燃氣輸配課程教學改革與實踐*

張鵬　吳曉南　裴桂紅　馬紅艷（西南石油大學　土木工程與建筑學院，四川　成都　610500）

燃氣輸配課程教學改革與實踐*

張鵬吳曉南裴桂紅馬紅艷
（西南石油大學土木工程與建筑學院，四川成都610500）

摘要：燃氣輸配是建筑環(huán)境與能源應用工程專業(yè)的核心課程，結合西南石油大學土建學院情況，針對燃氣輸配課程教學的局限性，對教學內(nèi)容、教學方法及手段改革與實踐進行了探討。

關鍵詞：燃氣輸配；教學改革；虛擬仿真

Abstract:Gas transportation and distribution is the core course of building environment and energy application engineering specialty. Based on the situation of civil engineering in Southwest Petroleum University and in view of the limitations of gas transmission and distribution, this paper discusses the reform and practice of teaching content, teaching methods and means.

Keywords:gas transportation; teaching reform; virtual simulation

我校建筑環(huán)境與能源應用工程專業(yè)2001年開設，下設“城市燃氣工程”和“供熱通風與空調工程”兩個方向。其中，“城市燃氣工程”方向是本專業(yè)的特色與優(yōu)勢。燃氣輸配是建筑環(huán)境與能源應用工程專業(yè)的主干專業(yè)課程，設置的目的是培養(yǎng)學生的工程設計和管理能力。通過課堂教學等環(huán)節(jié)，使學生系統(tǒng)掌握燃氣輸配系統(tǒng)的構成和基本理論、城市燃氣管網(wǎng)水力計算與工況分析，了解各種常用設備的工作原理及設備選擇依據(jù)，培養(yǎng)學生能夠進行城市燃氣管網(wǎng)規(guī)劃設計、燃氣輸配系統(tǒng)的設計，以及燃氣輸配工程施工、管理的能力。研究和探討燃氣輸配課程教學改革，進一步提高教學質量、提升畢業(yè)生的專業(yè)技術素養(yǎng)已成為必然選擇。

一、目前教學中存在的問題

（一）教材建設不足

目前燃氣輸配教材存在一定問題，如內(nèi)容落后，新技術、新理論偏少，與工程實踐聯(lián)系不緊密，某些章節(jié)部分內(nèi)容不夠全面和深入，某些設計規(guī)范中的重要條文未做介紹；計算例題不夠多；某些章節(jié)計算方法不詳細，計算公式偏少等。管網(wǎng)優(yōu)化、模擬理論及技術是現(xiàn)在管網(wǎng)規(guī)劃設計、運行管理的重要手段，教材基本未做介紹。用氣量預測、儲氣量模擬計算、管網(wǎng)流量分配計算、管網(wǎng)水力計算、水力工況分析計算等內(nèi)容側重基本原理，與實際工程差別較大；計算例題與工程實際脫節(jié)，難以達到工程訓練的要求。行業(yè)法律法規(guī)、設計規(guī)范等介紹甚少，部分章節(jié)未引用最新版本的相關規(guī)范。教材是學生學習重要的工具，系統(tǒng)性強、結構嚴謹、體系完整、內(nèi)容全面、理論聯(lián)系實際的教材對教學的促進作用是不言而喻的，而內(nèi)容不全，知識陳舊，不能反映新理論新技術的教材會影響教學效果。

（二）教學方法單一

現(xiàn)在燃氣輸配一般采用講授法作為主要的教學手段，教師滿堂灌，往往講得熱火朝天，學生側耳聽，通常聽得昏昏欲睡。教師抱怨學生聽課不認真，學生反映教師講課不生動。教與學都達不到應有的效果。

（三）教學手段落后

多媒體具有圖、文、聲并茂甚至有活動影像的特點，是課堂上常用的教學手段，但是通常情況教師僅使用其中的幻燈片功能，把教材搬到屏幕上，最多加一些動畫來體現(xiàn)教師的講課思路，或者補充一些圖片，把多媒體設備當作圖片播放器。落后的教學手段很難提起學生的興趣，使得學生在課堂上始終保持思維的活躍性，自然影響教學效果。

二、教學內(nèi)容改革

（一）明確學習目的與要求

以強化學生工程設計能力和培養(yǎng)管理能力為目的，確定燃氣輸配課程的學習目的與要求為：了解燃氣管網(wǎng)運行的基本規(guī)律；了解管材及附屬設備；能夠進行用氣量、儲氣量、管道流量等計算；理解水力計算原理、方法；能夠進行枝狀管網(wǎng)、環(huán)狀管網(wǎng)的計算；理解“事故工況”的概念，了解管網(wǎng)運行的水力工況變化規(guī)律；掌握調壓、計量、儲存的基礎知識；能夠進行相關的設計，包括管網(wǎng)及站場。

（二）優(yōu)化課程體系

根據(jù)學習目的與要求，優(yōu)化教學內(nèi)容和課程體系，舍棄與學習要求聯(lián)系疏松的章節(jié)，按照學習目的與要求對授課內(nèi)容重新編排和整理，打破章節(jié)限制，將內(nèi)容分類講授。去掉了長距離輸送系統(tǒng)、管網(wǎng)的技術經(jīng)濟計算、CNG供應、LNG供應、LPG供應等章節(jié)。燃氣用戶與燃氣需用量、管段小時計算流量、儲氣量、枝狀管網(wǎng)流量分配、環(huán)狀管網(wǎng)、室內(nèi)管網(wǎng)流量計算等關于流量的內(nèi)容集中講解，以便于對比分析，加深理解。將枝狀管網(wǎng)、環(huán)狀管網(wǎng)水力計算原理一起講解，將這兩種管網(wǎng)的水力計算方法及步驟一起講解，有利于學生對比理解這兩種管網(wǎng)的水力特征，并掌握其水力計算過程與步驟。將高壓儲罐、高壓管道、長輸管道末端等高壓儲氣設施的儲氣原理及儲氣容積計算方法集中講解，并引申出來教材未提及的高壓鋼瓶、高壓儲氣井，指明其工作原理一樣，計算思路相同，起到觸類旁通的作用，也避免重復講解，節(jié)約了課時。通過對課程體系和教學內(nèi)容的優(yōu)化，教材內(nèi)容變得調理清楚，簡潔明了，既易于掌握，又易于復習。

（三）適當補充教材內(nèi)容

補充了燃氣輸配工程建設項目概況，用氣量預測計算方法，周調峰儲氣容積計算，環(huán)網(wǎng)流量分配計算方法，變工況管網(wǎng)水力工況分析實例，場站設計實例、管網(wǎng)規(guī)劃實例、管網(wǎng)完整性管理概況等內(nèi)容，并按照行業(yè)現(xiàn)行法律法規(guī)、設計規(guī)范補充修改了教材相關內(nèi)容。

三、教學方法和手段改革

（一）綜合應用多種教學方法

改變“講聽式”的教學模式，運用啟發(fā)式教學法、研討問題教學法、直觀演示教學法、自主學習法、案例教學法等多種教學方法，與講授法緊密結合，融為一體，充分發(fā)揮學生的主體作用，培養(yǎng)學生研究和創(chuàng)新能力。

（二）積極應用對比式教學

燃氣輸配課程很多內(nèi)容可以采用對比式的教學方法。如室外和室內(nèi)管道小時計算流量方法對比、枝狀管網(wǎng)和環(huán)狀管網(wǎng)水力特征對比、枝狀管網(wǎng)和環(huán)狀管網(wǎng)水力計算原理對比、枝狀管網(wǎng)和環(huán)狀管網(wǎng)水力計算方法及步驟對比、枝狀管網(wǎng)和環(huán)狀管網(wǎng)變工況分析對比、高壓儲罐與低壓儲罐工作原理對比等。對比式教學可以讓學生清楚地看到各對比內(nèi)容之間的差別，加深對內(nèi)容的理解。

（三）充分利用虛擬仿真技術

了解管網(wǎng)運行規(guī)律,變工況下能夠判斷水力參數(shù)的變化趨勢是燃氣輸配課程的教學目標之一，傳統(tǒng)教學方式難以簡潔直觀地全面展示城市管網(wǎng)的運行規(guī)律和工況變化過程及相關設備、站場工作原理、工藝流程等，借助虛擬仿真手段可有效解決這一問題。燃氣管道仿真是對管道系統(tǒng)的特性進行描述的一種手段，它是通過計算機程序來完成的。它可自動地將系統(tǒng)的壓力、流量與管線各截面的流動特性聯(lián)系起來，在設計階段用做方案比較和優(yōu)化設計。進行燃氣管道穩(wěn)定流動的模擬時一般在幾秒或幾十分鐘內(nèi)就可知道整個管網(wǎng)及各分氣點的壓力、流量、溫度等參數(shù)，非常適合在設計中用來確定方案、進行水力計算、分析變工況參數(shù)等。目前常采用的管網(wǎng)仿真模擬軟件有英國ESI公司的PIPELINE STUDIO TGNET、美國STONER公司的SPS、由中國市政工程華北設計研究總院與北京賽遠科技發(fā)展有限公司共同開發(fā)的燃氣管網(wǎng)分析軟件GNET等。TGNET和SPS動態(tài)模擬功能強，G-NET靜態(tài)模擬功能強，課堂教學中選擇G-NET做主要模擬軟件。

利用機房安裝的G-NET網(wǎng)絡版，教師完成管網(wǎng)的流量分配、水力計算、工況變化等計算過程，學生可直觀看到計算結果，并進行分析討論。可完成的變工況包括氣源點數(shù)量位置改變、氣源點供氣壓力改變、一個或多個點管徑變化、一個或多個調壓站故障等。教師備課時，要選擇一個合適的工程項目，預先完成水力計算前的準備工作，如管網(wǎng)方案、用氣量預測、儲氣量計算、確定儲配站位置、確定環(huán)流量等，并提前繪制計算草圖。上機時輸入環(huán)流量、管徑等參數(shù)，即可得到相應的水力計算參數(shù)。為了保證上機時能很快計算出結果，該工程項目不能太大，管網(wǎng)也不能太特殊。相比傳統(tǒng)教學方法，引入虛擬仿真手段后，學生對管網(wǎng)流量、管徑、壓力等各水力參數(shù)的變化有了更深的認識，更容易理解管網(wǎng)的基本運行規(guī)律。通過上機及工程實例分析，將傳統(tǒng)教學方法只能完成的定性分析變?yōu)榱硕糠治?，提高了課堂教學效果。

（四）布置課外小組專題學習

任務驅動法是教師給學生布置探究性的學習任務，學生查閱資料，對知識體系進行整理，再選出代表進行講解，最后由教師進行總結。教師布置任務要具體，其他學生要極積提問，以達到共同學習的目的。基于任務驅動法基本理論，布置了布置課外小組專題學習。將全班學生每7～8人分成一個學習小組，在課堂學習的不同階段，根據(jù)課堂內(nèi)容布置多個課外學習專題任務。學習任務以小組為單位，小組全體學生協(xié)同合作，共同完成任務。成果有大作業(yè)、調研報告、方案比選報告、上機計算等多種方式，其中方案比選、水力計算分析等難度較大、工作量較大的任務還需要經(jīng)過匯報才能獲得成績。成績按小組評定，小組每個學生的成績都一樣，課外學習專題任務成績作為平時成績的一部分，計入總成績。任務驅動教學法可以讓學生在完成“任務”的過程中，培養(yǎng)分析問題、解決問題的能力，培養(yǎng)學生獨立探索及合作精神。

四、結束語

燃氣輸配課程經(jīng)過上述教學內(nèi)容、教學方法及手段等方面的改革后，提高了教學質量，增強了學生的工程設計及管理能力，更加符合高等學校建筑工程與設備工程學科專業(yè)指導委員會的培養(yǎng)本專業(yè)需要的復合型工程技術應用人才的要求。

參考文獻

[1]劉新文，黃輝，等.《燃氣輸配》課程教學改革與反思[J].寧波工程學院學報，2014（12）.

[2]王許濤.建筑環(huán)境與設備專業(yè)“燃氣輸配”課程教學研究[J].中國電力教育，2014（3）.

[3]吳曉南，王怡佳，等.虛擬仿真在城市燃氣教學中的應用與實踐[J].石油教育，2013（5）.

[4]譚洪艷，王婷婷，等.《燃氣輸配》課程的教學改革[J].黑龍江科技信息.

中圖分類號：G642

文獻標志碼：A

文章編號：2096-000X（2016）03-0143-02

*基金項目：2013年國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局安全生產(chǎn)重大事故防治關鍵技術科技項目“城市燃氣輸配管網(wǎng)分區(qū)模式下的水力可靠性研究”（部712）資助；2014年西南石油大學青年教師教學研究項目“虛擬仿真實驗在《燃氣輸配》課程教學中的應用探索與實踐”（2014JXYJ-07）資助。

作者簡介：張鵬（1979-），女，西南石油大學土木工程與建筑學院講師，碩士，主要研究方向為城市燃氣工程等。