输电线路工程国家级实验教学示范中心的建设

唐 波， 邓长征， 黄 力， 常 鹏， 王 爽

(三峡大学输电线路工程国家级实验教学示范中心，湖北宜昌443002)

0 引言

早在上世纪80年代末期，为适应我国电力工业快速发展趋势，输电线路大规模建设急需大批从事输电线路工程设计、施工、运行维护等技术与管理人才。为此，三峡大学主动适应社会需求，积极筹建并于1991年在我国率先开办了输电线路工程本、专科专业［1-2］。多年来，三峡大学输电线路工程专业从无到有并成为全国优势专业，一直引领着我国输电线路工程专业的发展，为我国的电网建设做出了积极贡献，同时为其他相关专业办学起到了示范作用［3-4］。

作为三峡大学输电线路工程专业建设的重要组成部分，三峡大学输电线路工程实验教学中心从无到有，2016年获批国家级实验教学示范中心，最终建设成为全国输电行业唯一的高等教育国家级实验教学示范平台，其发展历程实际上承载了我国输电线路工程专业的办学史。这部办学史凸显了一个工科专业面向社会需求，校企联合，多学科交叉，教学科研互推，实验室现场互证，实践应用为先的办学特色。

1 输电线路工程专业及其知识体系

1.1 输电线路工程专业概况

在能源和电力需求增长的驱动下，世界电网进入到了以坚强智能电网为标志的新阶段［5-7］。而作为整个电网中，完全暴露于自然界，承受自然环境最为复杂恶劣，运行维护最为困难的输电线路，成为了保证电网坚强的决定性影响因素，2008年来的低温冰害天气对电力系统乃至我国国民经济造成的影响就是典型代表。因此，全国电力建设对输电行业的技术人才需求量不断加大，而且培养质量要求也在逐年提高，迫切需要专业的高级工程技术人才。

因此，输电线路工程专业伴随着我国电网建设的发展应运而生。1990年以前，在中专、技校中多以“输配电”的名义培养输电线路技能人才。1991年以后到1996年，当时的电力部根据电力企业的需求，在当时的葛洲坝水电工程学院(现三峡大学)和东北电力学院(现东北电力大学)设置了输电线路工程全日制专科，同时在多所职工大学设置输电线路专业进行在职培训。1997年，三峡大学率先设置了输电线路工程本科专业;随后东北电力大学、南京工程学院、东南大学成贤学院、华北电力大学等高校也相继开展了本科教育［4］。目前，三峡大学、东北电力大学输电线路工程专业已经发展到硕士研究生教育。

1.2 构建输电线路工程专业的知识体系

由于输电线路本科开办历史不长，各高校对输电线路工程专业的高等教育体系思考仍处于研究与探索阶段［8-12］。为此，三峡大学提出了如图1所示的“基于‘1333’体系的输电线路工程专业人才培养模式”，从而较为系统地阐述了输电本科专业应具备的知识、能力和素质培养知识体系与课程体系［4］。

我校输电线路工程专业以“国家指导、行业需要、大学定位”三层次为培养理念，将专业知识体系分为了专业基础理论、专业核心知识及专业完备知识三大类。在专业基础理论上，从输电线路工程安全出发，考虑导线输送超特高压电能的电学以及铁塔及基础支撑导、地线体系的力学需求，从而确定专业理论基础为电学和力学;在专业知识及技能方面，从主动适应毕业生就业单位的用人需求的角度，根据电力设计院、建设单位和电网运行维护单位的需求，从而确定专业的核心知识为线路设计、施工和运维;在专业完备知识方面，应考虑行业用人门槛规定、新技术的应用，以及工程教育专业认证的要求，从而确定专业完备知识。

图1 基于“1333”体系的输电线路工程专业人才培养模式

2 构建实验教学示范中心创建新实践平台

输电线路工程专业在创办之初，专业课程教材都需要从无到有进行编写，专业实践教学没有任何成熟的实践模式，只能以参观实习和课程设计、毕业设计为主，即在实习过程中完成认知实验教学过程。针对我国输电线路工程专业高等教育专业实验体系研究空白，以及市场上无法提供用于输电专业实验设备等困境，学校从初始的现场参观到后来进行自制实验设备和系列专业实验室的建设，校企联合，科研助推，创建了输电线路工程实验教学平台(见图2)。

图2 基于“四五四”模式的输电线路工程实验教学体系

输电线路工程实验教学中心以“四五四”为架构，建设了“学科基础实验室，专业基础实验室，专业综合实验室，工程实践创新平台”的四层次实验教学平台，通过“观察认知、全真案例、虚拟仿真、技能比武、自主创新”等5种教学模式，训练和培养学生的“通用实验技能，专业基础实验技能，专业综合实验技能，工程实践创新能力”等4种实验实践技能和素养。可以面向输电线路工程、电气工程及其自动化、新能源发电技术、自动化、电力营销等专业(方向)开设学科基础、专业基础、专业综合、工程实践创新等4个层次的实验教学，承担实习实训、工程设计的教学任务，并为教师、研究生提供科学研究、技术开发平台。

实验中心下设学科基础实验室、专业基础实验室、专业综合实验室和工程实践创新平台。

学科基础实验室包括大学物理、电路基础、电子技术、电机、土力学、工程测量、机械基础、建筑材料等8个功能实验室，这些功能实验室培养培训学生掌握基本实验方法，具备通用仪器设备的规范使用能力，提高学生的通用实验技能。

专业基础实验室包括输电线路认知、输电线路力学、检测、施工技术、电力电缆、输变电工程电磁环境、继电保护、电力电子技术、高电压技术等9个功能实验室，涵盖相关课程中所涉及的基本概念、基本原理、基本参数的测试方法，以及作为输电线路工程技术专业人才必须掌握的基本专业技能等内容，从而培养学生的专业基础实验技能。

专业综合实验室包括输电线路在线监测、运行维护综合、电力系统综合自动化、输电线路虚拟仿真等4个功能实验室，涉及多门课程的综合知识，要求学生运用综合的实验方法和手段，按照要求(或自拟实验方案)完成实验过程，培养学生综合运用所学知识、实验方法、实验技能，分析问题、解决问题的能力。

工程实践创新平台包括电力勘测设计创新中心、电子设计创新实验室、学生创客中心、学生研讨工作坊、校企合作实践创新平台等。学生利用这些平台，依据工程(或系统)需求，独立完成从查阅文献、拟定设计方案、实施方法和步骤(或系统的分析与设计)、选择(或自行设计、制作)仪器设备并实际操作运行，以完成整个设计的全过程，同时形成完整的设计报告，并通过设计答辩。该平台主要培养和检验学生自主学习、自主设计和实施以及探究创新的能力以及团队组织协调能力。

3 创新实验教学示范中心的教学方式

3.1 强化体验式教学模式，提高学生主动性

在设置人才培养方案时，采用减少传统课堂授课学分，而新设置单列学分的“课程作业、综合作业”实验课程的方法完成实验教学工作。实验类的“课程作业、综合作业”采用课题制，即实验课题可以是针对某门课程、多门课程以及工程案例的实验项目，学生以团队形式通过实验室开放预约系统申报实验课题，实验教师准备好实验器材，学生通过自主设计、自主实验、自主分析完成实验项目，提交实验报告，并进行答辩考核。强调自主和团队合作，让学生体验从事探究研发工作的实际过程，积累相应经验和能力。

3.2 多学科交叉融合，提高学生的综合应用能力

充分利用三峡大学综合性大学的学科门类优势，结合自身特长与用人单位需求优化人才培养方案及课程体系。充分吸纳电气工程、土木工程与机械材料工程等学科发展最新进展及人文社会学科的新思想、新理论、新方法，以“强化工程应用、突出专业特色”为指导，根据我校输电线路工程专业的人才培养目标定位，在实验教学中突出以电学、力学等理论，输电线路设计、施工和运维等能力，实验项目经济性分析、团队成员自评与互评、职业道德与法律等要求，从而提高学生综合应用知识解决问题的能力。

3.3 政产学研协同育人，提高学生的工程实践能力

学校与宜昌国家高新技术产业开发区合作，优势互补，在人才培养、政策宣传、创业教育、企业培训、资金募集等方面打造形成我校学生创业的学校与社会两级联动机制。宜昌国家高新技术产业开发区的各种优惠政策为大学生的创新创业提供基础平台，可进一步鼓励学生创新创业。园区内具有大量与电力行业、新能源行业、装备制造业相关的企业，这些企业可为电力行业发、输、配、售电4个环节的人才培养提供的实习实训岗位。

针对国内输电行业发展的新趋势及面临的新问题，利用教师所从事的科研项目，及时更新教材内容与教学方式，设置反映输电前沿科技的新实验项目，如电力电缆、输电线路监测等。并自主开发课件辅助教学，形成全方位创新性的教学环境。

充分利用校内的实践教学场所，如国家级电气工程虚拟仿真实验教学中心、湖北省电工电子实验教学示范中心、校内工程训练中心、梯级水电站运行与控制湖北省重点实验室、水电站仿真实验室(国家电力公司)等重点实验室及重点学科建设平台，开展从基础实验、综合实验到工程设计的多层次实践性教学。

充分利用三峡集团公司国家级实践教学示范中心、省级实习实训基地等周边的实践教育基地，开展校外实习和工程项目训练［13］及毕业设计，聘请校外导师和专家到校讲学，实现校内、校外教学资源的互补，使电力行业的最新建设成果及时反映到教学过程中。

3.4 利用互联网技术，虚实结合提高教学效果

充分利用科学研究成果，引入最新工程案例，依托互联网技术，构建动态立体教学体系及网络互动教学环境［14-15］，覆盖输电线路施工、带电作业、运行检修、电力安规等多个输电行业领域，强化学生自主学习。改革专业课程的教学内容和教学方法，诠释和丰富立体化教材建设的内涵，构建以纸质教材为主线，工程案例为补充，网络课堂为学习平台，集课堂教学、学生自主学习、教师辅导答疑以及教学质量反馈和实时监控等一体的网络互动教学系统。

特别是输电线路实际上是架设在野外的人工构筑物，其线路施工和运维涉及到大量的工程现场实际，而传统的教学受到各种条件的限制，特别是安全条件的限制，学生无法在真实的环境中切实掌握线路铁塔的组立、基础的开挖、线路运行维护的各种实操技术。因此，与武汉科迪奥电力科技公司合作，将虚拟实验技术引入输电线路专业教学实践，搭建软硬件无缝融合的仿真培训平台，如图3所示。

图3 实验室所采用的电力安全虚拟互动实训系统

该系统覆盖输电线路施工、带电作业、运行检修、电力安规等多个电力作业教育领域，用以模拟真实电力作业环境、操作流程、作业方法与虚拟环境进行交互，从而完成电力工程建设与安全维护作业的仿真实验。通过建立“理论教学→仿真实践→现场实操”三位一体输电线路工程教学新模式，有效弥补传统理论教学与现场实操的不足，实现两种教学方式之间的平稳过渡，为输电线路工程的教学向标准化、常态化、网络化方向发展奠定了基础。

4 实验教学示范中心的建设成效

输电线路工程国家级实验教学示范中心在我国输电线路行业高级工程技术人才培养过程中，突出了专业特色，尤其是培养了学生的输电线路知识应用能力，使输电线路工程专业人才培养水平在全国始终位于前列。

近3年来，以中心为依托获批教育部、湖北省教育厅等省部级教研教改项目及奖励22项，自制实验设备50余台套、自主开发专业实验项目13项、自编实验指导书4部，建成1门省级精品课程，6门校级精品网络课程，出版成系列的专业教材6部，其中“架空输电线路设计”获批输电行业唯一的本科国家级规划教材。

特别是，中心自成立以来，接待了本校本科生、研究生、留学生，国内兄弟院校学生，电力企业单位以及厄瓜多尔等国来访工程技术人员的实验、培训、培养和访问任务，很好地发挥了辐射示范作用。三峡大学电气工程及其自动化(输电线路工程)专业本科毕业生供不应求，就业率一直保持为100%。

5 结语

多年来，输电线路国家级实验教学示范中心的建设历程，实际上承载了三峡大学输电线路工程专业从专科、本科到硕士，从无到有并成为全国优势专业的发展历程。在长期的教学研究与实践中，中心逐步凝练出了基于“1333”体系的输电线路工程专业人才培养模式，并建设完成了相应的专业课程及教材、实验内容及平台、实践技能及基地，形成了专业规范发展和持续改进的良性循环，为我国的电网建设做出了积极贡献，同时为其他高校相关专业的办学起到了示范作用。