《水电站》课程教学方法的探讨

2023-02-23

水利水电建筑工程专业实施教学改革, 学制逐渐由三年向两年改革, 各课程不断地进行整合, 《水电站》作为高等职业技术学院水利水电建筑工程专业的一门职业技术课, 由原来的72学时逐步调整为40学时, 并与《水工建筑物》一起整合为《水工建筑学》, 而课程的难度并未因此降低, 课程教学目标并未发生实质性变化, 在短学时、定难度、定目标的前提下, 必须进行课程教学方法的探讨, 以求达到很好的教学效果, 顺利完成教学任务。

教学方法多种多样, 针对《水电站》这门职业技术课, 必须寻求行之有效的方法。下面讨论几种方法。

1 关键词教学法

关键词法即对重点的名称作详细阐述, 关键词是知识的基础, 抓住了关键词就抓住了关键点。《水电站》这门课关键词比较多, 如工作水头、设计尾水位、水位波动、水击、限制工况、最优工况、安装高程、吸出高程、事故闸门、压力前池、调压室、伸缩节、尾水管、蜗壳、支承环、岔管、油系统、气系统、水系统等等。

“工作水头”, 这个参数对于理解水电站原理及水轮机选择至关重要, 具体讲解时, 可以首先给出基本概念, 水轮机的工作水头是指水轮机进口和出口测量断面总水头差, 然后展开为几个特征水头:最大水头、最小水头、加权平均水头、设计水头和额定水头。讲述其含义后, 重点讲述各种水头的求解方法。比如最大水头, 指在电站运行范围内, 水轮机水头的最大值。从水头的基本概念出发, 水头指上下游水位差再减去区间的水头损失, 则可以将最大水头的求解展开为下式:Zmax=Z上-Z下-h 1首先讲授公式中每个字母的含义:上式Zmax指最大水头, Z上指相对水轮机组而言上游进口断面水位, Z下指相对于水轮机组而言下游出口断面的水位, h1指进口和出口两断面直接的水头损失。然后分析何时出现最大水头, 具体是求解Z上的最大值和Z下的最小值;在初步设计时, 对于上游进口的水位最大值, 即是上游的最高库水位, 对坝式、混合式电站指正常蓄水位, 对引水式电站指压力前池的正常蓄水位。而对于下游出口的水位最小值, 根据机组台数的不同, 具体讲解为, 当机组台数少时, 为1/2台机组运行时下泄流量对应的水位, 当机组台数多时, 为1台机组满负荷运行时的下泄流量对应的水位确定。这样讲述, 看起来是一个关键词, 加以展开后由概念到求解方法, 由理论到现象, 由点到线, 学生弄清楚了来龙去脉, 抓住了关键点, 遇到疑难问题即可迎刃而解。

2 纵、横比较教学法

纵横比较法即将知识元素作为一个系统, 系统内部的比较为横向比较, 本系统和其他系统之间的比较称为纵向比较, 这种方法可以抓住知识元素的线, 加深理解和学习记忆。

2.1 知识线条

《水电站》这门课有许多线条, 比如“水电站”这个概念就是水、机、电的综合体, 由水电站建筑物, 水力发电机械和发电、变电、配电设施三部分组成;水轮机的选型最核心的线条, 用模型综合特性曲线求解反击式水轮机主要参数, 即通过模型试验得出模型综合特性曲线, 通过相似条件建立模型和原型水轮机之间的连接, 借助单位参数这一工具求解原型水轮机的主要型号参数;反击式水轮机的过水部件, 顺着水流去向的一条线, 水流由引水部件 (蜗壳) 流向导水部件 (座环和导叶) 再流到工作部件 (转轮) 最后从转轮的下部即泄水部件 (尾水管) 流向下游;水电站进水引水的两条线路:一是无压引水式水电站包括低坝、无压进水口、沉沙池、引水渠道、日调节池、压力前池、溢水道、压力管道、厂房和尾水道;二是有压引水式水电站包括拦河坝、有压进水口、有压引水隧洞、调压室、压力管道、厂房和尾水渠。与这些建筑物相应的规范也构成一条线, 《水利水电工程等级划分及洪水标准》 (SL252-2000) , 《水利水电工程进水口设计规范》 (SL285-2003) , 《水电站引水渠道及前池设计规范》 (SL/T 205-97) , 《水电水利工程沉沙池设计规范》 (DL/T 5107-1999) , 《水电站调压室设计规范》 (DL/T 5058-1996) , 《水电站压力钢管设计规范》 (DL/T 5141-2001) , 《水电站厂房设计规范》 (SL266-2001) ;水电站厂房线路, 由厂房类型到厂房内设备, 再由这些设备和运用情况确定厂房轮廓尺寸。

2.2 纵横比较法

我们可以从这些知识线条出发, 进行以下的横向比较, 比如针对反击式水轮机过水部件, 分解为引水部件、导水部件、工作部件和泄水部件, 对比了解各个部件具体指的哪些构件, 各有哪些构造特点, 各个部件的作用, 及各个部件之间的相对位置。针对无压引水系统的不同建筑物分析各建筑物的作用。

针对这些线路从类型、构造、特点、适用范围、用途等各个方面从纵向进行对比教学, 比如水电站开发方式分为坝式开发和引水式开发, 可列表比较如表1。

纵横比较法, 先把握知识的线条, 然后通过多层次, 多角度的比较, 能把这些线条分析透彻, 又能加深理解和记忆, 事倍功半。

3 启发引导式教学法

启发引导式教学法不同于传统的灌教式教学, 这种方法将教学活动的主体由“教师”转化为“学生”, 强调学生要成为学习的主人。教学活动的重心从“教”转移到“启发”上, 并将其作为教学活动的主线贯穿于整个教学过程。在教师的启发引导下, 学生拥有充分的学习自主权和充裕的时间去学习、发现、研究和探索。这种教学方法能从知识面上对知识进行很好的学习, 培养学生学习兴趣, 增强学生的自学能力。

按照启发引导教学的原则要求, 结合水电站教学的实际, 将每次课90分钟分解为提示15分钟, 自学45分钟, 精讲25分钟, 小结5分钟, 其中自学阶段又分解为自学、互学、助学三个环节, 精讲又分解为选讲和检查两个环节。比如讲解“有压进水口”这一节, 按如下顺序实施。首先, 围绕教材, 教师指定“有压进水口的类型及适用条件, 有压进水口的布置, 有压进水口的主要设备”为自学内容。同时创造自学条件, 放隧洞式进水口, 压力墙式进水口, 塔式进水口和坝式进水口工程实例幻灯片。其次, 提示四种开发方式的特征, 受力特点, 适用条件, 有压进水口高程拟定, 闸门、通气孔、充水阀工作原理为自学要点。再次, 教师面向学生实际, 疏导思路, 指点学习方法, 按前文所叙述纵横比较法列表比较四种有压进水口的概念, 结构特征, 受力特点, 适用条件;采用关键词法分析工作闸门, 检修闸门, 通气孔, 充水阀工作原理, 位置布置。然后由学生自学本节内容, 遇到疑难, 展开思维, 力争独立解决。遇到问题, 学生相互交流, 相互启发, 允许自由组合, 互帮互学, 但以就近组合为宜。在此过程中, 教师要加强组织、引导。教师巡回指导, 辅助自学。在学生经过独立思考, 互学, 帮学还是不知所措时, 给予启发点拨。同时, 留心观察学生的“疑点”和难点”, 以此作为随机补充、调整下一时段讲授内容的依据。精讲阶段教师要严格筛选讲课内容。讲授重心在于学生“力不胜任”处, 以及教材中的重点。检查阶段进行答疑, 当场了解自己的教学效果, 了解学生掌握讲授内容的状况, 据此有效地调整对下一教学环节的控制。最后总结用于教师作简短小结, 布置作业, 安排答疑内容, 提出下次课的自学内容。这样一来, 很容易提高学生的学习兴趣, 又能有针对性的讲述重点, 学生很容易掌握一堂课的内容。

4 案例教学法

案例教学是以教学内容为基础, 从应用实战出发, 在教师的主导下, 有目标、有计划的组织学生通过对工程实例进行一系列地分析、讨论和研究, 使学生理解和掌握所学知识, 获得解决实际问题的思路和方法一种教学手段。是高等职业学院工科培养学生实际应用能力的一种典型有效的教学方法。

4.1 精选教学案例

精选教学案例, 是案例教学的第一个重要的环节。案例的质量问题是案例教学成败的关键, 没有高质量的的教学案例, 就不会达到到高质量, 高收益的效果。所以, 案例的精选是案例教学的生命。精选应依据教学内容和目标有针对性的进行选择, 案例教学是为教学内容和教学目标服务的, 离开教学内容和教学目标, 案例教学就失去了它的实际价值。在选择案例的过程中要深入到水电站设计施工单位, 精选典型、新颖、针对性强案例。在进行教学前, 授课的教师应对学生进行全面的分析和研究, 针对不同的学习对象采用的案例难易应与之对应。

4.2 教学设计

案例教学是一种与传统授课不同的教学活动, 授课的程序、方式和内容差别很大, 在选定好教学案例后, 教师首先要在吃透案例的基础上, 对案例教学的过程进行设计。案例教学过程的设计, 是案例教学的关键。案例教学要把好每一道程序, 重视每一个环节的设计, 从教学的过程和步骤上一定要把好案例的介绍、分析思考、小组讨论、实施、点评、小结、课后练习等环节。