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關鍵詞：信息化教學；網(wǎng)絡信息技術；電氣工程基礎；課程教學

中圖分類號：G71 文獻標識碼：A

文章編號：1009—0118（2012）10—0036—02

電氣工程基礎課程是根據(jù)1998年國家教育部頒布的本科專業(yè)目錄的指導思想——以強電為主、強弱電結合，按電氣工程及其自動化專業(yè)寬口徑培養(yǎng)目標的要求而設置的一門專業(yè)偏基礎課程。在該課程中幾乎涵蓋了有關電氣工作的所有基本概念、原理和方法，與電氣工程的各個方面均息息相關。隨著網(wǎng)絡信息技術的不斷發(fā)展，各大院校應充分利用現(xiàn)代教育技術，運用先進的信息化教學方式改善傳統(tǒng)教學模式中的不足，以此提高電氣工程基礎課程教學效率。

一、電氣工程基礎課程的特點及教學現(xiàn)狀分析

電氣工程基礎課程的特點為：其一，課程涉及的知識點多。課程內容包括發(fā)電、輸電、配電、用電等各個方面的知識，每一章都是一個嶄新的內容，并涵蓋大量的理論知識點，增加了“教”與“學”的難度；其二，電氣工程基礎課程是基礎課與專業(yè)課的過渡課程，在教學過程中必須強化學習方法的指導和工程實訓環(huán)節(jié)。

由于電氣工程基礎課程具備以上兩個特點，所以對課程教學質量和效率提出了更為嚴格的要求。但是在傳統(tǒng)教學模式下，電氣工程基礎課程的教學現(xiàn)狀不容樂觀，主要存在以下問題：首先，理論教學與實踐教學相脫節(jié)。由于課程設置的教學學時數(shù)有限，即使教師在課堂教學中采用多媒體輔助教學，也無法全面講授知識點以及與電氣工程實踐相聯(lián)系，所以致使學生在課堂學習中，難以消化和理解較為抽象、深奧的理論知識；其次，課程教學沒有把握住重點，學生始終處于被動接受知識的學習狀態(tài)，導致學生對本課程的學習積極性不高，甚至跟不上教師的授課進度，加之教師缺乏對學生必要的課后復習指導，從而造成電氣工程基礎課程教學效率偏低；再次，課程教學方法單一、教學手段落后，沒有將現(xiàn)代化的網(wǎng)絡信息技術應用于教學實踐中，導致教學效果完成依賴于教師的教學水平和教學態(tài)度。

二、信息化教學的優(yōu)勢

（一）信息化教學具備開放性的優(yōu)勢

信息化教學不僅僅局限于課堂教學上，使其具備較強的開放性，主要表現(xiàn)在以下兩個方面：首先，開放課程資源，使學生通過網(wǎng)絡平臺進入教學資源系統(tǒng)，可以隨時進行課程學習。同時，在教學資源系統(tǒng)中存儲了大量的仿真實驗、演示實驗、虛擬實驗等實驗教學信息，可以供學生自主選擇學習，彌補課堂教學中的知識缺失，拓展學生的知識視野；其次，信息化教學方式是一個開放的課程建設平臺，不僅可以為學生提供充足的數(shù)字化資源，還可以有效促進產(chǎn)、學、研三者相結合，提高教師隊伍的綜合素質。

（二）信息化教學具備創(chuàng)新性的優(yōu)勢

網(wǎng)絡信息化教學資源系統(tǒng)能夠為課程教學提供豐富的教學資源。教師可以根據(jù)課程教學重點與難點，選擇有利于學生發(fā)展的研究專題，讓學生進行課外研究，使課內教學延伸到課外教學。學生在研究專題時，可以充分利用網(wǎng)絡信息資源，充分調動起學生自主探究和自主學習的積極性，有利于培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力和實踐能力。

（三）信息化教學具備建設性的優(yōu)勢

信息化教學以網(wǎng)絡信息技術為支撐，使教學場地和教學時間不受任何限制。由于網(wǎng)絡信息實現(xiàn)了高度共享，所以學生可以學習不同學科、不同課程的知識，豐富學生的知識體系，拓展學生的思維能力，以滿足學生差別化的學習需求，從而使信息化教學更具可持續(xù)發(fā)展性。

三、信息化教學在電氣工程基礎課程教學中的使用

（一）合理運用多媒體教學

現(xiàn)階段，隨著計算機網(wǎng)絡技術的不斷發(fā)展和進步，使得電氣工程基礎教學的內容不再只局限于教材當中，而是要充分地利用多媒體技術來完成教學。在應用多媒體計算機對教學進行輔助時，與教學質量息息相關的是教學軟件。多媒體教學軟件能夠充分地發(fā)揮出多媒體教學的優(yōu)越性，其通過各式各樣、圖文并貌的動畫、音樂、圖形和圖像等，彌補了傳統(tǒng)教學中感性材料不足的缺陷，進一步幫助學生養(yǎng)成了良好的思維能力。利用多媒體中聲音和圖像可以使原本較為抽象的事物，變得更加形象化、具體化、直觀化，并且也在一定程度上激發(fā)了學生的學習興趣。多媒體技術的應用，使教師能夠將一些原本無法用語言描述的重點和難點問題，以生動、形象的方式展現(xiàn)在學生眼前，進而有利于學生對這部分知識的理解和記憶。多媒體最強大的地方就在于其能夠進行一些模擬操作，這樣能夠有效地培養(yǎng)學生的動手實踐能力。由于多媒體的使用完全是教師在控制。為此，在軟件的選取和課件的設計上應盡量貼近教學內容，只有科學合理地使用多媒體技術輔助教學，才能真正達到提高教學質量的目的。

例如，可將發(fā)電機調速器的動作過程、凝氣式火力發(fā)電廠的生產(chǎn)過程、一次設備及二次設備的調頻過程、繼電器保護器的分合閘過程、電氣控制回路的動作過程、倒閘操作過程等等內容制作成多媒體課件，這種課件不但能夠重復播放、反復操作，而且還能夠出現(xiàn)不同的界面，這樣的教學內容不僅可以吸引學生的注意力，激發(fā)其學習興趣，同時這種教學形式也更容易被學生所接受。多媒體教學的有效應用，增大了課堂的信息量，課程的內容隨之加深，理論與實際的聯(lián)系變得更加緊密，對知識的理解和掌握也變得更加容易。

（二）構建實踐教學資源系統(tǒng)

實踐教學資源系統(tǒng)的構建應以電氣工程應用型人才培養(yǎng)為基礎，以現(xiàn)代化科學技術為手段，以計算機網(wǎng)絡平臺為支撐，以最優(yōu)質的教學資源開發(fā)為核心。同時實驗內容的設置應盡量以學生未來從事的工作崗位為依托，以此來體現(xiàn)出工程教育、職業(yè)取向的先進辦學理念。該資源系統(tǒng)由以下四個模塊構成：

1、管理模塊。在整個實踐教學的過程中，實驗教師既是教學的指導者，也是信息網(wǎng)絡平臺的管理者和各種實驗項目的開發(fā)者。這就要求實驗教師應具備豐富的實踐經(jīng)驗和教學經(jīng)驗，并將這部分經(jīng)驗有效地融入到信息網(wǎng)絡教學當中，以此來監(jiān)控學生的實際學習狀況，并從旁引導學生，使之由被動學習轉變?yōu)橹鲃訉W習，真正成為學習活動的主體。

2、實驗與實踐模塊。學生可以按照自己的意愿自主選擇實驗項目和具體實驗時間，這樣有利于開放實驗室運行模式的順利實施。教師可按照學生的個體差異為其設計必選和可選兩類實驗項目。學生則可借助信息網(wǎng)絡平臺，結合自己對各類實驗的興趣，合理選擇所需的實驗項目。當學生選好實驗項目以后，教師按照實驗項目的數(shù)目和具體參加人數(shù)，來編排實驗時間表。對于一些教學以外的設計性實驗，學生可自行組織成創(chuàng)新協(xié)作小組，然后進行提前預約，在獲得相關負責人批準后，按照預先申請的實驗內容和實驗時間完成相關實驗。信息網(wǎng)絡平臺除了能夠幫助學生完成實驗教學活動的組織以外，還能夠按照相關的行業(yè)特點設置標準化的測試題庫，這樣便于學生在網(wǎng)上進行專業(yè)技能競賽，進而提高實踐教學質量。

3、實踐教學資源模塊。信息網(wǎng)絡環(huán)境最大的特點就是信息獲取便捷、各種資源豐富。為此，構建一個檢索快捷、資源優(yōu)質的實踐教學資源庫是實現(xiàn)信息化教學的重要基礎保障，有利于學生隨時獲取電氣工程基礎課程的相關知識和信息資源。

4、協(xié)作交流模塊。信息網(wǎng)絡教學與傳統(tǒng)的教學模式相比，其最大的優(yōu)勢在于能夠以實時交互的形式實現(xiàn)生生之間、師生之間的交流和協(xié)作。不僅可以利用信息網(wǎng)路平臺中的BBS及訊息等進行相互之間的交流討論，也可以通過聊天室及視頻會議等形式進行在線討論，彼此間交流意見、答疑解惑。

（三）建設數(shù)字虛擬實驗室

近年來，隨著電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展，電氣工程基礎課程中原有的純物理實驗現(xiàn)已無法適應現(xiàn)代化電力系統(tǒng)的需要，這部分實驗已經(jīng)很難滿足電力系統(tǒng)實驗教學的要求。為此，必須對其進行相應的改進和完善。采用數(shù)字虛擬試驗則可以有效地克服實驗儀器方面數(shù)量和質量的不足，以及教學經(jīng)費和實驗場地等相關因素的限制。學生可以借助計算機對電力系統(tǒng)的各種運行狀況進行監(jiān)視，并且還可以在計算機上實現(xiàn)遙視、遙控、遙測和遙調，由于計算機的自動化程度較高，所以實驗效率也較之以往有了極大程度地提升。原有的純物理實驗因為具有一定的安全性要求，致使實驗難以達到設計性和開放性的目的，而數(shù)字虛擬實驗卻能夠真正實現(xiàn)實驗的設計性和開放性，這對于學生創(chuàng)新意識、實踐能力的培養(yǎng)有著十分重要的作用。

參考文獻：

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[2]馬幼捷，安小東，周雪松.電氣工程虛擬實驗技術的研究[J].電測與儀表，2006，（5）.

[3]林屹.葉小玲.數(shù)字電子技術課程教學方法的改革與實踐[J].中國電力教育，2008，（21）.

[4]田莉，羅映紅.基于網(wǎng)絡的電工電子虛擬實驗合作學習[J].電氣電子教學學報，2008，（6）.

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關鍵詞：Proteus仿真技術；電工電子技術；基于工作過程

中圖分類號：TP368.1

《電工與電子技術》這門課程是電類專業(yè)的一門專業(yè)必修課程，而其枯燥無味的理論知識往往使得學生在學習過程中感到力不從心，而針對電工電子技術這門課程內容的特點，我們可以進行任務驅動法教學，在每個任務中借助Proteus仿真技術加強理解和學習，能夠起到較好的效果。

借助于Proteus仿真技術，對《電工與電子技術》課程按照基于工作過程的體系設計原則進行學習情境設計，如表所示。如電工部分，可以設計成電阻電路、電感電路和電容電路的設計與制作三個情境，在每個情境下設計若干任務，每個任務是由簡單到復雜的，每個情境之間既相互獨立有相互遞進聯(lián)系；同時在每個任務當中學生以任務書的指導下完成利用Proteus仿真技術先完成電路的仿真，從而對任務中的問題產(chǎn)生好奇，從而進一步學習知識包中的內容，最后再將整個過程進行制作、安裝和實際調試，來進一步鞏固所學的知識。在此過程中我們可以看出Proteus仿真技術的運用，使得教學內容變得更直觀和容易理解，提高了學生的學習興趣。

通過Proteus軟件可以完成電路原理的繪制、結果顯示、電流流向等，而且還可以在電路圖上用箭頭顯示電流方向、用顏色顯示電流的大小等信息，簡單易學，直觀方便。以一個簡單任務為例子來說明。如在電阻并聯(lián)電路的制作與測量中，我們可以通過Proteus軟件完成許多枯燥無味的理論的學習。其一我們可以選取兩個電阻相并聯(lián)的例子來演示，先畫出電路原理圖，之后在總支路和分支路上放置電流表，讓學生觀察三個電流之間的關系，學生很快會發(fā)現(xiàn)總電流等于個分電流相加之和，這就引入的基爾霍夫電流定律的學習。如圖1（a）所示。其二當我們想用一個電阻代替多電阻時，只要讓兩個二端電路的在同一個端電壓下產(chǎn)生相同的電流相時，二者電阻可以等效，這樣就可以發(fā)現(xiàn)電阻并聯(lián)時總電阻和各個分電阻之間的關系，如圖1（b）所示。其三我們還可以改變兩個電阻的阻值，再通過電流表觀察流經(jīng)的電流與其電阻的關系，很快就可以得到電阻并聯(lián)分流的規(guī)律，等等諸如此類的問題，可以通過軟件仿真得到形象的演示。

在模擬電路和數(shù)字電路中借助Proteus軟件演示就更為有利了，比如學生比較難理解的共射極放大電路的反相放大的問題，借助Proteus軟件的示波器可以很快觀察到輸入輸出波形的反相放大問題，而且通過改變基極電阻和集電極電阻及輸入信號等等，可以對應觀察各種失真：飽和失真、截至失真以及雙向失真等。數(shù)字電路中的集成芯片管腳多，功能復雜，借助于Proteus軟件，熟練將各種電路連接起來，觀察現(xiàn)象，從而理解功能。如編碼器、譯碼器、數(shù)據(jù)選擇器、數(shù)值比較器、計數(shù)器、寄存器等集成芯片的使用，都可以運用仿真來加以學習和理解。

當電工、模擬、數(shù)字知識學完之后，對于《電工電子技術》任務教學中的模塊電路的課程設計時，如功率放大器、直流穩(wěn)壓電源、數(shù)字鐘等電路設計制作時，可以先讓學生自己設計，在Proteus中演示模擬設計結果，查找問題，當結果成熟之后再進行實際的插件、焊接或安裝、調試等，在實際中中可能遇到的一些基本錯誤可以提前避免，而重點去解決實際中的調試問題，大大提高了效率。

《電工電子技術》任務式教學方式著重強調以學生為主體，教師為主導，學生主要是通過任務指導書自己完成任務，并思考問題、分析問題和解決問題，因此結合實際任務中提出的思考題，學生借助形象逼真、簡單易學的Proteus軟件可以很快上手，使其成為任務教學的有力工具，使學生在興趣中學到知識，為進一步扎實實際制作、安裝、調試打下了堅實的基礎。

參考文獻：

[1]孫余凱.電子技術與技能實訓教程[M].北京：電子工業(yè)出版社，2006.

[2]周潤景，張麗娜，劉印群.PROTEUS入門實用教程[M].北京：機械工業(yè)出版社，2011.

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關鍵詞：造價；土建；變電站

Abstract: this article with the 110 kV Taiwan mountains and island networking power supply project for example the substation construction cost is analyzed. Is mainly to the building materials, construction, drainage and in the station fire station was discussed. And get control of some of the methods of civil substation cost.

Keywords: cost; Civil engineering; substation

中圖分類號：TU723.3文獻標識碼：A 文章編號：

變電站建筑包括主要生產(chǎn)建筑（即主控制室、繼電室、配電裝置室等）和輔助生產(chǎn)建筑（即綜合樓、警衛(wèi)室、泵房等）。他們是變電站的重要的組成部分，在變電站職能正常發(fā)揮的物質載體。變站站土建造價由站內建筑物、構支架基礎、設備基礎、電纜溝、站區(qū)排水、消防、照明、站區(qū)綠化等造價組成。下面我們就以110kV臺山川島聯(lián)網(wǎng)供電工程為例來對變電站土建造價控制進行一下探討。

一、工程簡介

110kV臺山川島聯(lián)網(wǎng)供電工程投資單位為廣東電網(wǎng)公司，建設單位為廣東電網(wǎng)公司江門供電局，2008年12月動工，2010年7月投產(chǎn)。工程動態(tài)投資約9612萬元，其中土建投資約3047萬元，點總投資的約31.6%。土建專業(yè)因設計變更增加費用約431萬元，點總投資的4.48%。土建工程規(guī)模主要包括新建110kV上川、下川變電站兩座及擴建對側110千伏海宴變電站。

二、建筑材料

建筑材料是保證變電站正常運轉的內在保證，在選擇施工材料的時候，我們首先考慮的是變電站的內在質量，只有在保證內在質量的前提下，我們才可以從節(jié)約成本的角度來尋找相應的替代品。這是我們選擇材料的原則。在臺山川島聯(lián)網(wǎng)供電工程的建筑材料的選擇上就很好的體現(xiàn)了這一點。變電站建筑物均采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架結構，磚砌填充墻?；炷翉姸鹊燃壊捎肅20へC35，鋼筋采用HPB235、HRB335和HRB400熱扎鋼筋，砌體材料采用M5水泥石灰混合砂漿砌筑MU10灰砂磚，事故油池采用鋼筋混凝土結構。場地電纜溝采用磚砌結構，過道路電纜溝采用鋼筋混凝土結構。這樣體現(xiàn)了經(jīng)濟型和實用性。只是在后來的施工過程中，我們發(fā)現(xiàn)樁基運輸困難，這樣在下川變電站施工過程中就把原設計為預制液壓樁，改為砂石樁，增加費用179萬元。在整個的材料選取階段只有這個是超出預算的。

三、建筑施工

建筑施工主要包括土方施工，地基處理，砌筑工程，鋼筋混凝土，屋頂工程和裝飾工程。建筑施工是把合格的材料變成合格的變電站建筑的最關鍵最核心的過程，也是造價控制最容易出問題的地方。

1、地基處理

地基處理是變電站施工的基礎，臺山川島聯(lián)網(wǎng)供電工程根據(jù)與當?shù)卣嚓P部門協(xié)商結果，變電站場地前期平整由當?shù)卣撠?，平整后場地標高?米，故站區(qū)場地土石方工程量主要為填方，填方量為9484.1 立方米。這樣雖然填方量不少。由于是當?shù)卣撠煹?，所以就使工程的造價有了很大程度的降低。場地大部分分布有強度較好的第（2）1層粗砂層Qal），強度稍強，整體性好，是較理想的地基土層。除Zk5鉆孔地段外，其余地段均可規(guī)劃建設建（構）筑物，采用天然地基基礎，直接以第（2）1層粘土層為地基承載層，建議場地地基承載力特征值取值Fak＝1600kPa。Zk5鉆孔地段上部土層分布有淤泥質粘土軟土層，上覆粗砂層厚度較小，未形成軟土上覆層“硬殼層”，不宜直接作為天然地基，不建議在該地段規(guī)劃建設建（構）筑物。少部分分布有淤泥質粘土軟土層，故兩站址戶外構支架及其它設備基礎可以天然基礎為主，建筑物則采用ф400徑錘擊高強混凝土預應力管樁。通過臺山川島聯(lián)網(wǎng)供電工程對地基的處理我們可以看出，在這個工程里地基處理大部分是利用原來的地基，這是在科學勘測的結果。這樣做一方面加快了工程的進度，一方面有降低了工程的成本。

2、砌筑工程

對于變電站而言，砌筑工程不僅僅是建立放置機器設備的場所，更多的是保證變電站安全正常運轉的基礎性保障工程。因此，我們不僅僅關注的是成本的降低，更要關注的是整個變電站的安全的運行。在臺山川島聯(lián)網(wǎng)供電工程的土建概預算方案的編制就很明顯的體現(xiàn)了這一點。在砌筑工程方面因設計變更而發(fā)生增加費用約252萬元，主要因為有以下原因：（1）受國土政策及臺風襲擊影響，上川變電站站址位移，考慮日后運行維護原因，增加大型護坡、爆破石方工程；（2）在2009年6月，國土部門要求上川變電站站址位移20米，以利于保護耕地，又因2009年“莫拉菲”、“天鵝”、“莫拉克”等臺風影響，變電站需增加邊坡保護，移位后站址大部分地方有巖石，施工時需進行大量爆破作業(yè)；（3）這里的邊坡保護在原來的預算中是沒有的，只是隨著2009年一系列臺風的影響，為了變電站的安全所以必須增加這個新增的項目。雖然跟原來的預算相比，成本是增加了。但是他給我們帶來的是一個安全的可靠的變電站。為以后變電站正常運轉奠定了基礎，減少了以后的維護成本?？梢哉f從整個工程的建設和維護看減少了成本。地震烈度按七度考慮。設計基本地震加速度值為0.10g?；撅L壓：0.77kN/m2。設計基準期為50年，結構使用年限50年。

(1) 綜合樓：配電裝置綜合樓采用框架結構，鋼筋混凝土獨立基礎。警傳室、泵房采用框架結構，鋼筋混凝土獨立基礎。

(2) 110kV構支架、設備支架采用單柱鋼管桿型式，場地基礎采用現(xiàn)場灌注砼基礎，部分基礎考慮樁基。這樣既保證了變電站的質量也降低了成本。

(3) 構筑物：屋外配電裝置構架采用鋼管桿型式，110kV構架橫梁為鋼管橫梁。

(4) 電纜溝采用磚砌溝壁，混凝土壓頂形式；電纜溝蓋板應用熱鍍鋅角鋼在底面包邊、電纜溝邊緣要用熱鍍鋅角鋼支承，以保證電纜溝的平整和外形的美觀。注意在道路段時要做成隧道式電纜溝。

(5) 事故油池等地下構筑物采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土結構。主變基礎采用鋼筋混凝土板式基礎，并設有事故排油坑。事故發(fā)生時，油可以從油坑經(jīng)排油管至事故油池。

從以上看，變電站建設就是要求整個方案必須滿足變電站能夠安全的使用盡量的降低成本。

四、站內防火和站區(qū)排水

1、站內防火

按典型設計原則進行設計根據(jù)預防為主防消結合的原則，采取一定的消防措施，立足于自救。站內同一時間按一次火災考慮，根據(jù)規(guī)范在整個變電站內設置了一套的消防設施。由于站內配電裝置樓火災危險性為戊類，耐火等級為二類，建筑體積不超過3000m3,因此站內不設置消防給水系統(tǒng)，因此站內消防部分主要包括：滅火器配置及火災自動報警系統(tǒng)。站內各建筑物均按嚴重危險級配置手提式ABC干粉滅火器，在主變旁配置推車式ABC干粉滅火器。全站集中設置一套火災自動報警系統(tǒng)，采用編碼傳輸總線制火災報警系統(tǒng)，一般包括自動報警控制器、各類火災探測器、手動報警按鈕、隔離模塊、信號模塊、聯(lián)動控制模塊等設備。自動報警控制器容量應滿足變電站終期建設規(guī)模要求，并應具有通信串行口或網(wǎng)口與站內監(jiān)控系統(tǒng)或圖像監(jiān)視系統(tǒng)連接，以實現(xiàn)火災報警部位信號和聯(lián)動控制狀態(tài)信號的實時監(jiān)視?；馂奶綔y報警范圍應包括電氣二次設備室、10kV配電裝置室等處，并根據(jù)安裝位置的特點和電氣設備的特性選用不同的智能火災探測器?；馂淖詣訄缶到y(tǒng)應由站內交流不間斷電源系統(tǒng)提供專用回路供電。

2、站區(qū)排水

變電站建筑由于其電氣工藝設備的特殊性，對排水的要求比較高。如果水不能及時的排出有可能影響電氣設備安全，進而影響變電站的安全。因此在臺山川島聯(lián)網(wǎng)供電工程中對站內場地排水系統(tǒng)比較重視，采用分流、合流制相結合排水系統(tǒng)。雨水和生活污水分流制，即雨水排水系統(tǒng)與生活污水排水系統(tǒng)分設。建筑物邊設雨水口、砂井和檢查井，道路周邊設明溝和雨水口。站內設主變事故油池一個、化糞池一個，事故油池將油水分離后，廢水經(jīng)混凝土管排入檢查井，事故油則由人工收集外運。污、廢水經(jīng)處理達到符合國家排放標準后與雨水排水系統(tǒng)匯合，排至站外市政雨、污水系統(tǒng)。

由于站區(qū)場地標高均高于四周地勢，圍墻外四周可采用自然排水。通過以上的措施既起到了保護環(huán)境的要求也降低了投資成本。

五、結論

總之，臺山川島聯(lián)網(wǎng)供電工程的建設，在建筑材料和施工方面因設計變理增加了成本，但是從整個變電站的建設和日后的運營維護上看還是保證了施工質量而且降低運營成本?？刂谱冸娬就两ǖ脑靸r，在建筑材料選用、施工方案制定等方面必須慎重考慮，同時還要考慮變電站投產(chǎn)后的運營成本，這樣才能建設一座造價合理、經(jīng)濟適用、安全的變電站。

參考文獻

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[3] 戴爾伊索拉. 建筑師成本管理. 建筑工業(yè)出版社. 2009年.

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關鍵詞： 虛擬實驗室 仿真軟件 網(wǎng)絡教學

一、引言

本文針對中等職業(yè)技術學校對電工電子實驗室的功能定位及基本要求，制訂了基于網(wǎng)絡虛擬化的電工電子實驗平臺的構建方案，使開發(fā)的實驗平臺實現(xiàn)虛擬的電類線路的搭建、參數(shù)調整、虛擬仿真、實驗結果保存與數(shù)據(jù)恢復及多個實驗電路設計方案的比較與分析。

虛擬實驗技術為中職教育的電類課程教學提供豐富的拓展空間。在虛擬實驗過程中，學生可以自由地選擇適合的時間、地點、進度進行與課程內容相匹配的實驗，可以個人單獨或小組協(xié)同工作，并根據(jù)課程內容的相關知識點由學生自行安排實驗進程。虛擬實驗技術就是把實驗內容的選擇權、主動權交給學生。教師提供實驗建議和實驗評價，讓學生根據(jù)自己所學課程的知識點，選擇適合自己的并與課程知識點相關的實驗，從而掌握專業(yè)知識。虛擬實驗技術可以更好地培養(yǎng)學生自我評估和獨立或團隊合作的能力。

二、虛擬實驗室的組成

依靠虛擬儀器構建的虛擬實驗室，虛擬儀器是虛擬實驗室的核心，是通過計算機軟件模擬硬件模塊的虛擬實驗平臺，即利用計算機軟件模擬傳統(tǒng)的硬件實驗裝置，以完成實驗。因此虛擬儀器構建的虛擬實驗室具有成本低、可重復使用、數(shù)據(jù)不易丟失等優(yōu)點，這是傳統(tǒng)的硬件實驗平臺無法比擬的。

如圖1所示，虛擬實驗室包括虛擬儀器系統(tǒng)，該虛擬儀器系統(tǒng)通過遠程用戶端、計算機網(wǎng)絡系統(tǒng)、虛擬實驗室管理系統(tǒng)進行連接并訪問。

圖1 虛擬實驗室的組成原理圖

在具體實施過程中，學生通過計算機遠程登錄到虛擬實驗室的客戶端，通過IE瀏覽器訪問虛擬實驗室。學生選擇合適的課程項目后進入虛擬儀器的控制臺，虛擬儀器的控制面板發(fā)出相應實驗操作指令，包括設置實驗參數(shù)，例如電阻、電容、三極管參數(shù)和型號，虛擬儀器接收到上述操作指令和實驗參數(shù)后，學生通過虛擬儀器的仿真模塊構建虛擬實驗電路，并將實驗獲得的數(shù)據(jù)通過計算機網(wǎng)絡返回給位于客戶端的學生。教師可以通過學生的計算機網(wǎng)絡實驗獲得相關數(shù)據(jù)，教師和學生可以同時或分別進行實驗數(shù)據(jù)分析、自評或互評。

三、網(wǎng)上虛擬電工電子實驗室的設計與實現(xiàn)

1.系統(tǒng)結構

網(wǎng)上虛擬電工電子實驗平臺采用B/S體系結構，以TCP/IP作為網(wǎng)絡通信協(xié)議。利用Java的Applet技術設計前端的實驗操作環(huán)境，利用Java的Servlet技術處理前端用戶的請求。先對學生的操作請求做預處理電路分析指令，在Java代碼中調用PPSpice軟件對前端發(fā)送來的PSpice分析指令進行電路分析。學生只需通過網(wǎng)絡對此框架內的虛擬器件進行模塊拖拽和線路連接及屬性編輯等動作搭建實驗模型，并進行相關實驗。虛擬的實驗環(huán)境具有可視化、交互性、資源共享、安全性等特點。它符合遠程教育對實驗教學的要求，通過強大的交互功能營造了一個逼真的實驗環(huán)境，其仿真實驗結果和實際實驗結果非常接近，并且更趨向理論計算數(shù)據(jù)。

圖2為電工電子實驗平臺系統(tǒng)的模塊結構圖，主要包括五個模塊：電路設計模塊、儀器模塊、實驗電路存取模塊、實驗面板控制模塊、實驗仿真模塊。

電路設計模塊、儀器模塊、實驗電路存取模塊、實驗面板控制模塊直接面向客戶端，接收客戶端的指令。電路設計模塊包括：交互模塊、元器件模塊和電路連接模塊；儀器模塊包括：交互模塊、參數(shù)模塊和顯示模塊；實驗電路存取模塊包括：保持模塊和讀取模塊；實驗面板控制模塊包括：各電路模塊仿真單元，例如，供電模塊（內含交、直流電壓和電流模塊）、電路案例模塊，如由555搭建的各種時基電路、簡單三極管測試電路。

實驗仿真模塊作為本電工電子實驗平臺系統(tǒng)的核心模塊，包括仿真控制模塊、數(shù)據(jù)收集模塊、數(shù)據(jù)發(fā)送模塊、數(shù)據(jù)接收模塊、數(shù)據(jù)解析模塊、數(shù)據(jù)發(fā)送模塊。

圖2 系統(tǒng)模塊結構圖

2.虛擬實驗平臺的體系結構

本電工電子實驗平臺系統(tǒng)軟件架構分為四層：

（1）界面層：①學生搭建實驗仿真電路圖，并進行相關元器件的參數(shù)設置，該數(shù)據(jù)用.gra文件形式進行封裝。②通過解析傳輸層反饋的實驗仿真數(shù)據(jù)，該實驗仿真數(shù)據(jù)同樣采用.gra文件的形式，發(fā)送至計算機界面上，供學生檢查實驗數(shù)據(jù)。

（2）數(shù)據(jù)處理層：其主要作用是通過電路仿真軟件PSpice將接收到的.gra文件進行解析，轉換為.cir文件，然后進行電路仿真，獲得電路仿真結果，并生成含有結果數(shù)據(jù)的.out文件。

（3）仿真層：實現(xiàn)上述數(shù)據(jù)處理層的主要步驟，即解析學生通過客戶端傳輸?shù)碾娐贩抡鎸嶒灢僮鞯臄?shù)據(jù).gra文件，并轉換為.cir文件，為后續(xù)仿真做準備；再調用PSpice進行仿真，獲得仿真實驗數(shù)據(jù)。

（4）服務層：存儲仿真實驗數(shù)據(jù)，臨時保存實驗及與實驗有關的數(shù)據(jù)設置和仿真數(shù)據(jù)。如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)軟件框架

3.系統(tǒng)組成及功能

如圖4所示，虛擬實驗平臺主要由虛擬實驗子系統(tǒng)、實驗狀態(tài)保存和恢復子系統(tǒng)、實驗報告提交管理子系統(tǒng)、實驗相似度分析程序四大模塊組成。

圖4 系統(tǒng)組成結構圖

各模塊的功能如下：

（1）虛擬實驗子系統(tǒng)：用于虛擬的實驗環(huán)境中搭接實驗電路，選擇合適的電路參數(shù)，仿真得到相關實驗結果數(shù)據(jù)。

（2）實驗狀態(tài)保存和恢復子系統(tǒng)：學生可以建立個人數(shù)據(jù)庫，將實驗中已完成的或未完成的虛擬實驗電路進行封裝保存在數(shù)據(jù)庫中，可以隨時調用，并繼續(xù)未完成的虛擬實驗，而且完成的虛擬實驗電路可以作為作業(yè)提交到教師主機，便于老師檢查實驗進程、數(shù)據(jù)結果。

（3）實驗報告提交管理子系統(tǒng)：系統(tǒng)自動將實驗報告模版發(fā)送給學生，學生根據(jù)實驗結果將報告填寫完成后再將其提交給系統(tǒng)。教師可以對報告進行批閱和管理。學生可以下載閱讀批改后的報告，查看自己的實驗數(shù)據(jù)，便于總結自己實驗的得失。

（4）實驗相似度分析程序：因為該虛擬實驗系統(tǒng)主要依靠學生的自主學習能力，而實驗主要在課堂外自主完成，且課程針對的是中職的學生，其自學能力和自我控制能力較差，所以學生很有可能會拷貝其他同學的實驗電路及數(shù)據(jù)，造成整個班僅兩三種版本，這顯然違背本實驗平臺的設計思想。

教師可通過實驗相似度分析程序分析學生提交的實驗涉及元器件、參數(shù)，得出分析結果，根據(jù)該分析結果可以判斷學生在完成實驗時是否抄襲。

四、結語

網(wǎng)絡虛擬實驗系統(tǒng)的設計是以PSpice為電路仿真分析軟件的基礎，并結合Java技術作為后臺服務器的仿真核心模塊，利用可視化技術與客戶端的虛擬實驗平臺實現(xiàn)無縫鏈接，實現(xiàn)電路實驗在網(wǎng)絡環(huán)境下的虛擬仿真實驗。讓學生在逼真的網(wǎng)絡“虛擬環(huán)境”中利用各種“虛擬元件或虛擬電路模塊”任意搭接各種電子線路，并通過各種“虛擬儀器”的仿真測試實時得到仿真結果數(shù)據(jù)。

該網(wǎng)絡虛擬實驗系統(tǒng)的建立，特別適合中職院校的教學改革，它不僅能保障學生有充足的實驗時間，而且能一定程度地解決學校實驗經(jīng)費不足、元器件損壞等問題。

參考文獻：

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篇5

關鍵詞：MPEG MPEG-1 MP3

一、MPEG概述

MPEG的全名為（Moving Pictures Experts Group，MPEG），中文譯名是動態(tài)圖像專家組。是在1988年由國際標準化組織（International Organization for Standardization，ISO）和國際電工委員會（International Electrotechnical Commission，IEC）聯(lián)合成立的專家組，負責開發(fā)電視圖像數(shù)據(jù)和聲音數(shù)據(jù)的編碼、解碼和它們的同步等標準。這個專家組開發(fā)的的標準成為MPEG標準，到目前為止，已經(jīng)開發(fā)和正在開發(fā)的MPEG標準有：

1、MPEG-1：數(shù)字電視標準，1992年正式。是針對1.5Mbps以下數(shù)據(jù)傳輸率的數(shù)字存儲媒體運動圖像及其伴音編碼設計的國際標準，主要用于在CD－ROM（包括Video－CD、CD－I等）存儲彩色的同步運動視頻圖像，它針對SIF（標準交換格式）標準分辨率(NTSC制為352×240；PAL制為352×288)的圖像進行壓縮，每秒可播放30幀畫面，具備CD(指激光唱盤)音質。同時，它還被用于數(shù)字電話網(wǎng)絡上的視頻傳輸，如非對稱數(shù)字用戶線路(ADSL)、視頻點播(VOD)、教育網(wǎng)絡等。

使用MPEG－1的壓縮算法，可以將一部120分鐘長的電影壓縮到1.2GB左右，因此，它被廣泛地應用于VCD制作和一些視頻片段的下載，目前90％以上的VCD都是用MPEG－1格式壓縮的。

2、MPEG-2：數(shù)字電視標準，1994年正式。是針對3～10Mbps的數(shù)據(jù)傳輸率制定的的運動圖像及其伴音編碼的國際標準。MPEG－2可以提供一個較廣的范圍改變壓縮比，以適應不同畫面質量、存儲容量和帶寬的要求。它在與MPEG－1兼容的基礎上實現(xiàn)了低碼率和多聲道擴展：MPEG－2可以將一部120分鐘長的電影壓縮到4～8GB(它提供的是我們通常所說的DVD品質)，其音頻編碼可提供左右中及兩個環(huán)繞聲道、一個加重低音聲道和多達7個伴音聲道(因此DVD可有8種語言配音)。

除了作為DVD的指定標準外，MPEG－2還可用于為廣播、有線電視網(wǎng)、電纜網(wǎng)絡等提供廣播級的數(shù)字視頻。不過對普通用戶來說，由于現(xiàn)在電視機分辨率的限制，MPEG－2所帶來的高清晰度畫面質量(如DVD畫面)在電視上效果并不明顯，倒是其音頻特性(如加重低音、多伴音聲道等)得到了廣泛的應用。

3、MPEG-3：已于1992年7月合并到高清晰度電視（HDTV）工作組，但由于MPEG-2的出色性能已能適用于HDTV，因此MPEG-3標準并未制定。

4、MPEG-4：多媒體應用標準，1998年11月被ISO/IEC批準為正式標準。是針對一定比特率下的視頻、音頻編碼，更加注重多媒體系統(tǒng)的交互性和靈活性。

5、MPEG-5：直今還沒有看到定義。

6、MPEG-6：直今還沒有看到定義。

7、MPEG-7：多媒體內容描述接口標準。繼MPEG－4之后，要解決的矛盾就是對日漸龐大的圖像、聲音信息的管理和迅速搜索。1998年10月基于這種設想的MPEG－7標準被提出，它的正式名稱是“多媒體內容描述接口”，將對各種不同類型的多媒體信息進行標準化的描述，并將該描述與所描述的內容相聯(lián)系，以實現(xiàn)快速有效的搜索。

8、MPEG-21：MPEG在1999年10月的MPEG會議上提出了“多媒體框架”的概念，同年的12月的MPEG會議確定了MPEG-21的正式名稱是“多媒體框架”或“數(shù)字視聽框架”，它以將標準集成起來支持協(xié)調的技術以管理多媒體商務為目標，目的就是理解如何將不同的技術和標準結合在一起需要什么新的標準以及完成不同標準的結合工作。

二、MPEG-1 聲音（MPEG-1 Audio）

MPEG-1聲音標準方案由5個部分組成：①MPEG-1系統(tǒng)（MPEG-1 Systems），規(guī)定電視圖像數(shù)據(jù)、聲音數(shù)據(jù)及其他相關數(shù)據(jù)的同步。②MPEG-1電視圖像（MPEG-1 Video），規(guī)定電視數(shù)據(jù)的編碼和解碼。③MPEG-1 聲音（MPEG-1 Audio），規(guī)定聲音數(shù)據(jù)的編碼和解碼。④MPEG-1一致性測試（MPEG-1 Conformance testing），這個標準詳細說明如何測試位數(shù)據(jù)流和解碼器是否滿足MPEG-1前3個部分（Part1,2和3）中所規(guī)定的要求。這些測試可由廠商和用戶實施。⑤MPEG-1軟件模擬（MPEG-1 Software simulation），實際上，這部分的內容不是一個標準，而是一個技術報告，給出了用軟件執(zhí)行MPEG-1標準前3個部分的結果。

MPEG-1 聲音壓縮采用子帶編碼方法（sub-band coding，SBC），這種方法首先把時域中的聲音數(shù)據(jù)變換到頻域，對頻域中的子帶分量分別進行量化和編碼；然后根據(jù)心理聲學模型確定樣本的精度，從而到達壓縮數(shù)據(jù)量的目的。

MPEG-1 聲音（MPEG-1 Audio）標準的主要性能指標如下：

（1）MPEG-1編碼器的輸入信號為線性PCM信號，采樣率為32kHz、44.1 kHz或48 kHz，輸出為32kb/s~384 kb/s。

（2）MPEG-1聲音標準提供三個獨立的壓縮層次：層1（Layer 1）、層2（Layer 2）、層3（Layer 3），用戶對層次的選擇可在復雜性和聲音質量之間進行權衡。

①層1（Layer 1）的編碼器最為簡單，編碼器的輸出數(shù)據(jù)率為384 kb/s，采用的算法主要是將數(shù)字音頻輸入分解成32個子帶濾波器、將數(shù)據(jù)按一定的格式分塊的固定分割、確定自適應比特分配的心理學模擬、以及使用塊壓擴和格式化的量化。主要用于小型數(shù)字盒式磁帶（DCC），壓縮率為4：1。

②層2（Layer 2）的編碼器的復雜程度屬于中等，編碼器的輸出數(shù)據(jù)率為256 kb/s ~192 kb/s，它提供對比特分配、標度因子和取樣附加碼，使用了差幀。其應用包括數(shù)字廣播聲音（DBA）、數(shù)字音樂、只讀光盤交互系統(tǒng)（CD-I）和視盤（VCD）等，壓縮率為6：1~8：1。

③層3（Layer 3）的編碼器最復雜，編碼器的輸出數(shù)據(jù)率為64 kb/s，它基于一個混合濾波器組將頻率分辨率提高，增加了非均勻量化器、自適應分割以及對于量化值的熵編碼。廣泛應用于ISDN網(wǎng)咯和電視應用、數(shù)字衛(wèi)星廣播，壓縮率為10：1~12：1。

（3）壓縮后的比特流具有預定的幾種比特率之一。此外，MPEG－1音頻標準也支持用戶使用預定的比特率之外的比特率。

    （4）編碼后的比特流支持循環(huán)冗余校驗CRC(Cyclic Redundancy Check)。

    （5）MPEG-1音頻標準還支持在比特流中載帶附加信息。

MPEG-1聲音壓縮標準包括了三個使用高性能音頻數(shù)據(jù)壓縮方法的感知編碼方案(perceptual coding schemes)。按照壓縮質量(每Bit的聲音效果)和編碼方案的復雜程度分別是Layer 1、Layer 2、La yer 3三個層次。所有三個層次的編碼采用的基本結構是相同的。它們均采用傳統(tǒng)的頻譜分析和編碼技術的基礎上應用了子帶分析和心理噪聲感知模型理論。也就是通過研究人耳和大大腦視覺神經(jīng)對音頻失真的敏感度，在編碼時先分析聲音文件的波形，利用過濾器找出噪聲電平(Noise Level)，然后濾去人耳不敏感的信號，通過矩陣量化的方式將余下的數(shù)據(jù)每一位打散排列，最后編碼形成MPEG-1聲音壓縮文件。雖然壓縮是有失真的，但對人耳來說這些失真是聽不到的。也即對人耳而言，MPEG－1音頻壓縮是不失真的。因此，MPEG－1音頻標準的應用非常廣泛。

三、MP3播放器

1、MP3概念及MP3播放器的出現(xiàn)

MP3的全稱是Moving Pictures Experts Group，Audio LayerIII，它就是MPEG-1層3（Layer 3）,所使用的技術就是MPEG-1層3（Layer 3）音頻壓縮技術。是對聲音信號進行壓縮的一種格式。市場上的所說的MP3，實指MP3播放器。

MP3格式研究于1987年在德國Erlangen的Fraunhofer研究所開始的，1989年Fraunhofer在德國被獲準取得了MP3的專利權，幾年后這項技術被提交到國際標準組織(ISO)，整合進入了MPEG-1標準。

最早的播放器是Frauenhofer在1990年早期開發(fā)的，但只是一個非常不知名的小程序，沒有引起大家的重視。而被大家公認的第一個MP3播放器是在1997年，由一個叫做Tomislav?Uzelac的開發(fā)者開發(fā)的。他開發(fā)了AMP?MP3?播放引擎。當AMP引擎進入網(wǎng)絡以后不久，個大學生Justin?Frankel?和Dmitry?Boldyrev拿到了Amp引擎，并且為它添加了一個Windows界面，最后他們把這個程序命名為""Winamp.""? 1998年，當Winamp作為免費的音樂播放器在網(wǎng)絡上傳播的時候，MP3的狂潮開始了。

2、MP3音樂的制作

將音頻文件壓縮成MP3文件，其實就是利用MP3編碼器找到并刪除音頻文件中人耳聽不到的聲音。正常的人耳只能聽到頻率在20赫茲至2萬赫茲的聲音，音頻文件中包含的一些聲音可能超出了人耳所能聽到的范圍，另外還有一些細微的聲音可能被更大的聲音掩蓋，還有一些音樂中的聲音可能根本就是多余的。編碼軟件能將代表這類聲音的文件找出來并加以刪除。這樣，原先臃腫的音頻文件就變小了。壓縮音樂文件時，人們通常會說以多大的壓縮比率進行壓縮，壓縮比率的單位為Kbps(千字節(jié)/秒)。當選擇較高的壓縮比率時(如128Kbps)，原始文件中被去除的數(shù)據(jù)將會比較少，音質比較好，但壓縮后的文件比較大，有時會導致文件無法使用；相反，當選擇的壓縮比率較低時(如64Kbps)，被去除的數(shù)據(jù)會比較多，這樣做雖然縮小了文件，但卻會造成音質損失。

3、MP3的特點

音樂品質好，由于MP3是采用1：10的數(shù)字壓縮格式，在64kbs壓縮率下,標準的MP3過濾掉了10kHz以上的聲音來節(jié)省空間，以減小文件尺寸，但是音樂的細節(jié)部分特別是高頻會受到損耗，所以，在聽感上仍無法和采用傳統(tǒng)模擬技術的磁帶以及采用無損編碼方式的CD唱片相媲美。

MP3格式壓縮比高，可以使音樂文件在音樂質量做很小犧牲的情況下將文件大小縮小很多。因此，目前網(wǎng)絡上的音樂格式以MP3最為常見。

MP3通用性開放性好，有移動隨身聽MP3播放設備，各種軟件工具較多。因此，所有的語音、音樂等音頻資料文件全部采用MP3壓縮格式保存，參數(shù)：采樣頻率44.1kHz,采樣精度16位，壓縮比率128kbps，立體聲。這種高質量的參數(shù)便于以后編輯處理，而其它各種數(shù)字音頻則根據(jù)不同要求用相關軟件再進行處理，但是原始文件質量一定要留有備份且品質要高，因為各種壓縮格式都是有損壓縮，無法復原。

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