輸電線路工程國家級實驗教學示范中心的建設

唐 波， 鄧長征， 黃 力， 常 鵬， 王 爽

(三峽大學輸電線路工程國家級實驗教學示范中心，湖北宜昌443002)

0 引言

早在上世紀80年代末期，為適應我國電力工業(yè)快速發(fā)展趨勢，輸電線路大規(guī)模建設急需大批從事輸電線路工程設計、施工、運行維護等技術(shù)與管理人才。為此，三峽大學主動適應社會需求，積極籌建并于1991年在我國率先開辦了輸電線路工程本、?？茖I(yè)［1-2］。多年來，三峽大學輸電線路工程專業(yè)從無到有并成為全國優(yōu)勢專業(yè)，一直引領著我國輸電線路工程專業(yè)的發(fā)展，為我國的電網(wǎng)建設做出了積極貢獻，同時為其他相關(guān)專業(yè)辦學起到了示范作用［3-4］。

作為三峽大學輸電線路工程專業(yè)建設的重要組成部分，三峽大學輸電線路工程實驗教學中心從無到有，2016年獲批國家級實驗教學示范中心，最終建設成為全國輸電行業(yè)唯一的高等教育國家級實驗教學示范平臺，其發(fā)展歷程實際上承載了我國輸電線路工程專業(yè)的辦學史。這部辦學史凸顯了一個工科專業(yè)面向社會需求，校企聯(lián)合，多學科交叉，教學科研互推，實驗室現(xiàn)場互證，實踐應用為先的辦學特色。

1 輸電線路工程專業(yè)及其知識體系

1.1 輸電線路工程專業(yè)概況

在能源和電力需求增長的驅(qū)動下，世界電網(wǎng)進入到了以堅強智能電網(wǎng)為標志的新階段［5-7］。而作為整個電網(wǎng)中，完全暴露于自然界，承受自然環(huán)境最為復雜惡劣，運行維護最為困難的輸電線路，成為了保證電網(wǎng)堅強的決定性影響因素，2008年來的低溫冰害天氣對電力系統(tǒng)乃至我國國民經(jīng)濟造成的影響就是典型代表。因此，全國電力建設對輸電行業(yè)的技術(shù)人才需求量不斷加大，而且培養(yǎng)質(zhì)量要求也在逐年提高，迫切需要專業(yè)的高級工程技術(shù)人才。

因此，輸電線路工程專業(yè)伴隨著我國電網(wǎng)建設的發(fā)展應運而生。1990年以前，在中專、技校中多以“輸配電”的名義培養(yǎng)輸電線路技能人才。1991年以后到1996年，當時的電力部根據(jù)電力企業(yè)的需求，在當時的葛洲壩水電工程學院(現(xiàn)三峽大學)和東北電力學院(現(xiàn)東北電力大學)設置了輸電線路工程全日制專科，同時在多所職工大學設置輸電線路專業(yè)進行在職培訓。1997年，三峽大學率先設置了輸電線路工程本科專業(yè);隨后東北電力大學、南京工程學院、東南大學成賢學院、華北電力大學等高校也相繼開展了本科教育［4］。目前，三峽大學、東北電力大學輸電線路工程專業(yè)已經(jīng)發(fā)展到碩士研究生教育。

1.2 構(gòu)建輸電線路工程專業(yè)的知識體系

由于輸電線路本科開辦歷史不長，各高校對輸電線路工程專業(yè)的高等教育體系思考仍處于研究與探索階段［8-12］。為此，三峽大學提出了如圖1所示的“基于‘1333’體系的輸電線路工程專業(yè)人才培養(yǎng)模式”，從而較為系統(tǒng)地闡述了輸電本科專業(yè)應具備的知識、能力和素質(zhì)培養(yǎng)知識體系與課程體系［4］。

我校輸電線路工程專業(yè)以“國家指導、行業(yè)需要、大學定位”三層次為培養(yǎng)理念，將專業(yè)知識體系分為了專業(yè)基礎理論、專業(yè)核心知識及專業(yè)完備知識三大類。在專業(yè)基礎理論上，從輸電線路工程安全出發(fā)，考慮導線輸送超特高壓電能的電學以及鐵塔及基礎支撐導、地線體系的力學需求，從而確定專業(yè)理論基礎為電學和力學;在專業(yè)知識及技能方面，從主動適應畢業(yè)生就業(yè)單位的用人需求的角度，根據(jù)電力設計院、建設單位和電網(wǎng)運行維護單位的需求，從而確定專業(yè)的核心知識為線路設計、施工和運維;在專業(yè)完備知識方面，應考慮行業(yè)用人門檻規(guī)定、新技術(shù)的應用，以及工程教育專業(yè)認證的要求，從而確定專業(yè)完備知識。

圖1 基于“1333”體系的輸電線路工程專業(yè)人才培養(yǎng)模式

2 構(gòu)建實驗教學示范中心創(chuàng)建新實踐平臺

輸電線路工程專業(yè)在創(chuàng)辦之初，專業(yè)課程教材都需要從無到有進行編寫，專業(yè)實踐教學沒有任何成熟的實踐模式，只能以參觀實習和課程設計、畢業(yè)設計為主，即在實習過程中完成認知實驗教學過程。針對我國輸電線路工程專業(yè)高等教育專業(yè)實驗體系研究空白，以及市場上無法提供用于輸電專業(yè)實驗設備等困境，學校從初始的現(xiàn)場參觀到后來進行自制實驗設備和系列專業(yè)實驗室的建設，校企聯(lián)合，科研助推，創(chuàng)建了輸電線路工程實驗教學平臺(見圖2)。

圖2 基于“四五四”模式的輸電線路工程實驗教學體系

輸電線路工程實驗教學中心以“四五四”為架構(gòu)，建設了“學科基礎實驗室，專業(yè)基礎實驗室，專業(yè)綜合實驗室，工程實踐創(chuàng)新平臺”的四層次實驗教學平臺，通過“觀察認知、全真案例、虛擬仿真、技能比武、自主創(chuàng)新”等5種教學模式，訓練和培養(yǎng)學生的“通用實驗技能，專業(yè)基礎實驗技能，專業(yè)綜合實驗技能，工程實踐創(chuàng)新能力”等4種實驗實踐技能和素養(yǎng)。可以面向輸電線路工程、電氣工程及其自動化、新能源發(fā)電技術(shù)、自動化、電力營銷等專業(yè)(方向)開設學科基礎、專業(yè)基礎、專業(yè)綜合、工程實踐創(chuàng)新等4個層次的實驗教學，承擔實習實訓、工程設計的教學任務，并為教師、研究生提供科學研究、技術(shù)開發(fā)平臺。

實驗中心下設學科基礎實驗室、專業(yè)基礎實驗室、專業(yè)綜合實驗室和工程實踐創(chuàng)新平臺。

學科基礎實驗室包括大學物理、電路基礎、電子技術(shù)、電機、土力學、工程測量、機械基礎、建筑材料等8個功能實驗室，這些功能實驗室培養(yǎng)培訓學生掌握基本實驗方法，具備通用儀器設備的規(guī)范使用能力，提高學生的通用實驗技能。

專業(yè)基礎實驗室包括輸電線路認知、輸電線路力學、檢測、施工技術(shù)、電力電纜、輸變電工程電磁環(huán)境、繼電保護、電力電子技術(shù)、高電壓技術(shù)等9個功能實驗室，涵蓋相關(guān)課程中所涉及的基本概念、基本原理、基本參數(shù)的測試方法，以及作為輸電線路工程技術(shù)專業(yè)人才必須掌握的基本專業(yè)技能等內(nèi)容，從而培養(yǎng)學生的專業(yè)基礎實驗技能。

專業(yè)綜合實驗室包括輸電線路在線監(jiān)測、運行維護綜合、電力系統(tǒng)綜合自動化、輸電線路虛擬仿真等4個功能實驗室，涉及多門課程的綜合知識，要求學生運用綜合的實驗方法和手段，按照要求(或自擬實驗方案)完成實驗過程，培養(yǎng)學生綜合運用所學知識、實驗方法、實驗技能，分析問題、解決問題的能力。

工程實踐創(chuàng)新平臺包括電力勘測設計創(chuàng)新中心、電子設計創(chuàng)新實驗室、學生創(chuàng)客中心、學生研討工作坊、校企合作實踐創(chuàng)新平臺等。學生利用這些平臺，依據(jù)工程(或系統(tǒng))需求，獨立完成從查閱文獻、擬定設計方案、實施方法和步驟(或系統(tǒng)的分析與設計)、選擇(或自行設計、制作)儀器設備并實際操作運行，以完成整個設計的全過程，同時形成完整的設計報告，并通過設計答辯。該平臺主要培養(yǎng)和檢驗學生自主學習、自主設計和實施以及探究創(chuàng)新的能力以及團隊組織協(xié)調(diào)能力。

3 創(chuàng)新實驗教學示范中心的教學方式

3.1 強化體驗式教學模式，提高學生主動性

在設置人才培養(yǎng)方案時，采用減少傳統(tǒng)課堂授課學分，而新設置單列學分的“課程作業(yè)、綜合作業(yè)”實驗課程的方法完成實驗教學工作。實驗類的“課程作業(yè)、綜合作業(yè)”采用課題制，即實驗課題可以是針對某門課程、多門課程以及工程案例的實驗項目，學生以團隊形式通過實驗室開放預約系統(tǒng)申報實驗課題，實驗教師準備好實驗器材，學生通過自主設計、自主實驗、自主分析完成實驗項目，提交實驗報告，并進行答辯考核。強調(diào)自主和團隊合作，讓學生體驗從事探究研發(fā)工作的實際過程，積累相應經(jīng)驗和能力。

3.2 多學科交叉融合，提高學生的綜合應用能力

充分利用三峽大學綜合性大學的學科門類優(yōu)勢，結(jié)合自身特長與用人單位需求優(yōu)化人才培養(yǎng)方案及課程體系。充分吸納電氣工程、土木工程與機械材料工程等學科發(fā)展最新進展及人文社會學科的新思想、新理論、新方法，以“強化工程應用、突出專業(yè)特色”為指導，根據(jù)我校輸電線路工程專業(yè)的人才培養(yǎng)目標定位，在實驗教學中突出以電學、力學等理論，輸電線路設計、施工和運維等能力，實驗項目經(jīng)濟性分析、團隊成員自評與互評、職業(yè)道德與法律等要求，從而提高學生綜合應用知識解決問題的能力。

3.3 政產(chǎn)學研協(xié)同育人，提高學生的工程實踐能力

學校與宜昌國家高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)合作，優(yōu)勢互補，在人才培養(yǎng)、政策宣傳、創(chuàng)業(yè)教育、企業(yè)培訓、資金募集等方面打造形成我校學生創(chuàng)業(yè)的學校與社會兩級聯(lián)動機制。宜昌國家高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)的各種優(yōu)惠政策為大學生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)提供基礎平臺，可進一步鼓勵學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)。園區(qū)內(nèi)具有大量與電力行業(yè)、新能源行業(yè)、裝備制造業(yè)相關(guān)的企業(yè)，這些企業(yè)可為電力行業(yè)發(fā)、輸、配、售電4個環(huán)節(jié)的人才培養(yǎng)提供的實習實訓崗位。

針對國內(nèi)輸電行業(yè)發(fā)展的新趨勢及面臨的新問題，利用教師所從事的科研項目，及時更新教材內(nèi)容與教學方式，設置反映輸電前沿科技的新實驗項目，如電力電纜、輸電線路監(jiān)測等。并自主開發(fā)課件輔助教學，形成全方位創(chuàng)新性的教學環(huán)境。

充分利用校內(nèi)的實踐教學場所，如國家級電氣工程虛擬仿真實驗教學中心、湖北省電工電子實驗教學示范中心、校內(nèi)工程訓練中心、梯級水電站運行與控制湖北省重點實驗室、水電站仿真實驗室(國家電力公司)等重點實驗室及重點學科建設平臺，開展從基礎實驗、綜合實驗到工程設計的多層次實踐性教學。

充分利用三峽集團公司國家級實踐教學示范中心、省級實習實訓基地等周邊的實踐教育基地，開展校外實習和工程項目訓練［13］及畢業(yè)設計，聘請校外導師和專家到校講學，實現(xiàn)校內(nèi)、校外教學資源的互補，使電力行業(yè)的最新建設成果及時反映到教學過程中。

3.4 利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，虛實結(jié)合提高教學效果

充分利用科學研究成果，引入最新工程案例，依托互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，構(gòu)建動態(tài)立體教學體系及網(wǎng)絡互動教學環(huán)境［14-15］，覆蓋輸電線路施工、帶電作業(yè)、運行檢修、電力安規(guī)等多個輸電行業(yè)領域，強化學生自主學習。改革專業(yè)課程的教學內(nèi)容和教學方法，詮釋和豐富立體化教材建設的內(nèi)涵，構(gòu)建以紙質(zhì)教材為主線，工程案例為補充，網(wǎng)絡課堂為學習平臺，集課堂教學、學生自主學習、教師輔導答疑以及教學質(zhì)量反饋和實時監(jiān)控等一體的網(wǎng)絡互動教學系統(tǒng)。

特別是輸電線路實際上是架設在野外的人工構(gòu)筑物，其線路施工和運維涉及到大量的工程現(xiàn)場實際，而傳統(tǒng)的教學受到各種條件的限制，特別是安全條件的限制，學生無法在真實的環(huán)境中切實掌握線路鐵塔的組立、基礎的開挖、線路運行維護的各種實操技術(shù)。因此，與武漢科迪奧電力科技公司合作，將虛擬實驗技術(shù)引入輸電線路專業(yè)教學實踐，搭建軟硬件無縫融合的仿真培訓平臺，如圖3所示。

圖3 實驗室所采用的電力安全虛擬互動實訓系統(tǒng)

該系統(tǒng)覆蓋輸電線路施工、帶電作業(yè)、運行檢修、電力安規(guī)等多個電力作業(yè)教育領域，用以模擬真實電力作業(yè)環(huán)境、操作流程、作業(yè)方法與虛擬環(huán)境進行交互，從而完成電力工程建設與安全維護作業(yè)的仿真實驗。通過建立“理論教學→仿真實踐→現(xiàn)場實操”三位一體輸電線路工程教學新模式，有效彌補傳統(tǒng)理論教學與現(xiàn)場實操的不足，實現(xiàn)兩種教學方式之間的平穩(wěn)過渡，為輸電線路工程的教學向標準化、常態(tài)化、網(wǎng)絡化方向發(fā)展奠定了基礎。

4 實驗教學示范中心的建設成效

輸電線路工程國家級實驗教學示范中心在我國輸電線路行業(yè)高級工程技術(shù)人才培養(yǎng)過程中，突出了專業(yè)特色，尤其是培養(yǎng)了學生的輸電線路知識應用能力，使輸電線路工程專業(yè)人才培養(yǎng)水平在全國始終位于前列。

近3年來，以中心為依托獲批教育部、湖北省教育廳等省部級教研教改項目及獎勵22項，自制實驗設備50余臺套、自主開發(fā)專業(yè)實驗項目13項、自編實驗指導書4部，建成1門省級精品課程，6門校級精品網(wǎng)絡課程，出版成系列的專業(yè)教材6部，其中“架空輸電線路設計”獲批輸電行業(yè)唯一的本科國家級規(guī)劃教材。

特別是，中心自成立以來，接待了本校本科生、研究生、留學生，國內(nèi)兄弟院校學生，電力企業(yè)單位以及厄瓜多爾等國來訪工程技術(shù)人員的實驗、培訓、培養(yǎng)和訪問任務，很好地發(fā)揮了輻射示范作用。三峽大學電氣工程及其自動化(輸電線路工程)專業(yè)本科畢業(yè)生供不應求，就業(yè)率一直保持為100%。

5 結(jié)語

多年來，輸電線路國家級實驗教學示范中心的建設歷程，實際上承載了三峽大學輸電線路工程專業(yè)從?？?、本科到碩士，從無到有并成為全國優(yōu)勢專業(yè)的發(fā)展歷程。在長期的教學研究與實踐中，中心逐步凝練出了基于“1333”體系的輸電線路工程專業(yè)人才培養(yǎng)模式，并建設完成了相應的專業(yè)課程及教材、實驗內(nèi)容及平臺、實踐技能及基地，形成了專業(yè)規(guī)范發(fā)展和持續(xù)改進的良性循環(huán)，為我國的電網(wǎng)建設做出了積極貢獻，同時為其他高校相關(guān)專業(yè)的辦學起到了示范作用。