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电工行业的发展与职业教育主讲人：陈明义中南大学电子科学与技术系2010、6、10主要内容一、电工新技术的发展1、20世纪下半叶的发展概况2、21世纪上半叶的发展展望二、职业教育中《电工技术》课程教学1、传统职业教育课程教学模式2、项目式课程改革的教学模式电工新技术的发展电工（电工学、电工技术）：是研究电磁领域的客观规律及其应用的科学技术，以及电力生产和电工制造两大工业生产体系。电工新技术：在电力生产、电工制造与其他工业发展，以及国防建设与科学实验的实际需要的有力推动下，在新原理、新理论、新技术和新材料发展的基础上，发展起来的。•20世纪下半叶的发展概况发展电工新技术，要把主力放在将已形成的重要分支向着产业化的方向努力推进，与此同时，要密切注视新原理、新技术、新材料的出现，及时抓住苗头，不断开辟新的方向与领域。–新原理、新理论–新材料–新技术新原理、新理论•放电物理：开辟了许多新的应用•等离子体物理学与电磁流体力学：与人类能源、电力、交通及其他工业发展的需要相结合，开创并推进着受控核聚变。•直线电机：促进着磁浮列车，磁流体推进船成为国家计划。新原理、新理论等离子体物理放电物理电磁流体力学直线电机放电应用核聚变磁流体发电磁流体推进船磁浮列车新材料•超导：脉冲超导磁体技术，超导加速器与超导核聚变装置，超导核磁共振谱仪与磁成像装置，工频超导线，高临界温度超导体•新型永磁材料：钕铁硼材料，永磁电机、永磁磁体技术•半导体：电力电子器件与光电器件新材料超导永磁半导体超导电工永磁电机与磁体光电应用电力电子新技术•电力电子：促进大功率整流、逆变、变频设备的革新。•数控电子专用设备：促进整个电力系统到各种装备的自动控制的革新。•电工装备与CAD：使整个电工制造业的设计上了新台阶•电磁场的数值计算：解决了复杂分析与精密实验的难题。新技术微电子计算机微电子专用设备数控与机电控制电工装备CAD电磁场数值计算电力电子•21世纪上半叶的发展展望–从能源发展看，我国在上半叶还不大可能扭转以煤为主的能源结构，从而在提高煤的利用效率，特别是燃煤发电效率方面还要做出很大的努力。–与此同时，还要大力促进核能和可再生能源的应用发展，使之更快地在技术和经济上成熟起来，才能改变以化石能源为主的能源结构，走上能源、环境与生态持续、协调、稳定发展的道路。–在交通运输方面，各种交通运输的高速化都必须以电力推进系统的发展做为基础。•电工新技术的发展将起着重要的作用，随着新原理，新技术与新材料的发展，还将出现一些新兴的领域：–受控核聚变–磁流体发电–太阳能与风力发电–磁浮列车–磁流体船舶推进–超导电工受控核聚变•受控核聚变的实现将为人类提供实际上用之不竭的洁净能源。•与裂变反应（依靠核工技术与热工技术的结合）不同，聚变反应堆的发展主要依赖于核工技术与电工新技术的结合，要把大体积、强磁场技术，大能量，脉冲电源技术，辅助加热技术与等离子体控制技术提高到新的水平，还要探索利用聚变产生的带电粒子直接发电的可能性。–20世纪下半叶：证实了聚变反应堆的科学现实性–下世纪初：期望能能建成、运行试验堆–下世纪四五十年：预期建成第一座商用的聚变电站，走向产业化，将导致一些新兴的电工产业的形成。磁流体发电•磁流体发电是将高温导电燃气与磁场相互作用而将热能直接转化成电能的新型发电方式。–由于其初温可高达3000K，与已有的燃气及蒸汽发电组成联合循环，可望将燃煤电站的热电转换效率提高到50％以上，具有高效率、低污染、少用水的重大优越性。•磁流体发电于60年代初原理性实验成功，目前，已达到最高发电功率几万千瓦，持续数百小时的水平。•需要大力发展电工、热工、材料、化工等多方面的新技术，在电工方面要解决电站系统、发电通道、超导磁体、功率调节与逆变等一系列关键技术问题。太阳能与风力发电•太阳能与风能是最重要的可再生能源，它们是广泛存在，机会均等，自由索取，最终可依赖的初级能源。•目前：几十万千瓦的太阳热发电站，百万千瓦的大型风力发电场已经接入电网运行多年，千千瓦的光伏发电站已有了示范•21世纪：预期使太阳能与风力发电在整个电力生产中占有一定的份额，并且继续努力提高效率，降低造价与成本，扶植相应产业的发展，以及解决并网运行的有关技术问题磁浮列车•磁浮列车是一种采用磁悬浮，直线电机驱动的新型无轮高速地面交通工具。已达到500公里/时的时速，处于实用化试验阶段，德国、日本已对建造运营线做了布署。•具有速度高、客运量大、对环境影响（噪音、振动等）小、能耗低、维护便宜、运行安全平稳，无脱轨危险，有很强的爬坡能力等一系列优点。•磁浮列车的实现要解决磁悬浮，直线电机驱动，车辆设计与研制、轨道设施、供电系统，列车检测与控制等一系列高、新技术的关键问题。磁流体船舶推进•磁流体船舶推进是一种正在发展的新技术。•利用强磁场与海水中的电流相互作用产生的罗伦兹力，使海水向后喷射，依靠其反作用力推进舰船向前行驶。–60年代：开始研究。–90年代初：日本的载人试验船“大和一号”胜利地进行了海上试验，显示了其实现的现实性。–21世纪：期望其达到实用。超导电工•聚变电站、磁流体发电，磁浮列车，磁流体推进船的商业化，均将促使超导电工继续长足地向前发展，成为一个重要的电工产业。•随着高临界温度超导体的实用发展，超导输电与超导飞轮储能将得到实际应用。•工频超导技术的发展将使超导限流器、超导变压器、超导发电机投入运行。职业教育中《电工技术》课程教学•传统职业教育课程教学模式•项目式课程改革的教学模式传统职业教育课程教学模式•结构庞大的教学体系–从传统高等教育转型来的职业教育–课程主要从普通高等教育课程中移植部分内容，参照其编排方式编排–以学科为中心,将各类课程按序排列为分阶段的递进式课程传统职业教育课程教学模式•过分强调理论知识的重要性、完整性和系统性–各科课程的目标是使学生明确该课程的基本逻辑结构，掌握基本概念、原理和定律•学习目标单一–课程内的实践性仅仅体现在教学实验等环节–课程外实践动手能力的训练如实习，实训等是独立安排的•理论、实践脱节–课程与理论课程没有必然关系，可以根据设施使用情况安排在学期的任一部分，有可能先于相关的理论内容完成项目式课程改革的教学模式•教学理念：–以社会需求为依据、以能力发展为本位、以职业岗位群工作任务为中心的项目式课程改革。–以项目为载体、以任务为驱动，着重培养学生的实践能力、思维能力、创新意识、协作意识，构建的全新的教学模式。–避免理论、实践的另一种失衡，要通过实践来构建一个理论系统。项目式课程改革的教学模式•教学理念：–设置项目内容时注意理论知识的相对完整性、系统性•对于项目相应内容的知识体系，学生熟练掌握以后完全可以适应其它电子产品的相关要求。•项目设置时应该保持课程本身的基础性和后续课程的基础性。–设计教学过程强调理论的价值地位•《电工技术》有着较强的实践性，电工本身就是一门技术，但师傅带徒弟式的任务驱动已失去现实意义。•在实践活动中应要求学生多问问为什么、多找找理论依据。–安排考核注重对理论知识掌握程度的检验项目式课程改革的教学模式•教学过程设计明确学习目标呈现工作任务实践活动效果检查成功？理论实践考核师生反思总结再完整探讨问题交流方案总结理论依据理论研究完善知识体系形成理论内容以“用什么、讲什么”为原则，删减后再降低难度，而对实践训练则加大资金投人、增加学时比例，教学场所主要安排在实习，实训室或工厂车间。项目式课程改革的教学模式•教学模式课程项目1项目2项目n…任务1任务2任务n…教师指导下的自主学习，教师授课教师指导下的仿真设计与测试教师团队指导下的实训学习++完成阶段任务采用教学团队指导下的“学生自主学习，教师授课+仿真教学+实训”的一体化教学模式•例：数字电子钟的设计与制作项目：数字电子钟的设计与制作教师团队指导下的自主学习，教师授课教师团队指导下的仿真设计与测试教师团队指导下的实训学习教师团队布置任务，提出要求，指导学生进行相关知识查阅、讨论、咨询，学生制定计划，提出任务方案并进行决策，教师讲授相关知识学生利用EDA软件进行方案的仿真设计与测试，完成方案的理论设计并进行方案优化，打印电路原理图和自动布线图学生在电子技术实训室完成电子钟制作的准备工作，在电子室创新实训室完成电路板制作、元件焊接、整机测试物联网的发展与应用主讲人：陈明义中南大学电子科学与技术系2010、6、10•物联网的概念•物联网的原理•物联网的应用领域•物联网的发展主要内容一、物联网的概念•物联网就是把所有物品通过射频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备与互联网连接起来，进行信息交换和通讯，实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理。•物联网（TheInternetofthings）的概念是在1999年提出的•物联网就是“物物相连的互联网”；•物联网的核心和基础仍然是互联网，是在互联网基础之上延伸和扩展的一种网络；•其用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间进行信息交换和通信。国际电信联盟2005年的一份报告曾描绘“物联网”时代的图景：•当司机出现操作失误时汽车会自动报警；•公文包会提醒主人忘带了什么东西；•衣服会“告诉”洗衣机对颜色和水温的要求。物联网把新一代IT技术充分运用在各行各业之中，具体地说，就是把感应器嵌入和装备到电网、铁路、桥梁、隧道、公路、建筑、大坝、供水系统、油气管道等各种物体中，然后将“物联网”与现有的互联网整合起来，实现人类社会与物理系统的整合，在这个整合的网络当中，存在能力超级强大的中心计算机群，能够对整合网络内的人员、机器、设备和基础设施实施实时的管理和控制，在此基础上，人类可以以更加精细和动态的方式管理生产和生活，达到“智慧”状态，提高资源利用率和生产力水平，改善人与自然间的关系。二、物联网的原理•感知层•网络层•应用层1、物联网可分为三层感知层是物联网的皮肤和五官，识别物体，采集信息。感知层包括二维码标签和识读器、RFID标签和读写器、摄像头、GPS、传感器、终端、传感器网络等，主要是识别物体，采集信息，与人体结构中皮肤和五官的作用相似。感知层网络层是物联网的神经中枢和大脑信息传递和处理。网络层包括通信与互联网的融合网络、网络管理中心、信息中心和智能处理中心等。网络层将感知层获取的信息进行传递和处理，类似于人体结构中的神经中枢和大脑。网络层应用层是物联网的“社会分工”与行业需求结合，实现广泛智能化。应用层是物联网与行业专业技术的深度融合，与行业需求结合，实现行业智能化，这类似于人的社会分工，最终构成人类社会。应用层2、物联网的步骤•对物体属性进行标识，属性包括静态和动态的属性，静态属性可以直接存储在标签中，动态属性需要先由传感器实时探测；•需要识别设备完成对物体属性的读取，并将信息转换为适合网络传输的数据格式；•将物体的信息通过网络传输到信息处理中心（处理中心可能是分布式的，如家里的电脑或者手机，也可能是集中式的，如中国移动的IDC），由处理中心完成物体通信的相关计算。(1)智能家居智能家居产品融合自动化控制系统、计算机网络系统和网络通讯技术于一体，将各种家庭设备(如音视频设备、照明系统、窗帘控制、空调控制、安防系统、数字影院系统、网络家电等)通过智能家庭网络联网实现自动化，通过中国电信的宽带、固话和3G无线网络，可以实现对家庭设备的远程操控。智能家居不仅提供舒适宜人且高品位的家庭生活空间，实现更智能的家庭安防系统;还将家居环境由原来的被动静止结构转变为具有能动智慧的工具，提供全方位的信息交互功能。三、物联网的应用领域智能医疗系统借助简易实用的家庭医疗传感设备，对家中病人或老人的生理指标进行自测，并将生成的生理指标数据通过中国电信的固定网络或3G无线网络传送到护理人或有关医疗单位。根据客户需求，中国电信还提供相关增值业务，如紧急呼叫救助服务、专家咨询服务、终生健康档案管理服务等。智能医疗系统真正解决了现代社会子女们因工作忙碌无暇照顾家中老人的无奈，可以随时表达孝子情怀。(2)智能医疗智能城市产品包括对城市的数字化管理和城市安全的统一监控。前者利用“数字城市”理论