仿真教學在鐵道供電專業教學中的應用

劉小勇 鄧纈 孫小冉 任宇

摘 ? 要：隨著信息化技術在教學中的廣泛應用，傳統的教學方式得到了很大的改變。在傳統教學模式下，教學往往采用灌輸的形式，教師在黑板上或者用PPT進行板書說教，偶爾讓學生參與教學討論或者短時間的練習?？梢哉f，作為認知主體的學生在整個教學過程中始終處于被動地接受知識的地位，學生學習的主動性被忽視，甚至被壓抑，這種教學很難滿足實踐性很強的高職院校教學需求。仿真教學給高職院校的教學工作帶來新的契機，特別是鐵道供電類實踐性很強的專業?？傊?，仿真教學能適應高職院校教學工作新的需求。文章通過仿真教學在鐵道供電專業教學中的應用，探索高職院校仿真教學策略。旨在為操作性要求比較高而現實條件難以滿足的、類似于鐵道供電專業的教學工作提供一定的參考價值。

關鍵詞：仿真教學;鐵道供電;應用

1 ? ?傳統教學方式在鐵道供電專業存在的不足

在鐵道供電專業中，傳統教學往往采用灌輸的形式、教師在黑板上或者用PPT進行板書說教，偶爾讓學生參與教學討論或者短時間的練習。實際動手操作最多就是采用實驗進行，實驗又往往受現場條件限制。高職院校的教育應以服務為宗旨，以就業為導向，需要能夠培養出崗位針對性、實用性強、業務知識結構、文化知識素質與能力要求有所側重的人才。鐵道供電專業要求培養具有實際動手能力，滿足供電企業需要的“工匠”型、技術技能型人才。因其專業特點，鐵道供電專業采用傳統教學方式難以滿足其專業要求，主要體現在以下幾個方面：

（1）現場設備不可隨意操作。鐵道供電設備進行分合閘操作，將導致大面積停電。工作現場不可能成為從業者專門培訓學習的場地，導致有相當一部分從業者經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、獨自承擔工作[1]。

（2）設備多且價格昂貴。鐵道供電專業涉及的用電設備繁多，有變壓器、斷路器、隔離開關、互感器、避雷器，甚至涉及受電設備機車，建設一個真實供電系統用于教學，不太現實。

（3）設備易損壞。在鐵道供電系統中，開關設備占主要部分，開關設備有開斷壽命限制。教學則需要長期對開關設備進行開斷操作，容易導致設備損壞。即使在真實鐵道供電系統中，設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備均為高電壓，對學生的人身安全有一定威脅，通常需要監護人員對其進行監護，現場條件也不利于教學的進行[2]。

總之，傳統的教學方式在鐵道供電專業中，存在一定不足，導致學生在就業一段時間之后還是難以勝任本職工作。

2 ? ?仿真教學在鐵道供電專業教學中的重要意義

仿真在教學中被廣泛地使用并取得一定的成果。鐵道供電專業采用仿真教學，采用仿真軟件建設一個與真實變電所具有相同功能的仿真變電所，其建設除了彌補上述傳統教學不足之處外，還具有以下重要意義：

（1）教師可以在仿真軟件通過教學任務的分配，進行變電所工作任務的訓練。在真實變電所中，設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，從而提高學習興趣。仿真教學實訓軟件采用3D仿真軟件建成，能夠營造出與真實供電系統主控室相似或相近的環境，凡是在主控室內能夠看到、聽到以及操作時各種可能發生的現象都能進行逼真的模擬。在這個虛擬的實訓場景中，學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，包括一次、二次部分等多方面進行仿真。特別是二次部分，難以通過傳統教學中的講解來完成，通過仿真教學后，可以在仿真軟件中靈活地設置各種參數、模擬條件，滿足多層次學生的需求。

（4）仿真教學系統依據真實變電所而建設，建設后的高速鐵路牽引供電仿真實訓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系統中先進行驗證，因此對防止誤操作、提高真實牽引變電所的穩定性、可靠性有重要作用[4]。

3 ? ?鐵道供電專業仿真教學主要建設內容

鐵道供電專業仿真教學系統需要實現真實鐵道供電系統相同的功能，其主要建設內容如下：

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

（2）真實鐵道供電系統主要功能的實現。主要功能包括設備的功能，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。鐵道供電系統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備結構原理熟悉，需要了解整個電氣設備構造，因此需要建立各個電氣設備的3D模型，并且根據原理結構進行拆卸。

（4）培訓功能的實現。仿真工作主要是為鐵道供電專業的教學而設計，其功能需要滿足專業教學需求、模擬設備運行中的故障狀態，在教學時，把故障分配給學員，以使學員能夠應對各種故障狀態處理。

4 ? ?仿真教學在鐵道供電專業教學中的組織實施

仿真教學系統基本上可以滿足鐵道供電專業教學的需求。學生可以做到“學中做，做中學”。若考慮實訓系統的綜合利用率，可以采用理論教學與仿真實訓教學相結合的方式其中理論教學部分可以占30%的時間，仿真教學占70%。

（1）理論教學階段，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，前期的理論教學課時將相對較少。主要講解“電力系統繼電保護”“高低壓電器設備”“高壓設備試驗”“接觸網檢修與維護”等課程。

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

仿真教學系統還可以對牽引變電站進行全方位、全場景的仿真，能進行供電系統的集中進行監視與控制，實現繼電保護、操作控制、測量與監視、電氣五防、故障判斷、日常巡視、故障設定、反事故演習、事故記錄、人機對話、異常及事故處理等業務功能及滿足操作培訓需求，與在真實變電所中進行相關內容的操作無異。

5 ? ?部分培訓界面展示

（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，要求認識主線路中的電氣設備符號，分析主接線的特點，根據主線路的特點，靈活進行倒閘操作，保障供電的可靠性，仿真系統的主線路如圖1所示。

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

[參考文獻]

[1]林旺.基于計算思維的大學計算機教學研究[J].中國大學教學，2015（9）：274.

[2]劉亞豐，蘇莉，吳元喜，等.虛擬仿真教學資源開放共享策略探索[J].實驗技術與管理，2016（12）：137-141.

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

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