（1）实验教学过程
本虚拟仿真实验采用“课堂讲授—虚拟仿真实验—实施反馈”三位一体的教学模式，将理论教学与仿真实践深度融合。
①课堂讲授
在实验前的课堂讲授环节，任课教师结合电子课件、工程案例及三维动画，系统讲授水电站水力系统设计的基本理论，包括水轮机选型基础中的综合特性曲线识读、单位参数换算和相似理论，水击产生的原因、传播过程、直接与间接水击的区别、水击压力计算中的特征线法原理及边界条件处理、调节保证计算，调压室的工作原理、设置条件、托马稳定断面计算、涌波计算、不同类型调压室的适用条件等内容。讲授中辅以平台实时演示、互动讨论及模型参观等多元教学方式，课后学生在虚拟实验平台通过“自主学习”和“练习”模式完成针对性测验，检验知识掌握程度，使学生在虚拟仿真实验前具备扎实的理论基础。
②虚拟仿真实验
虚拟仿真实验依托拉康水电站真实项目构建高保真虚拟仿真场景，支持“设计-仿真-验证-再优化”闭环，采用项目化任务驱动模式，学生以设计工程师身份接收源自真实工程并经教学化改编的项目任务书，在真实工程情境中完成系列实验任务。
第一，水电站认知与水轮机选型实验中，学生首先明确电站水头、装机容量等条件，然后在三维场景中自主漫游，完成进水口、调压室、厂房等建筑物认知打卡，并通过混流式、轴流式、灯泡贯流式、水斗式水轮机的虚拟拆装及结构功能连线测验，掌握四种机型的结构特点与装配逻辑；在此基础上，依据任务工程参数对照型谱确定机型，利用单位参数相似换算公式计算转轮直径、转速、效率等主要参数，并通过运转特性曲线验证设计点效率，若不满足高效区要求则返回调整参数迭代优化，最终提交选型报告并与实际工程方案对比，强化工程决策与优化能力。
第二，压力管道水力瞬态计算实验中，学生基于已选机型，设定管道分段参数、导叶关闭时间和初始流量，运行仿真，观察三维水击压力图、关键断面水击压力曲线、水轮机转速变化曲线及关键断面时程曲线，计算最大压力上升率与转速上升率，与规范限值对比，通过多次调整关闭时间迭代优化，直至满足安全要求，并记录优化过程。
第三，调压室设计实验中，学生根据引水系统参数选择调压室位置与类型，计算托马稳定断面并拟定尺寸，模拟甩负荷后水位波动过程，通过观察水位曲线的收敛或发散判断稳定性，若不满足则调整参数反复迭代，最终确定合理的调压室设计方案；同时需仿真三种不同类型调压室在相同工况下的水位波动稳定情况，选出最适合的调压室类型。
三个实验依次递进，学生将各实验成果整合为完整的水力系统设计报告，实现从认知到综合设计的项目化能力跃升，能够独立完成中低水头电站的项目设计。
③实施过程
整个实施过程强调“认知-设计-仿真-验证-优化”的完整闭环，学生可反复尝试不同参数，系统实时反馈结果，直至满足规范要求。
④实施效果
虚拟仿真实验的3D模型细节丰富、场景逼真，三个实验设计紧密对接行业规范，技术先进、结果可靠。系统操作流畅、交互直观，能够很好地达成教学目标。其中，水电站认知与水轮机选型实验帮助学生快速建立对电站整体布局及水轮机结构的感性认识，掌握选型计算方法与效率验证技能；压力管道水力瞬态计算实验使学生深入理解水击形成机理和分布规律，具备调节保证计算与优化能力；调压室设计实验则引导学生掌握托马断面计算与水位波动稳定性分析方法，培养系统决策与迭代优化思维。三个实验层层递进，有效激发了学生的创新思维和主观能动性，实现了从感性认知到复杂工程问题求解的能力跃升。
目前，该实验已在本校水利水电工程专业连续开设2个教学周期，服务学生404人，接下来将逐步向兄弟院校和社会开放。应用反馈表明，实验显著提升了学生对水电站水力系统整体认知和工程设计能力，取得了优良的实践教学效果。
（2）实验方法
①观察法
依托三维虚拟沉浸式漫游功能，引导用户全方位、多角度观察多种水轮机及水电站整体工程及主要构筑物。通过虚拟漫游视角切换，可近距离观察水电站厂房、引水管道、调压室、泄水建筑物等核心构筑物的外观形态、空间布局，清晰查看水轮机关键部件的结构细节，直观感知工程各部分的空间关联的排布逻辑，为后续理论学习和实验操作奠定直观认知基础。
②控制变量法
聚焦水轮机运行中导叶关闭时间与水击压力的关联关系，作为水击实验的重点方法，通过固定其他影响水击压力的关键参数，仅改变导叶关闭时间这一单一变量，观察并分析水击压力的动态变化规律，明确导叶关闭时间对水击压力的影响机制，为水轮机运行参数优化、水击压力防控提供实验支撑，精准契合水轮机虚拟仿真实验的核心需求。
③对比分析法
针对有压引水式电站配套调压室的稳定性开展对比实验，选取工程中最常用、最具代表性的3种调压室类型（简单圆筒式、阻抗式、差动式）作为核心对比对象，严格控制实验变量，在完全相同的实验工况、相同外部扰动条件下，系统对比分析各类调压室的运行稳定性、水位波动特性及抗干扰能力，明确不同类型调压室在水击作用下的工作表现、优劣差异及适用场景，为水轮机配套调压室的工程选型、结构优化提供精准的实验数据支撑，完全契合水轮机调压室虚拟仿真实验的核心目标，突出实验的针对性和工程实用性。
④优化迭代法
针对实验中影响水轮机运行稳定性、水击压力防控效果的关键参数（重点包括导叶关闭时间、调压室核心参数、输水管道参数等），通过“设定初始参数-仿真运行-数据校验-参数优化-重复仿真”的闭环迭代流程，逐步优化参数配置，直至实验数据、运行状态完全满足规范要求，实现水轮机运行参数、调压室结构参数的合理优化，为工程实际中的参数调试、优化设计提供实验参考，契合水轮机虚拟仿真实验“理论结合实践、优化提升能力”的核心目标。
⑤归纳法
主要用于实验报告的分析讨论和应用拓展中，在比较不同工况下，实验数据及实验现象产生的原因；学生归纳从本实验获得的研究路线与思路，同时培养学生总结、思考和解决实际问题的能力。
