào)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(shí)際，較為系統(tǒng)地了解水利工程特別是水電站樞紐的規(guī)劃、設(shè)計(jì)以及工程施工各個(gè)階段的要求、設(shè)計(jì)的原則、使用的方法，體會(huì)理論在設(shè)計(jì)中的運(yùn)用。通過(guò)對(duì)已建工程設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)，吸取其經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，收集工程中使用的成功和先進(jìn)的施工技術(shù)，學(xué)習(xí)優(yōu)秀的設(shè)計(jì)方法，為畢業(yè)設(shè)計(jì)和今后的工作打下良好的基礎(chǔ)。

在專題拓展教學(xué)環(huán)節(jié)中，依托課程組主講教師的專業(yè)研究方向和研究成果，配合課堂教學(xué)，理論聯(lián)系實(shí)際，組織各方向2～3次課程講座，向?qū)W生介紹國(guó)內(nèi)外特別是學(xué)生熟悉的授課教師的專業(yè)最新研究成果和發(fā)展動(dòng)態(tài)、在建或籌備中的典型工程實(shí)例，鼓勵(lì)學(xué)生積極參與課堂討論，既擴(kuò)大學(xué)生的知識(shí)面又使教學(xué)內(nèi)容更加新穎，形成基本理論和最新科研成果、最新工程實(shí)例相結(jié)合的創(chuàng)新思維教學(xué)方法，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和參與創(chuàng)新活動(dòng)的積極性，為學(xué)生明確今后的工作或研究方向奠定基礎(chǔ)。

二、教學(xué)方法改革

重視探究性學(xué)習(xí)、研究性學(xué)習(xí)，體現(xiàn)以學(xué)生為主體的教育理念。通過(guò)靈活運(yùn)用多種先進(jìn)的教學(xué)方法，有效調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，促進(jìn)學(xué)生積極思考，提高學(xué)生的創(chuàng)新學(xué)習(xí)能力，讓學(xué)生不僅掌握本課程的基本理論和解決問(wèn)題的基本方法，并能夠獨(dú)立地從事水利水電工程規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)理和科研工作，成為水利工程及相關(guān)專業(yè)的復(fù)合型、創(chuàng)新型人才。

結(jié)合課程特點(diǎn)，靈活運(yùn)用多種先進(jìn)的教學(xué)方法。

1.課堂教學(xué)

① 采用啟發(fā)式、互動(dòng)式教學(xué)方法，提高學(xué)生主動(dòng)思考的能力。

② 采用板書、多媒體、錄像、教學(xué)模型、掛圖、照片等相結(jié)合的教學(xué)形式，使課堂信息量大，重點(diǎn)突出，生動(dòng)有趣，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高教學(xué)效果。

③ 開(kāi)展課堂討論，發(fā)揮學(xué)生在教學(xué)活動(dòng)中的主導(dǎo)地位。

④ 開(kāi)放式課后思考題和習(xí)題，促使學(xué)生學(xué)會(huì)利用文獻(xiàn)資料和圖書進(jìn)行拓寬式學(xué)習(xí)、及時(shí)追蹤相關(guān)的國(guó)內(nèi)外最新研究動(dòng)向和工程建設(shè)進(jìn)展，以激發(fā)學(xué)生的主動(dòng)學(xué)習(xí)潛能。

⑤ 逐步加大雙語(yǔ)教學(xué)內(nèi)容比例，目前重要的專業(yè)名詞和術(shù)語(yǔ)均采用中英文書寫，使學(xué)生在學(xué)習(xí)課程的過(guò)程中，熟悉一些專業(yè)詞匯。

⑥ 科研與教學(xué)結(jié)合，鼓勵(lì)學(xué)生參加科研，增強(qiáng)他們的動(dòng)手能力、協(xié)作能力和創(chuàng)新能力。

如水電站類型部分，讓學(xué)生在課外查閱國(guó)內(nèi)外最近的已建和在建典型水電站相關(guān)資料，鼓勵(lì)學(xué)生積極參與課堂教學(xué)，既擴(kuò)大學(xué)生的知識(shí)面又使教學(xué)內(nèi)容更加新穎。

水電站課程中有大量的經(jīng)驗(yàn)公式和經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，如進(jìn)水口高程確定、水擊和調(diào)壓室水力計(jì)算等，這些經(jīng)驗(yàn)公式和經(jīng)驗(yàn)系數(shù)光靠嚴(yán)密的理論推導(dǎo)是得不出來(lái)的，它們需要借助于相應(yīng)的模型試驗(yàn)和邊界假定而得到。在這部分內(nèi)容的講解中，不能簡(jiǎn)單地只讓學(xué)生記住這些經(jīng)驗(yàn)公式和系數(shù)，而是要向?qū)W生詳細(xì)地介紹為什么要進(jìn)行如此的邊界假定和模型試驗(yàn)，讓學(xué)生學(xué)到在處理復(fù)雜的問(wèn)題時(shí)，學(xué)會(huì)如何去抓住主干而忽略細(xì)小枝節(jié);同時(shí)，要讓學(xué)生了解到同一條件在不同問(wèn)題中可能會(huì)由主干變?yōu)橹?jié)，或由枝節(jié)變?yōu)橹鞲?。這樣，在專業(yè)課教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散思維，使學(xué)生在分析問(wèn)題和解決問(wèn)題時(shí)，由一條思路擴(kuò)散到多條思路，由單項(xiàng)思維擴(kuò)展到立體思維，從而形成創(chuàng)新性思維模式。

另外，水電站課程中有部分結(jié)構(gòu)復(fù)雜、無(wú)法用已有方法解決的內(nèi)容。要解決這類問(wèn)題，就涉及到許多超過(guò)學(xué)生所學(xué)課程范圍的相關(guān)知識(shí)和本專業(yè)方向的學(xué)科新成果和新動(dòng)向。在以往的教學(xué)中，考慮到學(xué)生知識(shí)范圍所限，對(duì)這類問(wèn)題基本上只作簡(jiǎn)單介紹，一帶而過(guò)，讓學(xué)生在將來(lái)需要時(shí)去查專著。進(jìn)行專業(yè)課教學(xué)改革后，發(fā)現(xiàn)此類內(nèi)容正是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)的最有利條件。因此，在對(duì)這類內(nèi)容的講解中，要向?qū)W生講述問(wèn)題的特殊性所在、最原始的解決方法，并特別側(cè)重介紹隨著本專業(yè)及相關(guān)學(xué)科相應(yīng)新成果的發(fā)展，這類問(wèn)題解決方法的相應(yīng)改進(jìn)。如水電站廠房水下大塊體混凝土結(jié)構(gòu)，它不能歸屬于梁、板、柱等構(gòu)件。最初是把它簡(jiǎn)化成厚板按彈性體進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算的誤差較大。隨著有限元的發(fā)展，開(kāi)始用簡(jiǎn)單的彈性有限元來(lái)計(jì)算，而后又引入了非線性有限元等方法，這些計(jì)算方法的改進(jìn)，使該類構(gòu)件的計(jì)算分析越來(lái)越接近問(wèn)題的實(shí)際情況;最后還要讓學(xué)生明白，現(xiàn)有的最新計(jì)算方法并不是完美無(wú)缺的。目前許多本專業(yè)的學(xué)者正致力于該類問(wèn)題的進(jìn)一步研究，以期得到更好的解決方法。通過(guò)該類內(nèi)容的學(xué)習(xí)，把本學(xué)科及相關(guān)學(xué)科的最新研究成果、新思想、新趨勢(shì)及時(shí)地傳授給學(xué)生，特別是結(jié)合教學(xué)內(nèi)容把教師正在進(jìn)行的科研項(xiàng)目和成果及時(shí)介紹給學(xué)生，從而引導(dǎo)學(xué)生形成探索未知的思想，激發(fā)起學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，提高學(xué)生的創(chuàng)新學(xué)習(xí)能力。

2.實(shí)踐教學(xué)

①實(shí)驗(yàn)教學(xué)。常規(guī)實(shí)驗(yàn)和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，采取學(xué)生自行設(shè)計(jì)、分小組實(shí)驗(yàn)，每6～8人一組，配備1名實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師，以此提高學(xué)生的科研意識(shí)和動(dòng)手能力。

②實(shí)習(xí)。采用以專業(yè)教師帶隊(duì)集中組織統(tǒng)一實(shí)習(xí)，實(shí)習(xí)基地工程技術(shù)人員和帶隊(duì)教師共同指導(dǎo)的方式。實(shí)習(xí)環(huán)節(jié)教師和學(xué)生的比例約為1：20，保證每位學(xué)生充足的實(shí)習(xí)時(shí)間，注重培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。實(shí)習(xí)成績(jī)根據(jù)實(shí)習(xí)現(xiàn)場(chǎng)面試、實(shí)習(xí)報(bào)告和實(shí)習(xí)單位評(píng)價(jià)等方面進(jìn)行綜合評(píng)定。

③課程設(shè)計(jì)。采取多題選擇、手工繪圖與計(jì)算機(jī)輔助繪圖相結(jié)合、開(kāi)放式設(shè)計(jì)等措施，鞏固學(xué)生的基本技能和現(xiàn)代設(shè)計(jì)手段。

三、教學(xué)資源建設(shè)

形成了一套完整的紙質(zhì)教材、電子輔助教材和網(wǎng)絡(luò)課程相結(jié)合的立體化教材教輔體系。

1.教材建設(shè)

課程組自2003年開(kāi)始，根據(jù)高等學(xué)校水利水電類專業(yè)《水電站》教學(xué)大綱和水利水電工程最新的各種標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，結(jié)合長(zhǎng)期從事水利水電專業(yè)教學(xué)、生產(chǎn)實(shí)踐及科學(xué)研究的經(jīng)驗(yàn)，先后編寫了兩部《水電站》教材。

課程配套實(shí)驗(yàn)教材均為自編教材。結(jié)合教學(xué)內(nèi)容和最新科研成果，不斷更新實(shí)驗(yàn)教材，目前在原有實(shí)驗(yàn)內(nèi)容基礎(chǔ)上還完成了部分開(kāi)放性創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，實(shí)驗(yàn)教材配套齊全，能滿足教學(xué)需要。

為提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和研究性學(xué)習(xí)能力，結(jié)合各章節(jié)教學(xué)內(nèi)容，均開(kāi)列并提供相關(guān)的教材、專著、文獻(xiàn)和從相關(guān)設(shè)計(jì)科研單位收集到的最新資料;同時(shí)采用開(kāi)發(fā)和購(gòu)置相結(jié)合的方法，提供多種版本電子教材、多媒體課件、幻燈片等現(xiàn)代化教學(xué)技術(shù)和手段輔助教學(xué)。

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

2.信息技術(shù)輔助教學(xué)手段建設(shè)

課程組自2004年開(kāi)始，在河南省高校21世紀(jì)網(wǎng)絡(luò)課程建設(shè)工程資助下，開(kāi)發(fā)了《水電站》多媒體教學(xué)課件。開(kāi)發(fā)的課件中包含了大量工程實(shí)景圖片、動(dòng)畫視頻和動(dòng)手作業(yè)習(xí)題，可用于水電站課程的課堂教學(xué)或課外自學(xué)，可有效地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力。該課件已通過(guò)省級(jí)教學(xué)成果鑒定，獲2007年省信息技術(shù)優(yōu)秀成果一等獎(jiǎng)。

同時(shí)還相繼開(kāi)發(fā)完成了《認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)》網(wǎng)絡(luò)課件、具有水利水電專業(yè)特色的《文獻(xiàn)檢索》多媒體教學(xué)課件以及水力機(jī)械教學(xué)錄像片等。這些信息技術(shù)輔助教學(xué)資源，可以有效解決目前《水電站》課程學(xué)時(shí)少、講授內(nèi)容多、課程講授需要與實(shí)際工程密切結(jié)合等問(wèn)題，促進(jìn)學(xué)生理解和掌握課本知識(shí)，提高教學(xué)效果;還可以解決教學(xué)經(jīng)費(fèi)緊張、教學(xué)輔助設(shè)備（掛圖、模型及幻燈等）更新慢、實(shí)習(xí)經(jīng)費(fèi)緊張、實(shí)習(xí)工地危險(xiǎn)等問(wèn)題，同時(shí)也為該課程的遠(yuǎn)程教學(xué)提供了基礎(chǔ)。

應(yīng)用多媒體輔助教學(xué)手段，教師能夠充分利用課堂上的時(shí)間，形象再現(xiàn)國(guó)內(nèi)外典型的水電站工程實(shí)例圖并形象展現(xiàn)廠房布置的三維空間關(guān)系等，促進(jìn)學(xué)生理解和掌握課本知識(shí)，提高教學(xué)效果。

近年來(lái)的使用表明，適當(dāng)應(yīng)用《水電站》課程多媒體輔助教學(xué)系統(tǒng)是提高教學(xué)質(zhì)量和培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的有效途徑和重要手段。

3.網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源建設(shè)

2006年，水電站課程網(wǎng)站開(kāi)通運(yùn)行，經(jīng)過(guò)多年的建設(shè)，網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源內(nèi)容豐富、功能比較齊全、運(yùn)行良好，并能有效共享，在教學(xué)中發(fā)揮了重要作用。該網(wǎng)站教學(xué)資源將不斷更新動(dòng)態(tài)。

4.實(shí)踐性教學(xué)資源建設(shè)

多方籌措資金加大實(shí)驗(yàn)教學(xué)投入，自行設(shè)計(jì)制作與購(gòu)置相結(jié)合，更新了實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)備，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了相應(yīng)開(kāi)放性創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)，為培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力提供了平臺(tái)。

擁有7個(gè)相對(duì)固定的校外實(shí)習(xí)基地，并能滿足教學(xué)需要，其中南灣水庫(kù)、河南省水利第一工程局、河南省水利第二工程局等3個(gè)實(shí)習(xí)基地已簽訂協(xié)議書并以學(xué)校名義掛牌。能夠進(jìn)行開(kāi)放式教學(xué)且效果明顯。

四、考核方式及效果

建立了課堂教學(xué)與教學(xué)管理及成績(jī)?cè)u(píng)定方法改革相結(jié)合的開(kāi)放式教學(xué)模式，采取出勤率、作業(yè)、實(shí)驗(yàn)、期末考試成績(jī)有機(jī)結(jié)合的綜合成績(jī)?cè)u(píng)價(jià)體系，使“融傳授知識(shí)、能力培養(yǎng)、素質(zhì)教育于一體”得以體現(xiàn)并取得顯著成效。

課程考試方法和考核成績(jī)綜合評(píng)價(jià)辦法在開(kāi)課之初向?qū)W生公布?？偟乃悸肥侵鸩皆龃笃綍r(shí)學(xué)習(xí)成績(jī)（出勤率、作業(yè)、實(shí)驗(yàn)、課堂討論）比重，目前平時(shí)成績(jī)占20%-30%，期末考試成績(jī)占80%-70%，采用平時(shí)成績(jī)與期末考試成績(jī)相結(jié)合，綜合評(píng)定學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。課程考試成績(jī)采用百分制。

課程設(shè)計(jì)成績(jī)是依據(jù)學(xué)生設(shè)計(jì)過(guò)程表現(xiàn)、圖紙和設(shè)計(jì)說(shuō)明書的質(zhì)量等各方面綜合評(píng)定的，分為優(yōu)、良、中、及格和不及格五個(gè)等級(jí)。

培養(yǎng)的學(xué)生近2年平均考研錄取率達(dá)34.5%、平均就業(yè)率為96.8%。近兩年在全國(guó)大學(xué)生英語(yǔ)競(jìng)賽和大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽中獲省級(jí)以上獎(jiǎng)勵(lì)10項(xiàng)，其中國(guó)家級(jí)獎(jiǎng)勵(lì)9項(xiàng);獲得國(guó)家專利2項(xiàng)。

參考文獻(xiàn)：

[1]韓菊紅，李平先，郭進(jìn)軍.依托科研項(xiàng)目培養(yǎng)創(chuàng)新型人才[J].現(xiàn)代教育通訊，2007，（3）：112-113.

[2]賴旭，伍鶴皋，龔國(guó)芝.《水電站》課程多媒體軟件設(shè)計(jì)[J].武漢水利電力大學(xué)學(xué)報(bào)，2000，33（6）：53-56.

（責(zé)任編輯：劉翠枝）