輸電線路國家級實驗教學示范中心建設研究

智 李， 張宇嬌， 黃雄峰， 羅朝祥

(1. 三峽大學 電氣與新能源學院， 湖北 宜昌 443002) (2.合肥工業大學 電氣與自動化工程學院， 安徽 合肥 230009)

0 引言

電氣工程及其自動化(輸電線路工程方向)專業具有特定的行業背景，受工程設施建設特點以及實習、實驗等教學活動制約因素影響，傳統實驗教學普遍存在缺乏系統動態體驗、缺乏工程全面認識、缺乏綜合協同體驗、缺乏失誤風險體驗等問題。結合高等學校實驗室建設和實驗教學改革，促進優質教學資源整合與共享是克服實踐教學環節技術困難的重要途徑。

上世紀80年代，隨著電力建設的快速發展，亟需大量能夠從事輸電線路規劃、設計、制造、施工、運行與維護等方面工作，并具有一定科學研究能力的高級工程技術人才[1～2]。為了適應行業需求，三峽大學積極籌建并于1991年在我國率先開辦了輸電線路工程本、專科專業[3]，從開辦至今，三峽大學輸電線路工程專業為我國電網建設輸送了大量優秀人才，一直走在我國輸電線路工程專業發展的前列，同時為相關專業的辦學起到示范性作用。2016年三峽大學獲批輸電線路工程國家級實驗教學中心，國家級實驗教學示范中心的建設要求，即以培養學生創新精神和實踐能力為核心，樹立先進實驗教學理念，構建先進實驗教學體系，開發和運用先進實驗教學方法，完善實驗教學隊伍建設模式，加強并優化儀器設備配置和整體安全環境，完善建設和管理模式，提升實驗教學信息化水平，共享優質實驗教學資源，充分發揮示范效應[4]。

輸電線路工程國家級實驗教學示范中心建設是為了推進本專業實驗教學內容、方法、技術、手段、隊伍、管理及實驗教學模式改革與創新，對推動高等學校實驗教學改革與創新具有重要意義。兩年多來，結合自身條件與特色優化輸電線路工程示范中心管理體系，開展了多元化和開放性建設，進一步提升了示范中心軟實力，促進實驗與實踐教學技術、方法、手段和管理的創新[5]。

1 綜合建設與優勢特色資源挖掘

三峽大學立足于我國電氣工程領域輸電線路工程及其相關專業的電力工程設計、施工技術、施工管理、運行與維護等方面的應用基礎研究及應用推廣研究，注重多學科交叉融合和高新技術的研究與開發。重點服務于我國特高壓交/直流輸電線路、智能電網及能源互聯網的建設實踐，形成電力工程設計、施工及運行維護領域若干核心技術，并致力于解決電力工程設計、施工及運行維護領域若干關鍵技術問題，并在架空輸電線路、電力電纜及變電站設計理論與方法，特高壓輸電線路電磁環境，極端條件下的輸電線路施工與運維技術，如河網地區或凍土地區的特高壓輸電線路施工技術，強風條件下的特高壓輸電線路弧垂觀測技術，輸電線路覆冰斷線機理研究，高海拔地區輸電線路外絕緣特性等方面逐漸形成了自己的優勢與特色。

結合實驗教學總體思路，中心進一步整合優勢特色資源[6]，創新資源建設和共享模式，加大優勢特色培育與資源挖掘力度，實現實驗示范中心的提檔升級和跨越式發展。將優勢與特色研究成果轉化為本科教學資源，探索加強實驗示范中心實驗教學環節的有效途徑，從以下方面開展了相關研究：

1.1 國家級實驗教學示范中心的地位探究

“理論與實踐結合、相互支撐”，決定了實驗教學與理論教學的綜合性。輸電線路工程專業是高等教育本科專業目錄外的跨學科專業，全國開設此專業的高校不多，國內尚未有明確的專業理論教學、實驗教學和實踐教學示范體系，尤其實驗實踐教學體系更是相對空白。近年來，三峽大學在深入剖析輸電線路工程涉及知識結構的基礎上，充分研究實施專業實踐教學凸顯的問題：①輸電線路工程專業本科教育實踐環節的定位問題；②實驗室的投入費用和利用率的問題；③電力行業的特殊性，電網安全規程導致實踐教學的禁區多，造成的實踐教學深度不夠的問題。以工程能力培養為目標，以行業需求為準則，在沒有借鑒的條件下，通過調研行業需求，充分考慮專業特點，多維度考慮設計實驗實踐教學項目，在實驗實踐教學體系的研究和實踐教學條件的規劃建設上，緊緊圍繞專業服務的行業領域和崗位對人才知識、能力與素質的需求，挖掘多年辦學所具備的行業背景、學科優勢和科技合作優勢，以專業和行業資源協同發展為路徑，創建企業、行業與學校的有效鏈接機制，統籌兼顧，充分考慮電力行業的特殊性和發展趨勢以及建設投入、安全環境等諸多問題。明晰輸電線路工程實驗示范中心的教學優勢，理順實驗平臺與理論教學的關系，探討實驗教學的地位，以真正發揮實驗示范中心的教學作用。

1.2 國家級實驗教學示范中心構建體系框架

輸電線路工程國家級實驗教學示范中心結合應用型人才的寬口徑就業需求，圍繞三峽大學電氣工程及其自動化(輸電線路工程方向)專業的基礎性及專業型課程的教學要求，以典型真實工程案例為背景，在此基礎上打造電氣工程領域實驗通用平臺，對輸電線路認知、輸電線路施工技術、輸電線路電磁環境、輸電線路力學檢測、電力電纜在線監測與故障診斷、絕緣子性能與線路金具檢測等內容，讓學生從資源管理、空間管理、溝通協作、過程操作等方面完成“交互式、體驗式”的過程操作，將室內試驗和理論課程形成有機整體，促進電氣工程相關專業實踐教學技術和管理創新[6]。

利用實驗單元集成、科研成果轉化、典型案例開發、模塊規劃研發、校企聯合攻關的方法，以輸電線路設計、運維、施工為主線，依托三峽大學優勢特色專業進行教學資源挖掘，集成實驗教學模塊，系統建設輸電線路工程實驗項目，綜合輸電線路工程的科研項目成果，設計、轉化和研發多專業綜合的原創性實驗教學項目，國家級實驗教學示范中心構建體系框架如圖1所示。

圖1 國家級實驗教學示范中心構建體系框架

1.3 國家級實驗教學示范中心實驗教學實施

目前，特高壓交/直流輸電線路、智能電網及能源互聯網的建設需要大量輸電線路工程及其相關專業的電力工程設計、建設、運行、檢修技術人才。因此，為繼續保持我校輸電線路工程專業的辦學特色，并主動適應電力行業發展的新趨勢與新要求，整合學校、學院、專業的優勢資源，使學生熟練掌握輸電線路工程設計、建設、運行、檢修等方面的基礎理論和基本技能，顯著增強電氣工程及其自動化(輸電線路工程)及相關專業學生的工程能力、創新能力培養質量，亟需加強我校電氣工程及其自動化專業(輸電線路工程方向)的建設，尤其需要加大投入力度規劃和建設輸電線路工程國家級實驗教學示范中心戶外實驗場。示范中心自成立以來，確立實踐教學理念，強化實踐能力訓練，在人才培養過程中將充分發揮優質教學資源的作用，加強學生的實踐動手能力和創新意識，提升工科人才培養質量，構建了學科基礎、專業基礎、專業綜合、工程實踐創新的實驗教學體系，訓練和培養學生的通用實驗技能、專業基礎實驗技能、專業綜合實驗技能、工程實踐創新能力。2016級輸電線路畢業生已在此示范中心進行攀巖模擬與登塔登桿訓練如圖2所示；進行輸電線路金具與檢修工具認知實習如圖3所示；進行導線綁扎和絕緣子組裝實操如圖4所示；開展綜合作業、畢業設計的學生可以在此進行戶外場鐵塔力學的相關測試如圖5所示。

圖2 攀巖模擬與登塔登桿訓練

圖3 輸電線路金具與檢修工具認知

圖4 導線綁扎和絕緣子組裝實操

圖5 戶外場鐵塔力學特性測試

1.4 產學研一體化的資源建設和共享模式

實驗教學示范中心通過“硬件綜合建設、中心資源共享、購置開發并進、實踐與理論融合”等多種手段進行建設，決定了其建設模式的綜合性。中心開展了深入研究與合作企業(工程軟件企業、電網公司等)、依托教學研究機構的共建、共管、共享模式，探索教學、科研、創新一體化平臺建設新思路，培育和轉化優勢資源，集成教學、設計和研發資源，凝聚實習實驗、創新培訓和專業設計過程，完成國家級實驗教學示范中心課程教學內容，共享平臺、師資和成果，加大成果推廣力度。

1.5 國家級實驗示范中心的綜合性功能建設

實驗示范中心擁有大量的硬件和軟件資源，決定了其教學功能的綜合性。實驗示范中心是輸電線路工程專業教學的場所，承擔大量的設計、實驗和實訓課程的教學工作，還是學生創新基地的重要組成部分，借助實驗教學示范中心的相關資源，學生可集中完成畢業設計、課程設計、綜合作業等工作，并可在中心學習和掌握進入電力企業所必需的應用軟件以及學校科研平臺最新成果。在加強實驗示范中心資源建設的同時，強化其本科教學的綜合性教學平臺功能，為提升學生的思考、實踐和創新能力創造條件。

2 “多層次”設置及課程優化

三峽大學電氣與新能源學院以實驗教學需求為基礎，結合企業對崗位能力的培養要求和卓越工程師培養目標，依托品牌專業、特色學科和重點實驗室，按照“立足優勢學科、教學科研融合；抓住電氣工程主線、建設特色資源；面向本科教學、資源高度共享”的建設思路，成立輸電線路工程國家級實驗教學示范中心，服務于電氣工程領域相關專業。

2011年，三峽大學入選教育部第二批“卓越工程師教育培養計劃”高校，電氣工程及其自動化和電氣工程及其自動化(輸電線路工程方向)先后入選卓越工程師教育培養計劃。作為卓越工程師培養計劃的重要組成部分，三峽大學與企業深度合作，結合實際工程案例研發，有計劃地將工程實踐案例和科研成果轉化為電氣工程實驗教學項目，也作為輸電線路工程專業實訓課程的重要內容。

專業教育不但要更加強調實踐創新能力，還要求具備在建設全過程的資源整合能力和系統思維。電氣類專業具有行業背景強，各專業互相銜接聯系緊密，過程性、實踐性、應用性和綜合性都較強等特點。不同專業側重不同，但都涉及工程組織與管理、工程技術等課程實驗、需要強化實習實訓環節。相關專業的交叉就業現狀，需要一個共用的平臺進行課程融合，滿足不同專業的個性化特點和自主學習需求。在“大電氣”背景下，實驗教學示范中心將電氣工程專業課程的“架空輸電線路設計”、“輸電線路運行與維護”、“輸電線路施工技術”、“高電壓技術”、“電力電纜”等課程進行整合，探索加強實驗教學環節的有效途徑，加強專業實踐教學方法與手段改革。在下列方面開展進一步研究：

(1)輸電線路工程國家級實驗教學示范中心資源的“多層次”配置研究。多學科交叉融合，提高學生的綜合應用能力，充分吸納電氣工程，土木工程與機械材料工程等學科發展最新進展，教學資源的多層次配置如圖6所示。

圖6 教學資源的多層次配置

輸電線路工程與其他電氣工程相關專業的課程教學和實踐教學資源既各有特色，又相互共享，在實驗中心建構時充分考慮這些專業的側重點和共享需求。在應用過程中應結合不同本科年級、不同專業學生和卓越工程師培養計劃，針對不同教學對象，進一步探索共性需求下的實驗教學“個性化”差異，形成完整的實驗課程層次。

研究本科生理論課程的輔助實驗教學、實驗(實訓)教學、企業崗位培訓教學的層次遞進關系和差異，滿足不同教學目的的實驗教學需要，進行教學資源配置的層次化研究。

分析示范中心實驗課程教學、實驗(實習)前同步教學、課外學生自主學習的特點，探索資源共享機制下不同學習方式的差異，進行教學資源配置的層次化研究。

(2)結合國家級實驗教學示范中心建設，卓越電氣工程師培養計劃的實施、以及專業培養模式的改革，基于將實驗融入本科教學這一現狀和趨勢，進行課程體系設置和專業課程平臺優化探索。

(3)基于示范中心共享資源建設，探討基于室內實驗室建設、戶外場建設、多媒體教學、網絡課程建設、配套教材建設的一體化教學過程，研究輸電線路工程系列課程的理論教學與實踐教學聯系的途徑和措施，實現課程與實習環節的貫通教學和無縫銜接，實現專業人才培養與行業企業需求的“零距離”對接。

(4)提出實驗教學示范中心的實驗平臺支持下與電氣工程及其自動化、電氣工程及其自動化(輸電線路工程方向)本科專業培養方案兼容的，適合本科生教學及現代化自主學習模式的本科教學培養計劃，并撰寫和實施更為合理的實驗課程教學大綱。

3 實驗教學效果分析與評價

實驗(實訓)課程教學的效果可以評價實驗示范中心的多層次綜合性建設成果，室內實驗平臺和戶外場實驗系統合基礎理論知識和專業技能，形成完整的知識體系和系統的知識學習過程，實現理論、實驗和實習教學效果的最優化。

項目實施過程的訓練可使學生對工程建設全過程的各項工作進行程序步驟學習，讓學生具備項目實施的架構性認識與操作。基于課堂-實驗-實踐的層次式漸進培養過程，學生在學校完成理論學習和實習實訓工作，實驗平臺與課堂教學和實習教學互為補充和輔助，平臺搭建理論與實踐的橋梁，讓面向生產一線的學生畢業即可迅速勝任企業崗位需求。

三峽大學電氣與新能源學院輸電線路工程系目前擁有三個具有較強教學及科研實力的團隊，通過課題組教師親自進行課堂授課，并調查和分析實驗(實訓)課程教學的效果，發現實驗示范中心資源內容的不足，提出完善試驗示范中心建設的改進方案，強化學生學習體驗和知識點教學過程。

4 結語

本文就輸電線路工程國家級實驗教學中心建設作了較詳細的介紹，總結如下：

(1)明晰了國家級實驗教學示范中心實驗教學的作用。面向“大電氣”應用型人才的寬口徑就業需求，圍繞輸電線路工程國家級實驗教學示范中心教學資源的整合和優化，進一步完善了示范中心實驗教學資源體系，并研究了基于該平臺的實驗教學對專業培養計劃的影響，厘清室內實驗平臺和戶外場實驗平臺的關系，強化“內、外”實驗教學的有機結合，完成課堂-實驗-實踐的層次式漸進培養過程。

(2)“作實”了國家級實驗教學示范中心的實驗教學過程。基于輸電線路工程國家級實驗教學示范中心的綜合性建設，探索原創性科研成果的教學價值，進行特色資源培育和優勢資源挖掘，完善實驗教學資源建設模式和資源共享模式，實現示范中心的可持續發展。立足科教深度融合和校企深度合作，面向社會需求和人才培養目標，以電氣工程及其自動化、電氣工程及其自動化(輸電線路工程方向)專業本科學生為主要目標，兼顧相近專業和社會培訓，充分考慮不同教學對象、教學過程、教學方式在共性需求下的“個性化”差異，實現資源的“多層次”配置，形成完整的實驗課程層次。