一、问题的提出

 

　　技术检测中心安现有模拟锅炉培训系统一套，自投产以来，为油田工业锅炉的安全生产、作业人员的安全技术培训和作业人员的技术提高作出了重要贡献。但是随着油田生产的发展，湿蒸汽发生器在注蒸汽开采稠油生产方面得到广泛应用，湿蒸汽发生器是由锅炉本体和辅助设备组成，锅炉本体是锅炉的核心部分,它由辐射段、对流段、过渡段、给水预热器、操作台组成。

 

　　随着油田重油热采规模的不断扩大，油田湿蒸汽发生器的数量也在迅猛增加，常年运行的专用湿蒸汽发生器有130余台，从业人员有3000余人。为了做好湿蒸汽发生器作业人员的安全技术取证培训、技术提高工作，技术检测中心联合中国石油大学（华东）研制开发了一套模型湿蒸汽发生器安全培训及考核仿真系统。该系统的研制和开发填补了油田湿蒸汽发生器实际操作培训的空白，具有很高的技术性和实用性，在国内属于领先科技。

 

　　二、系统控制设计

 

　　1系统结构

 

　　PLC产品已经标准化，系列化，模块化，用户能灵活方便的进行系统配置，组成不同的功能、不规模的系统。同时，它用软件功能取代了继电器控制系统中大量的中间继电器、时间继电器，使控制柜的设计、安装、接线工作量大大减少。此外它还具备可靠性高，抗干扰能力强、维护方便，容易改造等其它许多优点。

 

　　湿蒸气发生器模拟仿真系统和实际锅炉控制系统一样采用PLC控制，由湿蒸汽发生器“电路”是电子信息类专业当中最重要的一门专业基础课，[1]其理论分析严谨、内容涉及广泛、实践性很强。通过学习该课程，学生可获得电工技术必要的基本理论、知识和技能，为学习后续有关的专业课程打下良好基础。结合独立学院实际状况[2，3]以及多位专任教师授课经验，一致认为“电路”作为电类专业学生专业素质形成的核心课程之一，其教学质量直接关系到毕业生的质量，并进一步影响到他们的就业和考研。因此在有限的课时数条件下，既要顺利完成教学大纲上的内容讲授又要取得较为满意的教学效果，这使得对“电路”课程教学方法、手段和实践环节等方面的改革与研究势在必行。

 

　　一、教学方法

 

　　湖南文理学院独立学院生源参差不齐，对知识的理解、接受能力差异较大，学习习惯和思维方式呈现多样性等特点，这给教学工作带来了难度，为此需要面对现实，因材实施，寻求认可度高、富有成效且切实可行的教学方法。下面结合教学实践，以提问和解答相照应的案例形式，探究有关教学方法的一些改革策略和思路。

 

　　1.横向联系，对比记忆

 

　　问题：电阻电路的一般分析方法有多种，当电路规模较大时选哪一种为宜，怎样记忆？

 

　　电阻电路的一般分析方法有支路电流法、网孔电流法、回路电流法和结点电压法。对于具有n个结点、b条支路的电路，解题时该选哪一种？先鼓励学生们展开讨论，然后教师进行归纳总结：这要视电路的规模来选，对于支路电流法因其以各支路电流作为变量列方程，当电路规模较大时，与支路数相关的方程将随之增多，故不宜采用。回路电流法以假想的回路电流为变量，列写的独立KVL方程数较支路电流法少了n-1个方程，可见规模越大后者相对于前者的优势就越发明显。此外，回路电流法当中有一个特例那就是网孔电流法，如何加以区别？这将再次考查学生们对于图论中网孔及回路等概念的认识。对于平面电路而言，一般会优先选择网孔作为回路来列方程，这样回路电流法就直接演变成了网孔电流法。但如果是非平面电路，网孔电流法则不再适用，这时选择的回路就要选用单连支回路或基本回路来分析。相对而言，结点电压法因只对n-1独立结点列KCL方程，结点电压容易选择且不存在选取独立回路的问题，故实施较为方便。所以当电路规模较大时，可考虑选择结点电压法或回路电流法进行分析。很多学生对于方程的列写形式不容易记住经常搞混，这里建议将自阻与自导、互阻与互导、回路电流与结点电压、回路电压源与结点注入电流源相比照，通过对比加深学生们的正确理解和记忆。在这个环节中可考虑布置两道综合题，先由教师带领学生经历其中一道题的完整求解过程，然后将学生进行分组，要求每组应用不同的分析方法解答剩下的那道题，看谁做得又快又好，最后展开小组间讨论，总结各方法的优缺点和应用心得。通过这样讲练结合的方式，可以让授课教师第一时间了解学生们对知识的课堂掌握程度；而“教师引领，学生跟进，最后共同总结”的步骤不仅充分调动起学生的积极性和参与性，更有效加深和巩固了他们对所学内容的理解和记忆。

 

　　2.纵向联系，串联知识

 

　　问题：等效（输入）电阻的求解方法及应用情况。

 

　　譬如：在学习求一端口的等效（输入）电阻时，对于纯电阻电路，通用的方法是应用电阻的串并联或Y-Δ变换；若含受控源时该如何处理？这时可提问并引导答案——应用“外施电压源求电流”法或“外施电流源求电压”法；如果电路中还含有独立电源该如何处置？（再次设问），这里可以提前将后面章节中的戴维宁定理预先穿插进来，并点出在求包含独立电源、线性电阻和受控源的一端口的等效（输入）电阻时，所有的独立源都要置零，这是第三种方法了，可以进一步提问还有无其他方法并让学生通过自学或讨论的形式找出答案。带着这一提问，在后面的教学中，学生会接触到还有一种方法，那就是“开路电压、短路电流”法，当讲授到这一知识点时要指出，应用此法时独立源不能置零，因为这一方法与前面提到的第三种方法在处理独立源问题上容易产生混淆，学生容易凭经验主义办事，所以需特别强调。

 

　　上述谈到了知识纵向关联性的问题，下面讲知识用到了哪里，这是将知识串起来的重要步骤。学会了求等效电阻，那么在讲到一阶动态电路的RC或RL时间常数时，都涵盖有对R的计算，这里的R不可一味认为是单个电阻，而应把它看成一个等效以后的Req，这时Req的计算要用到前述求一端口等效（输入）电阻的一系列方法。另外，在求解有源一端口网络的最大功率传输问题时，在寻求负载可获得最大功率的匹配条件Rl=Req时，Req的计算也需要用上述方法。这样通过纵向联系，求解方法不断拓展最后得到了归拢，通过“相关性应用”，各知识点被有机串联起来，学生们不再觉得学习是一个个孤立、静态的知识点的灌输。

 

　　3.提问式和启发式相结合

 

　　问题：理想变压器除了变压、变流的作用外，还有其他作用吗？若有，则有何实际应用？

 

　　众所周知，在中学阶段教师就讲授过变压器既能改变电压又能改变电流，进入大学学习电路课程，教师还会介绍另一种变法，那就是阻抗变换。阻抗变换在哪些方面有应用？纵观课本，通过启发，学生们会逐步联想到最大功率的传输问题。如何从给定的信号源处获得最大功率？理论上讲必须满足负载Rl与含源一端口网络的等效输入电阻Req要相等的条件，即Rl=Req。若实际负载Rl与Req不满足功率匹配条件，那么有没有办法改变这一情形进而获得最大功率？这时可以巧妙地将变压器的阻抗变换作用引入进来。

 

　　问题：为什么“电容隔直通交，电感隔交通直”？如何加以理解。

 

　　在中学阶段学生常被教授这样一句顺口溜“电容隔直通交，电感隔交通直”，很多学生进入大学后当再被提及这样的问题时，往往能背但却不真正理解。所以有必要提问“为何电感和电容的特性相反”，并启迪学生在书中找寻相应理论依据。根据阻抗的定义，得到电容的阻抗公式：ZC=1/jωC，当ω=0（即直流）时，ZC=∞，当ω增大时，ZC随之变小，这反映了电容隔直通交的情形；又据电感阻抗公式：ZL=jωL，当ω=0（即直流）时，ZL=0，当ω增大时，ZL却随之增大，这说明电感隔交通直的特性。

 

　　结合以上两个例子，通过提问式和启发式相结合，学生不仅融会贯通各知识点，而且找到了理论支撑，这样的环节对于培养学生的知识迁移能力和发散性思维能起到非常积极的效果。

 

　　二、教学手段

 

　　1.多媒体的引入

 

　　PPT电子教案以及Flash动画等多媒体教学手段[4]的适时运用，将费力又费时的板书内容以色彩丰富的图形或动画形式呈现出来，将电路教学中的不可见变为可见，平面变为立体，抽象变为直观，让学生的学习从枯燥的背记形式转换为更为生动和活泼的理解形式。比如：在讲解叠加定理时，可以通过线条的明暗来表示各独立源的作用情况，用不同颜色的标识和参考方向来表示各独立源单独作用时所产生的各分响应等。

 

　　2.电子类仿真软件的应用

 

　　结合湖南文理学院独立学院的实际授课现状，实践环节普遍是继理论课之后，经过一段时间才集中开展，这个间隙学生很容易对已学知识产生概念模糊甚至遗忘。而现在在课堂教学过程中适时应用电子类仿真软件（如：MATLAB、Multisim或LabVIEW虚拟软件等）进行小规模的设计与仿真实验，能有效克服长期以来理论教学与实验不同步的弊端，通过趁热打铁让学生们在课堂上就能身临其境地感受理论与实践相结合的应用情况。另外，学生借助于这些软件可以自行开展一些设计，这样可对自己将要搭建的实际电路有一个预先的总体认识，而不必受限于实验时间和场地，不必拘泥于现有的硬件条件。