电气工程概念范文

电气工程概念篇1

关键词：电气工程；数字信号处理；课程改革

作者简介：欧阳华（1978-），女，湖北仙桃人，海军工程大学电气工程学院，副教授；钱美（1974-），男，江苏盐城人，海军工程大学电气工程学院，讲师。（湖北 武汉 430033）

基金项目：本文系海军工程大学2011年教育科研课题的研究成果。

中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）23-0054-02

数字信号处理（Digital Signal Processing）是从20世纪60年代以来，随着信息科学和计算机科学的高速发展而迅速发展起来的一门新兴学科，它以数字计算机和专用数字信号处理系统为工具，用数值计算方法对信号进行分析、滤波、变换、估计等处理。[1]

数字信号处理技术是信息科学的重要组成部分，随着其基本理论、方法和技术的迅猛发展和广泛应用，“数字信号处理”课程已经不仅是传统的无线电技术专业的必修课程，而且已成为许多工科专业的共同基础。由于该课程特定的发展历史，该课程的体系结构、授课内容、成熟教材大部分是针对电子工程专业的，对于电气工程专业学员的知识体系结构来说并不适合。电气工程专业的课程设计没有“信号与系统”课程作为先导，必须先给学员补充信号分析与系统分析的相关基础知识。另外，电气工程专业涉及的强电信号频率相对较低，信号幅值较高，而且多为缓变信号，信号处理的对象与方法与弱电略有不同。因此有必要进行课程体系和内容的改革，并建设适合电气工程专业的“数字信号处理”入门基础课程教材。

电气工程专业“数字信号处理”课程改革研究与实践以专业建设为导向，在课程体系、课程内容和实验设计上作深入的探讨，并围绕课程改革进行了教材建设。

一、国内高校电气工程专业开设“数字信号处理”课程的基本情况

20世纪80年代末我国在无线电专业研究生和部分高年级本科生教学中引入“数字信号处理”课程，随后推广为电子信息类专业本科生的专业基础课。

电气工程与自动化专业[2]涉及电力系统、电机系统、电力电子装置及系统、工业自动化系统等，具有强弱电结合、软硬件结合、电气工程专业知识与自动化信息基础知识结合和专业面宽的特点。电气系统和自动化系统都广泛地涉及信号分析和处理技术。自动化系统中按一定的控制规则得出的控制信号、系统状态的估计，控制对象数学模型的确定、系统测量噪声的剔除，直至自适应控制、智能控制等都通过信号的分析和处理来实现。电机、电力系统的故障分析和诊断、电力系统的微机保护、电能质量分析与控制等更是数字信号处理技术的直接应用例子。随着电工学科的进一步发展，数字信号处理技术在电气工程领域的作用和影响必将越来越大。

因此，信息科学学科的核心课程——“数字信号处理”也成为电气工程学科专业基础课。电气工程学科该课程不能照搬作为信息科学专业基础的“数字信号处理”，而应根据培养电气工程与自动化专业人才的需要安排具体内容，既要补充“信号与系统”中信号与系统以及频谱的基本概念，又不能重复“电路原理”和“自动控制理论”的内容；既要为专业课提供必要的基本概念和基本原理，又不能变成简单的专业知识介绍。电气工程与自动化专业开设“数字信号处理”应有它自己的教学内容和体系。

正是为了适应这一学科建设和发展的需求，各高等学校电气工程与自动化专业越来越重视类似于“数字信号处理”课程的建设。[3]西安交通大学电子与信息工程学院自动化系将“数字信号处理”列为自动化专业核心课程，北京交通大学电气工程学院将“信号分析与处理”课程列为电气工程及其自动化专业（包括科学技术型和工程技术型）专业基础课程，浙江大学电气工程学院也开设了“信号分析与处理”课程。[4]2000年海军工程大学在电气工程及其自动化、测控技术与仪器、计算机科学与技术等三个专业中新开设了“数字信号处理”课程。[5]

二、课程体系的改革

根据前述在电气工程学科开设“数字信号处理”课程的目的及意义，结合学生的专业背景，我们在相对稳定中追求变革，研究适合电气工程专业需要且与当代信息科学发展相适应的课程体系。根据培养电气工程与自动化专业人才的需要安排具体内容，补充“信号与系统”中信号与系统以及频谱的基本概念，将拉普拉斯变换原理与应用放在“电路原理”中讲授，将状态空间移至“自动控制原理”课程讲授。强调信号分析和处理的基本原理和方法。

在课程框架设计上注重学员的能力培养，突出数字信号分析是基础，数字系统分析是桥梁，仿真分析为手段，实现原理、方法和应用的有机结合。在内容安排上积极引入信息技术领域的发展成果，优化课程体系，更新教学内容。在实验设置上紧贴专业应用背景，做到学以致用。

三、教学内容的改革

教学内容改革的基本思想是，在理论上研究如何以当代信息科学的观点讲授经典理论；在实践上研究如何突出工程应用软件的应用，如何突出信号处理技术在电气工程中的应用。

课程教学内容的改革主要表现在三个方面。

1.根据专业的特点精选内容，避免重复，注意衔接

在自动控制理论中对系统已经进行了充分的介绍和讲解，离散系统的基本知识和Z变换学生已经学过。所以在教学中仅简单介绍这部分内容。考虑到电气工程专业主要对过程控制和运动控制中的一些模拟量进行处理，为此，适当增加数据采集和模拟信号转换方面的内容。在教学中，由连续信号分析过渡到离散信号分析，便于学生巩固和应用以前所学的知识。

2.注重经典理论与现代电气技术的结合

课程教学效果成败的关键不在于学生认识和记忆了多少定义、定理的条文，而应注重正确引导学生运用数学工具分析典型的物理问题。[6]虽然信号处理的应用领域由传统的电气工程向电气工程扩展，但许多经典理论只需稍微补充、修正即可适用于电气工程领域。把握好这一原则将有利于在讲述传统内容的过程中充分体现时代气息，处理好经典理论的阐述与最新技术引进的相互融合。例如在建立“信号传输”概念时，可以从全球定位系统、个人通信技术和国际互联网等实例引入，营造了当代信息科学飞速发展的浓厚气氛。同时，介绍信息流、能量流、管理流互动的智能电网的概念，实现电气电子的交叉融合。

3.理论联系实际，注重培养学生解决问题的能力

我们注重讲清基本概念和方法，介绍信号处理技术的应用，不过分强调数学公式的推导和证明。例如讲解频谱分析时，介绍其在微机保护、故障诊断、频率跟踪检测方面的应用。

为了加强MATLAB实践环节训练，加深学生对基本概念和理论的理解，在理论教学中随时渗透MATLAB的应用，不少例题在理论求解后给出MATLAB实现的结果，两相对照，既掌握了理论推导方法，也实现了计算机仿真设计和验证。MATLAB的应用使学生养成积极思考、善于推导的良好习惯，又使学生深入理解必要的物理概念。课堂PPT中，大部分波形图均是由MATLAB绘制，尤其是讲授滤波器设计时，直接调用FDATool工具箱，帮助学生掌握设计的核心指标和方法。在作业中，也有一些MATLAB仿真小作业，这也是国内外大部分院校采取的方法。

三、实验设计的改革

如何通过实践环节来培养工科大学生的创新意识以及如何更好地开展实验教学问题已成为当前高等院校工科专业教学改革的热点与难点问题。“数字信号处理”课程开课伊始就是理论与实验算法并重，其实验体系较为完善。我们在实验设计方面改革的基本思想是立足基础验证实验，注重综合设计实验。

MATLAB仿真软件使用简单、功能强大，兼有丰富的工具箱和软件包，因此首选MATLAB作为实验仿真工具。具体而言，实验内容分为五个：实验一——信号的时域分析。实验二——信号的频域分析。实验三——滤波器设计基础。这三个实验是基础实验，通过实验，要求学生掌握MATLAB语言的基本使用方法，并能够采用该语言实现信号分析和系统设计。实验四——信号的抽样与恢复，该实验是综合设计实验，要求学生根据信号频谱分析得到的频率成分，实现模拟信号的抽样与恢复。实验五——信号滤波，该实验是自主设计实验，要求学生综合应用信号频谱分析和数字滤波器设计的知识，实现信号滤波。

此外，作为后续实验改革的一个方向，在课堂上给学员进行了LabVIEW虚拟实验演示。LabVIEW虚拟仪器和MATLAB仿真软件各有利弊。MATLAB编程过程类似于数学演算，并具有强大的命令集和信号处理工具箱，是目前数字信号处理的标准语言，对于训练学员信号处理的算法实现技巧、培养综合应用能力极有裨益，但对图形支持不够，编程较为复杂。LabVIEW虚拟仪器使用独特的图形化编程技术，用软件代替仪器功能，人机界面友好，使用方便，将其应用于“数字信号处理”教学，使学生能直观地领会和理解“数字信号处理”课程的分析方法和处理结果。但若作为本科实验程序设计语言，则由于学时和学员知识结构限制，实验内容将会限于演示验证实验，不利于培养学员综合利用DSP理论分析和解决实际问题的能力。因此，是否在实验中引入LabVIEW虚拟仪器，是完全替代MATLAB还是两者互为补充，这个问题教研组还在进一步的考虑之中。

四、“数字信号处理”教材建设

课程建设，教材为先。为体现数字信号处理基本概念、原理和方法，结合电气工程及其自动化等专业的需求，我们特编写了《数字信号处理》教材。教材内容丰富，强调基本理论、基本概念和基本方法，注重内容的时代性和前沿性，将计算机仿真工具MATLAB与教材内容紧密结合，增设了相应的例题与习题，充分体现了经典与现代相结合，基本理论与工程技术相结合，解析方法与计算机辅助分析相结合的特点。全书条理清楚，深入浅出，有实例，便于自学。教材紧紧抓住数字信号这条主线，重点介绍信号处理、分析的基本原理和方法。补充“信号与系统”中信号与系统的基本概念，强调傅里叶变换、频谱和频率响应的概念。尽量避免与“自动控制原理”和“电路分析”的内容重叠，弱化拉普拉斯变换的地位。教材另外一个重要的特点是将MATLAB这个工具在信号处理技术中的应用贯穿于全书，使学员在学习了基本概念、方法后能够用计算机对信号进行分析处理，一方面能加深对基本概念、原理的理解，一方面为后续毕业设计、科学研究打下良好基础。

长期以来，学生感觉“数字信号处理”等课程内容难学难用，主要原因是信号处理类课程具有较强的理论性和实践性，学生没有将理论与实践相结合，造成对数字信号处理原理和方法的理解不深刻，对数字信号处理技术应用不灵活。我们根据多年来的实践教学经验，编写了“信号分析与处理”实验指导书，作为内部讲义以供学员使用。实验指导书分为三个模块：信号的分析与处理、系统的分析与设计、信号处理综合应用。

五、结束语

本文探讨了电气工程专业“数字信号处理”课程改革研究的一些思考和做法。课程改革与建设是一个需要持之以恒而又与时俱进的工作，其间总会产生新的问题，形成新的看法，我们将进行进一步研究讨论，做好教书育人工作。

参考文献：

[1]奥本海姆，谢弗，巴克.离散时间信号处理[M].第2版.刘树棠，黄建国，译.西安：西安交通大学出版社，2001.

[2]赵光宙，等.关于电气工程与自动化专业中信息课程的一点认识[C].全国高校电气信息类（电气工程与自动化）专业面向21世纪教学改革第三届研讨会论文集.武汉，1999：130-135.

[3]靳希，杨尔滨，赵玲.信号处理原理与应用[M].第2版.北京：清华大学出版社，2008.

[4]赵光宙.信号分析与处理[M].第2版.北京：机械工业出版社，

2008.

[5]尹为民，欧阳华，钱美.数字信号处理[M].北京：机械工业出版社，2011.

电气工程概念篇2

[关键词]电气项目；质量管理；控制

doi：10.3969/j.issn.1673 - 0194.2016.22.062

[中图分类号]F273 [文献标识码]A [文章编号]1673-0194（2016）22-00-02

1 电气项目开发阶段的质量控制措施

一个完整的电气项目工程项目要经历概念、开发、项目的实施以及收尾四个阶段。根据项目全面的质量控制的观点，为保证或提高工程质量，质量控制应该贯穿于建设项目的全生命周期，建立健全完整的质量控制体制。

1.1 电气项目概念阶段的质量控制

根据相关电气工程的进度表可以看出，电气项目的概念阶段的工作主要包括进行项目的可行性研究以及进行可研报告的优化、审查工作以及设备、施工单位的招投标工作。

工程项目的可行性研究直接影响着项目的决策质量以及设计质量。因此，在进行该项目的可行性研究过程中，要将所有可行方案进行质量控制各方面的存细对比，将项目的质量指标明确规定出来，进行几种方案的比较，提出对项目质量的总体要求，具体包括厂房建设和设备基础设施的项目质量方案比较，电力设备安装选择方案质量比较，等等。是该电力建设项目的最终质量要求即满足项目的使用要求，也会使业主方满意。

在项目的概念阶段，项目的所有者对项目的质量提出具体要求为，利用该循环水建设项目的成果，来进行余热回收，既要保证项目使用质量还要保证工程功能质量。然而，在该电力建设工程项目的概念阶段中，不能只单纯地进行质量控制，还要考虑到项目的实际进度和项目的成本情况。制定相关质量控制措施时候，要考虑实际措施实施的情况，这样才能保证该电力建设工程项目的质量目标合理性。

项目概念阶段是整个生命周期的初始阶段，这一阶段的质量控制是接下来其他阶段进行质量控制的基础，其质量关系到项目的整体。项目前期的概念研究阶段主要用于确定项目是否可以进行下去，包括对该项目所牵扯到的各个领域或行业、开发单位资金投入的基本情况、技术实施方案是否可行、周边环境、项目财务资金的募集情况进行全面评价估测。由此可见，在项目的前期概念阶段，从整体上指明了项目质量要往哪个高度层面发展。因此可知，概念阶段最终得出结论将左右项目整体质量水平。可以说此阶段进行的是战略性质量控制工作。

1.2 电气项目开发阶段的质量控制

对于电气项目的前期也就是对应着的电气项目的设计阶段中，关于质量控制，要充分体现出其阶段作用，彻底起到完善的指导意义。

正如其他的大多数的项目类似，电力工程建设项目也必然经过开发，然后再是设计继而完成前期的质量控制过程。这一阶段的项目质量控制任务是为了保证项目的最终质量符合用户的要求，使用户的满意度达到最高，如果项目的开发设计工作质量不合格，质量设计草率，那么会给接下来的质量控制造成困难，也会给项目带来隐患。通过大量的研究和实践，能够得出关于建设项目的质量控制管理，前期的作用要超过于后期的弥补，可见这一阶段的项目决策和质量设计规划是起到全局性的关键作用。

项目在该阶段的主要工作是进行项目电力建设工程的初步设计、初步设计审查、施工图设计，本阶段的质量控制工作主要是项目进行质量设计，这一阶段是该电力建设工程项目质量控制的起点，在设计过程中不但要对电力厂房的和电力设备基础建设的质量进行设计，而且还要对设计质量进行控制，最后为了达到项目设计质量标准，还要制订具体的项目质量控制方案。

其中质量设计是根据电气项目的实际要求，设计能够满足“功能”要求的方案，其中包括质量指标的制定，已完成项目的质量设计。质量设计是使项目的安全行增强，保证项目出现问题后具有可维修和可靠性；在项目的实施过程中要保证项目的经济可行性。项目实施起来难度大，即使投资成本低，但是如果项目的性能差，那么设计也不合理；同样，要是项目的性能好，但是实施困难，而且经济成本大，那也是不合理的。项目开发人员必须进行综合评估，最后确定最佳设计方案。

2 气项目施工期间的质量管理措施

电气项目质量控制按照项目的进展，以时间为主线，以业主方、人力资源、参与各方协作交流、质量控制人员的工作能力、项目维护和服务质量绩效等影响因素为副线，将实施阶段划分为事前质量控制、事中质量控制和事后质量控制，前一步的质量控制是后一步的质量保证。在项目进行的全生命周期中，项目实施阶段又叫项目施工阶段，其质量对项目最终产品质量有直接影响，因此本阶段是质量控制的重点。

2.1 事前质量控制

事前质量控制，顾名思义就是项目建设前期的预先准备的质量控制方案，映射到该电气建设项目中去就是所谓的前期预测，这一阶段是进行全方位的预测准备，凡是涉及到对质量有可能产生影响的因素都要考虑。有技术方面的，还有管理和资源的相关影响因素预测。

技术准备：技术负责人需要对项目相关文案进行交底，并对图纸文件进行会审后能做到烂熟于心。熟悉项目的场地情况及项目发展到此阶段所达到的资金情况，把实际的场地状况与施工进度安排情况相结合，制定出项目质量控制的具体的可行办法。确定如何检查评判各个阶段的质量标准和检查方法。

物质准备：项目施工过程中采用的原材料及材料半成品、构配件质量直接影响到生产项目的整体质量，因此要求此类建材的质量必须达到合格标准，管理过程中必须对项目采用的全部材料进行材质检查验收，达到相应的标准后才可用于施工。对永久性的施工生产设备或装置也要采取相应的措施进行质量检查和管理，出现质量问题的机械设备坚决不能使用；准备常用的质量检查工具、设备以及其他质量检查过程中所需要的装置等。

组织准备：统筹兼顾，建立完善的组织结构，完善质量的监管力度，保证质量按标准达标；培养卓越的质量控制人才，实现质量的总体监管，定期对施工的工作人员进行学习与锻炼，提高工作人员的能力，丰富工作人员的工作经验，从而更好地投入工作之中，提高项目质量；建立完善的责任体质，层层管理，保证项目质量；实行有关岗位的责任制等。

现场准备：由于每个项目都有它的特殊性，要因项目的实际情况来决定该项目的实际现场准备。例如：建筑项目的现场准备需要控制网、水标准点的测量；材料的运输；有关技术的测定与检测；临时生产生活设施搭建等准备。

2.2 事中质量控制

电气工程项目的事中质量控制就是对项目的施工阶段进行质量控制。事中质量控制包括：施工过程交接过程要进行质量检查，采取相应合理的措施进行质量控制，制定施工项目的施工方案，对图纸会审要进行记录，对交底要有技术措施，配置的施工材料要严格进行质量检查，对项目的隐蔽工程进行质量验收，在项目进行设计变更时要进行审核以及办理相关的手续，对发现有质量问题的工程返工后还要进行质量复查，项目结束后要采取相应的措施对项目产品进行成品保护，将项目所有的质量控制文件注意归档。

电气工程项目的事中质量控制管理的实质，就是在质量的形成过程中，如何建立和发挥作业人员和管理人员的自我约束以及相互制约的监督机制，使工程项目质量形成从分部分项工程到单位工程的质量控制始终受到控制状态。总而言之，在事前质量控制的前提下，事中控制是保证电气工程项目质量的关键环节，没有良好的作业自控和监控能力，工程项目质量就难以得到保证。

2.3 事后质量控制

电力建设工程项目质量控制，尽管在前期和实施过程中做的已经很好，但是一般的项目都比较的大，这样就或多或少的对质量产生不可估计的影响，最终的建筑实体也会受到影响是可想而知的，项目的后期质量控制就显得必不可少。对于减少劣质建筑使用，质量把关，该阶段的工作主要是评价和审查，一旦出现问题，轻者维修，部分工程返工，重者报废。但是，即使是最后阶段的质量控制，也需要配以相对应的文件资料和标准，保证验收结果的质量合格。

3 电力项目收尾阶段的质量控制

收尾阶段常常是工作人员比较容易忽视的一个质量控制阶段，有很多管理人员在这一阶段放松了对电气工程主体的质量把关。但是，这一阶段确是起着重要的质量控制作用，是对整个电气项目完成的一个总体的评价和检查，是对整个项目结果与设计阶段工程质量目标的一个对比，然后对项目工程做最后移交。项目开发单位各相关部门要对所开发项目进行地毯式的大检查，查看项目是否按照前期预定的质量要求水准展开施工。对不达标的项目施工方提出批评处理，并限期整改到位。以此保证工程质量能顺利通过业主方及质量监督部门的验收。

竣工验收也是收尾阶段控制质量的重要办法，此阶段的验收必须以质量标准规划中关于质量的各项指标要求以及关于采购合同中所约定的质量保证规定，明确并严格按照各项质检评定标准，对项目质量进行综合评估并可办理竣工验收手续。最终通过项目的质量验收拿到验收评定报告和相关的说明材料。

4 结 语

本文对电气项目的决策与设计规划、电气项目施工以及电气项目工程的验收等流程进行详细讨论，说明其在质量管理中涉及面非常广，需要各方的配合，只有通过对项目的决策与设计规划、电气项目施工以及电气项目工程的验收等流程的提升，才能对电气项目过程的质量控制起到促进作用，并且随着各个因素的数值升高，电气工程质量控制系统的水平也才能升高。

主要参考文献

[1]高建新.基于电力工程质量管理及控制的探讨[J].低碳世界，2013（21）.

[2]王家滨.论电力工程质量管理的有效改革措施[J].黑龙江科技信息，2016（9）.

[3]张维.电力工程安装施工中的技术要点与细节问题之研究[J].科技创新与应用，2016（17）.

[4]唐艳.电力工程输电线路的质量控制措施研究[J].中国新技术新产品，2016（12）.

[5]翟瑞云. 建筑电气施工中的质量控制策略探究[J].城市建设理论研究：电子版，2016（7） .

[6]耿理扬.电气工程的安全管理与质量控制[J]. 黑江科学，2016（18）.

[7]王兆辉.浅谈电气工程施工常见问题及处理对策[J].民营科技，2016（9） .

[8]姜旭，张雪.关于如何提高电气工程预算质量的对策和建议[J].四川水泥，2015（12） .

[9]孙海珉.浅谈电气工程安装施工存在的问题与解决措施[J].科技创新与应用，2016（14） .

电气工程概念篇3

提高电气工程预算质量还需要对电气工程建设中所涉及到的各种材料进行掌握和分类。在进行电气工程预算的过程中，电气设备将不进入直接的费用，而电气工程中涉及到的材料价值将进入直接的费用，并且，要把这个费用作为预算的基数进行取费操作。在实际的工程预算中，有很多工作人员对设备不了解，对电气工程中涉及到的设备和材料没有明确的划分，这都会对前期的工程预算质量造成一定的影响。因此，必须要求参与工程预算的工作人员对电气系统的概念有着详细的了解，这样才可以在预算的过程中实现预算定额套用。当然同一种类型不同型号的设备或材料的定额、安装方式、功能也是不同的，预算过程中套用的定额也是各不相同的，尤其是同种类型的设备还分成套型和组装型设备，而就是因为参与预算的工作人员没有对这些概念进行详细的了解，才会在电气工程预算的过程中出现很大的偏差，直接影响了工程预算的质量。因此，只有工程预算的工作人员对电气材料以及概念进行详细的研究，对其规范要求进行详细的理解，才能保证工程预算的过程中不出现任何的问题，这样才能保证预算的准确性和预算的质量。

2明确工程量计算的规则和预算定额的解释说明

电气工程都会有明确的工程量计算规则，而这个规则是包含整个工程中涉及到的全部计算规则，还有就是工程预算定额的解释说明，这两部分的内容都需要预算工作人员对其做以详细的了解。换句话说，如果对这两部分内容没有全部的了解，在工程预算的过程中极易出现问题，尤其是在定额套用的过程中，可能会出现张冠李戴的错误，直接对预算的准确性造成了直接的影响。例如，在一些线路试验方面的误差，有很多的电缆线路在连接中就直接对两端进行试验，这类试验中涉及到的费用不能做重复计取，具体要根据实际的情况而定。由此可以看出，明确工程量计算的规则和预算定额的解释说明对工程预算的准确性是非常重要的，要求预算工作人员必须做到对其内容进行详细的了解，进而在进行电气工程预算的过程中依据相应的计算规则进行详细计算，才能够进一步提高电气工程预算的质量。

3电气设备和材料费用的合理控制

在电气工程项目实施的过程中，会涉及到很多的电气设备和材料的采购，作为工程预算工作人员必须掌握这些电气设备和材料的市场价格，要严格的控制设备和材料的采购费用，从工程的整体造价上实施管理和控制，这也是提高电气工程预算质量的有效手段。市场供求形式已经从以前的卖方市场转化成买方市场，这为电气设备和材料采购工作带来有利的条件，由于商家比较多，而客户少，商家之间是要有相互之间竞争的，通过对市场的充分调查以及利用市场的良性竞争能够买到价格低、质量好的电气设备和材料，这一优势也将直接降低了电气工程的整体造价，使建设企业能够获得最大的经济效益。而作为电气工程预算人员，必须全面了解电气工程中涉及到的全部设备和材料的相关价格信息，要经常与生产厂家和供应公司沟通，详细的收集有效的资料，这样才会更有利于在工程预算过程中的科学和合理，才会提高电气工程预算的质量，进而促进电气工程项目的良好实施。

4结语

本文针对提高电气工程预算质量的策略进行了具体的分析和研究，通过本文的探讨，我们了解到，在实际的电气工程项目的预算工作中，预算人员需要全面的了解工程项目的材料，设备以及人员，需要对市场上的价格进行充分的调查，并且结合工程项目的实际，及时地发现在电气工程预算过程中存在着的问题，并且采取科学有效的方法进行解决，才能够提高预算的质量，使建设企业的利益最大化，促进建设企业的长远发展。

电气工程概念篇4

太阳物理学是一门快速发展的学科，主要研究太阳活动、日球层（heliosphere）和气候环境。过去的几个世纪，我们对于太阳怎样影响空间天气和地球及其他行星的气候的理解取得了很大进展。太阳是一个磁变星，它对于含有固有磁场的行星、含有大气的行星或像地球一样既有固有磁场又含有大气的行星都有重要影响。

本书是太阳物理学系列丛书的第1卷，主要整合了不同的主题，使之成为一个连贯的知识体系，提供了相关课程和研讨会上先进水平的核心资源。它强调了太阳领域到地球领域耦合作用的物理过程，并提出了对于太阳风和地球磁场、大气和气候系统辐射的相互作用的深刻认识和见解。

全书共13章：1.序言；2.太阳物理学简介，主要论述了磁场的建立和湮没及耦合、间断面的形成、能量转换等概念和物理过程；3.磁场的建立和湮没，重点是磁流体动理论、发电机问题和平均场理论；4.磁场拓扑结构，主要内容是磁场线的物理意义、不同拓扑结构区域的分类和磁螺旋性的概念；5.磁重联，主要论述了磁重联的基本概念、二维重联和三维重联的概念和特征；6.磁场结构，主要包括宇宙等离子磁流片的概念、磁流管和磁通量绳的定义；7.空间等离子体的湍流，主要介绍了流体力学湍流、行星际湍流的频谱、等离子体湍流的逆高斯分布和星际湍流；8.太阳大气，包括了色球层、高β色球层、日冕加热和外层太阳大气的正演模拟；9.恒星风和磁场，主要讨论了日冕的氦丰度和质子通量、太阳风的能量预算和模型；10.行星磁层的基本理论，主要探讨了太阳风和行星磁场的相互作用、等离子体流和磁层―电离层的相互作用、等离子体源和传递过程；11.太阳风磁层耦合，即一种磁流体动理论观点，主要包括全球磁流体动理论模型、磁鞘建模、磁层性的对流、磁层中的力和能量流；12.电离层和色球层，主要介绍了中性气体混合、分离作用和全球环流以及太阳色球层和地球电离层的比较；13.行星环境的比较，包括木星、土星、天王星、海王星和水星的环境比较及存在的突出问题。

本书不是一本个人专著，而是由众多论文编纂而成，各章节的原作者都是太阳物理学方向的专家。第1编者Carolus J.Schrijver曾先后工作在科罗拉多州大学、美国国家太阳天文台、欧洲航天局和荷兰皇家科学院，目前是洛克希德・马丁公司先进技术中心的物理学家，还是《Solar Physics》（Springer出版）等期刊的编委。第2编者George L.Siscoe是麻省理工学院的物理学博士，先后在美国加州理工学院、麻省理工学院和加利福尼亚大学工作，目前是波士顿大学天文学部的研究员，还是《Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics》（Elsevier出版）的编委和美国地球物理联盟的一员。

本书内容丰富，涉及面广，且通俗易懂，可作为太阳物理学、空间物理、高层大气物理、空间天气等相关专业的研究生教材，也可作为相关领域的研究人员的基础性参考书。

电气工程概念篇5

【关键词】 PLC 工业 电气 自动化

随着现代网络电子技术等相关电子行业的迅猛发展，电气自动化被应用的领域也越来越广，如今它通过与网络通信等相关技术结合之后，更是在我国得到了空前的发展，被逐渐地应用在工业企业生产的各个领域。

1. PLC控制器概述

PLC控制器，也被称为可编程控制器，是专门为了满足如今工业企业的效率化，而特意设计的。它的诞生，为工业企业实现全自动化的机械化生产，提供了可能。只需要一个简单的程序语言，电子机械就可以完全按照程序员设计的要求，进行全自动化的操作，为企业极大地提高了生产效率。由于其功能非常强大而且使用较为方便、可靠，PLC在电气自动化中的应用，也将会随之越来越广泛，直至普及到整个工业领域。

2.电气自动化概念及现状

2.1 概念

电气自动化，顾名思义就是对电气工程相关的系统进行电子技术信息的处理、实验数据分析、操作自动控制等等功能进行研究和开发的电子与计算机之间相互关联的一种科学。在我国，随着对电气自动化的不断深入研究，已经形成了一门系统的学问。2.2 电气自动化现状

目前，在我国主要发展的主流是IT与电气自动化相结合的产品。以PC、服务器、Inter等技术引发的电气自动化，进行了一次又一次的工业改革。随着市场的需求，IT和电气自动化将会达到更完美的融合。电气自动化，将会逐渐地从服务领域渗入到工业的领域。目前主要有两个方向：一个是对管理层的渗入，让电气自动化应用到管理系统，对的各种客户数据或者是生产数据进行归类总结，并且存取，以便随时查询；另外一个方向，就是信息技术对机器设备的渗入。通过对传感器、执行器和控制器自动化，为机械能够实现全自动化提供了可能，而且不仅仅如此。它的渗入还应用到产品方面，如虚拟视频之类的模拟现实技术。随着微电子、微处理器等技术的逐渐成熟，PLC、控制系统等设备界限定义也会变得模糊。相对应的软件结构和环境等因素将会逐渐地受到现代工业企业的重视。

3.PLC概念及工作原理

3.1 概念

PLC控制器主要是通过计算机的程序，达到对设备进行控制，并实现自动化操作的目的。它是工业领域需求的结晶，是专门为了适应现代化工业的生产而设计的。最早的可编程逻辑 控 制器，被简称为PLC，主要是为了更好地实现逻辑控制，而用来取代继电器的。随着电子技术的快速发展，今天，这种逻辑控制器的功能，已经大大地超过了原本人们给予它的定义。现在它被定义为PC，为了与个人计算机名称区别开来，才使用原来的PLC简称。

3.2 工作原理

它主要分为三个阶段：第一，输入采样阶段，在这个阶段，PLC通过扫描的方式，对外来数据和所有输入状态进行读取并存入I/O映象区相对应的单元内。

第二阶段，程序执行阶段，在这个阶段，PLC在执行对用户程序进行扫描时，总是按照从上到下的顺序，进行操作，比如方块堆积的金字塔，它总是从最顶端的方块开始进行扫描。在扫描最顶尖的方块时，又总是要按照人们固定的逻辑顺序，从左到右，对方块的各触点线路进行扫描。并且在对触点组成的控制线路，作逻辑运算的时候，也是按照从左到右，从上到下的既定顺序进行。再根据运算出来的结果，对逻辑线罪状在RAM对应位状态进行刷新；或者再确定对该图形是否需要对其执行特殊功能指令。

第三阶段：输出刷新，是在用户程序扫描结束后，PLC才进入的另一阶段。在这个阶段里，CPU要根据I/O里面相对应的数据和状态，对全部的输出锁存电器，进行再次刷新处理。然后再经过输出电路，来驱动相对应的外设。这才是真正意义上的PLC输出。

4.PLC在工业电气自动化的应用

4.1 在传统机床的应用

传统机床主要是采用电气控制的模式，使用的是继电器的逻辑控制系统。这样的系统，很容易发生触头电弧、或者是接触不良，接线老化等一系列的问题。而且通过这样系统控制的设备具有生产效率低下，能源消耗大，经常出故障而且维修困难等缺点。因此，为了提高工业电气自动化的水平，应该采取PLC对机床的硬件和软件进行各方面的改选，并且进行实施的控制。通过PLC系统对机器运行状态的监控等功能，不仅可以提高硬件系统运行的效率。保护系统运行的稳定。而且，还可以降低机器设备的维护成本，节约能源的消耗。从而，进一步地实现，传统的机床设备逐渐地从电气控制向数字控制进行转变。

4.2 PLC在火电厂控制系统应用：

在火电厂中，有包括水处理、输煤、除灰除渣等等辅助系统的存在，这些系统在操作流程上，有许多的开关和顺序控制，因为这样而变得繁琐。如果加入PLC系统的应用，就会对这些系统的工艺流程，做到完美的控制，做到有序化操作。这种属于开关量的逻辑控制，可以更好地取代继电器，帮助火电厂的辅助系统，更好地实现逻辑控制和顺序控制。它的应用即可以是火电厂单台的设备控制，也可以采用火电厂分层式的网络结构，如把输煤系统分主站层、现场传感器和远程IO站三部分。主站层由PLC和人机接口相关设备组成。远程IO站的相关设备，通过光纤的方式，与主站层进行连接。而输煤的现场传感器与远程IO站的相关设备，再进行二次光纤电缆的连接。这样，操作人员就可以坐在控制室，就可以完成整个输煤层的传送和监督工作，通过控制室的显示屏，对整个生产流程进行全面监督。

5.PLC 的发展趋势及前景分析

工业生产过程中产品质量可控制不是人为操作所能实现的，更多的是借助在线检测设备及仪器来完成产品参数的动态控制，需要整个工业生产流程的长期自动监控和调整，PLC技术为自动化控制的各项要求提供了实现机会，因此，其必将成为工业领域自动控制的发展趋势。在工业生产提倡提质降耗、精细个性、网络智能等大环境下，PLC技术必将向着网络化、智能化、数字化的方向发展，实现工业生产的在线质量检测、实时数据自动采集、故障自诊断、数据统一管理等先进技术发展。从发展前景看，随着工业生产分工细致化，PLC将会成为过程控制领域内的日用品，同时其还可能利用通讯系统将控制功能形成闭环过程控制，其还将会逐渐替代嵌入式控制器。

6.结语

PLC技术的诞生，既可以解决传统机械机床控制系统的各种缺点，又能够提升产品的品质，提高生产的效率，让传统的机床重新焕发了生命力，同时也带动了市场经济的更快速发展。企业之间也因此，将拉开竞争的差距。随着技术的进步，其控制功能由简单的逻辑控制、顺序控制发展为复杂的连续控制和过程控制，因此，未来，PLC在工业企业的应用，将会更加地被重视，从而广泛地应用到工业领域的各个角落。

参考文献：

[1]石磊.PLC在工业自动化控制的应用.城市建设理论研究，2012（16）.

[2]刘红军.PLC在工业电气自动化中的应用研究.信息系统工程.

[3]焦延国.工业电气自动化发展探究[J].中国对外贸易：英文版，2011（20）.

电气工程概念篇6

Abstract： "Neutral point operation mode of power system" is the teaching difficulty of "power supply and distribution technology" course of electrical automation technology specialty in higher vocational college. In order to improve the teaching effect， the teaching exploration is made from four aspects， neutral point concept， operation mode classification， comparative teaching and MATLAB simulation. The practice shows that students can understand and grasp the basic knowledge and skills effectively， and lay a good foundation for work of installation， commissioning， operation and maintenance of power supply and distribution system.

关键词：电力系统；中性点运行方式；比较教学；MATLAB

Key words： power system；neutral point operation mode；comparative teaching；MATLAB

中图分类号：G712；TM711 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2015）25-0200-04

0 引言

高职电气自动化技术专业的就业方向之一是在企业从事供配电系统的安装、调试、运行与维护工作，“供配电技术”课程旨在为这些职业活动提供所必需的基本技能和知识，是一门综合性、实践性都很强的专业核心课程[1]。其中“电力系统中性点运行方式”这部分教学内容是一个涉及面很广的综合性技术课题，涉及到供电可靠性、过电压与绝缘配合、继电保护、通信干扰、系统稳定等方面[2]，对于电气类专业学生来说是一个教学难点，教学要求以理解与掌握基本概念为主。为提高教学效果，笔者从中性点概念、运行方式分类、比较教学法、MATLAB仿真等四个方面进行教学探索与实践。

1 中性点概念的理解

GB/T2900.1-2008《电工术语 基本术语》中对“中性点（neutral point）”的定义是：多相系统星形联结的公共点，或单相系统的接地中间点。GB/T2900.50-2008《电工术语 发电、输电及配电 通用术语》中对“多相系统中性点（neutral point in a polyphase system）”的定义是：星形连接的设备中（例如电力变压器或接地变压器）的n绕组公共点。对于这两个定义，学生并不难理解。对于星形联结的各类电力设备，譬如发电机、变压器、电动机、调相机、避雷器、电容器组、电抗器组、用电负载等等，“电力设备的中性点”是指“电力设备的星形联结公共点”。

在以往教学中，一般都笼统认为“电力系统中性点”就是星形联结的发电机或变压器的中性点[3]。然而在工程和科研实践中，笔者深刻感受到，将“发电机或变压器的中性点”与“电力系统中性点”区分开来，视为两个概念是非常有必要的。在教学实践中，笔者通过以下两个实例来引导学生理解这两个基本概念。

实例1：图1是某0.4kV电力系统简图[4]，该系统有两台变压器。图中A点是变压器1的中性点，B点是变压器2的中性点，那么系统中性点是哪一点呢？

学生经过讨论，有几种意见：①A点、B点都是系统中性点。②C、D、E、F点都是系统中性点。③D点是系统中性点。④E点是系统中性点。

笔者分析如下：从理想电路拓扑结构的角度来看，A、B、C、D、E、F点没什么区别；但是从实际电路与施工运行的角度来看，这些点是有区别的。A、B点是变压器二次侧星形绕组的公共点，位于变压器室；C、D、E、F点则是配电盘PEN母排上的结点，位于配电室。从D点引出的线作为0.4kV系统的中性线，从E点引出的线作为0.4kV系统的保护线，因此D点才是0.4kV系统的中性点。从A点至D点、从B点至D点之间的这段导线则是变压器的保护中性线，它必须绝缘。

实例1总结如下：国际电工委员会标准（简称IEC标准）为了区分“发电机或变压器的中性点”与“电力系统的中性点”，将星形联结的发电机或变压器的公共点称为星形结点（star point）[4]。笔者认为，“发电机或变压器的星形结点”名称更为科学，但由于历史原因，国内习惯称作“发电机或变压器的中性点”，因此必须明确，“发电机或变压器的中性点”与“电力系统的中性点”是既有联系又有区别的两个概念。对于0.4kV系统，不妨这样来理解：从发电机或变压器的中性点引出一根绝缘导线，根据具体需要，在这根绝缘导线上选择某点，即可作为系统中性点；若发电机或变压器没有中性点，而系统又需要中性点，则可利用接地变压器，得到一个系统中性点。

实例2：图2是某110kV电力系统简图[5]，该系统有三台变压器。图中A、B、C点分别是三台变压器的中性点，三个点之间没有联结线。那么系统中性点是哪一点呢？

学生经过讨论，大部分认为A、B、C三点都是系统中性点。

笔者分析如下：若此110kV系统只有一台变压器，则系统中性点当然就是这台变压器的中性点；若此110kV系统的三台变压器的中性点联结在一起，则可根据具体需要，在这根联结导线上选择某点，作为系统中性点。但是现在三台变压器的中性点没有联结在一起，因此系统中性点在物理上不会特指哪一台或哪几台变压器的中性点。

实例2总结如下：对于110kV及以上系统，在分析单相接地故障等实际问题时，可根据网络拓扑、网络元件参数得到一个等值电力系统。该等值电力系统就有一个中性点[6]。

2 运行方式的分类

中性点运行方式的分类方法有很多种，由此带来较多的名词术语，学生在看技术文档时，对这些术语常常觉得模糊不清。笔者在教学中抓住两点原则：一是将“电力系统的中性点运行方式”与“电力设备的中性点运行方式”区分开来，二是弄清术语的物理意义。

若讨论对象是某台具体的电力设备，则设备中性点运行方式的物理意义很直观、清晰。譬如变压器，有以下几种：

中性点不接地中性点经消弧线圈接地中性点经高阻抗接地中性点直接接地中性点经中阻抗接地中性点经低阻抗接地

若讨论对象是某个指定范围与等级的电力系统，譬如某钢铁厂110kV系统，则该系统中性点运行方式的物理意义有时不是很直观。目前最常用的是按照接地短路时接地电流的大小分为大电流接地系统和小电流接地系统[7]。为了突出物理意义，系统中性点运行方式的分类如下：

中性点有效接地中性点非常有效接地中性点普通有效接地中性点非有效接地中性点不接地中性点谐振接地中性点高阻抗接地中性点低阻抗接地

“中性点非常有效接地系统”在物理上是指系统的所有变压器都直接接地，也叫“中性点全接地系统”；“中性点普通有效接地系统”在物理上则是指系统的部分变压器直接接地，至少要有一台变压器直接接地。

对于现场电气技术人员来说，判别某个系统的中性点运行方式具有实际意义。以图2为例，该系统有三台变压器。若三台变压器的中性点运行方式都一样，则系统中性点运行方式当然也就与之一样。若三台变压器的中性点运行方式不一样，则系统中性点运行方式是怎样的呢？

美国电机工程师学会（AIEE）第32号标准对此作出了明确的规定，该标准沿用至今，在国际上得到广泛的认同[6]。GB/T50064-2014《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合设计规范》中引用了这一标准。根据标准可知，无论这三台变压器的中性点运行方式怎样，只要各种条件下系统的零序与正序电抗之比为正值且不大于3，而且零序电阻对正序电抗之比不大于1，则该系统可被认为是中性点有效接地的，否则就是中性点非有效接地系统。

笔者在教学中，一开始就将“发电机或变压器的中性点”与“电力系统的中性点”区分开来，让学生在脑海里建立起两个概念。相应地，将“发电机或变压器的中性点运行方式”与“电力系统的中性点运行方式”也区分开来。实践表明，这样做是有效果的，因为概念清晰了，在进行供配电系统的安装、调试、运行与维护等实训时，可做到“知其然，知其所以然”，避免很多操作失误。

另外在教学过程中，还有两个问题要让学生弄清楚：

①若某个系统的发电机中性点直接接地，是否意味着该系统是中性点有效接地系统？

发电机中性点不能直接接地，这已成定论。至于原因，文献[6]有详细分析，教学中可简要介绍其中的原因。因此判断系统是不是中性点有效接地系统，不能看发电机中性点，而应该看变压器中性点，当然仅看变压器中性点是不够的。

②在中性点有效接地系统中，变压器中性点能否就地直接接地？

须具体情况具体分析。笔者根据标准和实践总结后认为：

1）在中性点有效接地的低压系统中，不允许“变压器中性点就地直接接地”，须从变压器中性点引出一根导线，根据具体需要，在这根导线上选择某点直接接地。GB50065-2011《交流电气装置的接地设计规范》对此有明文规定。至于原因，文献[4]和[8]均有详细分析，教学中可简要介绍其中的原因。

2）在中性点有效接地的高压系统中，迄今尚有争议，没有定论。施工实践中，有将变压器中性点就地直接接地的，也有从变压器中性点引出导线后再选择某点接地的。

3 比较教学法的运用

俄国教育家乌申斯基认为“比较是一切理解和思维的基础，我们正是通过比较来了解世界上的一切”。在众多的教学法中，笔者对比较教学法情有独钟[9]。“电力系统中性点运行方式”这部分内容非常适合采用比较教学法，将每种运行方式从接线、特点、应用范围等方面进行比较，可以使学生更好地认识事物的本质与特征，获得的知识与技能更加鲜明、牢固。为此，笔者精心设计了三张表格：接线比较、特点比较、应用范围比较，在理实一体化课堂用多媒体展示。

对于电气类专业，该教学模块约占4～6个课时，主要为供配电系统的安装、调试、运行与维护等教学内容打基础，因此表格里的内容需要精心选择、组织，以定性分析、实用结论为主[10]。譬如特点比较，笔者从供电可靠性、过电压、绝缘、防雷、继电保护、系统稳定、断路器工作条件、对电网结构的要求、故障点附近的生命危险等九个方面进行比较[11]，见表1。

4 MATLAB/SIMULINK仿真教学

电气领域从业人员的重要工作内容之一是在现场进行电气故障诊断。各种电力系统在发生各种故障时，三相对地电压和线电压、线路零序电流、故障点接地电流的暂态波形和稳态波形是怎样的呢？目前在供配电实训装置或电力系统实训装置中无法通过实验观察得到，学生得不到直观、深刻的感性认识。

考虑到这种情况，笔者在教学中采用MATLAB/SIMULINK仿真，让学生在计算机上完成，既有趣又增加了感性认识。图3是10kV中性点不接地系统仿真模型[12]，电源采用“Three-phase source”模块，输出电压为10.5kV，内部接线方式为星形联结。四条输电线路Line1～Line4均采用“Three-phase PI Section Line”模块，线路长度分别为130km、175km、1km、150km。

在图3的基础上，在电源中性点接入一个电感线圈，其他参数不变，可得到中性点谐振接地系统仿真模型。两种系统发生单相接地故障时的波形结果如图4、图5所示。对比分析波形可知，当单相接地故障的暂态过程结束后，中性点不接地系统的故障点接地电流幅值在29A左右，中性点谐振接地系统则在4A左右，学生由此可以非常直观地感受到，消弧线圈的补偿效果十分明显。

另外在图3模型的基础上，稍加改进还可以模拟同相两点接地故障、间歇性单相接地故障等，不赘述。

5 结语

经过几轮的教学实践，取得良好的教学效果。有学生毕业后在企业从事值班电工工作，反映“电力系统中性点运行方式”的基本知识与技能，给供配电系统的安装、调试、运行与维护等工作打下了扎实基础。教学中的几点心得体会是：

①基本概念很重要。对于学生来说，概念清晰了，在从事安装、调试、运行与维护等实际工作时，可做到“知其然，知其所以然”，避免很多操作失误。对于教师来说，要努力让学生建构起正确的、清晰的概念，避免让模糊的，甚至错误的概念占据学生的大脑。逆向教学法创始人钟道隆将军认为“基本概念管用一辈子”，笔者深以为然。

②教学中应注意结合最新的国家或行业技术标准。譬如GB/T50064-2014《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合设计规范》已于2014年3月公布，2014年12月实施，这就要求教师与时俱进，及时学习，在课程教学中向学生宣贯。

③永远不要忘记MATLAB。这是国外高校的一句流行语，笔者深以为然。目前MATLAB在国内本科电类专业教学中的应用已经很普遍，在高职电类专业教学中的应用还不多。笔者坚信，在可汗学院、翻转课堂、云书包、微课、慕课……等教育新生事物层出不穷的环境下，随着工业4.0时代的来临，MATLAB在高职电类教学中的应用会越来越广泛。

参考文献：

[1]教育部职业教育与成人教育司.高等职业学校专业教学标准（试行）――制造大类[M].北京：中央广播电视大学出版社，2012.

[2]刘介才.工厂供电[M].三版.北京：机械工业出版社，2014.

[3]陈珩.电力系统稳态分析[M].三版.北京：中国电力出版社，2007.

[4]王厚余.建筑物电气装置600问[M].北京：中国电力出版社，2013.

[5]《钢铁企业电力设计手册》编委会.钢铁企业电力设计手册（上册）[M].北京：冶金工业出版社，1996.

[6]要焕年，曹梅月.电力系统谐振接地[M].三版.北京：中国电力出版社，2009.

[7]平绍勋，周玉芳.电力系统中性点运行方式及运行分析[M].北京：中国电力出版社，2010.

[8]王常余.电气接地防雷190问[M].上海：上海科学技术出版社，2009.

[9]郑剑，张澧生，张华.项目比较教学在变频器课程中的应用[J].中国教育技术装备，2015（12）：111-113.

[10]胡春玉.浅谈我国电力系统中性点的运行方式[J].价值工程，2014（04）：58-59.

[11]王建华.电气工程师手册[M].三版.北京：机械工业出版社，2006.

电气工程概念篇7

关键词：概念教学；前认知；问题链；对比；建构

文章编号：1008-0546（2015）07-0042-03 中图分类号：G633.8 文献标识码：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2015.07.014

一、背景分析

化学概念是将化学现象、化学事实经过比较、综合、分析、归纳、类比等方法抽象出来的理性知识，反映着化学现象及事实的本质属性。化学概念教学的效果如何，直接关系到学生对化学知识的认知程度。受知识本位的影响，实践中存在压缩概念形成过程教学的“重结果、轻过程”倾向。有人把化学概念比作一把锁，而教师的教学方式就是一把钥匙，契合的钥匙能把锁打开，如果钥匙错了，又断在锁里，就很难再打开这把锁了[1]。建构主义主张，学习是学习者运用自己的已有经验去主动而积极地建构对自己富有意义的内部心理表征的过程[2]。可见，学习者总是在已有知识基础上进行感知和加工活动，化学概念的形成需要已有知识的参与，这些已有的前认知能够帮助学生建构化学键的有关概念。在学习化学键有关概念之前，经过初中化学学习，学生知道物质是由分子、原子、离子构成的，也知道Na+和Cl-相互作用形成氯化钠；经过必修1学习，学生已了解电解质的概念，在氧化还原反应学习中已初步认识钠与氯气反应、氢气与氯气反应的微观过程。

二、案例描述

片段一：感知化学键的存在

学生活动：观看实验视频――用一套简易装置检测氯化钠固体的导电性，发现灯泡不亮，当把氯化钠加热到熔化时灯泡变亮。

教师：为什么氯化钠固体不能导电而经高温熔融的氯化钠能导电？

学生：氯化钠固体中钠离子和氯离子之间存在一种作用，使钠离子和氯离子不能自由移动，因此氯化钠固体不能导电。这种作用在高温熔融时被破坏，钠离子和氯离子能够自由移动，因此液态氯化钠能导电。

学生活动：用球棍模型搭建氯化氢分子、氢分子、水分子

教师：2个原子模型是怎样结合在一起的？对于真实的氯化氢分子，氢原子和氯原子又是怎样结合在一起的？

学生：通过小棍将模型结合在一起，真实的分子中也应该存在一种作用。

片段二：利用问题链引发思考，构建离子键、共价键概念

问题1：为什么液态（熔融）氯化钠能导电，而液态氯化氢不能呢？

学生：氯化钠由离子构成，氯化氢由分子构成。液态氯化钠中存在自由移动离子，而液态氯化氢中没有离子。

问题2：为什么由钠元素和氯元素化合成的氯化钠是由离子构成的，而由氢元素和氯元素化合成的氯化氢不是由离子构成的？

学生：因为原子结构不同。

问题3：钠原子、氯原子、氢原子怎样才能达到稳定结构？

学生：钠原子易失1个电子，氯原子和氢原子易得1个电子。

问题4：当钠原子和氯原子相遇时会怎样？用原子（离子）结构示意图表示出来。

学生：钠原子将最外层的1个电子转移给氯原子，分别形成钠离子和氯离子。

问题5：在氯化钠中，钠离子和氯离子之间通过什么作用结合？

学生：带正电荷的钠离子和带负电荷的氯离子之间有吸引作用，原子核之间、电子和电子之间有排斥作用。

问题6：在钠原子和氯原子形成氯化钠的过程中，什么电子发生变化？

学生：最外层电子。

学生活动：在小白板上用彩色小磁铁代表最外层电子，通过小磁铁的移动表示出钠原子将电子“给”氯原子然后二者形成离子的过程（图1）。

问题7：在氯化氢中，氢原子和氯原子怎样结合成氯化氢分子？

学生：氢原子、氯原子都不易失电子，二者通过共用电子对结合。

学生活动：在小白板上用彩色小磁铁代表最外层电子，通过氢原子、氯原子之间2个小磁铁的“组对” 表示氯化氢分子的形成过程（图2）。

问题8：在氢气中，氢原子怎样结合成氢分子？

学生活动：在小白板上用彩色小磁铁代表最外层电子，通过氢原子之间2个小磁铁的“组对” 表示氢分子的形成过程（图3）。

问题 9：氯化氢分子和氢分子中两个原子间的一对“小磁铁”是否在正中间？

学生：氢分子内的共用电子对应该在正中间，而氯化氢分子内不是。

问题10：氯化镁中含什么键？水中呢？为什么氯化镁和氯化钠中离子个数比不同、水分子和氯化氢分子中原子个数比不同？

学生活动：用小磁铁表示最外层电子模拟氯化镁和水分子的形成过程

片段三：拓展提升，构建整体概念框架

教师：对比水分子分解和水蒸发过程中微粒的变化情况，结合两个变化条件的不同进行分析，能得出什么结论？

学生：水分子分成氢原子和氧原子时共价键被破坏需要吸收能量，水蒸发时水分子没变，分子间距离变大，也需要吸收能量，说明分子之间也存在某种作用，但通过数据对比发现这种作用较化学键要弱。

三、案例反思

1. 利用前认知建构新概念

奥苏贝尔在《教育心理学：一种认知观》的扉页写道：“如果我不得不把教育心理学的所有内容简约成一条原理的话，我会说，影响学习的最重要内容是学生已知的内容。”而概念的形成，一般总是从感知具体的物质和现象开始，从运用已经获得的知识开始，在教师的引导下，经过从已知到未知、由表及里、由感性认识到理性认识的过程，去把握有关的理论知识概括，形成概念[3]。鉴于学生在必修1学习过电解质的概念，同时基于学生的思维习惯――从宏观感性角度看问题，案例中从感知具体的现象“液态氯化钠能导电而液态氯化氢不导电” 开始，利用液态（熔融）氯化钠能导电而液态氯化氢不导电的实验，制造认知冲突，拓展学生微观角度的认识，引导学生建立宏观与微观的联系。然后利用已经获得的知识“氧化还原反应中钠与氯气反应、氢气与氯气反应微观过程”，在教师的引导下，通过对具体现象“液态氯化钠能导电而液态氯化氢不导电” 的微观分析，由表及里，认识两种物质结构上的不同，然后进行概括得出离子键和共价键的概念，建构新的知识结构。

2. 采用问题链驱动深思考

问题是思维的动力，是保证学生深层次认知参与的核心。问题链是实现教学目标的程序，也是教师引导学生思维的策略。化学概念的形成过程，实际上是问题解决的过程。在问题解决过程中，学习者需要主动调用已有知识经验，并将相关信息和原有的知识图式有机结合以寻求最佳的问题解决方法，在问题解决的同时，学习者的认知图式也进行了重构[4]。本节课将核心概念离子键和共价键的理解转化为问题链，以问题为主线引领学生主动思考。低起点、小台阶，利用层层递进的问题帮助学生经历知识的形成过程，给学生打开思维的钥匙，引导学生在分析和解决问题的过程中去逐步认识、体验、感悟氯化钠和氯化氢分子形成过程的不同，再通过分析概括构建离子键和共价键的概念。然后通过对氯化氢分子和氢分子内共用电子对位置的比较，形成极性键和非极性键概念。

3. 借助小模型获得微体验

化学键概念内容抽象，根据高一学生的心理特点，他们虽具有一定的理性思维能力，但抽象思维能力较弱，还是易于接受感性认识。教学中，将微观问题宏观化、将抽象问题形象化尤为重要。本节课教学中，通过搭建分子模型利于学生形象感知“原子间是通过某种作用结合成分子”；用彩色小磁铁代表电子形象直观，通过对小磁铁的移动和组合，学生能体验到离子键和共价键的不同形成过程，体验到极性键和非极性键中共用电子对是否偏移，还能体验到在不同物质中离子或原子个数比不同的原因，通过体验促进概念的建构。另外，虽然整节课看似没有出现化学键的符号表征即电子式的概念，但在用小磁铁模拟电子的活动中学生其实已理解其实质，只差捅破一层窗户纸，下节课电子式的学习将是水到渠成的事。

4. 通过对比法形成真认知

化学概念教学过程的实质就是一种知识结构的形成。如果把教学比作电影拍摄，教材只是演出的脚本，成功的演出往往要在脚本的基础上进行“再创作”。调整、改造、扩充教材的过程，也就是教师“再创作”的过程。对于化学键这节内容，一般习惯于先学习离子键及其表示方法，第2课时再学习共价键。实践发现，这种课时划分经常出现这样的现象：在第1课时学生看似基本掌握了离子键概念及有关电子式的书写，但在第2课时学完共价键之后，却常常把两种化学键混淆，尤其在电子式书写中表现较为突出，常常辨不清究竟该怎样写。出现这个现象的原因在于前一课时只孤立地学习了离子键，部分学生只是机械模仿氯化钠电子式的书写，并没有深入分析思考对概念形成真正认知。本节课大胆突破传统的课时划分，将离子键和共价键概念教学放在一节课，而将电子式的书写放到下一课时，一方面将难点分散，更重要的是对比学习利于学生对化学键概念的整体建构，防止因孤立学习出现伪认知现象。从感知化学键的存在，到对“为什么液态氯化钠能导电而液态氯化氢不能导电”的微观辨析，在概念形成与发展过程中一直采用对比的方式，这种对比方式能够激发学生深层次的思维，避免简单机械的模仿。将既有联系又有区别的两个概念进行对比，可以帮助学生弄清离子键、共价键两个概念的异同，有助于突出概念的本质特性。在构建极性键和非极性键概念时，也采用对比的方法，通过比较氯化氢分子和氢分子内共用电子对的位置是否相同，达到概念建构的目的。然后通过氯化镁和氯化钠形成的微观过程、水分子和氯化氢分子形成的微观过程的对比探究活动，帮助学生理解不同元素的原子之间按照不同个数比结合的原因。最后通过对水分子分解及水蒸发变化中的粒子变化情况和吸收能量的数据对比，认识化学键和分子间作用力的联系和不同。

化学概念能深刻反映化学过程的最本质的特征，重视与加强基本概念的教学，是提高化学教学质量的关键[5]。让我们努力寻找合适的“钥匙”，开启每一把概念学习之“锁”！

参考文献

[1] 倪娟.论基于学科观念的化学概念教学[J].化学教育，2014，（1）

[2] 汪凤炎.教育心理学新编[M].广州：暨南大学出版社，2006

[3] 刘知新.中学化学教材教法[M].北京：北京师范大学出版社，1983

[4] 任红艳.化学问题解决及其教学的研究[M].北京：高等教育出版社，2008

电气工程概念篇8

关键词：电气控制与PLC;微课;教学资源科建设

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2015.21.202

1 引言

电气控制与PLC课程是我国高等教育中机电、电气类专业的主干课程和核心课程。该课程是一门集理论与生产实践于一体的课程。 本课程主要有两个部分电气控制与PLC编程控制组成，学习的知识点多且复杂。后面学习的内容和前面的知识点联接紧密，要求学生学习时要上课认真听讲，课后认真复习。课程在理论教学方面的概念特别是PLC编程部分的教学较为抽象枯燥（需要老师详细讲解），在实践教学方面又需要学生极强实践操作和动手能力（需要有较为详细的操作演示）。因此，本课题组早在2008年初就完成了相关精品课程的建设。但是经调查研究发现精品课程的使用率不高，每周精品课程的访问率不到10%，甚至有12.6%的学生一个学期访问精品课程的次数不高于10次，精品课程的使用基本集中在本校教师之间。我们通过问卷调查和访谈的形式发现现存的精品课程网站存在着：时间长、重点分散、缺少互动等缺点。学生往往很难找到自己需要关心的某个问题的相关资料。譬如：单相电机正反控制的问题，学生可能需要从电机的原理、电机的构造等基本概念开始查阅。如何真正的有效的完成电气控制与PLC课程微课程建设？如何让建设完成的电气控制与PLC课程资源库真正为学生服务、提高教学效果？针对以上问题，本课题组基于微课的理念，对电气控制与PLC课程的教学资源库进行了开发和建设，对教学资源进行了重新分解和整合。并基于混合学习模式进行电气控制与PLC微课程建设与课堂教学改革。

2 共享教学资源库建设

如图1，在教学资源库建设的过程中首先，进行与现实课堂的整合。在扎根现实课堂教学的基础上，对学生进行需求分析，结合教学任务需求，确定学习内容，初步构建微课程资源库基本框架，以及进行课程项目任务、知识要点的划分，将“大型”的任务和“项目”切割成小模块。其次，针对课程项目任务以及各个知识要点展开一系列完整的教学设计。其中包括情景分析、核心概念、概述解释、总结、反思。并采用录屏、实拍视频、二维、三维、Html 页面等方式完成微课程视频制作。接着完成与之相呼应的教学支持服务平台。教学支持服务包括学习辅助工具、支架与路径、同步与异步讨论与协作、不同层次的练习与反馈及相关的学习资源。完成与微视频相对应的教案、课件、练习。最后进行教学评价、反馈。其中包括学生的学习分析与教师的教学反思。通过反思和评价不断的对资源库进行修整和补充。

在建设的过程中，为了避免资源的浪费，加工改造原有电气控制与PLC院精品课程以及机电一体化教学资源库，使其符合“微课”的特点。对原有建成的教学课例库、教案库、课件库、题库等按“微课”的要求进行切片加工、重组整合和二次开发，通过该方法既可以发挥原有各类资源库的教学价值，同时还可在短时间形成一定规模数量的“微课”资源库。譬如：三相电机的降压启动控制这一小节的内容，我们将其分解成三相电机降压启动控制、三相电机自耦降压启动控制、三相电机串电阻启动控制。将原本45分钟的内容分解成15分钟。并配套相关视频指导和相关教学课件与课堂练习。在资源库的建设中，为了增加互动，提高学生的学习积极性，在资源库别开设了学生作品展示交流栏目，在这个栏目中将展示学生的优秀作品。通过优秀作品的展示交流，在一定程度上激励学生学习的积极性。我们已经开展了一次学生实操的微视频制作大赛，由学生自己动手操作、自己拍摄、自己后期处理、自己投票的方式，让学生体会动手操作、自主学习、作品分享的乐趣。通过这次比赛，发现学生的学习热情空前高涨。在资源库建设的后期，我们将会以分组提交操作视屏的方式进行作业的提交。在此基础上，完成学生实操视频库。整理出优秀实操作品以及常见错误操作案例。

3 小结

通过基于微课的电气控制与PLC课程共享教学资源库建设通过合理的资源分解整合很大程度上避免了原有网络资源的浪费，并通过增加互动的方式，提高学生的学习积极性，大大的提高了网络资源的使用率。

参考文献：

[1]潘芳伟.CEC-CDIO模式下电气控制与PLC课程教学改革与实践 [J].中国外资，2013（20）.

[2]胡铁生.“微课”：区域教育信息资源发展的新趋势[J].电化教育研究，2011（10）.

[3]潘芳伟.中高职一体化电气控制与PLC课程教学的探讨[J].科技资讯，2013（20）.

项目支持：2014年浙江省教育厅一般科研项目项目编号Y201432223

项目支持：2014年度浙江省高等学校国内访问工程师项目

项目支持：2015年浙江省教科规划课题项目编号2015SCG079

项目支持：2015年度浙江省教育技术研究规划课题研究成果