王文蓉，劉 華，鞠小明

(四川大學(xué) 水利水電學(xué)院，四川 成都 610065)

水電站課程教學(xué)及實(shí)驗(yàn)改革實(shí)踐
——利用科研模型服務(wù)本科實(shí)驗(yàn)教學(xué)的探討

王文蓉，劉 華，鞠小明

(四川大學(xué) 水利水電學(xué)院，四川 成都 610065)

以水電站調(diào)壓室實(shí)驗(yàn)為例，介紹了水利水電工程科研模型用于本科生實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革思路和方法。該文指出了科研模型用于教學(xué)實(shí)驗(yàn)可能存在的問題和解決方法，探討了實(shí)驗(yàn)管理、實(shí)驗(yàn)時(shí)間安排、政策激勵(lì)機(jī)制、模型維護(hù)以及研究生輔助教學(xué)等方面的問題。多年的教學(xué)實(shí)踐證明將科研模型用于教學(xué)實(shí)驗(yàn)這一方法可以取得較好的教學(xué)效果。

科研模型；水利水電工程；調(diào)壓室；實(shí)驗(yàn)教學(xué)；探討

實(shí)驗(yàn)教學(xué)歷來是高等學(xué)校工科專業(yè)實(shí)踐教學(xué)中的薄弱環(huán)節(jié)。近年來，高校的普遍反映是實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量下降，學(xué)生動(dòng)手能力不足。究其原因，有的是因?yàn)閿U(kuò)招后學(xué)生人數(shù)較多，受到儀器設(shè)備臺(tái)套數(shù)的制約；有的是因?yàn)樵O(shè)備老舊，無法滿足實(shí)驗(yàn)精度要求；還有的是因?yàn)閷?shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)不合理或?qū)嶒?yàn)師資缺乏等等[1～4]。通常而言，某位實(shí)驗(yàn)室老師只適合完成他所熟悉的某一項(xiàng)專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，而不可能完成某一專業(yè)的所有實(shí)驗(yàn)教學(xué)，多數(shù)工科學(xué)校的實(shí)驗(yàn)室又不可能配備過多的實(shí)驗(yàn)教學(xué)師資隊(duì)伍。

針對(duì)這些實(shí)際問題，四川大學(xué)水電學(xué)院在水利水電工程專業(yè)的課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)上進(jìn)行了一些改革嘗試，初步取得了一定的成效。本文是針對(duì)水電站這門專業(yè)課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的方法介紹和經(jīng)驗(yàn)總結(jié)。

1 課堂教學(xué)與工程實(shí)際緊密結(jié)合

水電站這門課程的主要內(nèi)容涉及水電站的工程布置，課堂講授了水電站進(jìn)水口、引水建筑物、水輪機(jī)、調(diào)壓室以及水電站廠房布置等內(nèi)容[5～6]。在進(jìn)行這些內(nèi)容的教學(xué)前，學(xué)生往往缺乏對(duì)實(shí)際工程的了解，即使是進(jìn)行過認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)的同學(xué)，對(duì)水電站的印象也僅僅停留在走馬觀花的參觀過程，根本不可能了解到實(shí)際工程中可能存在的問題以及具體的解決方法。針對(duì)這一情況，改革思路是利用教師的科研資源和實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的科研用模型資源，首先在課堂上放映實(shí)際電站的工程影像資料，提出問題，讓學(xué)生思考解決該問題的方法；然后對(duì)重要的水力學(xué)現(xiàn)象在實(shí)驗(yàn)室科研模型上進(jìn)行演示。因?yàn)椴皇遣捎眯〕叽绲慕虒W(xué)模型演示，而是采用實(shí)際工程的科研模型進(jìn)行測試和分析，這樣的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法既活躍了課堂教學(xué)氛圍，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，又讓學(xué)生知道了科學(xué)研究的方法和成果應(yīng)用，達(dá)到比常規(guī)方法更好的實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。

這樣的教學(xué)改革在其他專業(yè)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革中也有類似的實(shí)踐和嘗試[7]，不過將其用在水利水電工程專業(yè)教學(xué)中也還有一些特殊性。

2 將科研模型用作本科學(xué)生的實(shí)驗(yàn)教學(xué)

水利水電工程往往是國家的重大或重點(diǎn)工程，工程規(guī)模大，涉及的學(xué)科多，水工建筑物復(fù)雜，用于科學(xué)研究的模型多。本科生專業(yè)課程實(shí)驗(yàn)需要演示建筑物的功能，學(xué)習(xí)水工建筑物的設(shè)計(jì)原理和方法，了解水輪機(jī)和這些水工建筑物的運(yùn)行性能[8～11]。采用傳統(tǒng)的教學(xué)模型進(jìn)行演示性的實(shí)驗(yàn)往往達(dá)不到理想的工程效果，并且精度差、測量誤差大、學(xué)生實(shí)驗(yàn)重復(fù)性差，更為重要的是學(xué)生感受不到實(shí)體工程的具體特點(diǎn)和要求。以“水電站調(diào)壓室實(shí)驗(yàn)”為例，以往的教學(xué)實(shí)驗(yàn)是在一張1.6 m×0.8 m×1.2 m的實(shí)驗(yàn)桌上完成，由于實(shí)驗(yàn)設(shè)備小，流量太小，調(diào)壓室的水位波動(dòng)幅值小，測量誤差大，學(xué)生做完實(shí)驗(yàn)后，難以將實(shí)際工程的水庫、進(jìn)水口、長達(dá)數(shù)公里甚至十幾公里的引水隧洞、高壓管道以及水輪發(fā)電機(jī)組等聯(lián)系在一起。為此，充分利用教師的科研項(xiàng)目資源，將水利水電工程大尺寸科研模型用于本科學(xué)生的實(shí)驗(yàn)教學(xué)。由于科研模型尺寸較大，實(shí)驗(yàn)精度較高，重復(fù)性好，調(diào)壓室類型多，并且這些模型建造的目的往往是結(jié)合工程中的某個(gè)具體問題有針對(duì)性地開展研究，這樣的實(shí)驗(yàn)學(xué)生更加喜歡，實(shí)驗(yàn)熱情高。表1是曾經(jīng)用于本科生實(shí)驗(yàn)教學(xué)的科研模型名稱和參與實(shí)驗(yàn)學(xué)生的數(shù)據(jù)，這些科研模型研究目的明確，類型多，用于本科生實(shí)驗(yàn)教學(xué)既豐富了實(shí)驗(yàn)室的設(shè)備資源，又讓學(xué)生了解到具體工程的技術(shù)要求和需要解決的工程問題。學(xué)生普遍反映開闊了他們的眼界，教學(xué)效果遠(yuǎn)超傳統(tǒng)的演示性模型。

表1 用于本科生實(shí)驗(yàn)教學(xué)的水電工程科研模型

3 存在的問題和解決辦法

水電工程科研模型通常是根據(jù)某個(gè)實(shí)際工程的布置尺寸，按照一定的模型率進(jìn)行設(shè)計(jì)建造，造價(jià)昂貴，僅有1臺(tái)套，不可能建造多臺(tái)套為本科生實(shí)驗(yàn)教學(xué)服務(wù)。以水利水電工程專業(yè)的水電站調(diào)壓室實(shí)驗(yàn)教學(xué)為例，科研模型照片如圖1和圖2所示。這樣一套科研模型要能夠滿足兩百多位學(xué)生的實(shí)驗(yàn)教學(xué)需求，需要實(shí)驗(yàn)室具備全天候開放的條件，并且實(shí)驗(yàn)前需要學(xué)生按照5人左右一個(gè)小組和實(shí)驗(yàn)室教師預(yù)約，如此會(huì)造成實(shí)驗(yàn)教學(xué)延續(xù)的時(shí)間較長，可能要延續(xù)幾周時(shí)間才能全部完成一個(gè)實(shí)驗(yàn)。為此在實(shí)驗(yàn)室的運(yùn)行機(jī)制和師資配備上，四川大學(xué)水電學(xué)院研究了專門的政策，制定了相應(yīng)的鼓勵(lì)政策和激勵(lì)機(jī)制。這樣的實(shí)驗(yàn)教學(xué)思路實(shí)際是讓本科學(xué)生從事一部分研究生的實(shí)驗(yàn)研究工作，實(shí)踐證明達(dá)到了很好的實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)報(bào)告中提出工程問題和解決措施的比例逐年提高。

圖1 科研模型之一

圖2 科研模型之二

4 需要繼續(xù)探討和改進(jìn)的幾個(gè)問題

雖然將科研模型用于本科生實(shí)驗(yàn)教學(xué)能夠取得比較好的教學(xué)效果，但是在實(shí)際運(yùn)行中也發(fā)現(xiàn)有些問題需要繼續(xù)討論和改進(jìn)。

1)科研生產(chǎn)項(xiàng)目研究進(jìn)度和本科生實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)間沖突的問題。通?？蒲心Ｐ褪菍W(xué)校教師簽訂的橫向科研試驗(yàn)項(xiàng)目，委托單位對(duì)研究進(jìn)度和研究成果有明確的完成時(shí)間要求，這就使得項(xiàng)目科研試驗(yàn)和本科生實(shí)驗(yàn)教學(xué)有可能發(fā)生時(shí)間上的沖突。需要實(shí)驗(yàn)室統(tǒng)籌規(guī)劃，協(xié)調(diào)科研項(xiàng)目負(fù)責(zé)人和本科生實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師之間的協(xié)作互助關(guān)系，最好是本科生實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師直接參與到該項(xiàng)目研究中，或者是該項(xiàng)目負(fù)責(zé)人參與到本科教學(xué)中，這方面的鼓勵(lì)政策和考核辦法需要學(xué)?；?qū)W院層面進(jìn)一步研究和討論。

2)對(duì)科研模型的保養(yǎng)和維護(hù)問題?？蒲心Ｐ鸵蜓芯啃枰?，往往購置和布置了高精度的傳感器和測量儀器，科研項(xiàng)目研究人員不太愿意將這些儀器設(shè)備用于本科學(xué)生的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，這一方面要求實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師對(duì)本科實(shí)驗(yàn)教學(xué)加強(qiáng)指導(dǎo)，正確指導(dǎo)本科生使用和操作儀器設(shè)備，避免誤操作；另一方面，應(yīng)建立合理的補(bǔ)助機(jī)制，對(duì)科研項(xiàng)目在實(shí)驗(yàn)室的場地使用、耗材補(bǔ)充等方面給予支持，對(duì)本科實(shí)驗(yàn)經(jīng)常使用的小型儀器，如傳感器等購置一定數(shù)量的備品備件，這種互利補(bǔ)助的細(xì)則往往和科研項(xiàng)目的大小有關(guān)，這方面的具體操作需要一定的經(jīng)驗(yàn)，合理化的互利補(bǔ)助細(xì)則需要繼續(xù)研究和探討。

3)研究生協(xié)助指導(dǎo)的本科生研究小組模式有待深入研究[8]。科研模型用于本科生實(shí)驗(yàn)教學(xué)的本質(zhì)是本科生參與部分研究工作，只有一臺(tái)套大型設(shè)備，需要分成多個(gè)小組，完成同一個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目周期長，如何更好地發(fā)揮研究生的人員和技術(shù)優(yōu)勢(shì)，建立研究生與本科生的研究內(nèi)容銜接，避免研究資源浪費(fèi)也是值得討論的問題之一。

5 結(jié)束語

水利水電工程專業(yè)教師科研模型裝置用于本科生實(shí)驗(yàn)教學(xué)不僅可行，而且應(yīng)當(dāng)鼓勵(lì)。對(duì)提高本科學(xué)生分析問題和解決問題的能力有幫助，是當(dāng)前解決本科學(xué)生動(dòng)手能力低下的有效途徑之一。高等工科學(xué)校在本科生實(shí)驗(yàn)教學(xué)方面的改革措施可以形式多樣，在實(shí)驗(yàn)室的開放運(yùn)行機(jī)制、科研教學(xué)互利補(bǔ)助政策、學(xué)生激勵(lì)措施等方面還需要深入探討和研究。

[1]蔣定福.高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在的問題及其對(duì)策[J].中國教育技術(shù)裝備2006(11)：16-17.

[2]李明元.高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在的問題和改進(jìn)措施[J].高等教育研究，2009,26(4):50-52.

[3]田紅.高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在的問題與對(duì)策[J].實(shí)驗(yàn)科學(xué)與技術(shù)，2014,12(1):91-93.

[4]李伊荇,侯文海.淺談高校實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的不足與完善[J].實(shí)驗(yàn)室科學(xué),2007(5):110-112.

[5]劉啟釗.水電站[M].3版.北京:中國水利水電出版社,1998.

[6]馬善定,汪如擇.水電站建筑物[M].2版.北京:中國水利水電出版社,1996.

[7]王海鷹，楊剛，李玉紅,等.將科研實(shí)驗(yàn)引入本科實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革與實(shí)踐[J].中國電力教育，2009(17):145-146.

[8]沈長松,王世夏.水工建筑物[M].北京:中國水利水電出版社,2008.

[9]國家能源局.中華人民共和國能源行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).水電站調(diào)壓室設(shè)計(jì)規(guī)范NB/T35021-2014[S].北京:中國電力出版社,2014.

[10]索麗生,劉寧,關(guān)志誠.水工設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京:中國水利水電出版社,2011.

[11]鄭源,陳德新.水輪機(jī)[M].北京:中國水利水電出版社,2011.

[12]劉常澍，梁冰，李志華.碩士生指導(dǎo)本科生實(shí)驗(yàn)課的實(shí)踐與思考[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2005，22(11):22-23.

TeachingandExperimentReformPracticeontheCourseofHydropowerStation——UtilizeEngineeringScientificResearchModeltoServeUndergraduateTeaching

WANG Wenrong，LIU Hua，JU Xiaoming

(School of Hydraulic and Hydroelectric Engineering，Sichuan University，Chengdu 610065，China)

This paper takes the experiment of the surge tank of the hydropower station as the example.It introduces the reform ideas and methods of water conservancy and hydropower engineering research model for undergraduates’ experimental teaching.It discusses the possible problems and solutions of the research model in teaching experiment，and discusses the problems of experiment management，experiment schedule，policy incentive mechanism，model maintenance and assistant teaching of graduate students.It is proved that this method can achieve good results by years of teaching test.

scientific research model；water resources and hydropower engineering；surge chamber；experiment teaching；discussion

2015-10-04；修改日期:2016-01-15

王文蓉(1964-)，女，高級(jí)實(shí)驗(yàn)師，主要從事水利水電工程方面的研究工作。

G642.423

A

10.3969/j.issn.1672-4550.2017.04.019