基于互联网+虚拟仿真混合式教学模式的《水电站》课程教学探索

◇西藏农牧学院 宋新伟 肖安伟 吕琳莉 郝守宁

《水电站》作为水利水电工程专业培养体系中的一门专业核心课程，其内容丰富，涉及多学科理论知识，注重理论联系实际，课程较难。本文以西藏农牧学院为例，在分析专业学生特点、课程特点和《水电站》课程教学中存在的问题基础上，依托课程互联网在线教育资源和学校的虚拟仿真实验室的水电站虚拟仿真系统，优化课程教学内容、课程授课方式、课程考核方式，利用QQ群课堂、学习通APP等开展课程学习指导、课程答疑，组织学生主动学习，参与式学习，开展了互联网+虚拟仿真混合式教学改革的探索、教学。学生利用在线课程资源，教师课堂进行课程重难点、抽象知识讨论式讲解，通过这种融合线上线下教学模式，激发了学生的学习兴趣、学习积极性，提高了学生课程学习效果，培养了学生综合思维方法、自学能力，提升了学生课程学习质量和学以致用能力。

《水电站》是水利水电工程专业必修核心课程之一，涉及多学科理论知识，注重理论联系实际，课程较难。学习本课程之前，学生应熟练掌握专业基础课程和部分核心课程知识。水利水电工程作为西藏农牧学院的优势专业，以招生培养区内学生为主，笔者通过分析近几年的新生基本信息，进入我校水利水电工程专业就读的区内生源学生大部分来自农牧区，因西藏农牧区地广人稀，条件较为艰苦，基础教育相对落后，导致区内学生数学、力学基础相对薄弱，同时随着智能手机的普及和学生基本为2000年之后出生的新生代，喜欢上网、网游、手游等，导致部分学生自学能力较为薄弱。传统的课堂教学模式下，我校学生对于《水电站》课程知识点的理解和掌握不足，学习积极性不高，学习效果差[1]。针对这一现象，为了提高学生学习该课程的效果和学习积极性，笔者尝试利用互联网在线课程资源和我院的虚拟仿真实验室的水电站虚拟仿真系统（该模块系统不仅可以对于坝后式、引水式、抽水蓄能等典型电站场景及构筑物进行认知，还支持场景跳转、虚拟互动操作，开展水电站虚拟仿真实验）融合传统教学模式开展水电站课程改革，丰富了课程内容，增加了学生学习兴趣，有效提高了《水电站》课程教学质量，由此取得的一些《水电站》课程教学改革成效可为其他地方院校的《水电站》课程建设提供一定的参考。

1 传统教学模式下《水电站》课程现状

我院《水电站》理论课程总学时64学时，理论64学时，实践课程2周。课堂教学采用传统板书和多媒体相结合形式，辅以随堂提问、课后作业、课后辅导，结合课程设计提高巩固学生学习效果，最后以闭卷考试的形式考核学生对该课程知识的掌握能力。

2 传统教学模式下《水电站》课程存在的问题

《水电站》课程相对水利水电工程专业其他课程，课程包含流体、固体、材料、机械、电气设备、制图等理论知识[2]，同时又是同水利工程紧密联系的综合课程，课程内容多而抽象，交叉性和专业性强，从而学习难度较大，在课程教学中存在如下问题。

（1）传统课程教学方式基于课堂PPT讲解、公式板书推演，教学方法单一，对于课程中的抽象知识，很难调动学生的学习积极性。对于本课程中水轮机原理、水轮机气蚀、水电站的水锤与调节保证计算，调压室的设计计算等抽象知识内容，通过课堂PPT讲解，计算公式板书推导演示，课堂提问和课后作业，学生还是难以掌握这几部分知识内容，逐渐丧失了对本课程的学习热情。

（2）传统的教学模式不利于培养学生的自主学习能力。新形势下，随着高等学校教育的改革，各专业的课程学时数均被调整和减少，《水电站》课程本身知识内容就较多，课程学时减少，如若将我院现有《水电站》课程教学大纲规定的课程内容全部在课堂上灌输学生，一是每堂课讲授内容较多，不利于学生对课程知识学习消化吸收，二是传统的教学模式以教师为中心，不利于培养学生的自主学习能力[3-4]。

（3）现有课程考核方式单一，不利于培养学生的动手、创新、创造能力。我校《水电站》课程现有理论课程考核方式为期末闭卷笔试+答疑+平时作业+考勤。现有理论课程考核方式主要以试卷形式对学生进行考核。试卷主要以填空、选择、判断、名词解释、简答题、计算题等题型考查学生对课程知识的掌握程度。实践环节课程设计考核方式为考查，但多年来课程设计题目较为单一，不能很好的培养锻炼学生课程理论知识同工程实践的结合，不利于培养学生的动手、创新、创造能力。

3 课程教学改革措施

针对以上传统教学模式下我院《水电站》课程存在的问题，结合我院学生特点，围绕互联网+MOOC资源的利用、学院虚拟仿真实验室资源结合课堂教学，采用线上+线下的混合式教学改革，具体教学改革思路如下。

3.1 理论课程教学改革

理论课程教学分别从教材选用、多媒体课件（PPT）、教学方式三个方面展开。

（1）教材选用。

课程现用教材（《水电站》，刘启钊、胡明主编，中国水利水电出版社，2010年8月第四版）基础上增加绪论章节[4-5]，增加国内及西藏水电站的最新发展动态、发展趋势，如我国现有水电站建设概况以及水电建设中主要存在的新的科学技术问题；西藏水资源蕴含情况、水电开发现状及开发潜力，使学生认识到水电站是怎样的一门科学，使学生了解我国水电事业的最新发展状况，搞清水电站的研究对象，提升学生视野和对课程的兴趣，同时也让学生学习到水电站前沿的知识。

基于现有教材各章节内容增加对应的前沿发展动态和工程建设动态知识内容，如水轮机部分增加白鹤滩电站的百万千瓦机组（国产水轮机，世界之最），补足教材内容落后于行业发展知识的同时增加学生的知识储备，同时可以作为思政内容增加学生们的爱国情怀、民族自豪感，进一步提升学生对课程的学习兴趣。

（2）多媒体课件。

因《水电站》课程内容丰富、抽象性强，在基于教材内容编制的PPT中，对于各类水电站建筑物和水利机械的内容，融入我院的虚拟仿真实验室的水电站模块和互联网上的水电站资源，在PPT课件中加入相关知识的二维、三维图像、虚拟仿真动画、视频，使学生对空洞抽象的课程内容有更形象的认识，让学生直观生动的学习，提高学生学习兴趣。通过二维、三维虚拟模型，仿真动画、视频等比较新颖、直观的方式将抽象性的知识具体展示给学生，提高课堂教学效果。

（3）教学方式。

基于互联网在线课程资源和学院的水电站虚拟仿真系统，按课程大纲将各章节教学内容模块化，采用线上线下相结合的教学方式，利用QQ群课堂、学习通APP等开展课程学习指导、课程答疑，组织学生主动学习，参与式学习，学生利用课程在线资源课前自学，课堂针对重难点知识、抽象知识讲解，课堂分组讨论、随堂测试等教学方法，课后答疑指导，提高了课程授课质量，让学生成为课程的主动学习者，转变了“以教师为中心”的传统教学模式[6]。例如，利用互联网《水电站》开放式课程资源（如爱课程、中国MOOC等）和在学习通系统自建的水电站课程，让学生课前在线学习各章节内容，再在课堂上以讲授、演示、讨论的方式给学生解答重难点知识、讲解抽象知识，有效提高了课堂效率、课堂质量。在讲解水轮机和水电站厂房等知识时，利用虚拟仿真实验室的水电站虚拟系统进行教学，让学生通过仿真实体物更好的理解掌握这部分知识。利用在线教学平台，放置课程学习资源和相关前沿性内容，增加了学生的自主学习能力和课程知识广度。课堂授课时利用超星学习通APP中的随堂测试模块开展随堂测试，在提高学生注意力和课堂互动的同时，增加课堂活跃度，提高了授课质量，而且也有效杜绝了学生上课不注意听讲的现象。同时通过学习通或QQ课程群向学生分享课程拓展资料，如最新的国家和行业的水电站设计规范、设计手册以及若干非涉密水电工程项目的设计资料和图纸，用于提高学生的自主学习和研究性学习能力[7]。

3.2 实践教学

基于学校所在林芝市水资源丰富、水电站较多的地域优势，带学生到学校自己的后山电站，离校较近的八一电站、多布电站、老虎嘴电站、雪卡电站开展实践教学。上述水电站涵盖了引水式电站、坝后式电站、河床式电站三类电站，水轮机也涵盖了混流式、轴流式、卧式（灯泡式）、斜击式等反击式和冲击式两类水轮机。同时学校均在上述水电站建有实习基地，利用这些校内外实习基地开展水电站课程的实践教学，使学生能将所学课程知识应用于实际水电站工程中，真正做到学以致用[7]。基于学院的虚拟仿真实验室得以开展水力发电模拟试验、电站压力管道水击模拟试验开展仿真实验、水电站模块化组装训练，有效培养了学生的动手能力和理论联系实际工程能力[8]。对于课程设计增加多个实际水电站工程作为题目，通过修改参数，避免题目和成果的单一和一致性，培养学生学以致用、创新思维能力。

3.3 课程考核方式

课程考核的目的：一是可以让学生自己认识到对课程的学习效果；二是让课程教师通过考核结果了解学生学习的情况和效果，调整教学方式方法，改进课程教学工作。传统的试卷考核，学生靠死记硬背就能获得高分，为避免这种现象，达到课程理论与实践相结合培养目标，理论课程成绩和课程设计成绩均增加了过程考核环节。理论课程成绩=期末考试（占比50%）+课堂随机测试成绩（占比20%）+在线课程配套课后作业成绩（占比20%）+平时考勤（占比10%），其中期末试卷取消简答题，增加案例分析题和论述题，案例分析题选用实际工程，论述题选用发散性题目，题目紧扣水电站、水利行业的发展，增加学生应用课程知识解决实际工程问题的能力。

课程设计成绩=课程设计成果（设计说明书和图纸质量，占总成绩50%）+实践实训环节（占总成绩20%）+课程设计答辩（PPT+答辩表现，占总成绩20%）+课程设计过程考核（阶段进展成果，占总成绩10%），其中实践实训环节成绩主要为学生对水电站虚拟仿真系统的操作演示（根据学生模块组装的的熟练程度、成品与实际工程的贴合度等，由系统自动打分）；课程设计：设置多个实际水电站工程题目，同一题目更改不同参数，杜绝学生雷同，重点考核学生设计计算能力、绘图能力、解决工程问题能力，动手创新能力。

4 结束语

本文基于我校《水电站》课程传统教学中存在的问题、学生特点，基于互联网资源、MOOC资源和虚拟仿真技术对课程提出了一系列改革措施，通过这种线上线下融合的教学方式，利用网络工具（课程QQ群、学习通APP）对学生进行学习指引，师生之间、学生之间学习互动、在线课程答疑，跨越了传统教学模式下的时间与地点限制，融合了课堂教学与线上教学的优势，发挥了学生们对《水电站》课程的学习主动性，提高了课堂效率和课程质量，培养了学生的自学能力，激发学生的学习兴趣，培养了学生综合思维方法、自学能力、分析解决工程问题、动手、创新、创造能力，转变了“以教师为中心”的传统教学模式，做到了以学生为本的教学理念，取得了良好的教学效果。