虚实结合的试验教学平台建设与教学发展关系

1、虚实结合的实验教学平台建设与教学发展关系本文从网络收集而来，上传到平台为了帮到更多的人，如果您需要使用本文档， 请点击下载按钮下载本文档(有偿下载)，另外祝您生活愉快，工作顺利，万事 如意！文章编号：1671-489X (2014) 18-0045-031引言输油管线课是油气储运工程专业的主干课。管线 设计和输送工艺是该课程的核心内容，要求学生掌握 输油管线的设计方法，具备基本的设计能力；掌握管 线运行的基本知识，具备判断并处置各种工况的能力。输油管线课的内容包括固定管线和机动管线两部 分，二者既有相同之处，也有所区别。对于机动输油 管线来说，输油时临时地面铺设，输油任务完成后撤 收。因此，它

2、具有线路状况的不确定性、工艺设计的 快速性、输送设备的通用性以及意外工况处置的特殊 性等特点1。课程的理论课教学，精讲管线输油的基 本原理、工艺设计计算、各种工况的分析判断方法等 内容，通过课程设计、实验、实习巩固所学的理论知 识、分析方法，并探讨研究尚无定论的问题。几年的 实践表明，课程理论教学与课程设计、实验、实习相 结合，是提高教学质量的有效途径。2实践教学分析输油管线课实践教学的内容比较丰富，包括针对 管线工艺的课程设计、管线输送的各种实验（沿程摩 阻实验、水击实验、输送工况实验、排空实验、不满 流实验等）、输油设备的操作实习、管线输送的综合实 验等。课程设计是由教师给学生提供基础数据

3、，学生运 用所学过的知识，独立完成一条机动管线的设计计算， 提交设计图纸和计算说明书。各种实验的组织方式依 实验本身的性质不同而异，有所不同，有些安排在课 程教学中进行，有些则安排专门的实验课。设备操作 实习、管线输送综合实验安排集中周实施。本课程实践环节内容多，学时较少。2008年之前, 实验条件主要是实际设备和属于物理模拟的管线系 统，实践教学的效果不够理想。属于验证性、演示性 的实验（比如管线沿程摩阻、不满流实验），能够达到 教学的要求；对于设计性、研究性实验，由于实验准 备工作多、时间长，实验的效果难以完全达到要求； 用实际管线设备进行的综合性实验，学生分布在不同 的岗位，许多实验过程

4、没有实际体会，能力的锻炼有 局限性；创新性实验只是极少数学生有可能在课外进 行。分析实践教学状况，可以看出：验证性、演示性 实验在实践教学中扮演主要角色；设计性、研究性实 验没有得到足够的重视，停留在传统的方法上；创新 实验还不利于培养学生的创新意识和创新能力；综合 性实验更多的是形式，研究得不够。3实验教学平台建设2-5按照虚实结合、互为补充、综合运用、注重创新； 的实验教学理念，经过多年的建设，构建了虚实结合 的实验教学平台（图1）。一是采用物理模拟的手段，建设了一条长度为 km的小口径管线系统，设置多个调速泵站，工艺流程 与实际管线相同。既可用水代油进行实验，以节约实 验经费、便于管理、

5、确保安全，又能用实际油品实验， 进行输油工况特别是不同油品的顺序输送研究。建设 了一个供油装备性能检测实验室，能够进行各种输油 设备、器材、仪表的性能实验。二是运用模拟仿真技术，构建机动管线模拟训练 系统。将管输动态分析运用于输油模拟实验，真实反 映管线系统流动状态变化的全过程，开发了工艺设计、 输油仿真、调度指挥、泵站监控等软件。可以根据需 要设置不同长度、不同起伏状况的虚拟管线，进行各 种工况的模拟实验。建设了油料器材、设备仿真实验室，构建了仿真实验平台，开发了软件，为学生提供 了学习、研究和创新的环境。三是研制了以机动管线制式输油设备为原型的输 油泵机组、供油泵机组半实物模拟器。模拟器仪

6、表、 指示灯、操作手柄的布局与实物相同，所有操作与实 物一致，既能够进行输油泵机组、供油泵机组的使用 操作训练，又能与模拟软件构成完整的模拟实验管线 系统，进行输油调度、情况处置的实验。四是配齐了能够铺设10 km管线，开设四个泵站、 两个计量站的机动管线管子、器材和设备，为学生进 行综合输油实践提供了物资基础。4教学实践2009年以来，在教学实践中运用已建成的实验教 学平台，对输油管线系列课程的实践教学进行改革与 探索，取得较好的效果。用虚拟管线对课程设计进行优化课程设计阶段, 学生分成若干个小组，35人为一组，教师给学生提 供课程设计的基础数据。先由学生独立完成一条机动 管线的有关计算、流

7、程设计、泵站布置、排空设计等, 形成初步设计方案和设计说明书；再分组将每人所设 计的机动管线系统按照设计参数构建虚拟管线，进行 计算结果的验证和设计方案优化，讨论并找出设计中存在的不足和问题；第三步是每位学生修改完善自己 的课程设计。此做法既加深了学生对管线设计内容的 理解，熟练掌握设计方法，又学会了利用计算机软件 进行输油管线设计的方法。用物理模拟系统进行输油设备性能实验一是结合理论课的教学进度，分别进行管线输油 的有关单项实验。比如利用小口径管线系统进行管线 沿程摩阻、开式和闭式输送方式等验证性实验，长陡 下坡线路不满流、气顶液排空等演示性实验等。利用 供油装备性能检测实验系统，进行阀门流

8、通能力、流 量计检测精度等实验。在进行验证性、演示性实验的 过程中，使学生学会实验设备、仪器的使用，熟练掌 握实验方法，能够进行实验数据的处理。二是进行管线输送的综合实验。综合实验分组进 行，810人为一组，学生担任不同的角色、岗位轮 换进行实验。按照管线输送的程序，主要进行管线充 油、输送、典型工况变化、停输、排空的实验，人为 造成输送过程中管线水击、位置固定的线路泄漏等实 验。每组学生实验前提出实验方案，在教师指导下进 行实验。用模拟器进行输油设备的操作训练 机动管线 泵机组由发动机驱动，输油中采用改变泵转速的方法进行输油压力调节，泵机组的操作水平直接影响管线 输送的稳定性和安全性，因此，

9、学生应当熟练掌握泵 机组的操作。实物操作练习的效果好，但准备时间长、 油耗高、易损坏设备和仪表，且受天气、场地等条件 限制，训练效益较低。泵机组模拟器（图2）研制成功后，在教学实施时，先让每个学生在模拟器上进行 操作练习，操作熟练后再动用实物练习。这种虚实结 合的操作训练，有效地增强了训练效果，节省了经费。用管线模拟系统进行输送工况实验利用小口径管线系统进行管线输送实验，虽然可以使学生掌握管 线输送的基本情况，巩固理论课学过的知识，提高学 生的动手能力，但是该管线系统站距较短，远小于实 际管线，所输送的液体不可压缩，压力波沿管线传播 的时间与实际管线相差较大，因此，管线输送中的特 殊工况（比如

10、最常见的线路任意位置泄漏）在物理模 拟系统中难以进行实验。构建包括泵站监控、输油调度、系统仿真、训练 考核等软件和泵机组模拟器的机动管线模拟训练系统（见图3）,采用真实的数据构建虚拟管线，设置虚拟 情况进行与实际相同的输送作业，进行各种输送工况 的实验。学生810人为一组，其中两人担任输油调 度，负责设置实验工况，其他人在不同岗位进行操作， 学生岗位轮换。学生也可以利用软件，独立进行管线 输送的计算机模拟训练。学生可以应用管线模拟系统， 探讨所感兴趣的问题，验证学过的输油工况变化规律、 运行自己编写的有关计算机程序。实物实验、模拟实验互为补充，克服了以短管线 代替长管线实验所造成的数据失真问题

11、，泵站操作和 输油调度紧密结合，训练与实操无缝衔接，提高了实 验的针对性、有效性。用机动管线输油装备进行综合实验实物综合实验单独安排，集中一周的时间进行，重点练习管线各 种地形的铺设、穿跨越障碍、泵站开设和输送中的配 合作业；检验课程理论教学、实践教学的学习情况， 运用所学知识解决实际问题的能力；研究、探讨管线 输送中出现的新情况、新问题；学习新研装备、新开 发软件的使用。用虚实结合的实验平台开展创新实验在教学的各个环节，始终注意培养学生的创新意识、创新精神 和创新能力。在理论教学中，把不同的学术观点介绍 给学生，鼓励学生发现问题、提出问题、解决问题； 实践教学中，鼓励学生在完成必须完成的实验

12、任务的 基础上，利用各种实验条件，进行探索实验、创新研 究，并取得明显的成效。比如，利用供油装备性能检 测实验系统，填补了多项国外引进油料器材的性能参 数；进行了新研输油器材的探索实验，为确定其技术 指标提供了数据支撑。利用油料器材、设备仿真实验 系统，针对阀门的现场维修，提出了改进方案；对水 底裸管铺设穿越河流进行模拟仿真，提出了新的稳管 方法，获国家发明专利；利用管线模拟仿真系统，提 出了不同口径机动管线配合使用的技术方案。创新实验除了在课内安排一些学时外，更多的是 学生利用课外时间进行实验。在教师的指导下，单个 学生独立实验或兴趣小组专题实验，课外实验要提前 预约。几年的教学实践表明，这种实践教学方法对激 发学生学习的热情、探索的欲望，提升创新的信心和 勇气，培养严肃的工作态度、严谨的工作作风，提高 创新能力有显著的作用。5结语虚实结合的实验教学平台，将流体机械、检测技 术、计算机模拟仿真等融为一体，充分发挥实物实验、 虚拟实验各自的特点和优长，互为补充，为实践教学