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摘要：介绍了计算机仿真系统在电厂化学教学中的应用，并通过具体教学实例说明仿真教学手段能够提高教学质量，促进学生主动参与学习，培养学生解决实际问题和实际动手的能力。实践结果证明，在电厂化学教学中引入仿真教学在培养学生创新精神和实践能力方面，是一种高效的教育模式。
关键词：电厂化学；仿真系统；水处理
作者简介：刘从容（1980-），女，安徽淮北人，南京工程学院环境工程学院，讲师。（江苏 南京 211167）
基金项目：本文系江苏省“十二五”高等学校重点建设专业项目与国家自然科学基金“烯丙基胺和亲核试剂的偶联反应”（项目编号：21202154）的研究成果。
中图分类号：G642.1 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）33-0107-01
电力类的高校负担着为各种类型的发电厂培养专业理论扎实、实际操作能力强并能够解决现实难题的技术人才的重任。高参数、大容量的现代化火电厂对水汽质量的要求越来越高。传统的电厂化学水处理一般按功能作用设有净水预处理、锅炉补给水处理、凝结水精处理、汽水取样监测分析、加药系统、综合水泵房、循环水加氯、废水及污水处理等系统。高校老师在教授这部分内容时一般是在讲授理论的同时描述火电厂水处理现场的情景，某些单元过程在讲设备时是通过手工绘图及书本上的图片来让学生认识火电厂水处理的流程。但是复杂的装置以及控制过程让学生感觉学习难度大而且枯燥无味，容易产生厌学心理。虽然高校会安排学生下厂实习，但是实习时间短，只能走马观花，很少有动手操作的机会，造成理论与实际操作相脱离，实习效果难以达到预期的要求。在电厂的实际运行过程中不仅要求操作人员能够在正常运行情况下进行操作控制和参数调整，而且要求操作人员在遇到故障时能随机应变，具备相应的事故处理能力，这就要求他们必须经过严格的培训才能上岗操作。但是在本科生的培养过程中，不可能让他们在电厂的实际发电装置上进行这些培训。火电厂仿真系统在教学中的应用提供了解决上述教学难点的有效手段，使学生的操作技能和解决事故的能力得到快速提高。
火电厂仿真教学是通过发电设备数学模型计算机提供实时数据，配合部分或全部真实控制台屏或表示监控台屏的屏幕显示（CRT）画面，演示与真实情况相同的电力设备各种运行方式的状态，包括起动、正常运行、停机和事故情况下的状态，可以满足各种目的的培训要求。[1，2]仿真教学已广泛用于电力类本科生的操作培训，提高他们的监控能力和运行技术水平。简而言之，仿真系统是以计算技术和仿真技术为基础并应用电网、自动控制、仪表和电厂的锅炉、汽轮机、透平发电机以及运行专业的理论和实践知识而研制的一种计算机系统。[3]南京工程学院（以下简称“我校”）组建的电力仿真与控制工程中心主要承担热能动力专业、电厂化学专业等有关专业方向本科学生的实践教学、电力行业火电机组运行值班员的技能培训及技能鉴定、科学研究和技术开发等工作；建有125MW、200MW、300MW、600MW、1000MW火电机组仿真实训室5个，拥有不同容量、不同参数以及MAX1000、INFI90、TELEPERM、FOXBORO、EURO、XDPS、OVATION等不同类型DCS控制系统的火电机组仿真系统软件20多套；此外还建有电气试验仿真、脱硫系统仿真等多个实验室。笔者在电厂化学的教学过程中，通过对09届毕业生的仿真培训，切身体会到仿真教学的便利之处，它能够弥补传统教育的不足，使整个教学过程生动有趣，内容形象，为学生的认知活动提供丰富的感性经验和思维素材， 有利于学生对知识的学习和掌握。[4，5]本文根据电厂化学的教学特性，在实际教学中的实践以及学生的效果反馈提出在电厂化学的教学中引入仿真教学手段，在培养学生创新精神和实践能力方面，是一种行之有效的现代教育模式。[6，7]
一、在教学中应用仿真系统的必要性
“电厂化学”是电力环保和电厂化学专业学生的一门基础课，主要内容为水的混凝处理、离子交换软化、化学除盐及各步水处理过程的设备操作，不仅理论性强而且设备复杂、类型多。教师讲授这些内容时一般是在讲授理论的同时描述火电厂水处理现场的情景，某些单元过程在讲设备时是通过手工绘图及书本上的图片来让学生认识火电厂水处理的流程。复杂的装置以及控制过程让学生感觉学习难度大而且枯燥无味，致使对所学知识理解不深。研究结果表明学生运用知识分析和解决问题的能力取决于对所学知识和相似问题的理解。[5]不同学生对同一问题的认知情况不完全相同， 对一个问题的准确掌握需要从现象、理论模型、量化数据等不同角度认识。
仿真系统恰好具备了上述的多种表现形式的功能， 它利用虚拟现实技术，将现实世界的厂房及设备在计算机中虚拟化，利用数据库技术、数据采集与监视控制技术，将生产设备的运行状态参数实时传回虚拟电站系统中，在三维虚拟场景中即可实现对设备的查询管理。此外仿真系统教学还可以对电厂发电的工艺过程进行可视化仿真，展示煤循环、水循环、废水处理、变电与输电等过程。通过仿真教学使学生对“电厂化学”的理论知识得到理解并能应用，可锻炼学生分析问题和解决问题的能力，一方面加深对问题及解决问题所需知识的理解，另一方面提高分析和解决问题的实际能力。对于学校，可以减少硬件方面的投入。
二、仿真系统教学的主要内容
增强学生对电力用水处理的系统性认识， 进一步加深对有关处理方法的理解；熟悉整个电力用水处理系统的设备和工艺操作。仿真系统在教学中的应用，主要是模拟实际生产中常见的工艺流程，由学生按照操作规程的要求进行调节控制，使处理后的水汽符合设计要求。
通过对发电厂水处理工艺的可视化仿真，学生可以沿着物料流动的方向了解水处理的基本流程，将各单元操作有机地结合起来，加深学生对水处理过程整体性的认识。比如，在学习火电厂用水的预处理中，可以通过仿真教学在系统上使学生认识实际应用方法，了解到天然水缓慢通过一个池子；同时加入配好的混凝剂，在重力作用下较大粒径的悬浮物颗粒沉降下来，胶状杂质和粒径较小的悬浮物在混凝剂的作用下相互吸附粘结成较大的絮状物，也从水中沉降分离；然后上层清水用水泵打入澄清池，同时加入沉淀剂将天然水中的钙、镁离子；最后澄清池中的水，流入过滤器完成水的预处理。再如，循环冷却水的处理也可以通过仿真系统使学生形象直观了解冷却水处理的流程和相关操作。这些操作可以使学生对所学过的有关电厂用水理技术有更深的理解。 三、教学效果
把仿真模拟技术引入电厂化学的教学，使学生置身于仿真环境之中，可以充分调动感觉通道和思维通道的学习机能，接受知识的效率明显提高。借助高技术手段深化教学改革，实现教学训练模拟仿真化，是一场创新教学手段和方法的变革，而这场变革的核心就是模拟和仿真。
曾对我校09级电厂化学专业的学生做过一个抽样问卷调查，目标是将使用仿真教学手段的课程与使用传统教学手段的课程做个比较。学生反馈的结果如下：仿真教学可以提高学生学习的积极性和主动性；提高了学生的动手能力和综合能力；改进了学生的思维模式。
仿真操作可以使学生将所学的理论知识与实践结合起来， 为他们的思维提供一个宽广的空间，使学生在短时间内对火电厂水处理方法有深刻透彻的理解，并且可以较好地联系实际，了解实际过程。作为一种新的教学模式，仿真教学与传统的教学相比有许多优点，但必须注意的是，仿真操作毕竟不是真正的对实际对象的操作，本身有一定的局限性，在采用仿真系统教学后，可缩短但绝不能完全抛开真实的实习过程。
四、结论
在“电厂化学”教学中开展仿真教学有利于提高教学效率和效果，激发学生的学习兴趣，培养学生的创新能力，有力地促进教学改革，使得教学活动更能突出素质教育的主体性、全面性、发展性、开放性等特点， 有效地促进学生整体素质的全面发展。总之，仿真教学使学生在学习时发挥了主动性，提高了学生分析问题、解决问题的能力。
参考文献：
[1]黄维通，汤荷美，谢柏青.现代教育技术与CAI课件[J].中国电化教育，2000，（5）：12-13.
[2]贾瑞凤，王艳，邹劲松.中国计算机辅助教学二十年[J].中国电化教育，2000，（8）：5-7.
[3]吴重光，等.仿真技术[M].北京：化学工业出版社，2000，（5）：257-259.
[4]习晓远.仿真技术在实验教学中的作用和地位[J].实验室研究与探索，2002，21（2）：25-26.
[5]于立言.论仿真虚拟实验与动手实物实验的关系[J].实验室研究与探索，2002，21（2）：52-53.
[6]张聪师， 马永光，常喜茂，等.远程仿真培训教学系统的设计[J].华北电力大学学报，2002，29（1）：77-80.
[7]王晶琳， 焦玮.虚拟现实技术与应用[J].实验技术与管理，
2003，20（1）：58-61.
关键词：电厂化学；仿真系统；水处理
作者简介：刘从容（1980-），女，安徽淮北人，南京工程学院环境工程学院，讲师。（江苏 南京 211167）
基金项目：本文系江苏省“十二五”高等学校重点建设专业项目与国家自然科学基金“烯丙基胺和亲核试剂的偶联反应”（项目编号：21202154）的研究成果。
中图分类号：G642.1 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）33-0107-01
电力类的高校负担着为各种类型的发电厂培养专业理论扎实、实际操作能力强并能够解决现实难题的技术人才的重任。高参数、大容量的现代化火电厂对水汽质量的要求越来越高。传统的电厂化学水处理一般按功能作用设有净水预处理、锅炉补给水处理、凝结水精处理、汽水取样监测分析、加药系统、综合水泵房、循环水加氯、废水及污水处理等系统。高校老师在教授这部分内容时一般是在讲授理论的同时描述火电厂水处理现场的情景，某些单元过程在讲设备时是通过手工绘图及书本上的图片来让学生认识火电厂水处理的流程。但是复杂的装置以及控制过程让学生感觉学习难度大而且枯燥无味，容易产生厌学心理。虽然高校会安排学生下厂实习，但是实习时间短，只能走马观花，很少有动手操作的机会，造成理论与实际操作相脱离，实习效果难以达到预期的要求。在电厂的实际运行过程中不仅要求操作人员能够在正常运行情况下进行操作控制和参数调整，而且要求操作人员在遇到故障时能随机应变，具备相应的事故处理能力，这就要求他们必须经过严格的培训才能上岗操作。但是在本科生的培养过程中，不可能让他们在电厂的实际发电装置上进行这些培训。火电厂仿真系统在教学中的应用提供了解决上述教学难点的有效手段，使学生的操作技能和解决事故的能力得到快速提高。
火电厂仿真教学是通过发电设备数学模型计算机提供实时数据，配合部分或全部真实控制台屏或表示监控台屏的屏幕显示（CRT）画面，演示与真实情况相同的电力设备各种运行方式的状态，包括起动、正常运行、停机和事故情况下的状态，可以满足各种目的的培训要求。[1，2]仿真教学已广泛用于电力类本科生的操作培训，提高他们的监控能力和运行技术水平。简而言之，仿真系统是以计算技术和仿真技术为基础并应用电网、自动控制、仪表和电厂的锅炉、汽轮机、透平发电机以及运行专业的理论和实践知识而研制的一种计算机系统。[3]南京工程学院（以下简称“我校”）组建的电力仿真与控制工程中心主要承担热能动力专业、电厂化学专业等有关专业方向本科学生的实践教学、电力行业火电机组运行值班员的技能培训及技能鉴定、科学研究和技术开发等工作；建有125MW、200MW、300MW、600MW、1000MW火电机组仿真实训室5个，拥有不同容量、不同参数以及MAX1000、INFI90、TELEPERM、FOXBORO、EURO、XDPS、OVATION等不同类型DCS控制系统的火电机组仿真系统软件20多套；此外还建有电气试验仿真、脱硫系统仿真等多个实验室。笔者在电厂化学的教学过程中，通过对09届毕业生的仿真培训，切身体会到仿真教学的便利之处，它能够弥补传统教育的不足，使整个教学过程生动有趣，内容形象，为学生的认知活动提供丰富的感性经验和思维素材， 有利于学生对知识的学习和掌握。[4，5]本文根据电厂化学的教学特性，在实际教学中的实践以及学生的效果反馈提出在电厂化学的教学中引入仿真教学手段，在培养学生创新精神和实践能力方面，是一种行之有效的现代教育模式。[6，7]
一、在教学中应用仿真系统的必要性
“电厂化学”是电力环保和电厂化学专业学生的一门基础课，主要内容为水的混凝处理、离子交换软化、化学除盐及各步水处理过程的设备操作，不仅理论性强而且设备复杂、类型多。教师讲授这些内容时一般是在讲授理论的同时描述火电厂水处理现场的情景，某些单元过程在讲设备时是通过手工绘图及书本上的图片来让学生认识火电厂水处理的流程。复杂的装置以及控制过程让学生感觉学习难度大而且枯燥无味，致使对所学知识理解不深。研究结果表明学生运用知识分析和解决问题的能力取决于对所学知识和相似问题的理解。[5]不同学生对同一问题的认知情况不完全相同， 对一个问题的准确掌握需要从现象、理论模型、量化数据等不同角度认识。
仿真系统恰好具备了上述的多种表现形式的功能， 它利用虚拟现实技术，将现实世界的厂房及设备在计算机中虚拟化，利用数据库技术、数据采集与监视控制技术，将生产设备的运行状态参数实时传回虚拟电站系统中，在三维虚拟场景中即可实现对设备的查询管理。此外仿真系统教学还可以对电厂发电的工艺过程进行可视化仿真，展示煤循环、水循环、废水处理、变电与输电等过程。通过仿真教学使学生对“电厂化学”的理论知识得到理解并能应用，可锻炼学生分析问题和解决问题的能力，一方面加深对问题及解决问题所需知识的理解，另一方面提高分析和解决问题的实际能力。对于学校，可以减少硬件方面的投入。
二、仿真系统教学的主要内容
增强学生对电力用水处理的系统性认识， 进一步加深对有关处理方法的理解；熟悉整个电力用水处理系统的设备和工艺操作。仿真系统在教学中的应用，主要是模拟实际生产中常见的工艺流程，由学生按照操作规程的要求进行调节控制，使处理后的水汽符合设计要求。
通过对发电厂水处理工艺的可视化仿真，学生可以沿着物料流动的方向了解水处理的基本流程，将各单元操作有机地结合起来，加深学生对水处理过程整体性的认识。比如，在学习火电厂用水的预处理中，可以通过仿真教学在系统上使学生认识实际应用方法，了解到天然水缓慢通过一个池子；同时加入配好的混凝剂，在重力作用下较大粒径的悬浮物颗粒沉降下来，胶状杂质和粒径较小的悬浮物在混凝剂的作用下相互吸附粘结成较大的絮状物，也从水中沉降分离；然后上层清水用水泵打入澄清池，同时加入沉淀剂将天然水中的钙、镁离子；最后澄清池中的水，流入过滤器完成水的预处理。再如，循环冷却水的处理也可以通过仿真系统使学生形象直观了解冷却水处理的流程和相关操作。这些操作可以使学生对所学过的有关电厂用水理技术有更深的理解。 三、教学效果
把仿真模拟技术引入电厂化学的教学，使学生置身于仿真环境之中，可以充分调动感觉通道和思维通道的学习机能，接受知识的效率明显提高。借助高技术手段深化教学改革，实现教学训练模拟仿真化，是一场创新教学手段和方法的变革，而这场变革的核心就是模拟和仿真。
曾对我校09级电厂化学专业的学生做过一个抽样问卷调查，目标是将使用仿真教学手段的课程与使用传统教学手段的课程做个比较。学生反馈的结果如下：仿真教学可以提高学生学习的积极性和主动性；提高了学生的动手能力和综合能力；改进了学生的思维模式。
仿真操作可以使学生将所学的理论知识与实践结合起来， 为他们的思维提供一个宽广的空间，使学生在短时间内对火电厂水处理方法有深刻透彻的理解，并且可以较好地联系实际，了解实际过程。作为一种新的教学模式，仿真教学与传统的教学相比有许多优点，但必须注意的是，仿真操作毕竟不是真正的对实际对象的操作，本身有一定的局限性，在采用仿真系统教学后，可缩短但绝不能完全抛开真实的实习过程。
四、结论
在“电厂化学”教学中开展仿真教学有利于提高教学效率和效果，激发学生的学习兴趣，培养学生的创新能力，有力地促进教学改革，使得教学活动更能突出素质教育的主体性、全面性、发展性、开放性等特点， 有效地促进学生整体素质的全面发展。总之，仿真教学使学生在学习时发挥了主动性，提高了学生分析问题、解决问题的能力。
参考文献：
[1]黄维通，汤荷美，谢柏青.现代教育技术与CAI课件[J].中国电化教育，2000，（5）：12-13.
[2]贾瑞凤，王艳，邹劲松.中国计算机辅助教学二十年[J].中国电化教育，2000，（8）：5-7.
[3]吴重光，等.仿真技术[M].北京：化学工业出版社，2000，（5）：257-259.
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[5]于立言.论仿真虚拟实验与动手实物实验的关系[J].实验室研究与探索，2002，21（2）：52-53.
[6]张聪师， 马永光，常喜茂，等.远程仿真培训教学系统的设计[J].华北电力大学学报，2002，29（1）：77-80.
[7]王晶琳， 焦玮.虚拟现实技术与应用[J].实验技术与管理，
2003，20（1）：58-61.