仿真教学在铁道供电专业教学中的应用

刘小勇 邓缬 孙小冉 任宇

摘   要：随着信息化技术在教学中的广泛应用，传统的教学方式得到了很大的改变。在传统教学模式下，教学往往采用灌输的形式，教师在黑板上或者用PPT进行板书说教，偶尔让学生参与教学讨论或者短时间的练习。可以说，作为认知主体的学生在整个教学过程中始终处于被动地接受知识的地位，学生学习的主动性被忽视，甚至被压抑，这种教学很难满足实践性很强的高职院校教学需求。仿真教学给高职院校的教学工作带来新的契机，特别是铁道供电类实践性很强的专业。总之，仿真教学能适应高职院校教学工作新的需求。文章通过仿真教学在铁道供电专业教学中的应用，探索高职院校仿真教学策略。旨在为操作性要求比较高而现实条件难以满足的、类似于铁道供电专业的教学工作提供一定的参考价值。

关键词：仿真教学;铁道供电;应用

1    传统教学方式在铁道供电专业存在的不足

在铁道供电专业中，传统教学往往采用灌输的形式、教师在黑板上或者用PPT进行板书说教，偶尔让学生参与教学讨论或者短时间的练习。实际动手操作最多就是采用实验进行，实验又往往受现场条件限制。高职院校的教育应以服务为宗旨，以就业为导向，需要能够培养出岗位针对性、实用性强、业务知识结构、文化知识素质与能力要求有所侧重的人才。铁道供电专业要求培养具有实际动手能力，满足供电企业需要的“工匠”型、技术技能型人才。因其专业特点，铁道供电专业采用传统教学方式难以满足其专业要求，主要体现在以下几个方面：

（1）现场设备不可随意操作。铁道供电设备进行分合闸操作，将导致大面积停电。工作现场不可能成为从业者专门培训学习的场地，导致有相当一部分从业者经过多年实践才成为一个合格“工匠”，有的甚至在工作很多年后，都没能亲自进行动手操作、独自承担工作[1]。

（2）设备多且价格昂贵。铁道供电专业涉及的用电设备繁多，有变压器、断路器、隔离开关、互感器、避雷器，甚至涉及受电设备机车，建设一个真实供电系统用于教学，不太现实。

（3）设备易损坏。在铁道供电系统中，开关设备占主要部分，开关设备有开断寿命限制。教学则需要长期对开关设备进行开断操作，容易导致设备损坏。即使在真实铁道供电系统中，设备也只是在检修时才会做开断操作。

（4）铁道供电所用的供电设备均为高电压，对学生的人身安全有一定威胁，通常需要监护人员对其进行监护，现场条件也不利于教学的进行[2]。

总之，传统的教学方式在铁道供电专业中，存在一定不足，导致学生在就业一段时间之后还是难以胜任本职工作。

2    仿真教学在铁道供电专业教学中的重要意义

仿真在教学中被广泛地使用并取得一定的成果。铁道供电专业采用仿真教学，采用仿真软件建设一个与真实变电所具有相同功能的仿真变电所，其建设除了弥补上述传统教学不足之处外，还具有以下重要意义：

（1）教师可以在仿真软件通过教学任务的分配，进行变电所工作任务的训练。在真实变电所中，设备是不可以任意操作的，采用仿真软件后，由于是在仿真软件中进行操作，变电所中的各种操作将允许进行。

（2）学生在仿真平台中，感受与真实变电所完全相同的真实操作过程，从而提高学习兴趣。仿真教学实训软件采用3D仿真软件建成，能够营造出与真实供电系统主控室相似或相近的环境，凡是在主控室内能够看到、听到以及操作时各种可能发生的现象都能进行逼真的模拟。在这个虚拟的实训场景中，学生能进行所有与真实情况完全相同的操作过程[3]。

（3）可以满足多层次学生的需求。供电包括检修、值班、检测等多个岗位，仿真软件可以将供变电技术，包括一次、二次部分等多方面进行仿真。特别是二次部分，难以通过传统教学中的讲解来完成，通过仿真教学后，可以在仿真软件中灵活地设置各种参数、模拟条件，满足多层次学生的需求。

（4）仿真教学系统依据真实变电所而建设，建设后的高速铁路牵引供电仿真实训与真实变电所具有相同的功能。真实变电所在检修过程中选择的倒闸操作、检修方案可以在本实训系统中先进行验证，因此对防止误操作、提高真实牵引变电所的稳定性、可靠性有重要作用[4]。

3    铁道供电专业仿真教学主要建设内容

铁道供电专业仿真教学系统需要实现真实铁道供电系统相同的功能，其主要建设内容如下：

（1）主线路、主要设备的建设。铁道供电系统包括一次部分、二次部分，一次部分主要指传输电能的设备，包括变压器、断路器、隔离开关、线路。其系统建设将具体包括各种设备模型、主线路图。

（2）真实铁道供电系统主要功能的实现。主要功能包括设备的功能，如断路器的跳闸;路线、变压器的保护;仪表的电流电压显示;电气五防等。

（3）满足岗位需求的维护维修功能的实现。铁道供电系统值班需要对一次线路进行停电倒闸操作模拟，以防止误操作。检修人员需要对电气设备结构原理熟悉，需要了解整个电气设备构造，因此需要建立各个电气设备的3D模型，并且根据原理结构进行拆卸。

（4）培训功能的实现。仿真工作主要是为铁道供电专业的教学而设计，其功能需要满足专业教学需求、模拟设备运行中的故障状态，在教学时，把故障分配给学员，以使学员能够应对各种故障状态处理。

4    仿真教學在铁道供电专业教学中的组织实施

仿真教学系统基本上可以满足铁道供电专业教学的需求。学生可以做到“学中做，做中学”。若考虑实训系统的综合利用率，可以采用理论教学与仿真实训教学相结合的方式其中理论教学部分可以占30%的时间，仿真教学占70%。

（1）理论教学阶段，主要是在教室完成，主要讲解基本原理，由于有后期的仿真教学，前期的理论教学课时将相对较少。主要讲解“电力系统继电保护”“高低压电器设备”“高压设备试验”“接触网检修与维护”等课程。

（2）仿真教学阶段，教学内容将与工作岗位本职工作内容很相近或完全相同，与实际工作紧密联系。主要内容有整个供电系统运行时的各种故障处理（如：变压器的瓦斯动作应急处理、多种状况下断路器动作的供电恢复）、继电保护的整定、继电保护装置的校验等。在仿真教学过程中，还应重点注重各种安全意识、检修规程、劳动记录、职业综合技术技能的考核。通过计算机仿真，在虚拟世界中由于错误的操作而产生的安全事故，可以提高学生的警觉，分析故障原因，掌握排除故障的技巧。在仿真教学中，一般都是独立操作、独立完成，学生必须开动脑筋认真分析问题，从而准确地发现问题、解决問题。这与传统教学相比具有不可比拟的优越性，在传统的教学中，学生往往会等待教师给出正确答案。

仿真教学系统还可以对牵引变电站进行全方位、全场景的仿真，能进行供电系统的集中进行监视与控制，实现继电保护、操作控制、测量与监视、电气五防、故障判断、日常巡视、故障设定、反事故演习、事故记录、人机对话、异常及事故处理等业务功能及满足操作培训需求，与在真实变电所中进行相关内容的操作无异。

5    部分培训界面展示

（1）一次主线路图界面展示。倒闸操作主要是对一次主接线进行分合闸操作，要求认识主线路中的电气设备符号，分析主接线的特点，根据主线路的特点，灵活进行倒闸操作，保障供电的可靠性，仿真系统的主线路如图1所示。

培训功能的保护及故障设置界面。在保护设置界面需要能给变压器、线路配备各种保护（见图2）。故障设置界面主要用于训练学员的故障处理能力，主要考查学员综合分析能力，要求学员能够分析主接线特点，掌握较好的供电基本知识，正确应对各种故障状态，部分故障设置界面如图3所示。

[参考文献]

[1]林旺.基于计算思维的大学计算机教学研究[J].中国大学教学，2015（9）：274.

[2]刘亚丰，苏莉，吴元喜，等.虚拟仿真教学资源开放共享策略探索[J].实验技术与管理，2016（12）：137-141.

[3]闫洪波，张玉宝，李强.计算机仿真在机械类专业工程实践教育中的应用研究[J].内蒙古教育，2011（2）：61-62.

[4]张鄂.“机械设计基础”省级精品课程建设的实践与探索[J].教育教学论坛，2015（11）：148-150.