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关键词 数字化电厂 热工自动化专业 教学改革
中图分类号:G642.0 文献标识码:A
2016年是国家“十三五”规划的开局之年,在“十三五”期间发电企业将面临节能减排、减员增效等多重压力,但同时也是电力发展的又一个重要战略机遇期;目前中国经济社会进入新常态,转向经济结构优化升级、创新驱动发展。基于这样的大背景,电力行业作为支撑国民经济和社会发展的基础性行业,受到了较大的冲击。电力市场表明,低速增长将成为新常态。
发电企业如何积极应对经济转型,适应经济发展新常态,打造、建设高效、安全节约的数字化电厂是发电企业的首选。做为培养发电企业中自动控制人才的专业,进行相应人才培养模式及课程体系的改革必须先行启动。本文首先介绍数字化电厂的概念和国内外数字化电厂的现状,然后阐述教学改革的必要性和存在的问题,最后探索提出了教学改革的措施。
1数字化电厂的概念
数字化工厂在全世界并没有形成公认的统一的定义,但在我国电力行业标准《火力发电厂热工自动化术语》DL/T701-2012中,对数字化电厂采用了电厂数字化和数字化 电厂二术语进行解释。电厂数字化是利用计算机及微处理器技术将反映火电厂生产和管理过程对象的现象、特征、本质及规律的声音、文字、数字、符号、图形和图象等模拟信息转换为数字信息的过程。数字化电厂是电厂数字化达到一定程度后的概念。
电厂的数字化应包括在其各个生存过程,分为六个层面:即电厂规划和设计的数字化、电厂建设的数字化、电厂运行的数字化、电厂经营管理的数字化等各个层面,才可称得上是全面的数字化电厂;数字化电厂具有以下六个特点:数字化、模型化、可视化、互操作性、信息化、智能化。
热工自动化专业的毕业生在未来的工作中,将参与到电厂的各个层面,因此适应形势、与时俱进进行教学改革势在必行。
2国内外数字化电厂的现状
2.1 国外现状
近年来,数字化电厂建设取得了长足的进步,德国的尼德豪森电厂是全球第一家数字化电厂,控制系统为西门子TXP-2000,除锅炉安全监控系统(FSSS)、汽轮机控制和保护系统(DEH、ETS)、重要的模拟量采用常规方案外,均采用了现场总线控制系统。被称为尼德豪森二期工程的德国诺伊拉特电厂1100MW的F机组和G机组,控制系统西门子TXP-3000,与尼德豪森一期相比,不仅被控对象采用了Profibus-DP协议,仪表与全部采用了Profibus-PA协议,同时在常用电源系统还采用了IEC61850协议。
2.2国内现状
国内电厂在运行方面基本实现了过程控制及设备运行的初级数字化,具备了一定的控制优化和状态检修能力。也已经有相当一部分火力发电厂采用了现场总线技术,如即将投产的华电常德电厂(2?60MW)现场总线控制系统占40%,在主控和辅控系统中都有用到;
3基于数字化电厂理念的教学改革的必要性
3.1数字化电厂的推进,要求专业人才知识体系的转型
我国经济正向结构调整的新常态转型,“十三五”规划期间对电力行业将会有更高的要求,尤其是传统能源方面,因此将进一步推进数字化电厂。数字经济和信息时代的到来,电力消费者对于供电可靠性、电能质量及多元化服务的要求越来越高,另一方面发电企业内部也面临减员增效和节能减排的双重压力。基于行业的需求,要求专业人才在一定的知识基础上,适应社会和发电企业的发展,这样就要求学生的知识面广,在具备理论基础的能力上,着重培养创新能力。
3.2自动化技术的发展
数字化电厂采用故障预警、无人值守等技术,将满足发电企业节能减排和减员增效的要求,而实现电厂的数字化主要依据自动化技术。其中先进的测量技术、控制技术和在线优化技术,进行数据挖掘和故障预警技术,能够实现锅炉燃烧的优化及故障预警等,从而实现节能减排和减员增效。这些先进的技术和手段都为适应经济形势的发展,发电企业将全面实行数字化、智能化,这主要依赖于自动化技术的发展。
4目前人才培养中存在的问题
4.1人才培养模式深化拓展
目前专业培养人才主要是面向火电、核电行业,但在“十三五”规划期间电力工业的发展重点预计会向分布式能源、热电联产等方向发展,以及更高容量、更高参数、更高效洁净的方向发展,因此专业的人才培养模式必须能够在传统优势的基础上,深度挖掘利用专业领域的新知识,并适当开拓新的领域。在优势领域里做深做强,并适当探索新领域,这是当前人才培养的首要问题。
4.2 教学中存在的问题
鉴于社会经济形势的发展及人才培养模式的改革,原有的课程设置及采用教材的不适应显得尤为突出。适应经济形势的发展变化,增减相应课程,并修订课程中的内容,也需要修订相应教材。
5探索人才培养模式和课程体系的改革措施
5.1人才培养模式的改革
我校的热工自动化专业是为电力行业基层培养具有创新精神和实践能力的应用型高级专门人才,因此改革首先要适应电力行业的要求,并根据本专业的现状,借鉴和学习其他高校的经验进行改革。因此,首先到本省、外省的先进发电企业进行走访和调研,了解企业的发展战略和自动化技术现状,以及对热工自动化专业人才的具体要求;其次,到同行业高校进行调研,学习改革的措施,借鉴成功经验及教训;并实时关注本专业毕业生的动态及听取学生的反馈,根据学生的切身体验,对人才培养模式进行动态更新。
5.2 课程体系的改革
在正确的人才培养模式的指导下,对具体的课程体系进行改革主要从理论教学和实践教学两方面进行:
5.2.1理论教学的改革
基于数字化电厂理念下,电厂的测量技术、控制技术、在线优化技术和数据挖掘技术都将在电厂中得到广泛的应用,相应这些内容课程的增设就十分必要。除传统的一些必要的专业课外,可增设选修课或开设讲座等,或通过专家学者的报告等,使学生接触和学习这些前沿的知识,做为知识储备,才能在工作岗位上立于不败之地。
现有课程的教材也需要实时更新,测控技术日新月异,在教学过程中可通过编写讲义、教案等,或在网络教学平台中向学生补充先进的技术的内容。
总之,通过传统和现代的教育手段相结合,为学生补充信息。
5.2.2实践教学的改革
实践教学是整个教学环节中重要的一部分,实践教学的改革主要从两方面进行:实验设备及实验手段的改革。
目前学校加大了对教学的投入,不断更新增置教学实验设备。利用此契机,新增加的设备应面向数字化电厂的运行及管理,例如现场总线控制系统、智能设备的添置,将来还应加大对大数据利用、互联网+等方面的投入,使学生能够在学校掌握最前沿的知识,并为将来的创新提供驱动力。
在教学的各个环节进行全方位的改革,才能培养出适应社会经济形势发展的人才。
6结语
基于社会经济形势的大背景,适应数字化电厂的发展,进行教学改革势在必行。人才培养模式的改革和课程体系的改革都是在教育方针的指导下,结合热工自动化专业的特点,探索改革措施,具有较强的理论和实践推广价值。
参考文献
[1] 张晋宾.解读数字化电厂[J].自动化博览,2013(10):42-46.
关键词:校企合作 校园数字化工厂 实训教学
中图分类号:G712 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2017)03(b)-0221-02
1 校企合作模式下校园数字化工厂实训教学模式的构建
1.1 校企合作模式下基于CAXA的数字化工厂实训系统教学平台的建设
(1)数字化工厂实训系统网络设计。
要达到项目目标,需要首先建设车间网络环境,通过工业以太网络实现所有数控设备的连接,并且与管理人员的办公网络连接。配置服务器、终端机、触摸屏终端机等。必须保证整个校园网络的通畅,特别是教室(机房)到车间(实训)的网络必须是畅通的,也就是说建立一个良好的网络环境是数字化工厂实训系统的基础保障。
在学校局域网的架构下,数字化实训中心内的多台交换机与装有通信客户端/管理客户端的计算机通过已建好的学校局域网和计算机网络中心的总服务器相联。而各种数控车、数控铣、加工中心等数控设备则通过CAXA智能终端和无线网络联接到就近位置的交换机。
(2)数字化工厂实训系统硬件设计。
需要PLM体验中心教室一间,可容纳6张六角桌,桌椅上配置电脑,每张桌椅6个人。在实训车间需要数控机床20台以上,同时在实训车间预留一体化讨论区,需要配置连排椅 4排,配置82寸的电子白板一台,在每台数控机床内部安置摄像头各一台。
(3)数字化工厂实训系统软件配置。
通过对CAXA公司的调研,参观了多个依托CAXA软件建立起的数字化工厂,下面以CAXA公司样板为依托建立学校数字化工厂实训系统。配置CAXA实体设计软件、CAXA分析软件、CAXA电子图板软件,形成数字化设计平台。配置CAXA网络DNC代码管理、文档管理、机床信息监控、通信管理等软件模块,与工业中心的视频监控系统集成,将数控机床联网,形成先进数字化网络化制造平台。配置CAXA 工艺汇总表软件和CAXA工艺图表软件,与CAXA网络DNC管理软件构成数字化工艺平台。
1.2 基于数字化工厂实训系统教学平台的数字化教学资源库的建设
通过对企业的走访调研,以企业对人才的需求为主要依据,确定对应的教W内容和学习任务与技能培养任务,根据教学内容和技能培训的相关课题建立和完善了教学资源库。该平台集成我校和校外收集的各种教学课件、教育资源,学习资源,提供由教师根据企业实例优化后应用于教学的项目;合作编写教材;可以管理各种教职工资料及教学中使用的课件、题库或科研成果,分级授权访问。
实训课教师示范时可以将特定机床上的现场加工视频连接到实训中心,通过在实训工场电视屏幕或投影的方式,让学生观看,还可以同步切换到计算机仿真上,让学生公平直观的接受现场教育,从而理解专业课教学中关于工艺设置等方面的理论内容,理论教学与实践教学融入一体,丰富课堂教学手段。
主要包括以下几个模块:(1)多媒体课件库。收录重点专业有关课程的教师优秀多媒体课件及制作课件需要的图片、动画等素材库,为教师制作新的多媒体课件提供方便。(2)在线测验、考试模块。按系(部)和专业,创建在线测验、考试系统,形成专业试题库,可用于学生自测及网上考试。
2 校企合作模式下校园数字化工厂实训教学模式的运行
数字化实训工厂是运用在职业教育的综合实训项目中,借鉴西方发达国家职业学校的培养模式,采用项目式分组规划,按一个班30人的规模来规划分5组,每组6人为一个项目小组,共同完成一个目标,作为共同的综合实训成绩,老师作为指导和最终的评分。总共有5个项目,每组完成一个项目。完成后轮换项目。
(1)产品的接单流程。从企业接收客户预定展开项目,启动需要加工产品的报价流程,实现学生模拟企业员工达到销售与设计的协同。
(2)产品的设计流程。通过在学生参与的项目小组中设立项目主管、经理、以及产品设计人员的角色分工开展企业产品设计管理流程,一系列过程展示出产品从理论设计、再到平面图纸、最后到三维产品等环节的流程。
(3)产品的工艺流程。从项目组学生自主定义工艺模板开始,到各类加工工艺的编制,以及制定生产过程需要的派工单、到产品最终的检验卡的设计流程。统计各种工艺数据。
(4)实现数控编程与设备联网、管理。结合网络视频摄像机,形成对实训工场人员及材料使用状况、机器设备的运行状态、参数和设备内部的加工状态进行实时监控。可以在联网的任意一台计算机上通过远程身份的确认查看生产现场所有状况。
项目编程完成后,经过仿真和老师的检查,通过教师机的无线网络DNC把每组编好的程序发放到需要加工的机床,各个小组分成数车加工组和数铣加工组到各个机床边上进行加工,加工前到数字化库房领料,实训老师根据学生设计好的零件进行实训规划,发送实训物资需求单据(种类、规格、数量、用途),由库房管理员收到单据核对后准备物资,实训老师刷卡领取物资,库房管理员审核存档。
学生组在加工工程中通过触摸屏电脑查看实训内容和工艺要求调阅该零件的造型(包括注意事项、加工示范、使用材料、毛坯尺寸、加工工艺、零件尺寸等),并根据二维图纸(不需要打印出来)进行测量。
在讨论区内,通过工场内部网络及投影,可以将学生做的基于企业生产过程的项目实例播放出来,很快捷地查询项目设计图纸、包括二维图或三维模型,工艺流程、仿真模型及加工中的刀路轨迹、以及最终的数控仿真结果以及完整的加工程序。同时,必要时也可在此区域内查看实训工场内数控机床的实时操作的视频或录像。参训学生通过软件的模拟仿真技术与实际操作视频的对比,实现理实一体的教学实践。
老师在调用管理平台数据时,可以现场对共性问题进行圈阅和讲解。对机床现场操作的注意事项及操作方法,对照视频进行讲解。
在车间现场设置数字化的教学示范区,通过电子白板,与学生进行互动。在整个车间配备电子白板作为讨论区,改变传统的手工白板教学模式。可以通过电子白板访问到互动体验中心中的服务器,将基于工作过程所做过的实例调出来进行实际加工,使实践与理论一体化。
整体布局按企业场地来规划,在保持现有机床布局的前提下,按企业7S标准来规划。在数控车区域配置一套电子白板系统。
指导老师在机床现场进行加工示范(包括零件的装夹、对刀、加工过程等)学生在讨论区可以通过电子白板非常清晰直观的看到整个过程,进行远程现场视频教学。
在车间加工现场可以调阅该零件的造型(零件材料、毛坯尺寸、加工尺寸、加工工艺、加工示范及加工注意事项),实现任务的分发与接收。
3 结语
通过在校企合作模式下校园数字化工厂实训教学模式的构建与运行,大大拓宽了学生的视野,增强了实践创新能力,提高了解决问题的能力,使他们在走向工作岗位之后不仅能够从事设备或系统的操作性工作,还能从事调试、装配、维修、质量检验、监督与控制、生产管理、行政管理等更能力要求更高的工作。
培养综合素质高的新一代建设者,是职业学校素质教育的主要目标,也是新时期、新形势下职业学校德育工作的重要组成部分。但是在实际的课堂教学中,由于德育课程存在内容多、难点多、进展快、对经济与政治等基础课程知识要求较高等特点,很难让学生真正学有所得。因此本文探讨了数字多媒体教学促进中职学校《经济与政治常识》课程教与学的方式与方法。
一、中职《经济与政治常识》课程中数字多媒体教学的应用现状
多媒体教学技术作为一种全新的先进教学手段,已随着教学改革的不断深入和计算机技术的飞速发展,作为教育现代化的重要手段,在教育中得到了广泛有效的应用。中职学校《经济与政治常识》课程的授课,也越来越多地采用数字多媒体手段,就目前教学中多媒体的应用现状来看,中职学校德育课程中数字多媒体教学存在的问题大于已经取得的成绩,我们主要分为两大类来具体探讨目前的问题:
(一)数字多媒体已经得到广泛应用,但是存在教学效果差的问题
在教学实践中,数字多媒体这样一种辅助手段,占据了主要的位置。教师在课堂上的主导作用逐渐淡化,师生之间缺少十分必要的互动,而且学生的主体作用也弱化了。有师生共同参与的一堂课,其中就不单单只有知识信息的交流,还潜在的有着更为重要的思想情感方面的交流。尤其是《经济与政治常识》课,运用多媒体数字教学的手段,可以使许多难以理解的问题,在多媒体演示中化难为易,使枯燥的东西变得形象生动,更便于理解。但在实际的数字多媒体教学中,部分教师因为害怕漏掉课件上列出的要点,变成了照着课件宣读,而无暇顾及学生的感受和整个课堂的气氛,从而导致授课形式十分呆板,学生很难与教师心灵互动,这无疑削弱了教学的效果,难以达到德育课程既定的教学目的。
同时,因为多数德育课教师年龄偏大,数字多媒体技术掌握不够纯熟,很多老教师甚至是边学边用,由此导致在《经济与政治常识》课教学实践中,如课件制作,影视、音像素材的处理等环节,不少老教师还存在技术层面的问题。而另有一些教师因为平时积累的素材不够,课件制作的过程中只能大量堆砌和照搬教材内容,把多媒体等同于传统的教案和板书。当然也有教师,制作课件时脱离了教学实际,片面追求课件的形式上的美化,导致课件设计忽略了教学最根本的东西,实际教学效果事与愿违。
此外,实际教学中也有因为信息太丰富,也使得教学效果不尽如人意。数字多媒体课程的生动直观优势,使得一节课可以容纳更多的信息量。但教学实践中因为为了赶时间,教师操作课件画面时切换太快,学生根本分不清重点和难点。对理解与接受能力相对较弱的中职生来说,更不容易接纳和理解教学内容,长此以往,会削弱他们对学习的兴趣和信心,产生的效果也值得我们深思。
(二)数字多媒体未能得到广泛应用,趋向应用多媒体但难题较多
相当一部分中职学校的信息技术设备配置仍不足。先进的教学设施,是开展德育课多媒体教学的前提和基础,而现实中,目前部分中职学校教学设备投入存在不足,多功能网络教室、多媒体教室,教师的办公设施若不能及时投入,将会影响多媒体教学的正常开展。其次德育课在许多中职学校没有得到足够重视,而且对德育教师缺乏足够的教学指导,许多教师很难有机会提高自己的多媒体教学能力。所以加强教师培训十分必要,进一步提高多媒体课件制作和运用水平,熟练掌握现代科技手段,通过网络获取最新信息,将其加工、整理、创新,根据自身的教学风格、教学思想和各专业学生的学习特点,制作适合学生实际的多媒体教学课件,再相互之间进行交流学习,提高教学质量。
二、中职《经济与政治常识》的课程特色及应用数字多媒体教学的优势
中职学校德育课程中《经济与政治常识》部分,与培养学生的社会适应能力息息相关,是学生融入经济生活、政治生活的知识基础和重要桥梁。不论是讲理财窍门和消费观念,了解货币、银行和投资,还是讲市场经济、经济制度、分配制度、税收制度和企业,又或者是讲公民权利和义务,讲选举、建议和申诉,都能为我们的日常生活提供帮助。
其课程内容本身的实用性强,既可以为学生将来的生活和事业服务,也利于促进青年为国家建设做贡献。但也因为课程贴近生活,学生对许多内容的熟悉程度高,反而导致教学中学生的注意力难以集中。因此促使《经济与政治常识》课程的教学方法改革与创新刻不容缓。在突出教学内容实用和贴近生活的特色中,革新教学形式,促使课堂教学与社会实践结合;通过改善师与生、教与学的关系,使学生认识到课程本身的重要意义,从而促使学生主动学习、学用结合。
随着信息时代的来临,科学技术的不断发展,现代教学也随之出现新手段,越来越多的教师利用数字多媒体教学。相比于传统的教学模式,数字多媒体教学本身所拥有的一些特点,比如丰富的内容信息、多样化的展现形式、便捷化的传播途径、互动的交流沟通、无限制的时空传播等特点,使得其具有的优势十分明显。实践中我们发现,应用数字多媒体教学具有以下特点:
数字多媒体教学,能够有效提高学生的学习积极性,也为学科教学创造了渗透德育思想的条件。常言道:兴趣是最好的老师。数字多媒体教学中声、光、图、录像和动画的综合运用,可以促使学生对《经济与政治常识》的授课内容更感兴趣,有利于增强学生在视觉、听觉上的注意力,使一些在传统教学手段下难以表达的教学内容,或无法观察到的现象,都能形象、生动而直观地显示出来,从而有效增强《经济与政治常识》课内容的感染力,提高教学质量;有利于促进学生对问题的理解、记忆,提高学生学习《经济与政治常识》课内容的积极性与主动性,实现增强教学效果的目的。
实践中我们还发现,数字多媒体教学,在解决学时矛盾方面体现出很大的优势。由于多媒体课件具有快速投放的特点,可以在短时间播放大量的信息,既节约了老师的板书时间,也可以有效增加课堂教学的信息量,扩充德育理论前沿信息,缓解了教学内容多与教学时间少的矛盾。增加了老师在授课过程中的灵活性和实时性,增大了老师临场发挥的空间,也提升了学生参与课堂交流的积极性与热情。
因数字多媒体教学手段具有高度灵活性,借助这一特性,可用多元化教学方式引导、激发学生积极思考、踊跃发言。同时在课堂讨论中,学生能及时反馈在学习过程中遇到的问题,这有利于老师通过了解到的学生学习进度和思想状况,有针对性地进行研究式教学,制定巩固知识的教案。此外,多元化教学方式也有效地延伸、拓宽了教学时空。通过图像、声音、动画等多种元素来制作教学信息的载体,传播教学信息,能够有效解除时间和空间对教学产生的限制,这对培养学生获取信息、分析信息和处理信息的自主学习能力也十分有效。教师则可以空余出更多的时间和精力,用于了解学生的学习目标、学习兴趣、学习风格、人生观等方面上,从而在教学过程中真正做到因材施教。
三、数字多媒体教学在中职《经济与政治常识》课程中的开发实践
(一)数字多媒体教学和传统教学手段有机结合
我们发现,把数字多媒体辅助教学与传统教学有机结合起来,比如对于那些内容相对抽象和难以理解的概念部分,更多使用多媒体;而对于重点和难点问题,适当进行板书,并辅之以提问讨论、举实例等各种形式,组织课堂教学,对提高课堂教学实效起到了显而易见的促进作用。传统教学相比于数字多媒体教学,还是有其自身的优越性,比如,传统教学模式中,教师在课堂互动交流过程中占主导地位,这对于管理课堂纪律、组织教学过程较为有利。另外,如果能巧妙利用板书,便能有效加深学生对教学内容的理解,解决多媒体课件图文转换过快造成的学生注意力不足的问题。
(二)注意选择好数字多媒体使用的最佳时机
多媒体优势很多,但也要善于利用,才会起到最佳效果。比如使用多媒体导入新课,能够使学生更快的融入课堂。如在讲解社会主义初级阶段的经济制度时,用具体的国有企业中国石化的广告视频导入,再通过提问引导学生。
(三)充分发挥教师的主导作用和学生的主体作用
以理服人,以情感人,是德育教学的关键。因此教师应认识到,德育课堂的教学不仅是基础知识传授的过程,更是学生积极参与课堂教学、师生情感互动的过程。运用多媒体教学手段进行德育教学,要提高对学生的关注,注意调动学生参与课堂的积极性。从课件制作到课堂演示、操作,再到日常的作业练习,都是一个完整的、系统的过程,不应忽视师生之间的互动交流。
(四)注重积累和开发个性化教学素材
素材的优劣直接影响到教学课件的优劣,优秀的课件,能充分调动学生的学习热情,能对症下药、全方位的实现教学目的,实现预定的教学效果。数字多媒体素材的收集,必须立足教学实际,带有目的性地积累课件中常用的各种视觉和听觉材料,积累用以表达教学思想的各种元素,积累用于说明的图形和图像,积累用于喧染气氛的音响和特效等教学素材。充分挖掘教材内容,对教材图文进行再利用,将现有教辅影音光盘中的知识点素材重新分类、组合、归纳、整理,从各类公共的音像节目和影视资料中选取并重新编辑,从网上下载可以用于教学过程的图片、文本、音频、视频等素材,加以开发制作出个性化的多媒体教学素材。
综上所述,在《经济与政治常识》课教学中,恰当的运用数字多媒体教学手段,既可以提高学生的学习兴趣,较好的实现教师的教学意图,也为教师减轻一定程度的备课压力,起到事半功倍的效果。因此教师加强学习现代教育技术理论与操作技能,更新教学理念,适应时展的需求,则显得极为重要。必须不断探索数字多媒体教学的教学艺术,使新的技术手段更好地为日常教学服务。
参考文献:
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