熱電冷三聯供技術課程教學方式探討

孫方田　王瑞祥　許淑惠

摘要：虛擬仿真可形象地向學生展示設備或系統的構成、布置、運行特性及效果，是技術性和實踐性較強課程的高效教學方式。熱電冷三聯供技術是一門多種技術高度集成的實踐性課程，其內容涉及到基礎理論、能源系統及運行特性。為提升學習效果，本文結合不同教學方式的特點，根據教學內容特征制訂出多種教學方式相互銜接與融合的新教學方式。

關鍵詞：熱電冷聯產；虛擬仿真；課程特點；教學內容特征

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2018）25-0171-02

一、引言

《熱電冷三聯供技術》教學內容涉及到《汽輪機與燃氣輪機》、《制冷原理》和《供熱工程》等，具有較強的實踐性。傳統的教學模式難以讓學生體會到不同能源系統方案的運行特性及效果。對于建筑類院校而言，《汽輪機》、《熱力及燃氣發電廠》等實踐教學資源相對較小，知識比較抽象，導致學生學習效果較差。

虛擬仿真實驗教學是通過虛擬現實等技術來構建虛幻場景、工程條件，將操作者融入這個模擬環境中去體驗、學習并解決問題[1-3]。因此，該教學方式具有可見性、直觀性、沉浸感、交互性和想象性特點。將虛擬仿真教學手段用于建筑類院校的《熱電冷三聯供技術》課程教學中將有助于提升學習效果。然而，如何將傳統教學方式與虛擬仿真教學無縫結合是亟待探討的課題。

二、不同教學方式特點

課堂教學具有以下顯著優勢：（1）便于教師及時掌握教學過程的學生學習狀態及效果，及時掌控課堂教學過程和調整教學內容時間分布；（2）在課堂上能夠及時捕捉學生的亮點，通過實時互動使之成為學生在課堂上的“興奮點”，調動課堂氣氛，使學生獲得不同程度的成就與喜悅；（3）增進師生情誼，提升師生之間的互信度，有助于提升學生的人生觀和價值觀培養效果。課堂教學雖然能夠及時掌控教學過程及效果，充分發揮教師經驗及其素養對學生的影響，但其不能生動形象地展現專業課程的設備結構及運行特性，也無法幫助學生建立感性認識[4-6]。由此可見，課堂教學比較適合理論性教學。實驗教學能夠很好地向學生展示設備外部形狀及其部分工況的運行特性，真實性較強，但設備由于種類繁多，甚至部分設備及系統因外形體積過于龐大、復雜而不能建成實驗平臺。實驗教學具有初投資大、工況展示不完整、運行成本高、實驗條件不易重現等缺陷[7-9]。仿真模擬是借助于儀器、模型、設備、電腦虛擬技術等模仿出現實中的工藝流程、工作狀態、技術參數等，可用于科研、設計、模擬運行、訓練、考核等；虛擬現實是通過電腦程序營造一種模擬環境，將操作者融入模擬環境中進行操作、控制。因此，虛擬仿真具有可見性、直觀性、想象性、互動性等特征，可實現全工況模擬、往復實驗、復雜系統及高危害性環境實驗，同時還能讓學生在真實環境中去體驗、去分析問題、解決問題。

因此，每一種教學方式都擁有自己獨特的教學特點，因此應根據教學內容的不同特征來合理地選擇教學手段，實現優勢互補。

三、教學內容規劃

《熱電冷三聯供技術》在教學計劃中分為7章：第1章主要介紹相關概念、發展動態；第2章主要介紹三聯供系統的熱經濟評價指標及分析方法；第3章主要介紹負荷確定方法；第4章主要介紹動力設備及其運行特性；第5章主要介紹制冷設備及運行特性；第6章主要介紹供熱系統及運行調節；第7章主要介紹分布式冷熱電三聯產系統集成及工程案例分析。

第1，2，3章教學內容具有概念性和理論性的特征，適合課堂教學。第4，5章主要介紹各種設備，涉及到設備的結構、工藝流程和運行特性，其內容相對抽象。對于小部件，可以借助教學模型讓學生觀測其內部構造。對于大型設備，教學模型難以在課堂中展現給學生。虛擬仿真可向學生形象地講解各種動力設備和制冷設備的結構和運行特性。對于有實驗教學條件的單位，宜采用以虛擬仿真為主、實驗手段為輔的方式。

第6，7章的教學內容具有管路、設備種類多、運行效果預測難等特征。本部分內容在二維空間也難以厘清其中脈絡。模型教學方式雖然可以向學生講解系統構成及設備、管道的相對空間位置，但難以展現系統的運行特性及運行效果。對于熱電冷三聯產系統集成與工程案例分析，本科生由于缺乏工程實踐經驗，也沒有掌握各種設備特性及其計算機模擬技能，難以深入了解各個方案的運行特性及運行效果，也無法揭示各種外部條件對能源系統方案的影響規律。虛擬仿真手段由于具有成本低、且能虛擬現實工況，可實現各種技術方案的系統仿真，從而了解其運行特性及效果。因此，第6，7章內容適合采用虛擬仿真教學手段。

四、教學方式銜接與融合

根據不同教學內容的特征，本課程擬采用如下教學方式：第1—3章采用課堂教學為主，模型教學為輔的方式；第4—5章，首先采用課堂教學方式向學生講解各種設備工作機理，其次，以實踐教學或實驗教學方式，讓學生初步了解各種設備外部構造及其功能，再次采用虛擬現實技術向學生揭示各種設備內部構成、工藝流程及安裝過程，最后采用模擬仿真技術向學生展示設備運行特性及效果；第6—7章，首先以模型教學和實踐教學方式向學生講解供熱系統和熱電冷三聯產系統的種類、構成、功能及特征，在此期間介紹常見的運行調節方式，最后采用模擬仿真技術向學生展示不同系統的工藝流程及系統布置方式以及不同系統運行效果，為方案優選提供數據支持，讓學生較為深入地了解系統設計規律。

五、結論

課堂教學、模型教學、實驗或實踐教學、虛擬仿真教學均具有自己獨特優勢，適宜于不同的教學內容。虛擬仿真教學方式可彌補常規教學方式的不足，有效提高教學效果，適用于技術性和實踐性較強的專業課程教學。熱電冷三聯供技術是一門技術綜合性和實踐性均較強的課程，因此需要采用多種教學方式相互銜接與融合的新教學方式來提高教學效果。

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