花廣如 張新春 劉罡愷 李娜 王璋奇

［摘 要］隨著學科綜合與多元化趨勢的日益顯著，“雙一流”建設(shè)背景下，研究生教學應朝著課程多樣化、信息化的方向發(fā)展。教學團隊針對華北電力大學機械工程領(lǐng)域?qū)I(yè)學位案例庫建設(shè)缺乏統(tǒng)一性、教學素材質(zhì)量參差不齊、教學案例與技術(shù)脫節(jié)等問題，結(jié)合“雙一流”建設(shè)“大能源電力學科”的優(yōu)勢，組織和編寫了以工程問題為導向的輸電線路工程案例教學資源庫，并開展輸電線路工程教學改革。通過構(gòu)建以工程問題為導向的輸電線路工程案例教學體系，形成“知識→案例→實踐→知識”的良性循環(huán)，促進學生自主學習，并培養(yǎng)其開放性思維，達到培養(yǎng)學生分析問題和解決工程問題能力的教學目標。

［關(guān)鍵詞］機械工程；輸電線路工程；教學改革；工程案例庫建設(shè)

［中圖分類號］G643［文獻標識碼］A［文章編號］2095-3437（2024）10-0023-05

2020年印發(fā)的《專業(yè)學位研究生教育發(fā)展方案（2020—2025）》[1]指出：“目前，我國在很多領(lǐng)域都有尚待突破的關(guān)鍵技術(shù)，成為制約我國創(chuàng)新發(fā)展的瓶頸，這些技術(shù)相當程度集中在科技應用和轉(zhuǎn)化方面，需要大量創(chuàng)新型、復合型、應用型人才。”為了加速我國各行業(yè)的進步，各高校應優(yōu)化全日制專業(yè)學位碩士研究生的培養(yǎng)方案，著力培養(yǎng)具有高專業(yè)水平、強業(yè)務能力的人才，著重提高人才的問題分析能力和問題解決能力，以推動各專業(yè)領(lǐng)域的發(fā)展。機械工程（輸電線路工程）專業(yè)是一個多學科交叉的工程應用專業(yè)，涉及電氣工程、機械工程、土木工程、計算機科學與技術(shù)、測量學、氣象信息等基礎(chǔ)理論知識，具有較強的工程屬性。因此，華北電力大學（以下簡稱我校）在機械工程領(lǐng)域?qū)I(yè)學位碩士研究生的培養(yǎng)過程中，引入開放式、互動式的教學模式，使學生直接與工程問題接觸，理論教學與實際工程緊密結(jié)合，推動教學案例庫的建設(shè)，實現(xiàn)課程案例化、實踐化的目標[2]。

專業(yè)學位案例庫建設(shè)是實現(xiàn)復合型教學的基本保障。工科課程理論知識深度大、涵蓋面廣、與工程實際結(jié)合難度大，在日常教學中，以授課教師為核心的教學模式容易使知識點浮于課程表面[3]，導致與實際脫軌。因此，推進教學案例庫的建設(shè)是改善當前教學現(xiàn)狀的必由之路[4]。

當前，為了打破傳統(tǒng)的“填鴨式”教育模式，提高課堂教學質(zhì)量，許多國內(nèi)外高校紛紛選擇建設(shè)教學案例庫[4-5]。然而，各大院校的案例庫建設(shè)仍處于探索階段。盡管案例庫資源豐富，但普遍缺乏整體系統(tǒng)的規(guī)劃，導致部分案例內(nèi)容單薄、碎片化嚴重、深度不足。部分案例在實際課堂教學中應用時，甚至會出現(xiàn)加劇學生碎片化記憶、破壞教學系統(tǒng)性的反作用[6]。

結(jié)合“雙一流”建設(shè)“大能源電力學科”的優(yōu)勢，教學團隊依托當前承擔的橫向項目，組織和編寫以工程問題為導向的輸電線路工程案例教學資源庫，實現(xiàn)工程案例庫的工程化、專業(yè)化和特色化，促進學生自主學習，并培養(yǎng)他們的開放性思維，為培養(yǎng)學生分析問題、解決工程實際問題能力打下堅實基礎(chǔ)，提高“雙一流”建設(shè)專業(yè)學位研究生的培養(yǎng)質(zhì)量和水平。

一、輸電線路工程案例教學資源庫建設(shè)存在的問題

隨著我國“雙碳”目標的不斷推進，全行業(yè)對電力供應的需求日益增長，在未來大力建設(shè)特高壓輸電線路是支撐發(fā)展清潔能源的大趨勢[7]。特高壓輸電線路建設(shè)工藝并非一成不變，隨著未來極端環(huán)境和復雜地質(zhì)條件下輸電線路建設(shè)工程的逐漸增多，新結(jié)構(gòu)、新材料以及更高電壓輸電技術(shù)將不斷涌現(xiàn)[8]，這對機械工程——輸電線路工程領(lǐng)域的人才提出了更高的要求。因此，輸電線路工程專業(yè)課程的教學質(zhì)量及其考核標準應與市場需求相匹配。作為輸電線路工程專業(yè)課程教學的核心，輸電線路工程案例教學資源庫的建設(shè)質(zhì)量與課堂教學質(zhì)量密切相關(guān)。通過輸電線路工程專業(yè)課程的線下教學，教學團隊對近三年學習該課程的學生進行問卷調(diào)查（結(jié)果見圖1）。調(diào)查結(jié)果顯示，學生認為工程案例庫建設(shè)存在缺乏統(tǒng)一性、教學素材質(zhì)量參差不齊、教學案例與技術(shù)脫節(jié)等問題。

（一）工程案例庫建設(shè)缺乏統(tǒng)一性和規(guī)劃性

現(xiàn)有的輸電線路工程專業(yè)課程缺乏專門的教材，主要依賴教學團隊基于其研究方向的成果制作的課件進行授課。在探討工程類問題時，這些課件往往受限于任課教師的專業(yè)領(lǐng)域，容易忽略工程實際和現(xiàn)場技術(shù)等因素。在教學課件中，工程案例素材主要來源于其他專業(yè)課程教材以及以往的研究課題。然而，由于工程案例庫建設(shè)的統(tǒng)一性和規(guī)劃性不足，素材呈現(xiàn)出碎片化狀態(tài)，這不利于學生全面理解和融合相應知識點。

（二）教學素材質(zhì)量參差不齊

在實踐教學方面，教學素材相當匱乏，任課教師主要從網(wǎng)站上尋找類似的視頻進行課堂分享。然而，一些網(wǎng)絡(luò)視頻清晰度不佳，且其解說內(nèi)容與課程內(nèi)容存在出入，不利于課堂的系統(tǒng)化教學。此外，工程案例教學中的細節(jié)不勝枚舉，僅僅依賴任課教師的解說顯然是不夠的。因此，需要引入專業(yè)技術(shù)人員來詳細講解施工技術(shù)的知識點，以幫助學生將理論知識與工程實際緊密結(jié)合。

（三）教學案例與技術(shù)脫節(jié)

經(jīng)過對歷年授課課件的分析與比對，發(fā)現(xiàn)歷年課件中的案例變化程度較小，存在教學案例與主流技術(shù)水平脫節(jié)的問題[9]。作為一門專業(yè)性強的工程應用專業(yè)，其課程建設(shè)應與產(chǎn)業(yè)掛鉤[10]，其主要目標應為服務現(xiàn)有產(chǎn)業(yè)并引領(lǐng)未來產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型發(fā)展。在教學過程中，任課教師應注重學生實踐能力的培養(yǎng)，構(gòu)建出科研、教學、就業(yè)一站式教學模式，將機械工程、電氣工程、土木工程等學科知識進行深度融合，以適應新時代電力行業(yè)的進一步發(fā)展需求[11]，從而提高“雙一流”建設(shè)背景下機械工程領(lǐng)域?qū)I(yè)學位研究生的培養(yǎng)質(zhì)量和水平。

二、輸電線路工程案例教學資源庫建設(shè)

教學團隊結(jié)合“雙一流”建設(shè)“大能源電力學科”的優(yōu)勢，依托當前承擔的橫向項目，組織和編寫以工程問題為導向的輸電線路工程案例教學資源庫，并與多家電力公司合作，針對現(xiàn)場進行案例教學，從而形成“知識→案例→實踐→知識”的良性循環(huán)（見圖2）。此外，采用開放式、互動式的教學方式，靈活安排課堂活動，以優(yōu)化教學質(zhì)量。這種教學方式讓學生有機會面對和解決工程問題，不僅激發(fā)了學生的學習興趣和思維活力，還顯著提高了他們分析問題和解決工程問題的能力。

（一）激發(fā)學生學習輸電線路工程專業(yè)課程興趣

輸電線路工程專業(yè)課程中包含大量煩瑣且抽象的工程知識。為了使學生深刻記憶并融會貫通這些知識，教師可以采用具象化的教學方法[12]，如通過建?；虬咐曨l的方式將知識點具體標注。輸電線路工程的案例在現(xiàn)實生活中十分常見，將知識融入實際的工程案例中，不僅可以增強學生對知識點的吸收和理解，還可以活躍課堂氣氛，促進師生間的交流。例如，在鐵塔基礎(chǔ)部分的教學中，當講解到獨立基礎(chǔ)的施工流程（抄平→墊層施工→鋼筋工程→支模→混凝土工程→拆模）時，學生有時難以構(gòu)建出相應的概念。為了幫助學生更好地理解這些專有名詞，任課教師采用具象化的教學方式（見圖3），詳細展示每個知識點所對應的模型，并制作教學視頻，以激發(fā)學生的學習興趣。

（二）引入有限元分析軟件，增強案例可視化

經(jīng)過前面的理論知識講解，對案例進行綜合性分析是必要的。每個案例不能僅停留在表面，而應盡可能地提供具體數(shù)據(jù)，借助結(jié)構(gòu)分析軟件如ANSYS、ABAQUS等[13]，以更精確地分析案例。在課堂上，利用預先準備的模型，模擬事故發(fā)生時桿塔的受力情況，從數(shù)據(jù)中映射出實際原因，并通過這種方式串聯(lián)各章節(jié)內(nèi)容，從而增強學生知識網(wǎng)的緊密性。以輸電線路結(jié)構(gòu)設(shè)計與施工技術(shù)章節(jié)為例，為了深入研究輸電桿塔結(jié)構(gòu)設(shè)計的安全性，引入了淮南—上海1000kV輸變電工程實例（見圖4）[14]。在校核輸電桿塔時，既要考慮其強度破壞條件，也要充分考慮其穩(wěn)定性問題。通過這一案例的分析，可以直觀、系統(tǒng)、科學地展示輸電線路結(jié)構(gòu)設(shè)計的要點，增強教學的可視化效果。

（三）校企合作，引入實際案例培養(yǎng)學生分析問題能力

根據(jù)課程安排，工程案例庫內(nèi)容分為輸電線路結(jié)構(gòu)設(shè)計與施工技術(shù)、輸電線路監(jiān)測與巡檢技術(shù)、電力金具設(shè)計與生產(chǎn)管理三個板塊，針對每個板塊進行案例的收集與梳理，以完成案例庫的建設(shè)。本案例庫的資料主要來源于教學團隊所承擔的橫向項目，以及多家電力公司在實際運行維護過程中的經(jīng)典案例，與行業(yè)先進技術(shù)水平相吻合。

根據(jù)電力企業(yè)要求，目前架空輸電線路張力架線施工故障率必須控制在10%以內(nèi)，但現(xiàn)有故障率已達到15%，未能滿足企業(yè)標準。為將故障率降至企業(yè)要求，教學團隊選擇降低架空輸電線路張力架線施工故障率為研究課題，并制定解決問題的可行方案。經(jīng)過調(diào)查，教學團隊記錄了施工現(xiàn)場存在的質(zhì)量問題，并對這些問題進行了分類和研究，最終得出結(jié)論：牽引繩上揚和轉(zhuǎn)角塔內(nèi)角掛線滑車橫向偏離是導致張力架線施工故障的主要癥結(jié)。

在教學過程中，引導學生對問題進行原因分析是提高他們互動積極性的有效方法。例如，引導學生運用頭腦風暴法對牽引繩上揚和轉(zhuǎn)角塔內(nèi)角掛線滑車橫向偏離這兩個癥結(jié)進行原因分析，向指定教學案例的分析思路靠近，以深入理解問題的根源（見圖5）。

針對大轉(zhuǎn)角塔橫擔下主材與滑車之間未使用支撐物的問題，需要在這些位置增設(shè)支撐物，以確保大轉(zhuǎn)角塔橫擔下主材與滑車之間的支撐物的使用率達到100%。為此，需要逐基檢查工程中轉(zhuǎn)角塔，特別是在放線時，對轉(zhuǎn)角過大的滑車采取必要的固定措施。具體而言，應在塔橫擔下主材與滑車之間使用支撐物來固定滑車，確保施工安全和效率。

在應對設(shè)備缺少保養(yǎng)的問題時，應合理選擇設(shè)備，確保設(shè)備保養(yǎng)及相關(guān)記錄實現(xiàn)100%覆蓋。為達到這一目標，可以采取以下措施：進入施工現(xiàn)場的施工機械必須經(jīng)過驗收，確保其性能狀態(tài)完好，并且資料齊全、準確；強化現(xiàn)場施工機械設(shè)備的平衡和調(diào)動，合理組織機械設(shè)備的使用、保養(yǎng)和維修工作，以提高機械設(shè)備的使用效率和完好率；執(zhí)行重要施工機械設(shè)備專機專人負責制、機長負責制和操作人員持證上崗制；嚴格執(zhí)行施工機械設(shè)備操作規(guī)程與保養(yǎng)規(guī)程，堅決制止違章指揮、違章作業(yè)，防止設(shè)備帶病運轉(zhuǎn)或超負荷運轉(zhuǎn)；嚴格實行由專業(yè)人員進行的定期保養(yǎng)和監(jiān)測修理制度，確保設(shè)備處于良好狀態(tài)。

（四）構(gòu)建課程設(shè)計案例，培養(yǎng)學生實踐能力

輸電線路工程是理論與實踐相結(jié)合的一門專業(yè)，其中輸電線路結(jié)構(gòu)設(shè)計與施工技術(shù)、輸電線路監(jiān)測與巡檢技術(shù)這兩個模塊的操作細節(jié)較多。在理論課程結(jié)束后，學生需完成相應的課程設(shè)計任務，這些設(shè)計案例主要來源于校企合作項目及課題組以往的研究成果。課程設(shè)計內(nèi)容涵蓋軟件建模成果、有限元分析以及項目書撰寫，這樣的設(shè)計旨在幫助學生鞏固理論知識，同時避免培養(yǎng)出“腳不落地”的“筆桿子”人才。

三、結(jié)語

建設(shè)以工程問題為導向的案例庫，有效解決了以往案例庫建設(shè)中存在的統(tǒng)一性不足、教學案例質(zhì)量參差不齊以及教學案例與技術(shù)脫節(jié)等問題。本文基于“知識→案例→實踐→知識”的循環(huán)理念，通過案例穿插理論教學、引入有限元分析軟件、校企合作、構(gòu)建課程設(shè)計案例，將電氣工程、機械工程、土木工程、測量學、氣象信息等多個學科的理論知識融入其中，激發(fā)學生的學習興趣，培養(yǎng)學生解決工程問題的能力，并提高學生的實踐能力。通過實施這一系列舉措，不僅實現(xiàn)了理論與實踐的深度融合，也達到了行業(yè)所需人才技術(shù)培養(yǎng)的目標，從而提高了“雙一流”建設(shè)背景下機械工程領(lǐng)域?qū)I(yè)學位研究生的培養(yǎng)質(zhì)量和水平。

［ 參 考 文 獻 ］

[1］ 國務院學位委員會，教育部.專業(yè)學位研究生教育發(fā)展方案（2020-2025）[EB/OL].（2020-09-25）[2023-12-02].http：//www.moe.gov.cn/srcsite/A22/moe_826/202009/w020200930357734729917.docx.

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［責任編輯：梁金鳳］