基于互聯(lián)網(wǎng)+虛擬仿真混合式教學(xué)模式的《水電站》課程教學(xué)探索

◇西藏農(nóng)牧學(xué)院 宋新偉 肖安偉 呂琳莉 郝守寧

《水電站》作為水利水電工程專業(yè)培養(yǎng)體系中的一門專業(yè)核心課程，其內(nèi)容豐富，涉及多學(xué)科理論知識(shí)，注重理論聯(lián)系實(shí)際，課程較難。本文以西藏農(nóng)牧學(xué)院為例，在分析專業(yè)學(xué)生特點(diǎn)、課程特點(diǎn)和《水電站》課程教學(xué)中存在的問題基礎(chǔ)上，依托課程互聯(lián)網(wǎng)在線教育資源和學(xué)校的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室的水電站虛擬仿真系統(tǒng)，優(yōu)化課程教學(xué)內(nèi)容、課程授課方式、課程考核方式，利用QQ群課堂、學(xué)習(xí)通APP等開展課程學(xué)習(xí)指導(dǎo)、課程答疑，組織學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)，參與式學(xué)習(xí)，開展了互聯(lián)網(wǎng)+虛擬仿真混合式教學(xué)改革的探索、教學(xué)。學(xué)生利用在線課程資源，教師課堂進(jìn)行課程重難點(diǎn)、抽象知識(shí)討論式講解，通過這種融合線上線下教學(xué)模式，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、學(xué)習(xí)積極性，提高了學(xué)生課程學(xué)習(xí)效果，培養(yǎng)了學(xué)生綜合思維方法、自學(xué)能力，提升了學(xué)生課程學(xué)習(xí)質(zhì)量和學(xué)以致用能力。

《水電站》是水利水電工程專業(yè)必修核心課程之一，涉及多學(xué)科理論知識(shí)，注重理論聯(lián)系實(shí)際，課程較難。學(xué)習(xí)本課程之前，學(xué)生應(yīng)熟練掌握專業(yè)基礎(chǔ)課程和部分核心課程知識(shí)。水利水電工程作為西藏農(nóng)牧學(xué)院的優(yōu)勢(shì)專業(yè)，以招生培養(yǎng)區(qū)內(nèi)學(xué)生為主，筆者通過分析近幾年的新生基本信息，進(jìn)入我校水利水電工程專業(yè)就讀的區(qū)內(nèi)生源學(xué)生大部分來自農(nóng)牧區(qū)，因西藏農(nóng)牧區(qū)地廣人稀，條件較為艱苦，基礎(chǔ)教育相對(duì)落后，導(dǎo)致區(qū)內(nèi)學(xué)生數(shù)學(xué)、力學(xué)基礎(chǔ)相對(duì)薄弱，同時(shí)隨著智能手機(jī)的普及和學(xué)生基本為2000年之后出生的新生代，喜歡上網(wǎng)、網(wǎng)游、手游等，導(dǎo)致部分學(xué)生自學(xué)能力較為薄弱。傳統(tǒng)的課堂教學(xué)模式下，我校學(xué)生對(duì)于《水電站》課程知識(shí)點(diǎn)的理解和掌握不足，學(xué)習(xí)積極性不高，學(xué)習(xí)效果差[1]。針對(duì)這一現(xiàn)象，為了提高學(xué)生學(xué)習(xí)該課程的效果和學(xué)習(xí)積極性，筆者嘗試?yán)没ヂ?lián)網(wǎng)在線課程資源和我院的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室的水電站虛擬仿真系統(tǒng)（該模塊系統(tǒng)不僅可以對(duì)于壩后式、引水式、抽水蓄能等典型電站場(chǎng)景及構(gòu)筑物進(jìn)行認(rèn)知，還支持場(chǎng)景跳轉(zhuǎn)、虛擬互動(dòng)操作，開展水電站虛擬仿真實(shí)驗(yàn)）融合傳統(tǒng)教學(xué)模式開展水電站課程改革，豐富了課程內(nèi)容，增加了學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，有效提高了《水電站》課程教學(xué)質(zhì)量，由此取得的一些《水電站》課程教學(xué)改革成效可為其他地方院校的《水電站》課程建設(shè)提供一定的參考。

1 傳統(tǒng)教學(xué)模式下《水電站》課程現(xiàn)狀

我院《水電站》理論課程總學(xué)時(shí)64學(xué)時(shí)，理論64學(xué)時(shí)，實(shí)踐課程2周。課堂教學(xué)采用傳統(tǒng)板書和多媒體相結(jié)合形式，輔以隨堂提問、課后作業(yè)、課后輔導(dǎo)，結(jié)合課程設(shè)計(jì)提高鞏固學(xué)生學(xué)習(xí)效果，最后以閉卷考試的形式考核學(xué)生對(duì)該課程知識(shí)的掌握能力。

2 傳統(tǒng)教學(xué)模式下《水電站》課程存在的問題

《水電站》課程相對(duì)水利水電工程專業(yè)其他課程，課程包含流體、固體、材料、機(jī)械、電氣設(shè)備、制圖等理論知識(shí)[2]，同時(shí)又是同水利工程緊密聯(lián)系的綜合課程，課程內(nèi)容多而抽象，交叉性和專業(yè)性強(qiáng)，從而學(xué)習(xí)難度較大，在課程教學(xué)中存在如下問題。

（1）傳統(tǒng)課程教學(xué)方式基于課堂PPT講解、公式板書推演，教學(xué)方法單一，對(duì)于課程中的抽象知識(shí)，很難調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。對(duì)于本課程中水輪機(jī)原理、水輪機(jī)氣蝕、水電站的水錘與調(diào)節(jié)保證計(jì)算，調(diào)壓室的設(shè)計(jì)計(jì)算等抽象知識(shí)內(nèi)容，通過課堂PPT講解，計(jì)算公式板書推導(dǎo)演示，課堂提問和課后作業(yè)，學(xué)生還是難以掌握這幾部分知識(shí)內(nèi)容，逐漸喪失了對(duì)本課程的學(xué)習(xí)熱情。

（2）傳統(tǒng)的教學(xué)模式不利于培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力。新形勢(shì)下，隨著高等學(xué)校教育的改革，各專業(yè)的課程學(xué)時(shí)數(shù)均被調(diào)整和減少，《水電站》課程本身知識(shí)內(nèi)容就較多，課程學(xué)時(shí)減少，如若將我院現(xiàn)有《水電站》課程教學(xué)大綱規(guī)定的課程內(nèi)容全部在課堂上灌輸學(xué)生，一是每堂課講授內(nèi)容較多，不利于學(xué)生對(duì)課程知識(shí)學(xué)習(xí)消化吸收，二是傳統(tǒng)的教學(xué)模式以教師為中心，不利于培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力[3-4]。

（3）現(xiàn)有課程考核方式單一，不利于培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手、創(chuàng)新、創(chuàng)造能力。我?！端娬尽氛n程現(xiàn)有理論課程考核方式為期末閉卷筆試+答疑+平時(shí)作業(yè)+考勤。現(xiàn)有理論課程考核方式主要以試卷形式對(duì)學(xué)生進(jìn)行考核。試卷主要以填空、選擇、判斷、名詞解釋、簡(jiǎn)答題、計(jì)算題等題型考查學(xué)生對(duì)課程知識(shí)的掌握程度。實(shí)踐環(huán)節(jié)課程設(shè)計(jì)考核方式為考查，但多年來課程設(shè)計(jì)題目較為單一，不能很好的培養(yǎng)鍛煉學(xué)生課程理論知識(shí)同工程實(shí)踐的結(jié)合，不利于培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手、創(chuàng)新、創(chuàng)造能力。

3 課程教學(xué)改革措施

針對(duì)以上傳統(tǒng)教學(xué)模式下我院《水電站》課程存在的問題，結(jié)合我院學(xué)生特點(diǎn)，圍繞互聯(lián)網(wǎng)+MOOC資源的利用、學(xué)院虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室資源結(jié)合課堂教學(xué)，采用線上+線下的混合式教學(xué)改革，具體教學(xué)改革思路如下。

3.1 理論課程教學(xué)改革

理論課程教學(xué)分別從教材選用、多媒體課件（PPT）、教學(xué)方式三個(gè)方面展開。

（1）教材選用。

課程現(xiàn)用教材（《水電站》，劉啟釗、胡明主編，中國(guó)水利水電出版社，2010年8月第四版）基礎(chǔ)上增加緒論章節(jié)[4-5]，增加國(guó)內(nèi)及西藏水電站的最新發(fā)展動(dòng)態(tài)、發(fā)展趨勢(shì)，如我國(guó)現(xiàn)有水電站建設(shè)概況以及水電建設(shè)中主要存在的新的科學(xué)技術(shù)問題；西藏水資源蘊(yùn)含情況、水電開發(fā)現(xiàn)狀及開發(fā)潛力，使學(xué)生認(rèn)識(shí)到水電站是怎樣的一門科學(xué)，使學(xué)生了解我國(guó)水電事業(yè)的最新發(fā)展?fàn)顩r，搞清水電站的研究對(duì)象，提升學(xué)生視野和對(duì)課程的興趣，同時(shí)也讓學(xué)生學(xué)習(xí)到水電站前沿的知識(shí)。

基于現(xiàn)有教材各章節(jié)內(nèi)容增加對(duì)應(yīng)的前沿發(fā)展動(dòng)態(tài)和工程建設(shè)動(dòng)態(tài)知識(shí)內(nèi)容，如水輪機(jī)部分增加白鶴灘電站的百萬千瓦機(jī)組（國(guó)產(chǎn)水輪機(jī)，世界之最），補(bǔ)足教材內(nèi)容落后于行業(yè)發(fā)展知識(shí)的同時(shí)增加學(xué)生的知識(shí)儲(chǔ)備，同時(shí)可以作為思政內(nèi)容增加學(xué)生們的愛國(guó)情懷、民族自豪感，進(jìn)一步提升學(xué)生對(duì)課程的學(xué)習(xí)興趣。

（2）多媒體課件。

因《水電站》課程內(nèi)容豐富、抽象性強(qiáng)，在基于教材內(nèi)容編制的PPT中，對(duì)于各類水電站建筑物和水利機(jī)械的內(nèi)容，融入我院的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室的水電站模塊和互聯(lián)網(wǎng)上的水電站資源，在PPT課件中加入相關(guān)知識(shí)的二維、三維圖像、虛擬仿真動(dòng)畫、視頻，使學(xué)生對(duì)空洞抽象的課程內(nèi)容有更形象的認(rèn)識(shí)，讓學(xué)生直觀生動(dòng)的學(xué)習(xí)，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。通過二維、三維虛擬模型，仿真動(dòng)畫、視頻等比較新穎、直觀的方式將抽象性的知識(shí)具體展示給學(xué)生，提高課堂教學(xué)效果。

（3）教學(xué)方式。

基于互聯(lián)網(wǎng)在線課程資源和學(xué)院的水電站虛擬仿真系統(tǒng)，按課程大綱將各章節(jié)教學(xué)內(nèi)容模塊化，采用線上線下相結(jié)合的教學(xué)方式，利用QQ群課堂、學(xué)習(xí)通APP等開展課程學(xué)習(xí)指導(dǎo)、課程答疑，組織學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)，參與式學(xué)習(xí)，學(xué)生利用課程在線資源課前自學(xué)，課堂針對(duì)重難點(diǎn)知識(shí)、抽象知識(shí)講解，課堂分組討論、隨堂測(cè)試等教學(xué)方法，課后答疑指導(dǎo)，提高了課程授課質(zhì)量，讓學(xué)生成為課程的主動(dòng)學(xué)習(xí)者，轉(zhuǎn)變了“以教師為中心”的傳統(tǒng)教學(xué)模式[6]。例如，利用互聯(lián)網(wǎng)《水電站》開放式課程資源（如愛課程、中國(guó)MOOC等）和在學(xué)習(xí)通系統(tǒng)自建的水電站課程，讓學(xué)生課前在線學(xué)習(xí)各章節(jié)內(nèi)容，再在課堂上以講授、演示、討論的方式給學(xué)生解答重難點(diǎn)知識(shí)、講解抽象知識(shí)，有效提高了課堂效率、課堂質(zhì)量。在講解水輪機(jī)和水電站廠房等知識(shí)時(shí)，利用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室的水電站虛擬系統(tǒng)進(jìn)行教學(xué)，讓學(xué)生通過仿真實(shí)體物更好的理解掌握這部分知識(shí)。利用在線教學(xué)平臺(tái)，放置課程學(xué)習(xí)資源和相關(guān)前沿性內(nèi)容，增加了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和課程知識(shí)廣度。課堂授課時(shí)利用超星學(xué)習(xí)通APP中的隨堂測(cè)試模塊開展隨堂測(cè)試，在提高學(xué)生注意力和課堂互動(dòng)的同時(shí)，增加課堂活躍度，提高了授課質(zhì)量，而且也有效杜絕了學(xué)生上課不注意聽講的現(xiàn)象。同時(shí)通過學(xué)習(xí)通或QQ課程群向?qū)W生分享課程拓展資料，如最新的國(guó)家和行業(yè)的水電站設(shè)計(jì)規(guī)范、設(shè)計(jì)手冊(cè)以及若干非涉密水電工程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)資料和圖紙，用于提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)和研究性學(xué)習(xí)能力[7]。

3.2 實(shí)踐教學(xué)

基于學(xué)校所在林芝市水資源豐富、水電站較多的地域優(yōu)勢(shì)，帶學(xué)生到學(xué)校自己的后山電站，離校較近的八一電站、多布電站、老虎嘴電站、雪卡電站開展實(shí)踐教學(xué)。上述水電站涵蓋了引水式電站、壩后式電站、河床式電站三類電站，水輪機(jī)也涵蓋了混流式、軸流式、臥式（燈泡式）、斜擊式等反擊式和沖擊式兩類水輪機(jī)。同時(shí)學(xué)校均在上述水電站建有實(shí)習(xí)基地，利用這些校內(nèi)外實(shí)習(xí)基地開展水電站課程的實(shí)踐教學(xué)，使學(xué)生能將所學(xué)課程知識(shí)應(yīng)用于實(shí)際水電站工程中，真正做到學(xué)以致用[7]。基于學(xué)院的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室得以開展水力發(fā)電模擬試驗(yàn)、電站壓力管道水擊模擬試驗(yàn)開展仿真實(shí)驗(yàn)、水電站模塊化組裝訓(xùn)練，有效培養(yǎng)了學(xué)生的動(dòng)手能力和理論聯(lián)系實(shí)際工程能力[8]。對(duì)于課程設(shè)計(jì)增加多個(gè)實(shí)際水電站工程作為題目，通過修改參數(shù)，避免題目和成果的單一和一致性，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)以致用、創(chuàng)新思維能力。

3.3 課程考核方式

課程考核的目的：一是可以讓學(xué)生自己認(rèn)識(shí)到對(duì)課程的學(xué)習(xí)效果；二是讓課程教師通過考核結(jié)果了解學(xué)生學(xué)習(xí)的情況和效果，調(diào)整教學(xué)方式方法，改進(jìn)課程教學(xué)工作。傳統(tǒng)的試卷考核，學(xué)生靠死記硬背就能獲得高分，為避免這種現(xiàn)象，達(dá)到課程理論與實(shí)踐相結(jié)合培養(yǎng)目標(biāo)，理論課程成績(jī)和課程設(shè)計(jì)成績(jī)均增加了過程考核環(huán)節(jié)。理論課程成績(jī)=期末考試（占比50%）+課堂隨機(jī)測(cè)試成績(jī)（占比20%）+在線課程配套課后作業(yè)成績(jī)（占比20%）+平時(shí)考勤（占比10%），其中期末試卷取消簡(jiǎn)答題，增加案例分析題和論述題，案例分析題選用實(shí)際工程，論述題選用發(fā)散性題目，題目緊扣水電站、水利行業(yè)的發(fā)展，增加學(xué)生應(yīng)用課程知識(shí)解決實(shí)際工程問題的能力。

課程設(shè)計(jì)成績(jī)=課程設(shè)計(jì)成果（設(shè)計(jì)說明書和圖紙質(zhì)量，占總成績(jī)50%）+實(shí)踐實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)（占總成績(jī)20%）+課程設(shè)計(jì)答辯（PPT+答辯表現(xiàn)，占總成績(jī)20%）+課程設(shè)計(jì)過程考核（階段進(jìn)展成果，占總成績(jī)10%），其中實(shí)踐實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)成績(jī)主要為學(xué)生對(duì)水電站虛擬仿真系統(tǒng)的操作演示（根據(jù)學(xué)生模塊組裝的的熟練程度、成品與實(shí)際工程的貼合度等，由系統(tǒng)自動(dòng)打分）；課程設(shè)計(jì)：設(shè)置多個(gè)實(shí)際水電站工程題目，同一題目更改不同參數(shù)，杜絕學(xué)生雷同，重點(diǎn)考核學(xué)生設(shè)計(jì)計(jì)算能力、繪圖能力、解決工程問題能力，動(dòng)手創(chuàng)新能力。

4 結(jié)束語

本文基于我?！端娬尽氛n程傳統(tǒng)教學(xué)中存在的問題、學(xué)生特點(diǎn)，基于互聯(lián)網(wǎng)資源、MOOC資源和虛擬仿真技術(shù)對(duì)課程提出了一系列改革措施，通過這種線上線下融合的教學(xué)方式，利用網(wǎng)絡(luò)工具（課程QQ群、學(xué)習(xí)通APP）對(duì)學(xué)生進(jìn)行學(xué)習(xí)指引，師生之間、學(xué)生之間學(xué)習(xí)互動(dòng)、在線課程答疑，跨越了傳統(tǒng)教學(xué)模式下的時(shí)間與地點(diǎn)限制，融合了課堂教學(xué)與線上教學(xué)的優(yōu)勢(shì)，發(fā)揮了學(xué)生們對(duì)《水電站》課程的學(xué)習(xí)主動(dòng)性，提高了課堂效率和課程質(zhì)量，培養(yǎng)了學(xué)生的自學(xué)能力，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)了學(xué)生綜合思維方法、自學(xué)能力、分析解決工程問題、動(dòng)手、創(chuàng)新、創(chuàng)造能力，轉(zhuǎn)變了“以教師為中心”的傳統(tǒng)教學(xué)模式，做到了以學(xué)生為本的教學(xué)理念，取得了良好的教學(xué)效果。