王淑勤, 李 丹, 張敬紅

(華北電力大學(xué) 環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院, 河北 保定 071003)

實(shí)驗(yàn)課程改革

仿真模擬案例在“電廠化學(xué)”課程改革中的應(yīng)用

王淑勤, 李 丹, 張敬紅

(華北電力大學(xué) 環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院, 河北 保定 071003)

針對“電廠化學(xué)”課程綜合性強(qiáng)、內(nèi)容涉及面廣、知識點(diǎn)零碎、工藝流程變化大的特點(diǎn),采用案例教學(xué)、對比講解、仿真模擬的教學(xué)改革,使教學(xué)內(nèi)容更具有吸引力,從而提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性；結(jié)合電力行業(yè)特色收集典型水處理案例,理順各種工藝流程的相互關(guān)系,并針對各個設(shè)備特點(diǎn)利用計算機(jī)仿真技術(shù)開發(fā)模擬軟件,將復(fù)雜抽象的事物轉(zhuǎn)化為可以直接觀察到的動畫,產(chǎn)生極好的效果,有助于學(xué)生提高對電廠設(shè)備、工藝原理的認(rèn)識,增強(qiáng)工程意識。

電廠化學(xué)； 仿真模擬； 教學(xué)改革； 水處理案例

“電廠化學(xué)”課程是華北電力大學(xué)環(huán)境學(xué)院環(huán)境工程、環(huán)境科學(xué)、能源化工專業(yè)的一門重要專業(yè)課程。其目的是使學(xué)生了解燃煤電廠生產(chǎn)過程中的有關(guān)化學(xué)問題的原理、技術(shù)特點(diǎn)、應(yīng)用現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢,熟悉電廠煤質(zhì)分析、電力用油的作用,掌握各種水處理的基本方法、工藝流程、原理特點(diǎn)、設(shè)備組成等,學(xué)會電廠防腐、防垢技術(shù),為畢業(yè)后進(jìn)入電力系統(tǒng)從事有關(guān)電廠化學(xué)工作奠定必要的基礎(chǔ)。為了體現(xiàn)我校的辦學(xué)特色,自編了著作并用作教材——《電廠化學(xué)技術(shù)》[1],突出了電力學(xué)科體系特色,使電廠化學(xué)的教學(xué)內(nèi)容緊密結(jié)合我國的電力行業(yè)發(fā)展趨勢?！半姀S化學(xué)”課程綜合性強(qiáng)、文字講解和敘述的內(nèi)容多、內(nèi)容涉及面廣、知識零碎,不同工藝間既有聯(lián)系又有區(qū)別,不同電廠在應(yīng)用過程中不斷進(jìn)行優(yōu)化和選擇,學(xué)生不易掌握其選擇原則,不知道如何將理論知識轉(zhuǎn)化成應(yīng)用技術(shù)。我們從以下幾方面進(jìn)行改革以提高教學(xué)效果。

1 通過案例式教學(xué)法提高教學(xué)效果

案例教學(xué)法是教學(xué)研究與改革的重點(diǎn)之一,是一種具有啟發(fā)性和實(shí)踐性的教學(xué)方法[2]。通過課堂教學(xué)案例全面貫通知識點(diǎn),實(shí)現(xiàn)從重視知識的傳授、智力的培養(yǎng)向重視能力培養(yǎng)的轉(zhuǎn)變, 從以學(xué)習(xí)知識為主的知識目標(biāo)向以學(xué)習(xí)方法為主的能力目標(biāo)的轉(zhuǎn)變[3]。

結(jié)合電力工程實(shí)際與科研成果充實(shí)和優(yōu)化了“電廠化學(xué)”課程教學(xué)內(nèi)容,關(guān)注最新水處理技術(shù),增加工程實(shí)例和新技術(shù)工藝流程,配合實(shí)驗(yàn)教具分析工程中的案例,介紹水處理的常用方法,將水質(zhì)指標(biāo)、水處理理論和工藝技術(shù)緊密結(jié)合,使學(xué)生對不同水質(zhì)的水處理工藝有全面、系統(tǒng)的認(rèn)識。例如結(jié)合一級復(fù)床除鹽系統(tǒng)增加實(shí)際電廠水處理工藝案例[4],列舉出常用補(bǔ)給水處理工藝的常規(guī)流程,如圖1—圖4所示,使學(xué)生對水處理工藝有個總體印象。

圖1 某電廠1以自來水為水源的化學(xué)水處理系統(tǒng)工藝流程

圖2 某電廠1以淡化水為水源的化學(xué)水處理系統(tǒng)工藝流程

圖3 某電廠2的化學(xué)水處理系統(tǒng)工藝流程

圖4 某電廠3的化學(xué)水處理系統(tǒng)工藝流程

通過對比不同案例的工藝流程,學(xué)生深刻地認(rèn)識到電廠在應(yīng)用過程中要根據(jù)水源水質(zhì)、處理要求、設(shè)備性能進(jìn)行優(yōu)化和選擇適合的系統(tǒng)流程。

2 通過對比講解提高教學(xué)效果

根據(jù)“電廠化學(xué)”課程綜合性強(qiáng)、文字講解和敘述的內(nèi)容多的特點(diǎn),教學(xué)內(nèi)容的組織上更加強(qiáng)調(diào)相關(guān)理論的形成過程,引導(dǎo)學(xué)生體會知識的形成與發(fā)展過程,引發(fā)學(xué)生的興趣和激情,以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力。在教學(xué)過程中,鼓勵學(xué)生樹立懷疑精神、勇于質(zhì)疑問難,主動闡述自己的見解、互相辯論,通過增加課堂提問使學(xué)生經(jīng)歷提出問題、思考問題、解決問題等過程,既鍛煉了膽識又培養(yǎng)了學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力。

同時注意將結(jié)構(gòu)、功能、性質(zhì)等相似的設(shè)備或流程進(jìn)行比較,使學(xué)生發(fā)現(xiàn)其中的特點(diǎn)和差異,找出其相同點(diǎn)和不同點(diǎn),以此來提升學(xué)生分析問題、表達(dá)問題的能力。例如將逆流再生、浮床式離子交換水處理裝置的結(jié)構(gòu)組成、性能特點(diǎn)、運(yùn)行步驟進(jìn)行對比(見圖5),啟發(fā)和引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識樹脂壓實(shí)層、氣頂壓、水墊層的作用和優(yōu)缺點(diǎn),理解浮床式離子交換器是逆流再生技術(shù)的一種特殊形式,對其管路簡單、運(yùn)行步驟少、單位制水量大、適合新機(jī)組大容量鍋爐選用的特點(diǎn)，認(rèn)識得更加深刻。

圖5 氣頂壓逆流再生離子交換器管道系統(tǒng)(左)和浮床式離子交換器管路系統(tǒng)(右)

3 通過仿真模擬提高教學(xué)效果

另外還利用VB配合Flash開發(fā)了電廠鍋爐水處理工藝流程、二級反滲透制純水工藝流程、海水淡化工藝流程界面圖[5]。通過這些模擬圖,學(xué)生可以加深對知識點(diǎn)的認(rèn)識,增加學(xué)習(xí)趣味性,提高學(xué)習(xí)效果。克服了在電廠實(shí)習(xí)時學(xué)生通常只能看到設(shè)備的表面運(yùn)行、不能動手、對內(nèi)部結(jié)構(gòu)和設(shè)備管路相互關(guān)系弄不懂的缺陷。采用計算機(jī)仿真系統(tǒng)的直觀性[6],使學(xué)生對電廠使用的新技術(shù)形成完整、清晰的認(rèn)識,搞清楚新型水處理設(shè)備與傳統(tǒng)設(shè)備的關(guān)系。

為此對超濾、反滲透、電除鹽運(yùn)用的工藝流程進(jìn)行了仿真模擬,通過仿真動畫讓學(xué)生對膜工藝流程一目了然。通過仿真軟件實(shí)現(xiàn)了將膜分離技術(shù)和工藝等復(fù)雜抽象的理論,轉(zhuǎn)化為可以直接觀察到的動畫,便于初學(xué)者很容易地了解膜分離技術(shù)的原理、膜結(jié)垢的原理以及膜分離工藝的流程。所開發(fā)的軟件以Visual Basic 6.0為開發(fā)工具,以Adobe Flash professional CS6為軟件動畫制作工具,以Setup Factory 7.0.1為軟件打包工具,使最終制作出的軟件可以脫離開發(fā)環(huán)境,能夠在Windows操作系統(tǒng)中安裝、運(yùn)行和卸載,成為一款功能齊全、操作方便、安裝和卸載簡單的膜分離工藝仿真軟件[7]。

針對常用的超濾[8]、反滲透[9]和最新的電除鹽[10]技術(shù),制作了動畫原理、工藝流程等,制作了1個登錄界面、1個主界面、3個子系統(tǒng)界面和其他一些子界面,共計32個界面,并對軟件進(jìn)行了打包,使之安裝方便、功能完善。

學(xué)生在仿真系統(tǒng)上可以沿著水流方向了解水處理的基本過程,與現(xiàn)實(shí)中各單元操作有機(jī)地結(jié)合起來,強(qiáng)化對水處理過程整體性的認(rèn)識。學(xué)生還可以通過熟悉各工序的動態(tài)流程,加深對所學(xué)的有關(guān)原理在實(shí)際中應(yīng)用的認(rèn)識和理解[11]。

簡單介紹幾個主要的操作界面:

(1) 超濾凈水工藝流程界面。此工藝流程(見圖6)是一個超濾凈化家庭自來水的工藝流程,此動畫詳細(xì)的描述的自來水經(jīng)過超濾裝置凈化的詳細(xì)流程以及原理,并描述了超濾裝置的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。右邊有2個按鈕,點(diǎn)擊【返回】按鈕可返回超濾子界面,點(diǎn)擊【返回主界面】按鈕可直接返回主界面。點(diǎn)擊【超濾】菜單中的【超濾設(shè)備的清洗】子菜單,彈出超濾凈水設(shè)備反洗的工藝流程,如圖7所示。

圖6 超濾凈水工藝流程界面

圖7 超濾設(shè)備的清洗

(2)【反滲透】菜單。點(diǎn)擊【反滲透】菜單(見圖8)中的4個按鈕即可進(jìn)入對應(yīng)的界面,可以清楚地理解各個反滲透的相關(guān)問題。例如,點(diǎn)擊【反滲透設(shè)備的清洗】即可進(jìn)入反滲透設(shè)備的清洗界面(見圖9)來了解反滲透設(shè)備的清洗方法與過程[12]。

(3) 電除鹽原理的界面。此界面(見圖10)是電除鹽原理動畫界面。右邊有5個按鈕,點(diǎn)擊【原理1】與【原理2】按鈕可清楚形象地了解電除鹽原理,點(diǎn)擊【返回主界面】按鈕可直接返回主界面。通過這一界面學(xué)生可以清楚地了解到EDI除鹽的原理及過程[13]。

圖8 【反滲透】菜單

4 結(jié)語

開展教學(xué)改革后,學(xué)生對電廠中的化學(xué)知識遷移和應(yīng)用能力、創(chuàng)新思維能力、解決水處理實(shí)際問題的能力得到了培養(yǎng)和訓(xùn)練。環(huán)境學(xué)院2011、2012和2013級中絕大部分學(xué)生都就業(yè)于電廠或電力系統(tǒng)研究單位,畢業(yè)生以“適應(yīng)快”“肯吃苦”“真實(shí)干”的評價受到了用人單位歡迎。

圖9 反滲透設(shè)備的清洗界面

圖10 電除鹽的原理的界面

References)

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[2] 王雪瑩,張才. 我國案例式教學(xué)法文獻(xiàn)計量分析[J]. 時代教育, 2012(5): 43-44.

[3] 郝桂珍,楊國麗.淺談水污染控制工程課程教學(xué)模式的改革[J].蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報,2014, 37(4):41-43.

[4] 寧夏電力公司教育培訓(xùn)中心,國電電力武威發(fā)電有限公司.350MW超臨界壓力空冷供熱機(jī)組技術(shù)叢書[M].北京:中國電力出版社, 2013.

[5] 張正華.淺談仿真機(jī)在電力行業(yè)中的應(yīng)用[J].小作家選刊,2011(12):249.

[6] 郝瓊.對仿真教學(xué)的幾點(diǎn)思考[J].新課程(下), 2015(3):120-121.

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[9] 郭紅利.反滲透膜污堵原因的分析及處理措施[J].科學(xué)與財富,2012(8):37-38.

[10] 降曉艷,許臻,翟紹晶,等.電除鹽裝置膜組件清洗技術(shù)的研究及應(yīng)用[J].中國電力,2016(2):18-20.

[11] 丁艷,袁隆基.電廠仿真系統(tǒng)用于獨(dú)立學(xué)院實(shí)踐教學(xué)的探討[J].中國電力教育, 2011(9):135-136.

[12] 郭欣,趙寧,侯建輝.某型反滲透—連續(xù)電除鹽設(shè)備故障及維護(hù)[J].水科學(xué)與工程技術(shù),2013(4):45-48.

[13] 黃維菊.膜分離技術(shù)概論[M].北京:國防工業(yè)出版社,2008.

Application of analogue simulation case in reform of Power Plant Chemistry course

Wang Shuqin, Li Dan,Zhang Jinghong

(School of Environmental Science and Engineering, North China Electric Power University, Baoding 071003, China)

According to the characteristics of Power Plant Chemistry course which are strong comprehensive performance, rich contents, fragmentary knowledge, large changes of process flow, the teaching methods such as case type teaching, comparative explanation, analogue simulation are adopted. This makes the teaching content more attractive, thus the students’ learning effects can be improved. Through collecting typical water treatment cases combined with the characteristics of the power industry, straightening out the relationship between various processes and rationalizing the various equipment characteristics, the simulation software is produced by computer simulation technology. Thus the complex and abstract things transformed into animation can be directly observed to create a great realistic effect. Meanwhile, the students can improve the understanding of power plant equipment and process principles, and enhance the engineering consciousness.

power plant chemistry; analogue simulation; teaching reform; water treatment case

10.16791/j.cnki.sjg.2017.05.047

2016-11-23

河北省教改項(xiàng)目(2016GJJG367)；華北電力大學(xué)教改項(xiàng)目(13001404)

王淑勤(1965—),女,河北定州,博士,教授,主要從事大氣和水污染治理技術(shù)方面的研究.

E-mail：wsqhg@163.com

G642.423

B

1002-4956(2017)5-0189-05