输电线路国家级实验教学示范中心建设研究

智 李， 张宇娇， 黄雄峰， 罗朝祥

(1. 三峡大学 电气与新能源学院， 湖北 宜昌 443002) (2.合肥工业大学 电气与自动化工程学院， 安徽 合肥 230009)

0 引言

电气工程及其自动化(输电线路工程方向)专业具有特定的行业背景，受工程设施建设特点以及实习、实验等教学活动制约因素影响，传统实验教学普遍存在缺乏系统动态体验、缺乏工程全面认识、缺乏综合协同体验、缺乏失误风险体验等问题。结合高等学校实验室建设和实验教学改革，促进优质教学资源整合与共享是克服实践教学环节技术困难的重要途径。

上世纪80年代，随着电力建设的快速发展，亟需大量能够从事输电线路规划、设计、制造、施工、运行与维护等方面工作，并具有一定科学研究能力的高级工程技术人才[1～2]。为了适应行业需求，三峡大学积极筹建并于1991年在我国率先开办了输电线路工程本、专科专业[3]，从开办至今，三峡大学输电线路工程专业为我国电网建设输送了大量优秀人才，一直走在我国输电线路工程专业发展的前列，同时为相关专业的办学起到示范性作用。2016年三峡大学获批输电线路工程国家级实验教学中心，国家级实验教学示范中心的建设要求，即以培养学生创新精神和实践能力为核心，树立先进实验教学理念，构建先进实验教学体系，开发和运用先进实验教学方法，完善实验教学队伍建设模式，加强并优化仪器设备配置和整体安全环境，完善建设和管理模式，提升实验教学信息化水平，共享优质实验教学资源，充分发挥示范效应[4]。

输电线路工程国家级实验教学示范中心建设是为了推进本专业实验教学内容、方法、技术、手段、队伍、管理及实验教学模式改革与创新，对推动高等学校实验教学改革与创新具有重要意义。两年多来，结合自身条件与特色优化输电线路工程示范中心管理体系，开展了多元化和开放性建设，进一步提升了示范中心软实力，促进实验与实践教学技术、方法、手段和管理的创新[5]。

1 综合建设与优势特色资源挖掘

三峡大学立足于我国电气工程领域输电线路工程及其相关专业的电力工程设计、施工技术、施工管理、运行与维护等方面的应用基础研究及应用推广研究，注重多学科交叉融合和高新技术的研究与开发。重点服务于我国特高压交/直流输电线路、智能电网及能源互联网的建设实践，形成电力工程设计、施工及运行维护领域若干核心技术，并致力于解决电力工程设计、施工及运行维护领域若干关键技术问题，并在架空输电线路、电力电缆及变电站设计理论与方法，特高压输电线路电磁环境，极端条件下的输电线路施工与运维技术，如河网地区或冻土地区的特高压输电线路施工技术，强风条件下的特高压输电线路弧垂观测技术，输电线路覆冰断线机理研究，高海拔地区输电线路外绝缘特性等方面逐渐形成了自己的优势与特色。

结合实验教学总体思路，中心进一步整合优势特色资源[6]，创新资源建设和共享模式，加大优势特色培育与资源挖掘力度，实现实验示范中心的提档升级和跨越式发展。将优势与特色研究成果转化为本科教学资源，探索加强实验示范中心实验教学环节的有效途径，从以下方面开展了相关研究：

1.1 国家级实验教学示范中心的地位探究

“理论与实践结合、相互支撑”，决定了实验教学与理论教学的综合性。输电线路工程专业是高等教育本科专业目录外的跨学科专业，全国开设此专业的高校不多，国内尚未有明确的专业理论教学、实验教学和实践教学示范体系，尤其实验实践教学体系更是相对空白。近年来，三峡大学在深入剖析输电线路工程涉及知识结构的基础上，充分研究实施专业实践教学凸显的问题：①输电线路工程专业本科教育实践环节的定位问题；②实验室的投入费用和利用率的问题；③电力行业的特殊性，电网安全规程导致实践教学的禁区多，造成的实践教学深度不够的问题。以工程能力培养为目标，以行业需求为准则，在没有借鉴的条件下，通过调研行业需求，充分考虑专业特点，多维度考虑设计实验实践教学项目，在实验实践教学体系的研究和实践教学条件的规划建设上，紧紧围绕专业服务的行业领域和岗位对人才知识、能力与素质的需求，挖掘多年办学所具备的行业背景、学科优势和科技合作优势，以专业和行业资源协同发展为路径，创建企业、行业与学校的有效链接机制，统筹兼顾，充分考虑电力行业的特殊性和发展趋势以及建设投入、安全环境等诸多问题。明晰输电线路工程实验示范中心的教学优势，理顺实验平台与理论教学的关系，探讨实验教学的地位，以真正发挥实验示范中心的教学作用。

1.2 国家级实验教学示范中心构建体系框架

输电线路工程国家级实验教学示范中心结合应用型人才的宽口径就业需求，围绕三峡大学电气工程及其自动化(输电线路工程方向)专业的基础性及专业型课程的教学要求，以典型真实工程案例为背景，在此基础上打造电气工程领域实验通用平台，对输电线路认知、输电线路施工技术、输电线路电磁环境、输电线路力学检测、电力电缆在线监测与故障诊断、绝缘子性能与线路金具检测等内容，让学生从资源管理、空间管理、沟通协作、过程操作等方面完成“交互式、体验式”的过程操作，将室内试验和理论课程形成有机整体，促进电气工程相关专业实践教学技术和管理创新[6]。

利用实验单元集成、科研成果转化、典型案例开发、模块规划研发、校企联合攻关的方法，以输电线路设计、运维、施工为主线，依托三峡大学优势特色专业进行教学资源挖掘，集成实验教学模块，系统建设输电线路工程实验项目，综合输电线路工程的科研项目成果，设计、转化和研发多专业综合的原创性实验教学项目，国家级实验教学示范中心构建体系框架如图1所示。

图1 国家级实验教学示范中心构建体系框架

1.3 国家级实验教学示范中心实验教学实施

目前，特高压交/直流输电线路、智能电网及能源互联网的建设需要大量输电线路工程及其相关专业的电力工程设计、建设、运行、检修技术人才。因此，为继续保持我校输电线路工程专业的办学特色，并主动适应电力行业发展的新趋势与新要求，整合学校、学院、专业的优势资源，使学生熟练掌握输电线路工程设计、建设、运行、检修等方面的基础理论和基本技能，显著增强电气工程及其自动化(输电线路工程)及相关专业学生的工程能力、创新能力培养质量，亟需加强我校电气工程及其自动化专业(输电线路工程方向)的建设，尤其需要加大投入力度规划和建设输电线路工程国家级实验教学示范中心户外实验场。示范中心自成立以来，确立实践教学理念，强化实践能力训练，在人才培养过程中将充分发挥优质教学资源的作用，加强学生的实践动手能力和创新意识，提升工科人才培养质量，构建了学科基础、专业基础、专业综合、工程实践创新的实验教学体系，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。2016级输电线路毕业生已在此示范中心进行攀岩模拟与登塔登杆训练如图2所示；进行输电线路金具与检修工具认知实习如图3所示；进行导线绑扎和绝缘子组装实操如图4所示；开展综合作业、毕业设计的学生可以在此进行户外场铁塔力学的相关测试如图5所示。

图2 攀岩模拟与登塔登杆训练

图3 输电线路金具与检修工具认知

图4 导线绑扎和绝缘子组装实操

图5 户外场铁塔力学特性测试

1.4 产学研一体化的资源建设和共享模式

实验教学示范中心通过“硬件综合建设、中心资源共享、购置开发并进、实践与理论融合”等多种手段进行建设，决定了其建设模式的综合性。中心开展了深入研究与合作企业(工程软件企业、电网公司等)、依托教学研究机构的共建、共管、共享模式，探索教学、科研、创新一体化平台建设新思路，培育和转化优势资源，集成教学、设计和研发资源，凝聚实习实验、创新培训和专业设计过程，完成国家级实验教学示范中心课程教学内容，共享平台、师资和成果，加大成果推广力度。

1.5 国家级实验示范中心的综合性功能建设

实验示范中心拥有大量的硬件和软件资源，决定了其教学功能的综合性。实验示范中心是输电线路工程专业教学的场所，承担大量的设计、实验和实训课程的教学工作，还是学生创新基地的重要组成部分，借助实验教学示范中心的相关资源，学生可集中完成毕业设计、课程设计、综合作业等工作，并可在中心学习和掌握进入电力企业所必需的应用软件以及学校科研平台最新成果。在加强实验示范中心资源建设的同时，强化其本科教学的综合性教学平台功能，为提升学生的思考、实践和创新能力创造条件。

2 “多层次”设置及课程优化

三峡大学电气与新能源学院以实验教学需求为基础，结合企业对岗位能力的培养要求和卓越工程师培养目标，依托品牌专业、特色学科和重点实验室，按照“立足优势学科、教学科研融合；抓住电气工程主线、建设特色资源；面向本科教学、资源高度共享”的建设思路，成立输电线路工程国家级实验教学示范中心，服务于电气工程领域相关专业。

2011年，三峡大学入选教育部第二批“卓越工程师教育培养计划”高校，电气工程及其自动化和电气工程及其自动化(输电线路工程方向)先后入选卓越工程师教育培养计划。作为卓越工程师培养计划的重要组成部分，三峡大学与企业深度合作，结合实际工程案例研发，有计划地将工程实践案例和科研成果转化为电气工程实验教学项目，也作为输电线路工程专业实训课程的重要内容。

专业教育不但要更加强调实践创新能力，还要求具备在建设全过程的资源整合能力和系统思维。电气类专业具有行业背景强，各专业互相衔接联系紧密，过程性、实践性、应用性和综合性都较强等特点。不同专业侧重不同，但都涉及工程组织与管理、工程技术等课程实验、需要强化实习实训环节。相关专业的交叉就业现状，需要一个共用的平台进行课程融合，满足不同专业的个性化特点和自主学习需求。在“大电气”背景下，实验教学示范中心将电气工程专业课程的“架空输电线路设计”、“输电线路运行与维护”、“输电线路施工技术”、“高电压技术”、“电力电缆”等课程进行整合，探索加强实验教学环节的有效途径，加强专业实践教学方法与手段改革。在下列方面开展进一步研究：

(1)输电线路工程国家级实验教学示范中心资源的“多层次”配置研究。多学科交叉融合，提高学生的综合应用能力，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，教学资源的多层次配置如图6所示。

图6 教学资源的多层次配置

输电线路工程与其他电气工程相关专业的课程教学和实践教学资源既各有特色，又相互共享，在实验中心建构时充分考虑这些专业的侧重点和共享需求。在应用过程中应结合不同本科年级、不同专业学生和卓越工程师培养计划，针对不同教学对象，进一步探索共性需求下的实验教学“个性化”差异，形成完整的实验课程层次。

研究本科生理论课程的辅助实验教学、实验(实训)教学、企业岗位培训教学的层次递进关系和差异，满足不同教学目的的实验教学需要，进行教学资源配置的层次化研究。

分析示范中心实验课程教学、实验(实习)前同步教学、课外学生自主学习的特点，探索资源共享机制下不同学习方式的差异，进行教学资源配置的层次化研究。

(2)结合国家级实验教学示范中心建设，卓越电气工程师培养计划的实施、以及专业培养模式的改革，基于将实验融入本科教学这一现状和趋势，进行课程体系设置和专业课程平台优化探索。

(3)基于示范中心共享资源建设，探讨基于室内实验室建设、户外场建设、多媒体教学、网络课程建设、配套教材建设的一体化教学过程，研究输电线路工程系列课程的理论教学与实践教学联系的途径和措施，实现课程与实习环节的贯通教学和无缝衔接，实现专业人才培养与行业企业需求的“零距离”对接。

(4)提出实验教学示范中心的实验平台支持下与电气工程及其自动化、电气工程及其自动化(输电线路工程方向)本科专业培养方案兼容的，适合本科生教学及现代化自主学习模式的本科教学培养计划，并撰写和实施更为合理的实验课程教学大纲。

3 实验教学效果分析与评价

实验(实训)课程教学的效果可以评价实验示范中心的多层次综合性建设成果，室内实验平台和户外场实验系统合基础理论知识和专业技能，形成完整的知识体系和系统的知识学习过程，实现理论、实验和实习教学效果的最优化。

项目实施过程的训练可使学生对工程建设全过程的各项工作进行程序步骤学习，让学生具备项目实施的架构性认识与操作。基于课堂-实验-实践的层次式渐进培养过程，学生在学校完成理论学习和实习实训工作，实验平台与课堂教学和实习教学互为补充和辅助，平台搭建理论与实践的桥梁，让面向生产一线的学生毕业即可迅速胜任企业岗位需求。

三峡大学电气与新能源学院输电线路工程系目前拥有三个具有较强教学及科研实力的团队，通过课题组教师亲自进行课堂授课，并调查和分析实验(实训)课程教学的效果，发现实验示范中心资源内容的不足，提出完善试验示范中心建设的改进方案，强化学生学习体验和知识点教学过程。

4 结语

本文就输电线路工程国家级实验教学中心建设作了较详细的介绍，总结如下：

(1)明晰了国家级实验教学示范中心实验教学的作用。面向“大电气”应用型人才的宽口径就业需求，围绕输电线路工程国家级实验教学示范中心教学资源的整合和优化，进一步完善了示范中心实验教学资源体系，并研究了基于该平台的实验教学对专业培养计划的影响，厘清室内实验平台和户外场实验平台的关系，强化“内、外”实验教学的有机结合，完成课堂-实验-实践的层次式渐进培养过程。

(2)“作实”了国家级实验教学示范中心的实验教学过程。基于输电线路工程国家级实验教学示范中心的综合性建设，探索原创性科研成果的教学价值，进行特色资源培育和优势资源挖掘，完善实验教学资源建设模式和资源共享模式，实现示范中心的可持续发展。立足科教深度融合和校企深度合作，面向社会需求和人才培养目标，以电气工程及其自动化、电气工程及其自动化(输电线路工程方向)专业本科学生为主要目标，兼顾相近专业和社会培训，充分考虑不同教学对象、教学过程、教学方式在共性需求下的“个性化”差异，实现资源的“多层次”配置，形成完整的实验课程层次。