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摘要：理实一体化教学是现代高等职业教育教学改革的方向，但在电力类专业教学中难以实施。本文介绍了依托信息化技术开发的“变电站三维仿真系统”的功能、特色，并以“变电运行技术”课程中“事故处理”单元为例进行了信息化教学设计，有效地利用信息化技术解决了一体化教学中安全性与可操作性的矛盾。
关键词：信息化；理实一体化；变电运行
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）35-0094-03目前，我国高职高专教学模式改革方向是逐步实现工学结合的教学理念，采用边教边学的方法，让学生熟悉职场工作，有身临其境的感受，提升专业技能水平。但由于电力类专业的特殊性、高电压大电流的危险性，运行中电气设备不可以随意触碰和操作，大大制约了学生动手能力地培养与技能水平地提升。学生不能进入真实电力行业运行环境，即便到了顶岗实习阶段，也只能远观不能靠近，更不能动手实作，显然违背了高职高专教学模式改革的初衷。随着数字化时代的来临，信息化技术在职业教育中也得到了广泛的应用和发展，在构建虚拟教学情境、解决教学做一体化实施中安全性与学生操作性的矛盾这一问题上显现出强大的作用。如变电运行三维仿真技术可逼真的模拟变电站控制室、各种电气设备和各种运行工况，学员在仿真机上进行各种方式下的运行操作，就如同置身于真实运行岗位。仿真机还可以模拟各种现场故障现象，培训学员分析及处理故障的应变能力。信息化技术在“变电运行技术”课程教学中取得了较好的效果，在电力类专业课程一体化教学中，可做为典型案例推广。
一、“变电运行技术”课程简介
“变电运行技术”是发电厂及电力系统等电类专业的职业能力核心课程。本课程的任务是进行变电站电气运行基本知识的学习和基本技能的培训。变电运行的三项典型工作任务为设备巡视、倒闸操作和事故处理。长期以来，该课程教学中存在以下三个问题：一是在校学生不熟悉电气设备，不清楚设备布置，在常规教室也无法观察设备运行状态，因此在培训“设备巡视”技能上效果差。二是即使是在变电站现场，电气设备不允许随意触碰、操作，不具备上岗资格的人员只能眼观，不能动手实做，因此无法进行“倒闸操作”技能的培训。三是电气事故是一种小概率、高危害事件，故“事故处理’技能培训不仅不能用传统教学方式实现，更不可能在真实情境中实施。
为了解决以上问题，我校对该门课程进行了信息化教学建设，开发了“变电站三维仿真系统”，建成了“变电运行三维仿真”实训中心。该仿真系统为我校与科东公司联合开发，既满足了发电厂及电力系统专业、电力系统继电保护专业的“变电运行技术”课程教学要求，同时也能满足“变电站值班员”、“电气值班员”职业技能鉴定及电力企业运行人员的培训、考核要求。
二、“变电站三维仿真系统”功能和特色
1.系统功能
“变电站三维仿真系统”以Visual Studio 6.0 Enterprise和Compaq Visual Fortran 6.1为开发工具，软件支撑平台采用中国电力科学研究院开发的具有国内领先水平的TS-2000仿真支撑平台，它采用国际先进的三层结构的客户/服务器模型，系统既可以组网多机运行，也可以单机运行。系统采用了虚拟仪器技术、组件技术、3D建模技术和基于OpenGL的虚拟现实技术，构建了220/110/10kV三种电压等级的完整变电站，包括变电站主控制室、控制屏、保护屏、交直流屏等二次设备和现场一次设备。
该系统具有的主要功能包括：变电站运行监视、设备缺陷与异常设置、设备的巡视与检查、倒闸操作、设备故障与系统事故设置、继电保护及自动装置的动作与信号显示、五防系统模拟、安全用具的使用、安全措施布置、培训效果的评估与考核。
基于以上功能，本仿真系统可实现变电运行三大典型工作任务的仿真培训。
（1）倒闸操作。能够实现断路器的远方操作、隔离开关和接地开关的就地操作、变压器分接开关的调整、现场安全措施布置（如验电、挂警示牌等）、保护及自动装置的投入、切除、方式切换等一系列操作。倒闸操作场景如图1所示，通过调用一次设备导航图（图1右下角），可进行设备的快速查找定位。
（2）设备巡视。系统以三维方式展现变电站所有设备，包括变电站正常、异常、事故工况下的现象。可以模拟运行人员对电气设备进行全面检查，检查过程中可调整视觉角度和高度，还可360°旋转，从而可以全方位准确地观察到电气设备的运行状态。在培训过程中，教练员可适时插入设备缺陷，以考核学员在设备巡视过程中，能否及时发现并作出相应的处理。如图2所示为变压器巡视场景。
（3）事故处理。仿真系统可人为的设置单个故障、复合故障、或复杂的多重故障，让学员通过故障信息判断事故性质、类型、地点等并进行处理，由系统记录其处理过程并打印输出，可以对学员的事故处理能力和技巧进行智能评定，找出事故处理中的差错、疏漏，学会正确的处理方法，提高技术水平。图3为故障发生后的故障报文。
2.系统特色
（1）三维动画，实景仿真。利用三维动画技术构建变电站一、二次电气设备，使人身临其境，其360°的视角使学生学习兴趣高涨，声光信号能充分调动学生的学习积极性，带给学生体验式学习的愉悦经历。
（2）功能完备，操作简便。系统教员机提供异常和故障设置、操作记录、工况选择等功能；学员机实现异常巡视、倒闸操作、事故处理、运行监视等功能。系统具有良好的人机接口，使用鼠标和键盘即可完成所有的操作。
（3）过程考核，人机互补。通过教员机“操作记录”，实时记录学员的一切操作，教师按照“操作记录”判断过程的正确性，给出最终评判，同时便于分析学员操作过程中存在的问题。
三、信息化教学设计举例
1.教学任务
事故处理（二）线路单相瞬时接地故障（专业：发电厂及电力系统，学时：4） 2.学习目标与任务
（1）明确处理线路故障的基本原则；
（2）明确线路故障后运行状态和各参数的变化情况，理解线路单相瞬时接地故障的特征；
（3）能根据线路故障时产生的各种信息准确判断故障类型；
（4）能按照事故处理的标准化流程进行相关操作、记录、判断、汇报。
（5）能撰写详细、规范的故障处理报告；
3.学习环境与资源
变电运行三维仿真实训中心；
仿真计算机（一台教员机、50台学员机）组成局域网，一人一工位；
多媒体教学，仿真虚拟学习情境。
4.学习活动组织
教学结构流程：任务描述、提出问题→引导学生一起解决问题→任务实施与检验→评估与反馈。
（1）任务描述、提出问题。
教师活动：
1）复习变电站事故处理的一般程序和注意事项。讲解输电线路事故的原因、现象。分析瞬时性故障和永久性故障的区别。
2）在教员机上设置220kV两阳线上发生A相瞬时接地故障，发送到各学员机。
3）提问：会有什么现象？
学生活动：
1）听讲、看书、笔记。
2）观察、思考，回答问题。
（2）引导学生一起解决问题。
此环节采用角色扮演教学方法，教师为电力调度员，学生为变电站值班员。
教师（电力调度员）活动：
1）逐项询问仿真机上的事故现象，引导学生（值班员）分析解释：
听到声音（事故音响、预告警铃响）：由此知道发生了异常或事故；查看事故时间，并记录；监控画面上的现象分析；继电保护装置显示内容分析；故障录波图分析。
2）询问学生（值班员）故障判断情况，并就正、误给予明确指示。
故障相分析；故障类型分析；故障综合判断：两阳线261线路发生A相单相瞬时接地故障，保护正常启动，重合闸动作，重合成功。
3）下达命令：学生（值班员）进行事故隔离。
学生（值班员）活动：
1）复归报警音响信号。
2）记录事故发生时间。
3）将开关变位情况、保护动作主要信号做好记录并立即汇报调度。
4）在仿真机上对站内继电保护装置、自动装置和现场一次设备进行事故特巡。
5）做出事故性质的分析判断，汇报调度。
6）事故隔离。
（3）任务实施与检验。
教师活动：
1）在教员机上设置另一条220kV线路发生单相瞬时接地故障发送到各学员机。
2）要求学生自己独立进行事故判断处理，并提交事故处理报告。
学生活动：
1）按照事故处理的规定流程进行相关操作、记录、判断、汇报。
2）撰写事故处理报告并提交。
（4）评估与反馈。
教师活动：
1）选择有代表性的学生，根据其任务完成的情况（包括过程的规范性和结果的正确性）进行评价和解释。
2）对整个任务涉及到的知识、技能、遇到的典型问题进行归纳总结。
学生活动：学生互评，总结本次课的收获。
四、教学效果与评价
“变电站三维仿真系统”这项信息化技术成果用在“变电运行技术”课程教学、电力公司变电站值班员培训以及在校生的职业技能鉴定培训中，都取得了及其显著的成效，获得了学生、企业和专家的好评。
该仿真教学的优势体现在：
（1）缩短实操实训时间、降低实训成本、降低实训安全风险。
（2）实现了真实环境难以进行的变电运行工作任务的技能培训：短时间完成全部知识的实训（高效性），基于工作过程进行变电运行标准化作业培训（标准性）。
（3）虚拟工作职场：角色扮演，培养学生职业意识与职业能力（参与性）。
（4）提升学生学习热情：教学过程中的直观性、形象性、具体性和趣味性。
（5）实现智能化过程化考试考核，实训进度、效果实时跟踪。
因此，基于信息化技术的仿真教学在一定程度上解决了电力类教学长期存在的理实一体化教学难于实施、学生不能学以致用的问题。
五、结束语
随着计算机软硬件技术、网络技术的发展以及职业教育的改革与深化，信息化技术在职业教育产品开发与应用方面已越来越普遍和成熟，特别是在电力行业的职业教育和培训中日益被重视和推广。因此作为电力职教工作者，我们应在已有的教学方式上充分地运用信息化手段，研究开发既符合高等职业教育规律，又适应电力行业需求的电力类专业课程教学内容和教学方法，提高自身信息化技术应用能力和信息化教学水平，促进信息化技术在教育教学中的广泛应用。
参考文献：
[1]高东怀.高校信息化教学环境层次模型的设计与应用[J].现代教育技术，2011，（2）.
[2]赵志强.论信息化技术对教学模式的影响[J].教育探索，2006，（6）.
[3]胡荣志.计算机仿真教学实践的体会[J].化工职业技术教育，2000，（1）.
[4]夏迎春，许重华.仿真技术在职业教育中的开发应用[Z].北京东方仿真控制技术有限公司.
（责任编辑：刘丽娜）
关键词：信息化；理实一体化；变电运行
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）35-0094-03目前，我国高职高专教学模式改革方向是逐步实现工学结合的教学理念，采用边教边学的方法，让学生熟悉职场工作，有身临其境的感受，提升专业技能水平。但由于电力类专业的特殊性、高电压大电流的危险性，运行中电气设备不可以随意触碰和操作，大大制约了学生动手能力地培养与技能水平地提升。学生不能进入真实电力行业运行环境，即便到了顶岗实习阶段，也只能远观不能靠近，更不能动手实作，显然违背了高职高专教学模式改革的初衷。随着数字化时代的来临，信息化技术在职业教育中也得到了广泛的应用和发展，在构建虚拟教学情境、解决教学做一体化实施中安全性与学生操作性的矛盾这一问题上显现出强大的作用。如变电运行三维仿真技术可逼真的模拟变电站控制室、各种电气设备和各种运行工况，学员在仿真机上进行各种方式下的运行操作，就如同置身于真实运行岗位。仿真机还可以模拟各种现场故障现象，培训学员分析及处理故障的应变能力。信息化技术在“变电运行技术”课程教学中取得了较好的效果，在电力类专业课程一体化教学中，可做为典型案例推广。
一、“变电运行技术”课程简介
“变电运行技术”是发电厂及电力系统等电类专业的职业能力核心课程。本课程的任务是进行变电站电气运行基本知识的学习和基本技能的培训。变电运行的三项典型工作任务为设备巡视、倒闸操作和事故处理。长期以来，该课程教学中存在以下三个问题：一是在校学生不熟悉电气设备，不清楚设备布置，在常规教室也无法观察设备运行状态，因此在培训“设备巡视”技能上效果差。二是即使是在变电站现场，电气设备不允许随意触碰、操作，不具备上岗资格的人员只能眼观，不能动手实做，因此无法进行“倒闸操作”技能的培训。三是电气事故是一种小概率、高危害事件，故“事故处理’技能培训不仅不能用传统教学方式实现，更不可能在真实情境中实施。
为了解决以上问题，我校对该门课程进行了信息化教学建设，开发了“变电站三维仿真系统”，建成了“变电运行三维仿真”实训中心。该仿真系统为我校与科东公司联合开发，既满足了发电厂及电力系统专业、电力系统继电保护专业的“变电运行技术”课程教学要求，同时也能满足“变电站值班员”、“电气值班员”职业技能鉴定及电力企业运行人员的培训、考核要求。
二、“变电站三维仿真系统”功能和特色
1.系统功能
“变电站三维仿真系统”以Visual Studio 6.0 Enterprise和Compaq Visual Fortran 6.1为开发工具，软件支撑平台采用中国电力科学研究院开发的具有国内领先水平的TS-2000仿真支撑平台，它采用国际先进的三层结构的客户/服务器模型，系统既可以组网多机运行，也可以单机运行。系统采用了虚拟仪器技术、组件技术、3D建模技术和基于OpenGL的虚拟现实技术，构建了220/110/10kV三种电压等级的完整变电站，包括变电站主控制室、控制屏、保护屏、交直流屏等二次设备和现场一次设备。
该系统具有的主要功能包括：变电站运行监视、设备缺陷与异常设置、设备的巡视与检查、倒闸操作、设备故障与系统事故设置、继电保护及自动装置的动作与信号显示、五防系统模拟、安全用具的使用、安全措施布置、培训效果的评估与考核。
基于以上功能，本仿真系统可实现变电运行三大典型工作任务的仿真培训。
（1）倒闸操作。能够实现断路器的远方操作、隔离开关和接地开关的就地操作、变压器分接开关的调整、现场安全措施布置（如验电、挂警示牌等）、保护及自动装置的投入、切除、方式切换等一系列操作。倒闸操作场景如图1所示，通过调用一次设备导航图（图1右下角），可进行设备的快速查找定位。
（2）设备巡视。系统以三维方式展现变电站所有设备，包括变电站正常、异常、事故工况下的现象。可以模拟运行人员对电气设备进行全面检查，检查过程中可调整视觉角度和高度，还可360°旋转，从而可以全方位准确地观察到电气设备的运行状态。在培训过程中，教练员可适时插入设备缺陷，以考核学员在设备巡视过程中，能否及时发现并作出相应的处理。如图2所示为变压器巡视场景。
（3）事故处理。仿真系统可人为的设置单个故障、复合故障、或复杂的多重故障，让学员通过故障信息判断事故性质、类型、地点等并进行处理，由系统记录其处理过程并打印输出，可以对学员的事故处理能力和技巧进行智能评定，找出事故处理中的差错、疏漏，学会正确的处理方法，提高技术水平。图3为故障发生后的故障报文。
2.系统特色
（1）三维动画，实景仿真。利用三维动画技术构建变电站一、二次电气设备，使人身临其境，其360°的视角使学生学习兴趣高涨，声光信号能充分调动学生的学习积极性，带给学生体验式学习的愉悦经历。
（2）功能完备，操作简便。系统教员机提供异常和故障设置、操作记录、工况选择等功能；学员机实现异常巡视、倒闸操作、事故处理、运行监视等功能。系统具有良好的人机接口，使用鼠标和键盘即可完成所有的操作。
（3）过程考核，人机互补。通过教员机“操作记录”，实时记录学员的一切操作，教师按照“操作记录”判断过程的正确性，给出最终评判，同时便于分析学员操作过程中存在的问题。
三、信息化教学设计举例
1.教学任务
事故处理（二）线路单相瞬时接地故障（专业：发电厂及电力系统，学时：4） 2.学习目标与任务
（1）明确处理线路故障的基本原则；
（2）明确线路故障后运行状态和各参数的变化情况，理解线路单相瞬时接地故障的特征；
（3）能根据线路故障时产生的各种信息准确判断故障类型；
（4）能按照事故处理的标准化流程进行相关操作、记录、判断、汇报。
（5）能撰写详细、规范的故障处理报告；
3.学习环境与资源
变电运行三维仿真实训中心；
仿真计算机（一台教员机、50台学员机）组成局域网，一人一工位；
多媒体教学，仿真虚拟学习情境。
4.学习活动组织
教学结构流程：任务描述、提出问题→引导学生一起解决问题→任务实施与检验→评估与反馈。
（1）任务描述、提出问题。
教师活动：
1）复习变电站事故处理的一般程序和注意事项。讲解输电线路事故的原因、现象。分析瞬时性故障和永久性故障的区别。
2）在教员机上设置220kV两阳线上发生A相瞬时接地故障，发送到各学员机。
3）提问：会有什么现象？
学生活动：
1）听讲、看书、笔记。
2）观察、思考，回答问题。
（2）引导学生一起解决问题。
此环节采用角色扮演教学方法，教师为电力调度员，学生为变电站值班员。
教师（电力调度员）活动：
1）逐项询问仿真机上的事故现象，引导学生（值班员）分析解释：
听到声音（事故音响、预告警铃响）：由此知道发生了异常或事故；查看事故时间，并记录；监控画面上的现象分析；继电保护装置显示内容分析；故障录波图分析。
2）询问学生（值班员）故障判断情况，并就正、误给予明确指示。
故障相分析；故障类型分析；故障综合判断：两阳线261线路发生A相单相瞬时接地故障，保护正常启动，重合闸动作，重合成功。
3）下达命令：学生（值班员）进行事故隔离。
学生（值班员）活动：
1）复归报警音响信号。
2）记录事故发生时间。
3）将开关变位情况、保护动作主要信号做好记录并立即汇报调度。
4）在仿真机上对站内继电保护装置、自动装置和现场一次设备进行事故特巡。
5）做出事故性质的分析判断，汇报调度。
6）事故隔离。
（3）任务实施与检验。
教师活动：
1）在教员机上设置另一条220kV线路发生单相瞬时接地故障发送到各学员机。
2）要求学生自己独立进行事故判断处理，并提交事故处理报告。
学生活动：
1）按照事故处理的规定流程进行相关操作、记录、判断、汇报。
2）撰写事故处理报告并提交。
（4）评估与反馈。
教师活动：
1）选择有代表性的学生，根据其任务完成的情况（包括过程的规范性和结果的正确性）进行评价和解释。
2）对整个任务涉及到的知识、技能、遇到的典型问题进行归纳总结。
学生活动：学生互评，总结本次课的收获。
四、教学效果与评价
“变电站三维仿真系统”这项信息化技术成果用在“变电运行技术”课程教学、电力公司变电站值班员培训以及在校生的职业技能鉴定培训中，都取得了及其显著的成效，获得了学生、企业和专家的好评。
该仿真教学的优势体现在：
（1）缩短实操实训时间、降低实训成本、降低实训安全风险。
（2）实现了真实环境难以进行的变电运行工作任务的技能培训：短时间完成全部知识的实训（高效性），基于工作过程进行变电运行标准化作业培训（标准性）。
（3）虚拟工作职场：角色扮演，培养学生职业意识与职业能力（参与性）。
（4）提升学生学习热情：教学过程中的直观性、形象性、具体性和趣味性。
（5）实现智能化过程化考试考核，实训进度、效果实时跟踪。
因此，基于信息化技术的仿真教学在一定程度上解决了电力类教学长期存在的理实一体化教学难于实施、学生不能学以致用的问题。
五、结束语
随着计算机软硬件技术、网络技术的发展以及职业教育的改革与深化，信息化技术在职业教育产品开发与应用方面已越来越普遍和成熟，特别是在电力行业的职业教育和培训中日益被重视和推广。因此作为电力职教工作者，我们应在已有的教学方式上充分地运用信息化手段，研究开发既符合高等职业教育规律，又适应电力行业需求的电力类专业课程教学内容和教学方法，提高自身信息化技术应用能力和信息化教学水平，促进信息化技术在教育教学中的广泛应用。
参考文献：
[1]高东怀.高校信息化教学环境层次模型的设计与应用[J].现代教育技术，2011，（2）.
[2]赵志强.论信息化技术对教学模式的影响[J].教育探索，2006，（6）.
[3]胡荣志.计算机仿真教学实践的体会[J].化工职业技术教育，2000，（1）.
[4]夏迎春，许重华.仿真技术在职业教育中的开发应用[Z].北京东方仿真控制技术有限公司.
（责任编辑：刘丽娜）