水电站课程教学及实验改革实践——利用科研模型服务本科实验教学的探讨

王文蓉，刘 华，鞠小明

(四川大学 水利水电学院，四川 成都 610065)

水电站课程教学及实验改革实践
——利用科研模型服务本科实验教学的探讨

王文蓉，刘 华，鞠小明

(四川大学 水利水电学院，四川 成都 610065)

以水电站调压室实验为例，介绍了水利水电工程科研模型用于本科生实验教学的改革思路和方法。该文指出了科研模型用于教学实验可能存在的问题和解决方法，探讨了实验管理、实验时间安排、政策激励机制、模型维护以及研究生辅助教学等方面的问题。多年的教学实践证明将科研模型用于教学实验这一方法可以取得较好的教学效果。

科研模型；水利水电工程；调压室；实验教学；探讨

实验教学历来是高等学校工科专业实践教学中的薄弱环节。近年来，高校的普遍反映是实验教学质量下降，学生动手能力不足。究其原因，有的是因为扩招后学生人数较多，受到仪器设备台套数的制约；有的是因为设备老旧，无法满足实验精度要求；还有的是因为实验设计不合理或实验师资缺乏等等[1～4]。通常而言，某位实验室老师只适合完成他所熟悉的某一项专业实验教学，而不可能完成某一专业的所有实验教学，多数工科学校的实验室又不可能配备过多的实验教学师资队伍。

针对这些实际问题，四川大学水电学院在水利水电工程专业的课程实验教学上进行了一些改革尝试，初步取得了一定的成效。本文是针对水电站这门专业课程实验教学改革的方法介绍和经验总结。

1 课堂教学与工程实际紧密结合

水电站这门课程的主要内容涉及水电站的工程布置，课堂讲授了水电站进水口、引水建筑物、水轮机、调压室以及水电站厂房布置等内容[5～6]。在进行这些内容的教学前，学生往往缺乏对实际工程的了解，即使是进行过认识实习的同学，对水电站的印象也仅仅停留在走马观花的参观过程，根本不可能了解到实际工程中可能存在的问题以及具体的解决方法。针对这一情况，改革思路是利用教师的科研资源和实验室现有的科研用模型资源，首先在课堂上放映实际电站的工程影像资料，提出问题，让学生思考解决该问题的方法；然后对重要的水力学现象在实验室科研模型上进行演示。因为不是采用小尺寸的教学模型演示，而是采用实际工程的科研模型进行测试和分析，这样的实验教学方法既活跃了课堂教学氛围，提高了学生的学习兴趣，又让学生知道了科学研究的方法和成果应用，达到比常规方法更好的实验教学效果。

这样的教学改革在其他专业的实验教学改革中也有类似的实践和尝试[7]，不过将其用在水利水电工程专业教学中也还有一些特殊性。

2 将科研模型用作本科学生的实验教学

水利水电工程往往是国家的重大或重点工程，工程规模大，涉及的学科多，水工建筑物复杂，用于科学研究的模型多。本科生专业课程实验需要演示建筑物的功能，学习水工建筑物的设计原理和方法，了解水轮机和这些水工建筑物的运行性能[8～11]。采用传统的教学模型进行演示性的实验往往达不到理想的工程效果，并且精度差、测量误差大、学生实验重复性差，更为重要的是学生感受不到实体工程的具体特点和要求。以“水电站调压室实验”为例，以往的教学实验是在一张1.6 m×0.8 m×1.2 m的实验桌上完成，由于实验设备小，流量太小，调压室的水位波动幅值小，测量误差大，学生做完实验后，难以将实际工程的水库、进水口、长达数公里甚至十几公里的引水隧洞、高压管道以及水轮发电机组等联系在一起。为此，充分利用教师的科研项目资源，将水利水电工程大尺寸科研模型用于本科学生的实验教学。由于科研模型尺寸较大，实验精度较高，重复性好，调压室类型多，并且这些模型建造的目的往往是结合工程中的某个具体问题有针对性地开展研究，这样的实验学生更加喜欢，实验热情高。表1是曾经用于本科生实验教学的科研模型名称和参与实验学生的数据，这些科研模型研究目的明确，类型多，用于本科生实验教学既丰富了实验室的设备资源，又让学生了解到具体工程的技术要求和需要解决的工程问题。学生普遍反映开阔了他们的眼界，教学效果远超传统的演示性模型。

表1 用于本科生实验教学的水电工程科研模型

3 存在的问题和解决办法

水电工程科研模型通常是根据某个实际工程的布置尺寸，按照一定的模型率进行设计建造，造价昂贵，仅有1台套，不可能建造多台套为本科生实验教学服务。以水利水电工程专业的水电站调压室实验教学为例，科研模型照片如图1和图2所示。这样一套科研模型要能够满足两百多位学生的实验教学需求，需要实验室具备全天候开放的条件，并且实验前需要学生按照5人左右一个小组和实验室教师预约，如此会造成实验教学延续的时间较长，可能要延续几周时间才能全部完成一个实验。为此在实验室的运行机制和师资配备上，四川大学水电学院研究了专门的政策，制定了相应的鼓励政策和激励机制。这样的实验教学思路实际是让本科学生从事一部分研究生的实验研究工作，实践证明达到了很好的实验教学效果。根据统计，学生在实验报告中提出工程问题和解决措施的比例逐年提高。

图1 科研模型之一

图2 科研模型之二

4 需要继续探讨和改进的几个问题

虽然将科研模型用于本科生实验教学能够取得比较好的教学效果，但是在实际运行中也发现有些问题需要继续讨论和改进。

1)科研生产项目研究进度和本科生实验教学时间冲突的问题。通常科研模型是学校教师签订的横向科研试验项目，委托单位对研究进度和研究成果有明确的完成时间要求，这就使得项目科研试验和本科生实验教学有可能发生时间上的冲突。需要实验室统筹规划，协调科研项目负责人和本科生实验指导教师之间的协作互助关系，最好是本科生实验指导教师直接参与到该项目研究中，或者是该项目负责人参与到本科教学中，这方面的鼓励政策和考核办法需要学校或学院层面进一步研究和讨论。

2)对科研模型的保养和维护问题。科研模型因研究需要，往往购置和布置了高精度的传感器和测量仪器，科研项目研究人员不太愿意将这些仪器设备用于本科学生的实验教学，这一方面要求实验指导教师对本科实验教学加强指导，正确指导本科生使用和操作仪器设备，避免误操作；另一方面，应建立合理的补助机制，对科研项目在实验室的场地使用、耗材补充等方面给予支持，对本科实验经常使用的小型仪器，如传感器等购置一定数量的备品备件，这种互利补助的细则往往和科研项目的大小有关，这方面的具体操作需要一定的经验，合理化的互利补助细则需要继续研究和探讨。

3)研究生协助指导的本科生研究小组模式有待深入研究[8]。科研模型用于本科生实验教学的本质是本科生参与部分研究工作，只有一台套大型设备，需要分成多个小组，完成同一个实验项目周期长，如何更好地发挥研究生的人员和技术优势，建立研究生与本科生的研究内容衔接，避免研究资源浪费也是值得讨论的问题之一。

5 结束语

水利水电工程专业教师科研模型装置用于本科生实验教学不仅可行，而且应当鼓励。对提高本科学生分析问题和解决问题的能力有帮助，是当前解决本科学生动手能力低下的有效途径之一。高等工科学校在本科生实验教学方面的改革措施可以形式多样，在实验室的开放运行机制、科研教学互利补助政策、学生激励措施等方面还需要深入探讨和研究。

[1]蒋定福.高校实验教学存在的问题及其对策[J].中国教育技术装备2006(11)：16-17.

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[3]田红.高校实验教学存在的问题与对策[J].实验科学与技术，2014,12(1):91-93.

[4]李伊荇,侯文海.浅谈高校实验室建设的不足与完善[J].实验室科学,2007(5):110-112.

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[8]沈长松,王世夏.水工建筑物[M].北京:中国水利水电出版社,2008.

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[10]索丽生,刘宁,关志诚.水工设计手册[M].北京:中国水利水电出版社,2011.

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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，高级实验师，主要从事水利水电工程方面的研究工作。

G642.423

A

10.3969/j.issn.1672-4550.2017.04.019