热电冷三联供技术课程教学方式探讨

孙方田　王瑞祥　许淑惠

摘要：虚拟仿真可形象地向学生展示设备或系统的构成、布置、运行特性及效果，是技术性和实践性较强课程的高效教学方式。热电冷三联供技术是一门多种技术高度集成的实践性课程，其内容涉及到基础理论、能源系统及运行特性。为提升学习效果，本文结合不同教学方式的特点，根据教学内容特征制订出多种教学方式相互衔接与融合的新教学方式。

关键词：热电冷联产；虚拟仿真；课程特点；教学内容特征

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2018）25-0171-02

一、引言

《热电冷三联供技术》教学内容涉及到《汽轮机与燃气轮机》、《制冷原理》和《供热工程》等，具有较强的实践性。传统的教学模式难以让学生体会到不同能源系统方案的运行特性及效果。对于建筑类院校而言，《汽轮机》、《热力及燃气发电厂》等实践教学资源相对较小，知识比较抽象，导致学生学习效果较差。

虚拟仿真实验教学是通过虚拟现实等技术来构建虚幻场景、工程条件，将操作者融入这个模拟环境中去体验、学习并解决问题[1-3]。因此，该教学方式具有可见性、直观性、沉浸感、交互性和想象性特点。将虚拟仿真教学手段用于建筑类院校的《热电冷三联供技术》课程教学中将有助于提升学习效果。然而，如何将传统教学方式与虚拟仿真教学无缝结合是亟待探讨的课题。

二、不同教学方式特点

课堂教学具有以下显著优势：（1）便于教师及时掌握教学过程的学生学习状态及效果，及时掌控课堂教学过程和调整教学内容时间分布；（2）在课堂上能够及时捕捉学生的亮点，通过实时互动使之成为学生在课堂上的“兴奋点”，调动课堂气氛，使学生获得不同程度的成就与喜悦；（3）增进师生情谊，提升师生之间的互信度，有助于提升学生的人生观和价值观培养效果。课堂教学虽然能够及时掌控教学过程及效果，充分发挥教师经验及其素养对学生的影响，但其不能生动形象地展现专业课程的设备结构及运行特性，也无法帮助学生建立感性认识[4-6]。由此可见，课堂教学比较适合理论性教学。实验教学能够很好地向学生展示设备外部形状及其部分工况的运行特性，真实性较强，但设备由于种类繁多，甚至部分设备及系统因外形体积过于庞大、复杂而不能建成实验平台。实验教学具有初投资大、工况展示不完整、运行成本高、实验条件不易重现等缺陷[7-9]。仿真模拟是借助于仪器、模型、设备、电脑虚拟技术等模仿出现实中的工艺流程、工作状态、技术参数等，可用于科研、设计、模拟运行、训练、考核等；虚拟现实是通过电脑程序营造一种模拟环境，将操作者融入模拟环境中进行操作、控制。因此，虚拟仿真具有可见性、直观性、想象性、互动性等特征，可实现全工况模拟、往复实验、复杂系统及高危害性环境实验，同时还能让学生在真实环境中去体验、去分析問题、解决问题。

因此，每一种教学方式都拥有自己独特的教学特点，因此应根据教学内容的不同特征来合理地选择教学手段，实现优势互补。

三、教学内容规划

《热电冷三联供技术》在教学计划中分为7章：第1章主要介绍相关概念、发展动态；第2章主要介绍三联供系统的热经济评价指标及分析方法；第3章主要介绍负荷确定方法；第4章主要介绍动力设备及其运行特性；第5章主要介绍制冷设备及运行特性；第6章主要介绍供热系统及运行调节；第7章主要介绍分布式冷热电三联产系统集成及工程案例分析。

第1，2，3章教学内容具有概念性和理论性的特征，适合课堂教学。第4，5章主要介绍各种设备，涉及到设备的结构、工艺流程和运行特性，其内容相对抽象。对于小部件，可以借助教学模型让学生观测其内部构造。对于大型设备，教学模型难以在课堂中展现给学生。虚拟仿真可向学生形象地讲解各种动力设备和制冷设备的结构和运行特性。对于有实验教学条件的单位，宜采用以虚拟仿真为主、实验手段为辅的方式。

第6，7章的教学内容具有管路、设备种类多、运行效果预测难等特征。本部分内容在二维空间也难以厘清其中脉络。模型教学方式虽然可以向学生讲解系统构成及设备、管道的相对空间位置，但难以展现系统的运行特性及运行效果。对于热电冷三联产系统集成与工程案例分析，本科生由于缺乏工程实践经验，也没有掌握各种设备特性及其计算机模拟技能，难以深入了解各个方案的运行特性及运行效果，也无法揭示各种外部条件对能源系统方案的影响规律。虚拟仿真手段由于具有成本低、且能虚拟现实工况，可实现各种技术方案的系统仿真，从而了解其运行特性及效果。因此，第6，7章内容适合采用虚拟仿真教学手段。

四、教学方式衔接与融合

根据不同教学内容的特征，本课程拟采用如下教学方式：第1—3章采用课堂教学为主，模型教学为辅的方式；第4—5章，首先采用课堂教学方式向学生讲解各种设备工作机理，其次，以实践教学或实验教学方式，让学生初步了解各种设备外部构造及其功能，再次采用虚拟现实技术向学生揭示各种设备内部构成、工艺流程及安装过程，最后采用模拟仿真技术向学生展示设备运行特性及效果；第6—7章，首先以模型教学和实践教学方式向学生讲解供热系统和热电冷三联产系统的种类、构成、功能及特征，在此期间介绍常见的运行调节方式，最后采用模拟仿真技术向学生展示不同系统的工艺流程及系统布置方式以及不同系统运行效果，为方案优选提供数据支持，让学生较为深入地了解系统设计规律。

五、结论

课堂教学、模型教学、实验或实践教学、虚拟仿真教学均具有自己独特优势，适宜于不同的教学内容。虚拟仿真教学方式可弥补常规教学方式的不足，有效提高教学效果，适用于技术性和实践性较强的专业课程教学。热电冷三联供技术是一门技术综合性和实践性均较强的课程，因此需要采用多种教学方式相互衔接与融合的新教学方式来提高教学效果。

参考文献：

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