仿真教學(xué)在鐵道供電專業(yè)教學(xué)中的應(yīng)用

劉小勇 鄧?yán)i 孫小冉 任宇

摘 ? 要：隨著信息化技術(shù)在教學(xué)中的廣泛應(yīng)用，傳統(tǒng)的教學(xué)方式得到了很大的改變。在傳統(tǒng)教學(xué)模式下，教學(xué)往往采用灌輸?shù)男问?，教師在黑板上或者用PPT進行板書說教，偶爾讓學(xué)生參與教學(xué)討論或者短時間的練習(xí)。可以說，作為認(rèn)知主體的學(xué)生在整個教學(xué)過程中始終處于被動地接受知識的地位，學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性被忽視，甚至被壓抑，這種教學(xué)很難滿足實踐性很強的高職院校教學(xué)需求。仿真教學(xué)給高職院校的教學(xué)工作帶來新的契機，特別是鐵道供電類實踐性很強的專業(yè)?？傊抡娼虒W(xué)能適應(yīng)高職院校教學(xué)工作新的需求。文章通過仿真教學(xué)在鐵道供電專業(yè)教學(xué)中的應(yīng)用，探索高職院校仿真教學(xué)策略。旨在為操作性要求比較高而現(xiàn)實條件難以滿足的、類似于鐵道供電專業(yè)的教學(xué)工作提供一定的參考價值。

關(guān)鍵詞：仿真教學(xué);鐵道供電;應(yīng)用

1 ? ?傳統(tǒng)教學(xué)方式在鐵道供電專業(yè)存在的不足

在鐵道供電專業(yè)中，傳統(tǒng)教學(xué)往往采用灌輸?shù)男问?、教師在黑板上或者用PPT進行板書說教，偶爾讓學(xué)生參與教學(xué)討論或者短時間的練習(xí)。實際動手操作最多就是采用實驗進行，實驗又往往受現(xiàn)場條件限制。高職院校的教育應(yīng)以服務(wù)為宗旨，以就業(yè)為導(dǎo)向，需要能夠培養(yǎng)出崗位針對性、實用性強、業(yè)務(wù)知識結(jié)構(gòu)、文化知識素質(zhì)與能力要求有所側(cè)重的人才。鐵道供電專業(yè)要求培養(yǎng)具有實際動手能力，滿足供電企業(yè)需要的“工匠”型、技術(shù)技能型人才。因其專業(yè)特點，鐵道供電專業(yè)采用傳統(tǒng)教學(xué)方式難以滿足其專業(yè)要求，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

（1）現(xiàn)場設(shè)備不可隨意操作。鐵道供電設(shè)備進行分合閘操作，將導(dǎo)致大面積停電。工作現(xiàn)場不可能成為從業(yè)者專門培訓(xùn)學(xué)習(xí)的場地，導(dǎo)致有相當(dāng)一部分從業(yè)者經(jīng)過多年實踐才成為一個合格“工匠”，有的甚至在工作很多年后，都沒能親自進行動手操作、獨自承擔(dān)工作[1]。

（2）設(shè)備多且價格昂貴。鐵道供電專業(yè)涉及的用電設(shè)備繁多，有變壓器、斷路器、隔離開關(guān)、互感器、避雷器，甚至涉及受電設(shè)備機車，建設(shè)一個真實供電系統(tǒng)用于教學(xué)，不太現(xiàn)實。

（3）設(shè)備易損壞。在鐵道供電系統(tǒng)中，開關(guān)設(shè)備占主要部分，開關(guān)設(shè)備有開斷壽命限制。教學(xué)則需要長期對開關(guān)設(shè)備進行開斷操作，容易導(dǎo)致設(shè)備損壞。即使在真實鐵道供電系統(tǒng)中，設(shè)備也只是在檢修時才會做開斷操作。

（4）鐵道供電所用的供電設(shè)備均為高電壓，對學(xué)生的人身安全有一定威脅，通常需要監(jiān)護人員對其進行監(jiān)護，現(xiàn)場條件也不利于教學(xué)的進行[2]。

總之，傳統(tǒng)的教學(xué)方式在鐵道供電專業(yè)中，存在一定不足，導(dǎo)致學(xué)生在就業(yè)一段時間之后還是難以勝任本職工作。

2 ? ?仿真教學(xué)在鐵道供電專業(yè)教學(xué)中的重要意義

仿真在教學(xué)中被廣泛地使用并取得一定的成果。鐵道供電專業(yè)采用仿真教學(xué)，采用仿真軟件建設(shè)一個與真實變電所具有相同功能的仿真變電所，其建設(shè)除了彌補上述傳統(tǒng)教學(xué)不足之處外，還具有以下重要意義：

（1）教師可以在仿真軟件通過教學(xué)任務(wù)的分配，進行變電所工作任務(wù)的訓(xùn)練。在真實變電所中，設(shè)備是不可以任意操作的，采用仿真軟件后，由于是在仿真軟件中進行操作，變電所中的各種操作將允許進行。

（2）學(xué)生在仿真平臺中，感受與真實變電所完全相同的真實操作過程，從而提高學(xué)習(xí)興趣。仿真教學(xué)實訓(xùn)軟件采用3D仿真軟件建成，能夠營造出與真實供電系統(tǒng)主控室相似或相近的環(huán)境，凡是在主控室內(nèi)能夠看到、聽到以及操作時各種可能發(fā)生的現(xiàn)象都能進行逼真的模擬。在這個虛擬的實訓(xùn)場景中，學(xué)生能進行所有與真實情況完全相同的操作過程[3]。

（3）可以滿足多層次學(xué)生的需求。供電包括檢修、值班、檢測等多個崗位，仿真軟件可以將供變電技術(shù)，包括一次、二次部分等多方面進行仿真。特別是二次部分，難以通過傳統(tǒng)教學(xué)中的講解來完成，通過仿真教學(xué)后，可以在仿真軟件中靈活地設(shè)置各種參數(shù)、模擬條件，滿足多層次學(xué)生的需求。

（4）仿真教學(xué)系統(tǒng)依據(jù)真實變電所而建設(shè)，建設(shè)后的高速鐵路牽引供電仿真實訓(xùn)與真實變電所具有相同的功能。真實變電所在檢修過程中選擇的倒閘操作、檢修方案可以在本實訓(xùn)系統(tǒng)中先進行驗證，因此對防止誤操作、提高真實牽引變電所的穩(wěn)定性、可靠性有重要作用[4]。

3 ? ?鐵道供電專業(yè)仿真教學(xué)主要建設(shè)內(nèi)容

鐵道供電專業(yè)仿真教學(xué)系統(tǒng)需要實現(xiàn)真實鐵道供電系統(tǒng)相同的功能，其主要建設(shè)內(nèi)容如下：

（1）主線路、主要設(shè)備的建設(shè)。鐵道供電系統(tǒng)包括一次部分、二次部分，一次部分主要指傳輸電能的設(shè)備，包括變壓器、斷路器、隔離開關(guān)、線路。其系統(tǒng)建設(shè)將具體包括各種設(shè)備模型、主線路圖。

（2）真實鐵道供電系統(tǒng)主要功能的實現(xiàn)。主要功能包括設(shè)備的功能，如斷路器的跳閘;路線、變壓器的保護;儀表的電流電壓顯示;電氣五防等。

（3）滿足崗位需求的維護維修功能的實現(xiàn)。鐵道供電系統(tǒng)值班需要對一次線路進行停電倒閘操作模擬，以防止誤操作。檢修人員需要對電氣設(shè)備結(jié)構(gòu)原理熟悉，需要了解整個電氣設(shè)備構(gòu)造，因此需要建立各個電氣設(shè)備的3D模型，并且根據(jù)原理結(jié)構(gòu)進行拆卸。

（4）培訓(xùn)功能的實現(xiàn)。仿真工作主要是為鐵道供電專業(yè)的教學(xué)而設(shè)計，其功能需要滿足專業(yè)教學(xué)需求、模擬設(shè)備運行中的故障狀態(tài)，在教學(xué)時，把故障分配給學(xué)員，以使學(xué)員能夠應(yīng)對各種故障狀態(tài)處理。

4 ? ?仿真教學(xué)在鐵道供電專業(yè)教學(xué)中的組織實施

仿真教學(xué)系統(tǒng)基本上可以滿足鐵道供電專業(yè)教學(xué)的需求。學(xué)生可以做到“學(xué)中做，做中學(xué)”。若考慮實訓(xùn)系統(tǒng)的綜合利用率，可以采用理論教學(xué)與仿真實訓(xùn)教學(xué)相結(jié)合的方式其中理論教學(xué)部分可以占30%的時間，仿真教學(xué)占70%。

（1）理論教學(xué)階段，主要是在教室完成，主要講解基本原理，由于有后期的仿真教學(xué)，前期的理論教學(xué)課時將相對較少。主要講解“電力系統(tǒng)繼電保護”“高低壓電器設(shè)備”“高壓設(shè)備試驗”“接觸網(wǎng)檢修與維護”等課程。

（2）仿真教學(xué)階段，教學(xué)內(nèi)容將與工作崗位本職工作內(nèi)容很相近或完全相同，與實際工作緊密聯(lián)系。主要內(nèi)容有整個供電系統(tǒng)運行時的各種故障處理（如：變壓器的瓦斯動作應(yīng)急處理、多種狀況下斷路器動作的供電恢復(fù)）、繼電保護的整定、繼電保護裝置的校驗等。在仿真教學(xué)過程中，還應(yīng)重點注重各種安全意識、檢修規(guī)程、勞動記錄、職業(yè)綜合技術(shù)技能的考核。通過計算機仿真，在虛擬世界中由于錯誤的操作而產(chǎn)生的安全事故，可以提高學(xué)生的警覺，分析故障原因，掌握排除故障的技巧。在仿真教學(xué)中，一般都是獨立操作、獨立完成，學(xué)生必須開動腦筋認(rèn)真分析問題，從而準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)問題、解決問題。這與傳統(tǒng)教學(xué)相比具有不可比擬的優(yōu)越性，在傳統(tǒng)的教學(xué)中，學(xué)生往往會等待教師給出正確答案。

仿真教學(xué)系統(tǒng)還可以對牽引變電站進行全方位、全場景的仿真，能進行供電系統(tǒng)的集中進行監(jiān)視與控制，實現(xiàn)繼電保護、操作控制、測量與監(jiān)視、電氣五防、故障判斷、日常巡視、故障設(shè)定、反事故演習(xí)、事故記錄、人機對話、異常及事故處理等業(yè)務(wù)功能及滿足操作培訓(xùn)需求，與在真實變電所中進行相關(guān)內(nèi)容的操作無異。

5 ? ?部分培訓(xùn)界面展示

（1）一次主線路圖界面展示。倒閘操作主要是對一次主接線進行分合閘操作，要求認(rèn)識主線路中的電氣設(shè)備符號，分析主接線的特點，根據(jù)主線路的特點，靈活進行倒閘操作，保障供電的可靠性，仿真系統(tǒng)的主線路如圖1所示。

培訓(xùn)功能的保護及故障設(shè)置界面。在保護設(shè)置界面需要能給變壓器、線路配備各種保護（見圖2）。故障設(shè)置界面主要用于訓(xùn)練學(xué)員的故障處理能力，主要考查學(xué)員綜合分析能力，要求學(xué)員能夠分析主接線特點，掌握較好的供電基本知識，正確應(yīng)對各種故障狀態(tài)，部分故障設(shè)置界面如圖3所示。

[參考文獻]

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[3]閆洪波，張玉寶，李強.計算機仿真在機械類專業(yè)工程實踐教育中的應(yīng)用研究[J].內(nèi)蒙古教育，2011（2）：61-62.

[4]張鄂.“機械設(shè)計基礎(chǔ)”省級精品課程建設(shè)的實踐與探索[J].教育教學(xué)論壇，2015（11）：148-150.