摘 要：《水电站电气设备》课程内容庞杂，涉及电学、力学、热学以及工程经济学等学科的基本知识，学习难度较大。为全面推进教育部“卓越工程师教育培养计划”，天津大学在新的一轮教学改革中，于2014年设立专项进行该课程的教学改革。项目从工、学、研一体化教学体系构建、教材建设、认识实习基地建设和教学手段创新等四个方面进行课程整体改进，较好地解决了课时较少与课程内容丰富之间的矛盾，使学生在有限的课时内掌握水电站电气设备的基本理论知识，并能应用基本知识解决实际工程问题，为以后从事有关电气设计、安装、运行、维护及管理等工作奠定必要的基础。文章总结了该课程教学改革中的一些成果和经验。
关键词：水电站电气设备；教学改革；教学方法
中图分类号：G642 文献标志码：A 文章编号：2096-000X（2017）10-0094-03
Abstract： The course of electrical equipment of hydropower station is very complicated， involving the basic knowledge of electrical， mechanical， thermal and engineering economics. In order to comprehensively promote the "excellent engineer education and training program" of the Ministry of Education， Tianjin University set up a special teaching reform in the new round of teaching reform in 2014. The whole project improvement advances in four aspects from industry， academia and research of integrated teaching system construction， teaching material construction， practice base construction and teaching means innovation， solves the contradiction between less class time and rich curriculum content， which enable students to master the basic theoretical knowledge of hydropower station electrical equipment in the limited time， and apply these knowledge to solve practical engineering problems. The improvement lays the necessary foundation for students in the relevant electrical design， installation， operation， maintenance and management work in the future. This paper summarizes some experience in the teaching reform of the course.
Keywords： Electric equipment of hydropower station； teaching reform； teaching method
《水電站电气设备》是水利水电工程专业的专业核心必修课，也是一门理论与实践紧密结合的课程。为适应水利事业的发展，培养水利工程师，在天津大学水利水电工程专业教学计划中，目前该课程总学时数定为24个课时，共计1.5个学分。通过本课程的学习，使学生初步掌握水电厂、变电站电气主系统的设计与计算方法，使学生具备本专业高素质劳动者所必需的基本知识和基本技能，树立学生理论联系实际的观点，培养实践能力、创新意识和创新能力，为以后从事有关电气设计、安装、运行、维护及管理等工作奠定必要的基础。
《水电站电气设备》课程内容涉及电力系统短路计算、电力系统可靠性计算和电力设备的运行维护等方面的先修知识，要想学好该门课程，必须具有电学、力学、热学以及高级微观经济学等学科的基本知识储备。由于以往我国的水利工程专业教育偏重于水工结构建设，学生普遍缺乏这些知识的深入了解，要想在24个课时内达到课程目标，对教师和学生都是极大的挑战。随着水电站机电一体化工作的全面推进，为了更好地适应水利工程建设、生产、服务和管理第一线的需要，全面推进教育部“卓越工程师教育培养计划”，天津大学在新的一轮教学改革中，于2014年设立专项研究《水电站电气设备》的课程教学改革。项目从工、学、研一体化教学体系构建、教材建设、认识实习基地建设和教学手段创新等四个方面进行了课程整体改进，让学生在有限的课时内积极参与课程教学和学习。不仅获得了电气方面的理论知识和实践经验，而且还能把所学的知识应用到工程设计中，提高专业知识、技能水平和综合素质，得到全面综合的培养，成为一个可持续性发展的人才。文章总结了该课程教学改革中的一些成果和经验。
一、课堂教授与实践相结合，构建工、学、研一体化教学体系
工程教育的灵魂是知识的灵活运用。许多创新性思维和技术突破都是在边学边做中产生的。作为国内老牌工科强校，天津大学也是我国最早开办水利工程专业教育的院校，一直秉承“厚基础，强动手”的教学理念。在本次教学改革试验中，本课程注重培养学生应用水电站电气设备基本理论知识解决实际工程问题的能力，以工、学、研一体化教学体系为思路，将课堂基本知识应用到具体工程实例中并进行全面的具体分析，从而形成了“教师教知识、学生学知识、知识该如何应用”相结合即三位一体的教学新模式，加大与生产科研单位合作交流等三方面的实现突破。
在《水电站电气设备》课程教学过程中，将科研中同本课程相关的最新研究动态和研究成果、新技术进行归纳整理，以活页教材的形式在课堂上发给学生，以此将科研渗透到教学中，使学生了解该学科和技术发展的方向，引导和启发学生进行探究式的课外延伸学习，培养学生研究的意识，调动和激发学生的兴趣，为学生以后从事水电相关工作奠定基础。
二、编写合适的教材
学科建设的成果必须体现在课程教材里，教材是专业的载体。只有课程和教材不断更新，学生才能接触到最新的研究成果，才能了解社会对人才的培养需求，学生才能跟上社会的步伐，实现良好的就业[1]。发电厂电气设备选择是发电厂设计中的重要环节，因此在我国电力工程专业的课程中占比较重，各大电力高校也编写了许多非常优秀的教材，有些甚至修订到了第5版，有些也成为了电力工程专业的通用教材。但由于我国电力系统主要以火电为主，导致电气与自动化工程学院开设的相关课程以及配套的教材（如《电能生产过程》）也基本以讲述火电厂设备为主，与水利水电工程的电气设备侧重点并不完全相同。此外，由于电力工程专业和水利水电工程专业培养目标的不同，这类课程在教学课时和课程内容衔接上也存在着较大的差别。虽然也有一些专科或职业技术学院出版了水电站电气设备（部分）的书籍，但多以小型水电站为主，从内容的深度和广度上远远不能达到水利水电工程卓越工程师教育培养的要旨。因此本课程改革编写了一本适合水利水电工程专业本科层次教学需要、紧跟时代发展需要，以分析水电站发电机组为核心的水电站电气设备教材，并将教学改革成果归纳整理，与国内同行交流。在本教材编写过程中，主要遵循以下三个原则。
（一）重点突出，精选内容，按照水电能生产过程组织内容
为实现学生对水力-机械-电能完整知识结构的沟通和运用，具有更加全面和全局的水电能源开发利用理论与实践技能，教材编写中，以水电站电气设备程运行过程中涉及的相关工程技术知识点为参考，基础知识部分，重点突出如水电动力系统的组成及水电发电厂的电能生产过程与运行方式；水电厂、变电站主接线基本形式；同步电机的基本结构和运行状态；空载和负载时的同步发电机的磁场；凸极同步发电机的电压方程和相量图；水电站配电装置设计的基本要求，及屋内配电装置和屋外配电装置的区别和联系等相关知识。
（二）与时俱进，更新或增加在实践中应用日益广泛的内容
以当前国内外大型水电站电气设备运行规程为参考，增加水轮发电机的功率方程和转矩方程等相关内容，并以此分析发电机功率调节过程，进行水电厂的厂用电接线设计；对相关水电电气设备的图形符号和文字符号、工作原理及应用场合进行分析；同时在教材中附上最新的水电厂变电站运行操作的相关规程、规范，常用电气設备使用的手册，3～110kV水电厂变电站设计手册等实际工作手册，以便学生在后续学习、科研、工作中进行查阅。同时专门增加了工程案例解析，让学生知道学的知识有什么用，该怎么用，提高学习兴趣，有效提高了水电站电气设备课程的教学效果，有力地促进了学生分析问题和解决问题能力的提升。
（三）体系完整，使教材有利于教学，充分有效地利用有限的教学课时数
按照基础知识、理论分析、实践应用三个模块来整体设计教材、通过综合教材设计，理顺各知识模块之间的联系；同时在书后附上相关思考题，列出思考题解答参考书目及相关参考文献和参考网站的链接，充分调动学生的课后学习参与度，使学生可以利用课下时间自主学习。
三、建立认识实习基地
固定的实习基地是开展实践教学的基本前提[2]。天津大学是我国最早建设有水利工程试验室的高校，素有中国第一水工试验所之称，目前建有水利工程仿真与安全国家重点实验室、水利工程仿真与安全监测教育部工程研究中心以及水利工程实验中心等国家及省部教学科研基地，这些科研设施无疑为学生学习提供了便利。但遗憾的是，由于历史原因，我校目前的水利工程研究依然以传统水利研究方向为主，侧重水利水电工程建设，核心专业课以水力学和结构力学为主。虽然早期的实验室建有水电站电能生产过程模型，但现在基本已经废弃。从目前实验室的条件来看，可用于模拟水力发电过程的物理模型几乎没有。这与本课程是一门理论知识与现场实践紧密结合的特点不匹配，存在较大的缺陷。因此，本课程改革，除在已有教学计划安排之列的认识实习中适当增加水电厂设备的认识比重，还加强了和电气与自动化工程学院各实验室的交流与联系，并在学校周边建立了认识实习基地。
从最近几年水利水电工程专业本科毕业生的去向来看，除了有一些去水电厂从事生产管理和电力调度外，进入各级水利水电规划设计院电气室的也不乏其人。目前已与中国长江三峡集团公司、丰满水电站、潘家口水电站、二滩水电开发有限责任公司、天津电力公司等保持长期的交流合作，为我校水电站电气设备课程建设和水电站电气设备教师的工程素养提供了基本保证，同时也有力地支援了国家大型工程的建设。在认识实习基地建设中，一方面通过聘请一批水电厂、水利水电规划设计院有丰富实践经验的工程技术人员，担任实践课程指导教师；另一方面，建立与生产科研单位长期合作交流的机制。通过选派青年教师到工程一线锻炼、现场学习以及与生产科研单位合作交流等环节，增加了青年教师的工程实践经验，让他们知道具体工程一线需要什么样的人才，同时也加深实习单位对我校教师和学生的了解，形成良性循环的长期合作交流的机制。校内教师同校外教师紧密联系，通过“双师”授课，使学生在课程学习中，在掌握理论知识的基础上，对本课程涉及的实际工程活动有较深刻的理解。通过理论联系实际，亲身经历或看到一些工程实际问题是如何有效解决的，使学生了解领会和巩固理论知识，将课堂上学到的知识在实践中的运用，激发学生对新知识学习的深厚兴趣。同时完善课程的考核机制，将认识实习基地的学生过程纳入到课程最终考核，使考核能够体现学生的整体专业水平和专业综合素质。以考促学，以此激励学生实践学习的主动性和积极性。
四、采用新的教学手段，充分发挥互联网在教学中的作用
（一）充分利用现代教学和传统教学的优点
利用多媒体设备和多媒体课件进行辅助教学，将难学的理论用媒体和图片进行教学，配以课程设计、操作练习、配电设备生产实习和电站运行实习等，以动画、三維彩图、图片和实物演示电气设备结构和原理，中间穿插录像教学片，在此基础上不断探索“黑板+粉笔”与“电脑+鼠标”、“课室+实验室”相结合的教学方式。加强学生动手能力的培养，按水利行业岗位群的要求进行能力培养，全面提高学生专业综合素质，从而使教师能充分利用课堂投入获得良好的教学效果。
（二）以互联网+技术为依托，丰富教学方法
随着信息时代的到来，先进的信息技术逐渐融入各个领域的发展过程中，并起到了至关重要的作用[3]。传统教育教学模式也受到了信息技术的影响而发生了巨大的改变，专业课程授课在互联网+大背景下有了新的突破，以信息技术为依托的教学手段极大地提高了学生参与学习的主动性和积极性。在互联网+教育视域下，丰富的网络资源使得在线学习和移动学习成为课堂授课的有益补充，例如微课。本课程在授课过程中，可将部分章节，如“当前最新水轮发电机组中，对导体发热、电动力计算方法在实践中的运用”；“厂用电接线的设计原则和接线形式”等内容制成短小精悍的教学视频，为学生提供多维度、多样化的教学方式和课后预习复习的学习资源。同时创立课程学习微信平台，在微信平台里及时对学生进行课后学习答疑及分享一些与课程相关的最新科研成果，为学生创造一个可以互相交流学习本课程的学习平台，使学生通过课堂与课后有指导性的延伸学习，使本课程的学习达到应有的教学深度和广度。
通过本次课程改革，使得学生在整个教学过程中学习兴趣浓厚，主动性和参与程度高，很好地提高了他们的专业能力，并引导学生积极参与各类科技创新大赛。教师也能充分利用课堂投入获得良好的教学效果，而学生也通过课堂与课后有指导性的延伸学习，使对本课程的学习达到了应有的教学深度和广度；从水能资源利用的人才需求上完善学科建设，实现学生对水力-机械-电能完整知识结构的沟通和运用，具有更加全面和全局的水电能源开发利用理论体系；加强了和国内外其它学校的交流和合作，开阔了学生的国际视野，从新能源开发利用的角度拓宽了学生的就业面。
当然，教学改革不是一蹴而就的，需要不断改进和完善。在今后的实践中，还需要在教学方法、教学手段和实践环节等方面进一步加强和深化。
参考文献
[1]张旭.教学研究型大学学科专业一体化建设路径研究[D].沈阳：沈阳师范大学，2016.
[2]贵聪，康志强，左萍萍，等.地方高校卓越工程师“4+2”实践培养模式的构建——以桂林理工大学资源勘查工程专业为例[J].中国地质教育，2016（4）：76-79.
[3]常亮.浅析互联网教育视域下“微课圈”在计算机课程中的应用[J].中小企业管理与科技，2017（1）：109-110.