“水轮机原理”互动式教学模式探索
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）30-0188-03
水电能源是目前世界上大力发展的清洁可再生能源，亦是我国能源中十分重要的组成部分，其人均占有量为世界人均占有量的55.1%。根据国家“十二五”规划以及“十三五”规划，将在保护生态基础上有序大力开发水电[1]。近年来，随着我国水电行业的迅猛发展，水电工程事业国际化和经济全球化的发展，以及水电站新技术、新设备的不断发展和应用对水电行业的人才需求提出了更高的要求[2，3]。“水轮机原理”作为培养水电工程发电系统设备设计、制造、运行管理与维护等高素质复合型人才必不可少的专业主干课程，行业发展对其教学也提出了更高的要求。本文就其教学方法及过程进行研究与探索。
“水轮机原理”课程是能源与动力工程专业（水力机械及工程方向）的核心专业课程，具有很强的专业性、实践性和系统性等特点，因此，在其教学环节中应加重理论与实践的相结合，以改善学生理论知识扎实而动手能力和创新意识薄弱的现象，以适应行业人才发展需求[4，5，8]。本文将互动式教学模式应用于“水轮机原理”理论教学环节与实践教学环节的这一新举措，大大提高了对教师的“教”和学生的“学”的要求，也对“教+学”提出了更新的挑战。在互动式教学方法中，教师的“动”是指教师将知识按计划分层次地传授给学生，而学生的“动”则是需要他们及时地将自己想要了解和掌握的知识点和相关信息反馈给老师，以形成双方之间一个动态的影响。互动式教学方法不仅可以很好地促进师生之间的交流，也能大大激发学生学习的积极性和主观能动性，培养学生的创新意识等，目前也已被各大高校试用于教学改革当中[6，7]。
一、“水轮机原理”课程教学现状及教学中存在的问题
“水轮机原理”课程作为能源与动力工程专业（水机方向）的一门专业主干课程，其教学目的是让学生初步理解并掌握水轮机的基本概念、工作原理、选型设计及水力设计方法等一般基本理论和基本技能，为后续的课程设计和毕业设计提供必要的理论基础知识和应用工具，并且能够运用所学的知识去分析解决一些与工程实际相关的问题，也为学生将来从事水力机组的设计与研发、水轮机发电机组的安装和检修以及相关管理工作打下基础。因此，牢固掌握课程的基本内容，透彻理解其原理及方法，是夯实学生专业基础，提高学生专业素养的关键。
目前，“水轮机原理”课程的教学模式可概括为四段串行模式，即“课前预习―课堂教师讲授―实验室试验―课后教师评阅”。课前预习――普遍存在学生课前准备不充分，预习不到位或者根本不预习，导致课堂教学效果不高，究其原因主要在于教师对学生课前预习的要求过于笼统或者教师自身对课前预习认识的不足致使学生不重视课前预习或不知怎样预习；课堂教师讲授――即课堂理论教学，多采用灌输式（填鸭式）教育，对初次接触专业课程的学生而言，对该课程的学习缺少客观体验、实物认知，结构、理论抽象，不易理解，学生接受知识基本属于“被动接受”状态，而由此带来的一系列问题将可能成为后续课程学习的障碍；实验室试验――即水轮机的模型试验，采用的是传统验证性试验，即所有学生进行完全相同的实验，按规定的理论知识内容和实验方案进行实践，从理论知识到实践成果的理解和掌握就是整个试验过程学中生的主要收获，老师则负责理论知识的讲授，学生仅作为学习主体，而他们的创造性很难有机会去展示；最终教师是通过学生提交的实验报告进行实验成绩的评阅。这种方式虽然有助于增强学生对理论知识较好的理解，但其不能激发学生学习的积极性和对课程及专业的兴趣度，也体现不了学生的主体性，致使学生的创造性得不到锻炼和提升。因此，“水轮机原理”课程的教学改革必须采用一种有效的方法，去激发和培养学生的积极性、主动性、创造性和创新性，以提高该课程的教学质量，同时对相关专业的课程教学产生积极的影响，促进学生综合素质的全面提升，以适应行业人才发展需求[8-10]。
二、“水轮机原理”课程“互动式”教学模式的探索
“互动式教学模式”是一种以“培养学生自主意识和创新能力，让学生爱学、会学、善学”为目标的教学结构模式[7]，是一个“教+学”两个过程相互作用的整体性动态过程。在这个过程中，教师的主导施教和学生的主体认识是相辅相成的，两者之间是“主体与主体”的平等关系，学生是认识的主体，教师是整个活动过程的组织者和指导者，两者相互联系，相互促进，有序发展。师生关系得到调节，相互作用得以促进，形成和谐的师生互动、生生互动情景，从而产生“教+学”共振、达到教学效果。因此，要实现真正意义上的互动教学就要合理发挥教师的主导作用和学生的主体作用。文中在“水轮机原理”课程的理论教学环节和实践教学环节中对“互动式教学模式”进行了初步的探索。
1.理论课堂上启发式与互动式结合教学。“水轮机原理”的理论课在整个课程教学中占据主导地位，它是进行实验课程和后续课程的前提与基础。如果采用传统的“一问一答”的“启发式”教学法，往往只是一少部分主动性较强和基础较好的学生能够得到“启发”，而大多数学生基本不会去主动响应，这样很容易形成理论部分“难以学懂”的印象，尤其是在水轮机工作原理（水轮机基本方程）和相似理论部分，数学推导过程较为复杂，物理概念和工程概念之间的联系也较为客观，学生在理解上很容易出现瓶颈和思维断点。针对上述问题，文章提出启发式与互动式联合教学的方法，采用多媒体、视频与传统板书相结合的教学手段。具体的，在理论学习、原理推导及典型机组工作过程和相关问题的讲解中：首先，由教师对讲解的知识点和问题进行“提纲式”分析，给出主要思路和相关背景知识，并对其中的关键点设置问题；其次，要求学生进行5～12分钟的课堂练习，启发学生思考问题的同时提出问题，同时，在学生进行练习的过程中教师进行走动观查，及时发现每位学生遇到的各种难点并适时地提出一些引导性问题引导学生作答，总结学生的观点；最后，教师再进行重点的分析与讲解。这样，在整个“教+学”的过程中，学生获得了一个独立思考的机会，他们可以毫无顾虑地向老师提问并与老师、同学交流，极大地增加了他们的积极性和主动性；同样，在交流过程中老师也能及时地发现问题，帮助学生突破思维断点，加深学生的印象，以达到事半功倍的效果。 除此之外，在理论教学的过程中，教师可以找一些国内外的水电工程资料、各类型水轮机结构图片、视频展示给学生，启发学生理论联系实际，给学生增加一些工程概念，提高学生对专业课程的学习兴趣，也便于更好地理解其基本原理，加深对重点、难点知识的印象，为后续的实践环节奠定良好的基础。
2.网络平台上的互动讨论。为了让学生的主观能动性得以充分地发挥，使学能够生积极参与到教学过程中，可以采用现代网络化教育，体现时代性特征，创建课程教学的网络互动平台，如创建“水轮机原理”课程群，学生可在群内发言、提问，进行自由的讨论和交流，还能够实现课后作业的信息化管理，促使学生和教师互动起来。另外，教师可以根据课程的进度在网络平台上对学生提出一些专业拓展性问题，让学生进行分组讨论，最后教师给出总结。这样既可以彻底辩清学习中的一些不明确的知识点，又可以节省出课堂时间，让学生在掌握课堂基础内容的基础上了解课程的实际应用背景、研究热点和发展动态等。例如：“水轮机原理”课程的教学中主要是以混流式和轴流式机组为主要研究对象进行各知识点的讲解，但是，随着国家水能资源的不断开发，电网需求的变化，促使抽水蓄能机组、大型贯流式（灯泡式）机组等在电网中的应用越来越多。因此，可以采用小组互动的形式，让各小组学生查阅去搜集目前我国在建的和拟建的上述各类型机组，并整理分析各水电站选用该种水轮机的原因和其发展动态等，形成相应的“研究报告”，培养学生的科研探索性，为实现创新教育理念与研究性教学相融合提供参考。
3.互动式实践教学模式探索。实践是检验学习的重要手段，也是培养学生实践能力和创新精神的重要手段。“水轮机原理”课程的专业性和实践性很强，它包括多个实践环节：水轮机模型试验、水轮机实习（包括认识实习和生产实习）及水轮机设计（包括课程设计和毕业设计）等。其中，水轮机模型试验是跟随理论教学进度动态进行的。在互动式实验教学模式中，我们可将实验分为必做、选做和自行设计三类。在每一个实验的设计与实践过程中，教师和学生、教师和教师、学生和学生之间都必须进行必要的及相互的讨论与交流。通过研究性、综合性实验及自行设计的实验加大学生自主创新能力的培养，提高学生的综合素质和能力。在整个实验“教+学”过程中，教师只作为一个引导者和协助者，在必要的时候给予学生相应的指导，学生作为主体，充分发挥其对知识的应用、实践能力以及动手能力。水轮机实习和设计则是帮助学生熟悉并掌握水电站与水轮机结构布置，使他们能够将书本里学到的结构与实际设备一一地对应，把脑子里的“平面图”转变为“立体图”，弄清楚设备的结构组成、布置、连接及操作点实际位置等。以水轮机毕业实习为例，学生结束理论课程的学习之后，我们可以直接带领学生去水电站现场参观学习，学生可以通过与企业技术人员及带队老师的互动交流得以理论联系实际，将所学的理论知识与现场实物作对比，了解水电站的全貌、水轮机在水电站中的核心地位以及水轮机的整体结构等，为后续的毕业设计环节尤其是水轮机的结构设计部分奠定基础。那么，在这些环节中，教师、企业作为主要指导者，指导学生理论联系实际，将所学的知识运用到平面设计与实物结构的认知中，学生作为认识的主题，须积极主动地与教师进行交流和讨论，提高自己的主观能动性，培养创新意识，为自己将来就业奠定良好的基础。
三、结论
互动式教学模式是以“启动―联动―能动”为主线，以学生的主动探索学习为主体，以教师启动为主导，以培养学生的创造能力、发展学生的综合素质为中心，以优化课程教学模式，大范围提高课程教学质量为目标，以动脑为核心进而拓展至动口、动手和动笔等诸多互动因素，以课堂上留给学生足够的独立思考时间和空间为主张，强调师生、生生交流提问和自由探讨的教学环节，立足引导学生去发现更多知识的教学过程。互动式教学模式将“教+学”有机地结合了起来，使得枯燥又抽象的“水轮机原理”课堂变得直观、生动、有趣，使机械的实验过程变得更有激情，也可以加深加强学生对“水轮机原理”基础理论知识的理解与应用，能够激发学生的积极性、主动性和创造性，同时也可以促进建立良好的师生关系，有效提高“水轮机原理”课程的教学效果。该方法也对其他专业课程的教学具有参考意义。
