更新时间:2022-09-06 13:09:47
关键词:无机化学实验;实验预习报告;考核制度
无机化学实验是化学工程和化工工程专业的一门必修专业基础课,主要任务是使学生通过本课程的学习与试验,加深对无机化学基本理论的理解,学习并掌握无机化学实验的基本方法和操作技能,培养学生的动手能力。传统教学方法不能很好激发学生对于化学实验的思考和探究,学生的创新能力在实验中得不到更好的培养,因此无机化学实验教学方法的改革显得愈发迫切和重要。现结合安顺学院化学与化工学院无机化学实验教学的具体情况,将笔者的想法列出,与同行讨论,使无机化学实验教学质量得以提高。
1 目前无机化学实验教学存在的主要问题
1.1 大一新生在大学化学实验教学中实验素质不高 无机化学实验是新生刚进大学就马上开设的第一门实验课,要求为后续实验课打下基础,其地位之重要不言而喻。学生对于化学学科的学习,基本不是从实验着手而总结出理论,而普遍出现“做实验不如讲实验,讲实验不如背实验”现象[1],使学生在高中阶段几乎没有自己亲手做过实验,因此,无机化学实验课程的重要性与学生较低的实验素质形成了矛盾,导致实验教学效果不理想。
1.2 化学实验课程和无机化学理论课程不能科学统一 无机化学实验课是一门实践性很强的基础课程,它与无机化学理论教学紧密结合,化学中的一些定律、原理、学说都来源于实验,同时又受实验的检验。做无机化学实验是学好无机化学的必要手段,做好实验可以巩固和扩大课堂上所获得的知识,同时理论也可以指导实验的操作进行,分析和解决实验中出现的问题。所以两门课程必须紧密结合在一起,才能同时学好两门课程,二者缺一不可。
1.3 “照方抓药”的实验模式不利于激发学生对于无机化学实验的思考和探索 笔者在从事将近三年的无机化学实验教学中发现,学生在做实验时很少思考,是因为他们都是按照教材上已经很成熟的实验方法操作,对应实验步骤照搬完成,形成所谓“照方抓药”的实验习惯,而对于出现的实验现象很少思考为什么。出现这样的现象,笔者认为原因是学生在实验之前没有充分预习实验,对于实验出现的现象没有科学的预测,导致在实验中只是照着步骤按部就班,不思考为什么,并且对于出现的特殊实验现象不能作出科学的解释。因此如何督促学生在实验之前必需预习是值得思考的问题。
1.4 无机化学实验考核制度不能全面反应学生的实验能力 无机化学实验是独立开设的一门基础课,它不仅与无机化学理论联系紧密,而且是后续实验课的基础。但是无机化学教学实践中,实验教学往往未能得到应有的重视,其作用也未能得到充分发挥。造成这一现象的原因是多方面的,而缺乏科学的考核方式与评价手段是其中重要的原因。过去,无机化学实验成绩主要是根据实验报告给定的。但是仅凭实验报告给成绩,造成了一些学生不认真做实验,而把主要精力放在实验报告的书写上;这就导致了实验成绩高的学生,实验技能不一定高,并且慢慢对实验产生厌烦情绪和草率应付的态度[2],这样的态度对于学生良好实验素质和严谨科学态度的形成是非常不利的。
2 针对存在问题的改革措施
2.1 开展基本化学技能竞赛 对于刚走进实验室的新生来讲,由于中学几乎没有基本的实验基础,因此基本仪器的认识和规范操作是必须面对的一课,对于刚开始的实验基本技能的操作培养常常感到枯燥和乏味,甚至认为这不是化学实验,从而没有给予足够的重视。对此,学院具有针对性的开展了基本化学技能操作比赛,如溶液的配置、酸碱中和滴定、物质的称量等,这样的活动有利于学生对于基本操作的重视,激发学生的兴趣,并且相当弥补了在中学阶段实验能力的缺失。
2.2 上实验课必须先写预习报告 针对学生实验之前不预习,直接开始实验,照着教材实验步骤“照方抓药”的不良习惯,要求学生在实验之前必须先做实验预习报告,实验预习报告由实验老师根据每一个无机化学实验的具体内容设计,如在元素化学实验部分,实验预习报告应该包括以下几项:实验步骤、预测的实验现象、预测实验现象的解释、实际实验现象、实际实验现象的解释、实际现象与预测现象是否相符(若不符,请解释)。先做了这样的预习准备,学生在开始实验时,可以做到心中有数,对于出现的实验现象会有主动的思考。
2.3 改进无机化学的实验考核制度 传统的无机化学实验考核制度并不能反映学生实际的实验能力,可以做如下的改进:无机化学实验成绩的评定按五级制记录考试成绩,凡实验成绩不合格者,该门课程必须重修。学生成绩以平时成绩为主,平时成绩包括预习成绩、考勤和纪律、实验操作、卫生整理和实验报告五项,其中预习成绩以实验报告质量打分,实验操作则以每次实验中实验老师分别给出每次实验的操作分数,期末以平均值为最后成绩,实验报告成绩则以上交的实验报告的格式、数据处理、结果分析等给分。
无机化学实验成绩=平时(80%)+期末(20%)
平时=预习(20%)+考勤和纪律10(%)+实验操作(40%)+卫生整理(10%)+实验报告(10%)
期末=最后一次实验成绩
3 总结
针对在无机化学实验教学过程中大一学生存在的问题,笔者提出上述改革措施,并在14级化本教学中进行改革,结果证实学生的实验技能和分析问题、解决问题的能力有较明显的提高[3]。现将想法列出,与同行共勉。
参考文献:
[1]王晓明.中学与大学无机化学实验教学衔接问题调查与研究[D].内蒙古:内蒙古师范大学,2013.
[2]王克诚,等.无机化学实验考核的改革[J].唐山师范学院学报,2004(3):17-19.
[3]李向清,等.大学无机化学实验教学改革探讨[J].化工高等教育,2011
(05):24-26.
1 目前无机化学实验教学存在的主要问题
1.1 大一新生在大学化学实验教学中实验素质不高 无机化学实验是新生刚进大学就马上开设的第一门实验课,要求为后续实验课打下基础,其地位之重要不言而喻。学生对于化学学科的学习,基本不是从实验着手而总结出理论,而普遍出现“做实验不如讲实验,讲实验不如背实验”现象[1],使学生在高中阶段几乎没有自己亲手做过实验,因此,无机化学实验课程的重要性与学生较低的实验素质形成了矛盾,导致实验教学效果不理想。
1.2 化学实验课程和无机化学理论课程不能科学统一 无机化学实验课是一门实践性很强的基础课程,它与无机化学理论教学紧密结合,化学中的一些定律、原理、学说都来源于实验,同时又受实验的检验。做无机化学实验是学好无机化学的必要手段,做好实验可以巩固和扩大课堂上所获得的知识,同时理论也可以指导实验的操作进行,分析和解决实验中出现的问题。所以两门课程必须紧密结合在一起,才能同时学好两门课程,二者缺一不可。
1.3 “照方抓药”的实验模式不利于激发学生对于无机化学实验的思考和探索 笔者在从事将近三年的无机化学实验教学中发现,学生在做实验时很少思考,是因为他们都是按照教材上已经很成熟的实验方法操作,对应实验步骤照搬完成,形成所谓“照方抓药”的实验习惯,而对于出现的实验现象很少思考为什么。出现这样的现象,笔者认为原因是学生在实验之前没有充分预习实验,对于实验出现的现象没有科学的预测,导致在实验中只是照着步骤按部就班,不思考为什么,并且对于出现的特殊实验现象不能作出科学的解释。因此如何督促学生在实验之前必需预习是值得思考的问题。
1.4 无机化学实验考核制度不能全面反应学生的实验能力 无机化学实验是独立开设的一门基础课,它不仅与无机化学理论联系紧密,而且是后续实验课的基础。但是无机化学教学实践中,实验教学往往未能得到应有的重视,其作用也未能得到充分发挥。造成这一现象的原因是多方面的,而缺乏科学的考核方式与评价手段是其中重要的原因。过去,无机化学实验成绩主要是根据实验报告给定的。但是仅凭实验报告给成绩,造成了一些学生不认真做实验,而把主要精力放在实验报告的书写上;这就导致了实验成绩高的学生,实验技能不一定高,并且慢慢对实验产生厌烦情绪和草率应付的态度[2],这样的态度对于学生良好实验素质和严谨科学态度的形成是非常不利的。
2 针对存在问题的改革措施
2.1 开展基本化学技能竞赛 对于刚走进实验室的新生来讲,由于中学几乎没有基本的实验基础,因此基本仪器的认识和规范操作是必须面对的一课,对于刚开始的实验基本技能的操作培养常常感到枯燥和乏味,甚至认为这不是化学实验,从而没有给予足够的重视。对此,学院具有针对性的开展了基本化学技能操作比赛,如溶液的配置、酸碱中和滴定、物质的称量等,这样的活动有利于学生对于基本操作的重视,激发学生的兴趣,并且相当弥补了在中学阶段实验能力的缺失。
2.2 上实验课必须先写预习报告 针对学生实验之前不预习,直接开始实验,照着教材实验步骤“照方抓药”的不良习惯,要求学生在实验之前必须先做实验预习报告,实验预习报告由实验老师根据每一个无机化学实验的具体内容设计,如在元素化学实验部分,实验预习报告应该包括以下几项:实验步骤、预测的实验现象、预测实验现象的解释、实际实验现象、实际实验现象的解释、实际现象与预测现象是否相符(若不符,请解释)。先做了这样的预习准备,学生在开始实验时,可以做到心中有数,对于出现的实验现象会有主动的思考。
2.3 改进无机化学的实验考核制度 传统的无机化学实验考核制度并不能反映学生实际的实验能力,可以做如下的改进:无机化学实验成绩的评定按五级制记录考试成绩,凡实验成绩不合格者,该门课程必须重修。学生成绩以平时成绩为主,平时成绩包括预习成绩、考勤和纪律、实验操作、卫生整理和实验报告五项,其中预习成绩以实验报告质量打分,实验操作则以每次实验中实验老师分别给出每次实验的操作分数,期末以平均值为最后成绩,实验报告成绩则以上交的实验报告的格式、数据处理、结果分析等给分。
无机化学实验成绩=平时(80%)+期末(20%)
平时=预习(20%)+考勤和纪律10(%)+实验操作(40%)+卫生整理(10%)+实验报告(10%)
期末=最后一次实验成绩
[论文关键词]实验室实验室开放
实验室信息化管理是在传统实验室管理的基础上,利用计算机网络,采用科学的管理思想,将现实实验室中的各种资源进行处理,并通过计算机进行开放型管理,其重要意义是使得实验室在时间和空间上得以延伸。
一、实验室信息化管理的宗旨
实验室信息化管理的宗旨是在开放的实验环境下,为实验教与学提供最优化的实验教学资源,为实验教师提供简便有效的实验室管理和实验教学方法,使学生与实验发生最方便简捷的沟通,为学生提供虚拟与现实相结合的优化的实验环境与资源,使学生在真正的实验环境中利用最少的时间,掌握基本的实验操作技能,并在此基础上能进行一些力所能及的创造性、开放性的实验研究。
二、实验室信息化管理内容
主要有三个方面内容:实验教学管理模块,包括实验学习资源管理,实验报告管理,课表管理等;学生学习模块,包括仿真实验、项目案例库等;实验室管理模块,包括基本信息、在线排课、课表查询、实验室开放管理、实验室使用情况统计等。
(一)实验教学管理模块
实验教学是教学过程中非常重要的一环,而实验报告的提交、批阅、反馈,则成了一项费时费力的工作,尤其对于许多程序设计类的课程,大量的代码量、流程设计图等已使得纸质版报告不能适应。实验报告电子化,将报告填写、提交、批阅、反馈、统计等工作搬到了网络上,将大大提高教学工作效率。
在实验教学管理模块中,教师可提前实验课、实验学习资源、布置实验项目。学生在实验前需要预习实验,下载实验资源,并在线编写预习报告;在实验结束后,提交电子实验报告。教师可灵活掌握时间对学生实验报告进行批阅,直接给出成绩和评语,而不必担心未批完实验报告而影响学生做下一次实验的预习。这样,学生能够及时了解自己的实验反馈结果,节约了教师、学生的时间,加快了交流反馈过程,避免了因提交滞后带来的麻烦,缩短了指导教师的批阅和下发周期。
(二)学生学习模块
网络仿真实验有着随时随地开展的优势,并有效避免了硬件设备的大量投资,节省在教学中投入的资金。对于“网络安全”、“计算机组成原理”、“数据库SQL语言”等计算机类课程都比较适合制作成B/S结构下的实验。同时目前计算机相关专业学生的个人计算机大量普及,也有利于开展仿真实验教学。
仿真实验系统具有以下特点:集成了Flash的插件技术,应用Flash内置的ActionScript脚本语言,控制元件,使Flash表现出强大的交互功能;学生登陆系统后,即远程连接实验服务器开展实验,系统会将实验现象和结果实时、动态地反馈给学生。
(三)实验室管理模块
为了更好地实现资源共享,提高设备的利用率和经济效益,目前大部分高校都已经实施了实验室开放。推动实验室开放的前提就是实验室信息的公开化,当教师、学生了解了该实验室的设备、软件、开设实验项目等内容后,就能够根据自己的需要,选择进入某个实验室。另外,额定的实验学时往往会使学生感觉时间不够、或缺少深入研究的机会,而实验设备和时间资源又是有限的,为提高利用率,同时满足学生对实验实践的渴望,有必要推进自主型开放。这样就需要对院内各部门、教师和学生公布实验室基本信息。
在实验室管理模块实现了基本信息、在线排课、课表查询、开放实验室管理、实验室使用情况统计、参数设置等功能。在实验室信息化平台首页上,即公布了各个实验室的负责教师名字及联系方式;在教师和学生登录进平台后,能够方便地查询各实验室的课表信息;在线排课能自动判断预约、排课等相互之间的关系,并做出提示;开放实验室管理提供了预约、预约审核功能,并方便师生查询所需实验室的状况,自主决定时间、地点,联系实验室负责教师后即可进入实验室开展实验、研究活动。
三、实验室信息化管理的优越性
1.改变了传统实验室繁杂的管理方法,引进了现代化的管理手段,使实验室达到了信息化管理和无纸化办公的目的,对实验室提高工作效率,降低运行成本起到了至关重要的作用。
2.统一管理实验室资源,包括设备、时间、人力,提高了效率和效益。
3.建成实验项目库后,为师生教与学提供了便利,实现了实验资源的共享。
在目前高校招生规模庞大的体制下,常常会面临学生多,带课教师不够的窘境,导致的直接后果往往就是放松对学生的要求。但对于有机化学实验这样一门安全责任重大的课程来说,绝不能放松要求。我们在带教过程中,一直坚持预习报告制度,要求学生凭预习报告进实验室,否则就会被拒之门外,同时,预习报告的写作还与实验成绩直接挂钩。有机化学实验经常会用到易挥发、易燃易爆的化学试剂,实验过程中必须按要求严格控制反应条件才能保证反应的正常进行,因此,学生在实验前必须对此有所了解和准备。学生在准备预习报告的过程中能够加深对于具体实验内容和实验进程的了解,做到心中有数。刚开始,有少部分学生对老师的依赖性很强,不喜欢写预习报告,总是脑子空空地进实验室,等待老师的详细讲解和指导。但他们很快就发现,老师在实验前不会做很详细的讲解,而是经常采取“教师提问—同学回答—教师补充”的方式,对同学们的预习情况进行检查,同时对实验中的关键问题加以说明和强调。未做预习的同学在回答问题时往往比较难堪,而准备充分的同学回答问题很流畅,很自信。在实验过程中,我们也明显看到,凡是做过精心准备、预习充分的同学,实验一般都完成得比较顺利,遇到问题能够积极应对,常常能获得良好的实验结果,并经常自豪地向老师和同学们展示他们的实验成果,分享实验心得和成功的喜悦。看得出来,有机化学实验在他们的课程表里,已经变成了展示的舞台,进步的阶梯。学生的学习自主性和积极性大大增强。而未做预习的同学实验做起来磕磕巴巴,实验结果也往往很不理想。看到别的同学开开心心地展示劳动成果,他们也都会受到触动和激发,下次实验也会暗下功夫,不甘落后。这样,在班里形成一种良好的学习氛围,能够使同学们享受到学习的乐趣,促进共同进步,培养科研素养和科学精神。
改革现有的两人组制,逐步实施单人组制,鼓励独立完成实验
在实验安排上,考虑到学生相互协作的需要,以及受实验场地和实验经费所限,常常将学生分成两人一组。这种分组方法能够很好地培养学生的合作精神,节约实验开支。但其不足之处也很明显,一是会养成学生的依赖性;二是不利于培养学生的独立操作能力;三是制约学生创新能力的发挥。鉴于此,我们将两人组和单人组做了对比,将一半学生安排为两人一组,另一半则一人一组,并让所有学生在同一个实验室进行实验。刚开始,单人组的同学有点无所适从,架设反应装置时缺少帮手,动作较慢。但他们很快就学会了适应,一次实验课下来,不仅学会了一个人如何架设反应装置,而且还学会了统筹规划,对实验流程有着完整的设计和规划。整堂实验课他们都在积极思考各个实验步骤,有不懂的地方,或是自己琢磨,或是向同学和老师请教,学习的自主性和自觉性非常强。而且,几乎毫无例外的是,单人组的同学实验完成得都不错,产品都很漂亮。而两人组的同学在实验中往往会产生依赖性,在统筹规划方面也做得稍差些。单人组和双人组同学的差别在进行设计性实验时表现得更为明显。设计性实验要求学生根据教师的建议自行查阅相关文献,筛选实验方法,设计实验方案,并在教师的指导下实施实验。单人组的同学独立自主性强,都能较好地完成设计性实验。有一次,在做设计性实验“3-(2-呋喃基)丙烯酸的合成”时,由于实验室的结晶条件所限,大部分同学都只看到了粉状的产物,而没有看到如文献上所说的针状结晶。有一位单人组的同学不甘善罢,他尝试让产物在稀溶液中缓慢结晶,最终果真得到了亮闪闪的针状结晶,他和另外几位同学欢呼雀跃,立即跑来向老师汇报他的劳动成果,成功的喜悦挂满了脸庞。这件事情给我们留下了深刻的印象。实践证明,创造条件让学生独立完成实验,能够增强学生学习的自主性,很好地训练他们的独立动手操作能力和统筹规划能力,从而提高科研素养和科研能力。
加强实验过程中学生良好实验习惯的养成
大学时期养成良好的实验习惯能够让学生受益终生。有机化学实验在低年级开设,教师引导得法,有助于学生养成良好的实验习惯。这些习惯包括诸多方面,简要地来说,包括以下几个方面:一是玻璃仪器的使用和保护。玻璃仪器属于易碎品,在使用过程中必须做到轻拿轻放;在用铁夹等固定反应瓶时瓶颈不能夹得太紧,以免夹碎;烧杯等加热后不能立即放在实验台上,以免遇冷破裂;玻璃仪器使用后应及时清洗干净;等等。指导教师应不厌其烦地把这些基本的实验常识教给学生,并在实验过程中及时监督、检查、提醒和纠正。二是有机溶剂及试剂的合理使用和回收。进入实验室,首先必须教导学生应该具备大学生的基本社会责任感和环保意识,告诉学生实验室所用的所有溶剂都必须回收,废液要倒进专用的废液缸,禁止将有机溶剂和实验废液直接倒入下水道。学生实验室人数多,使用的试剂量也较大,如果任由学生自行处理试剂和废液,往往会杂乱不堪,甚至导致不愿意看到的严重后果。这就要求指导教师要耐心、细心并负责任地进行管理。三是各种仪器和设备的正确使用方法。实验室的每种仪器都有一套正确的操作规程,指导教师应要求学生在使用任何仪器之前都要认真细读其操作方法,并在课堂上加以示范。对于不规范的操作应及时纠正,让学生学会正确使用各种仪器和设备,避免出笑话,出纰漏。四是学会做好实验记录。实验记录是科学研究的第一手资料,大学生作为未来的科学工作者应该高度重视。在实验过程中,必须让学生养成边做实验边做记录的习惯。实验记录必须实事求是,准确反映实验过程中的真实情况。无疑,良好实验习惯的养成能够反映出学生的良好科研素养。
提高实验过程中教师的指导作用
在有机化学实验教学过程中,教师的指导作用不可替代。从实验内容的选择、实验室的管理、实验的具体实施以及学生实验报告的撰写和批改,都离不开教师的积极引导和具体指导。有机化学实验内容既有玻工操作、化合物性质实验、提取实验,又有合成实验;有经典的项目,也有近期的研究成果;实验涉及内容广泛,所需使用的仪器品种繁多,实验基本操作方法也多种多样,这就要求指导教师自身必须加强学习,扩宽知识面,才能更好地发挥指导作用。同时,有机化学实验是在低年级开设,对于实验室的行为规范、实验基本操作方法、实验流程的设计和安排,以及实验要求等,学生都还不甚了解,需要指导教师在实验过程中耐心地讲解、示范和指导。另外,在实验过程中,学生会遇到各种各样的问题,产生许多困惑,他们都希望能够与老师进行交流,解除心中的疑惑。因此,指导教师必须加强学习,切实提高自身的教学水平和科研能力,对所要进行的实验课题深入研究和熟练掌握,才能够针对不同学生提出的不同问题做出正确的引导。由此可见,指导教师要带好有机化学实验,不仅要有教书育人的强烈责任感,细致耐心的工作态度,渊博的知识及对已掌握知识的灵活应用能力,而且要善于接受新鲜事物,了解学生多样性的思维发展和心理状态,在工作中不断地加强学习,提高自身的带教能力[3]。这样才能树立起教师的榜样和标杆作用,培养出科研素养深厚的大学生。
严格实验报告撰写要求
关键词:实验报告;无纸化管理;信息系统;
中图分类号:TP319文献标识码:A文章编号:16727800(2012)008012302
基金项目:贵州财经学院教改课题
作者简介:刘文江(1982-),男,贵州财经大学讲师、实验实践教学管理科科长,研究方向为智能控制、信息化建设。
0引言
实验教学是学生技能培养的重要环节之一,学生实验报告的质量在一定程度上反映了实验教学的质量,实验报告管理水平也反映了实验教学管理水平。目前,大部分学校的学生所提交的实验报告大多还停留在以纸为介质的方式上,这将严重制约着实验教学的开展。首先,很多课程的实验结果在纸质实验报告中不能表现或不能完全表现,如《多媒体课件与制作》等设计性强的课程;其次纸质实验报告的批改和分析也是实验授课教师的一个很重负担,如何提高学生实验报告的表象能力,提高教师批改实验报告的效率并及时发现和纠正实验报告中存在的问题是许多课程实验授课教师所面对的一个难题。本文从改善学生实验报告的表象力和提高教师批改实验报告效率的角度加以研究,利用计算机网络和数据库技术,开发基于校园网络的无纸化实验报告管理系统,这对规范实验教学管理、优化资源配置、促进实验教学的开展和提高实验教学质量有着重要意义。
1系统总体设计
基于此系统,学生在实验过程中可以使用预先制定好实验报告模板,将实验结果直接填在实验报告电子文档里。学生完成实验报告简便、规范,能够将纸质实验报告不易表现的内容以截图和附件的方式方便地添加到电子实验报告文档中。教师可以在网上直接查阅实验报告,将评阅意见、成绩和批阅后的实验报告提交、保存在数据库中,方便管理。根据分析,系统的用户分为3类,各类用户的业务如下:
学生用户:可以对学生本人信息进行查询和密码修改;选择授课教师及课程,并对教师的实验项目及要求进行查询,填写并提交实验报告;能够在教师评定成绩之后查看自己的成绩、评语和实验报告的批注,并可借助网上答疑向老师提出实验中遇到的问题。
教师用户:可以对教师本人信息进行查询和密码修改;可以管理选择课程的学生名单;可以注册课程、实验项目,并对其的实验项目进行管理;可以对学生提交的实验报告进行成绩的评定,查看学生的成绩数据并对其进行统计分析;在线回答学生的问题。
管理员用户:添加和删除教师和课程信息;备份实验报告及其相关数据。
2系统数据库设计
该系统主要包括:学生信息表、教师信息表、课程表、实验项目表、实验报告表等数据库表。它们分别包含的主要字段为:
学生信息表:学号、密码、姓名、班级、分院、专业、邮箱等;
教师信息表:教师工号、姓名、密码、电话、办公室地址、职称、学院、邮箱等;
课程表:课程号、课程名、课程类别、课程简介、学分、总学时数、实验学时数等;
实验项目表:实验项目号、实验项目名称、课程代号、实验内容、实验要求及注意事项、实验学时、实验类型、班级代号,教师工号等;
实验报告表:学号、实验课程、实验项目名称、实验指导教师姓名、实验日期、实验地点、实验报告批阅教师姓名、成绩、评语、评阅日期等。
系统的ER图如图1所示。
图1系统ER图
3系统功能实现
3.1系统架构
因B/S模式的软件系统具有易于安装部署、使用简单、维护方便、负担小等优点,本系统采用基于.NET平台,采用B/ S模式的4层体系架构(如图2),包括页面表现层、业务逻辑层、数据访问层和后台数据库。页面表现层即用户界面层,主要处理所有的信息表现和用户的交互行为;业务逻辑层起到了承上启下的作用,当用户发出请求后,通过调用业务逻辑层中的相应方法来完成相应操作;对数据访问层来说,它是动作的发起者,由它来直接与数据库通讯,最终将数据库的数据展现、更新,并返回给页面逻辑层,数据访问层主要完成数据库的直接操作,如添加、删除、插入和更新等。
图2系统架构
3.2服务器的选择
Web服务器采用Windows 2003 Sever+IIS6. 0,它为网络应用服务器的管理提供了许多新的特性,包括实用性、可靠性、安全性与可扩展性,提供了一整套可靠、高效、连接的一体化网络应用解决方案。
数据库服务器采用SQL Sever 2005,SQL Sever 2005与SQL Sever2000相比,在性能、可靠性、安全性等方面有很大的优越性。
3.3系统关键技术
本系统采用当前网络开发主流技术,结合 、 SQL Server2005、JavaScript、WebOffice等技术,设计并开发了一个基于B/S模式的无纸化实验报告管理系统。运用 + SQL Server2005这个组合进行开发保证系统的安全、可靠、稳定和数据的安全。界面设计采用的是,它能显示动态的页面,能够根据用户不同的请求,通过对数据库数据的提取得到结果。并在开发中采用了页面复用,使用了一个模板框架将不同的页面整合到一个页面中,使整个页面看起来更有逻辑性。另外,在网页的界面里嵌入Word文档,使无纸化的办公更加方便、规范。
4结语
高校实验教学信息化管理是一个必然的趋势。本文介绍的无纸化实验报告管理系统既改善了学生实验报告的表象力,又提高了教师批阅实验报告的效率,并能够及时了解学生实验报告的完成情况,且对实验报告文档的保存也起到了比较好的效果,这将方便实验教学的评估。
经过近两年的试运行,系统工作稳定。基于此系统提交的实验报告所附带的材料有计算机实验程序、测试实验数据及多媒体作品等,解决了传统纸质实验报告难以达到的学生实验成果积累的效果,对我校实验教学的开展具有一定的推动作用。
参考文献:
\[1\]彭辉.高等学校实验室及实验教学改革模式探讨\[J\].长春师范学院学报:自然科学版,2006(3).
\[2\]方利伟.基于WEB的通用实验报告管理系统的设计与实现\[J\].中国远程教育,2006(1).
\[3\]徐贲,沈为民,张艳.基于Web的开放型实验教学管理系统设计与开发\[J\].电气电子教学学报,2007(增刊).
关键词:发电机;健康档案;绝缘数据
0引言
大型发电机组是向电网提供电源、保障电力供应的重要设备,其健康状况直接关系到国民经济的健康发展。其中尤为重要的是发电机的绝缘状态,绝缘的好坏直接影响发电机的正常运行。目前针对同步发电机组存在多种检测手段和标准去评估发电机的绝缘状态。对于相关的检测机构来说,对不同的发电机组以及不同的检测项目经过长期的积累会产生大量的检测数据,这些数据大多是以纸质报告形式或者电子版文档形式存在,数据集中程度差,查询和统计、分析、共享都不方便。另外,检测报告的生成缺少统一的格式,报告自动化程度差,许多简单数据的处理需要手动进行,对于同一台机组的铭牌信息,不同的试验报告都要重复添加,增加了报告生成的工作量。对于发电机的绝缘故障诊断,往往由于所积累的各种试验数据不足、数据管理不到位、同类型机组数据无法方便获得而无法准确全面地提供评价建议。而对于众多发电机组构成的检测样本,由于数据量太大,依靠传统的人工查询报告数据的方式对发电机的参数特性进行统计分析也变得十分繁琐。检测机构长期积累的离线试验数据和在线运行数据对发电机组来说是一份健康档案,对其进行记录跟踪以及必要的统计分析能够反映发电机组的健康状况和参数特性,对于检测机构和发电厂客户来说都是非常有益的。在此背景下,本文基于服务器和数据库技术研制了一套大型发电机组的健康档案系统,以提高发电机绝缘检测数据的管理水平。大型发电机组健康档案系统基于浏览器/服务器结构(B/S结构)和发电机组绝缘检测数据的软件系统,通过前台界面与后台程序设计,实现用户与数据库的交互,从而实现发电机绝缘检测数据的管理、发电机绝缘检测任务管理和检测设备管理以及报告的自动生成、发电机绝缘数据的综合分析等功能。
1系统总体设计与各模块功能
1.1总体设计
大型发电机组健康档案系统的总体设计图,分为设备管理、过程管理、报告管理和档案管理4部分。设备管理实现设备的基础信息和校验信息的录入、校验期的自动更新、校验期内的可用设备状态查询、设备的添加与删除等功能;过程管理能够实现检测任务流程的管理,包括试验报告编号自动生成、试验原始记录模板下载、试验人员选择、试验任务的完成申请等功能;报告管理能够建立统一的试验数据录入界面,通过试验数据的预输入以及自动计算自动生成报告,实现试验报告的电子化审核与修改、特殊报告的上传与审核等功能;档案管理能够将相关的试验报告存入对应的机组档案并且组织有序,能够实现机组特定指标的趋势分析与样本统计功能,还能够实现发电机在线运行数据的上传、技术标准技术资料的共享等功能。从组织结构上看,系统分为数据层、操作层和应用层。数据层包括机组铭牌信息库、检测项目数据库、发电机绝缘数据库、发电机检测设备库、发电机绝缘试验标准库等;操作层主要包括数据录入界面、数据筛选界面、自动报告界面;应用层主要包括发电机绝缘数据的趋势分析和样本统计等综合利用模块。
1.2过程管理
过程管理主要分为项目申请、项目批准和已完成项目3部分。项目申请主要实现检测任务的申请和记录,能够增加试验任务各分项,同时实现各个分项的报告编号,提供客户、机组以及试验类型选择功能。项目批准和已完成项目分别实现已申请项目的批准通过功能和已完成项目的查询统计功能。
1.3报告管理
报告管理分为报告录入、报告推送和报告审核批准3部分。报告录入界面实现各种试验报告的数据录入。试验类型涵盖发电机的端部动态特性试验、交流耐压试验、直流耐压试验、手包绝缘的表面对地电位测量试验、定子铁心故障诊断试验、端部绕组表面放电缺陷定位试验、转子匝间短路故障诊断试验、空载短路特性试验、转子交流阻抗试验、定子绕组的老化鉴定试验、定子线棒耐压试验、发电机封闭母线耐压试验和发电机温升试验13种发电机常用的预防性试验报告。针对不同的试验报告,本系统设计了不同的录入界面,只需要录入相关试验数据,而不用去关心具体的报告格式,发电机定子绕组交流耐压试验的录入界面。另外,试验数据在录入的同时也存储于数据库服务器上,以便实现数据的存储和调用。报告录入模块还能实现不同试验所需的检测标准、检测设备的一键添加功能,保证检测设备信息与设备管理模块相关联,即添加到报告中的检测设备都在设备管理模块中,且均在校验期内,防止出现过期设备出现在最终的检测报告中,保证检测报告的质量。对于试验报告中的图形数据,本系统针对不同的报告也设计了图片上传功能,对于不同的报告给出了图形文件上传位置的说明,支持对上传的图形文件的排序及删除功能。报告推送界面能够对自动生成的报告文档进行预览,通过预览确认无误后,可以提交技术负责人进行审核和批准。
报告的自动生成采用自动嵌套的模式,后台程序会将一份Word文档中的固定不变的文字、标题、表格、图片所需的空间以数据行的方式存放于服务器的存储单元中,当前台程序发送命令生成报告时,程序自动把对应的报告录入界面输入的数据填充在相应的存储空间进行覆盖,然后将所有文档内容以Word形式展现在前台进行预览,生成报告。报告审核批准模块主要实现报告的电子化审批流程,报告编写人通过自动生成工具生成的报告推送至审核人账户中,审核人通过预览没有问题后,可以继续推送至批准人账户中。如果存在需要修改的地方,可以选择驳回操作,并附加修改意见,报告退回到编写人账户的报告推送界面,报告编写人进行数据修改后,可以再次执行此流程。报告批准人可以看到审核人推送过来的报告,可以选择驳回或者通过,驳回的报告会直接退回到编写人账户中,而通过的报告直接会出现在机组的健康数据库中。
1.4档案管理
档案管理模块主要实现机组健康数据的管理、技术资料的上传共享以及机组、试验项目、相关标准的信息维护。资料共享模块实现各种技术资料的上传下载功能,基础信息模块对相关客户资料、机组铭牌信息进行录入和维护,形成客户信息库,直接用于报告中客户信息的自动嵌套。标准库模块展示了发电机绝缘试验的相关国家和行业标准,方便查询下载。机组健康档案库提供所有批准的正式报告的下载列表,提供按照客户、试验类型、报告编写人等进行查询的功能,列表中包含试验的各种信息,包括客户信息和检测时间等辅助信息,通过筛选可以查到不同客户不同发电机在每个检修期内的报告档案。另外,此界面能够一键导出Excel列表,方便以通用的文档形式进行查看。
1.5设备管理
设备管理模块主要针对发电机绝缘试验所用设备的校验管理,如图5所示。对于检测机构来说,检测设备都有固定的校验期以保证数据的测量有效性,此模块构建了设备库,设备的型号、编号、校准指标、校准计划等详细参数可以直观的展现并将即将到期的设备醒目地展示出来,实现提醒功能。今年校准后的设备通过标定操作可以自动更新下一年的校准计划,保证设备更新至最新状态。
2健康档案系统的优势
与传统的人工/计算机分散管理相比,采用基于浏览器/服务器结构的大型发电机组健康档案系统具有以下明显优势:(1)数据管理效率高。本系统具有更方便快捷的数据查询、统计、归档模式,机组的健康数据或报告可以按客户、机组、试验类型、负责人、时间等组合查询,克服了人工逐年查询效率低的缺点,对于特定的数据可以导出列表,方便归档。报告生成工具自动化程度高,能够大大减少工作量,统一报告格式。系统中的机组铭牌库能够自动将对应机组的铭牌导入报告中,与传统的人工输入相比大大提高了报告生成效率。数据录入界面集成一些较为常用的计算功能,例如发电机温升试验中的温升计算,之前都是采用手动计算,每一份报告都要进行多个数值的计算,一年中往往要出具多份报告,采用本系统之后,通过自动计算,节省了数据处理的工作量。同样,发电机的交流耐压试验、定子铁心故障诊断试验等需要繁琐计算的报告也采用了自动计算功能。(2)数据集中程度高,共享能力强。本系统建立了客户机组信息库、检测设备库、机组健康数据库、检测标准库和技术资料库,几乎涵盖了整个专业工作中用到的数据,将分散的数据集中管理放到统一的平台进行共享,很大程度上提高了专业管理水平,这也是采用数据库技术的优势。(3)数据安全性高。传统的人工/计算机分散管理,机组的试验数据、试验报告、技术资料比较分散,随着时间的积累,数据的增多,很容易出现数据丢失的现象。本系统基于B/S结构,数据统一存放在大型的服务器上,与客户端/服务器结构(即C/S结构)相比,不需要在每台计算机上安装客户端,直接在网页进行访问,更加安全。(4)数据分析能力强。本系统以机组的绝缘检测数据为基础,对机组的各类数据都能进行提取和统计,经过大量数据的积累,通过前端设计,可以对试验数据进行有效地利用,从而反映机组的健康信息或者机组的参数特性。本系统针对发电机的老化鉴定试验设计了趋势分析和样本统计功能。趋势分析功能针对某台发电机历年的老化鉴定数据绘制出发电机定子绝缘的介质损耗因数和电容量的发展趋势,以便评估发电机的老化情况。
以某电厂2号发电机组2006年至2015年10年间的老化数据为样本,系统自动绘制出了发电机定子绝缘A相介质损耗因数和电容量的趋势图,以及A相介质损耗因数增量和电容量增量的趋势图。该机组额定电压下的介质损耗因数tanσn和电容量Cn及其增量Δtanσ,ΔC呈逐年上升趋势,其中介损增量和绝对值已接近或者超过了相关标准的要求,该机组的定子绕组绝缘已出现明显的老化趋势。另外,本系统还具备发电机组老化参数特性统计分析功能,用户可以按照电压等级、功率等级、冷却方式、制造厂家等条目进行特定机组老化参数的筛选,系统会自动统计出机组的介损及电容量增量、介损值和电容量值在不同区间的分布情况以及最大最小值等信息,如图8所示。通过数据的积累,样本数目的增多,该系统可以用来分析冷却方式与机组电容量的关系、不同厂家机组电容量对比、不同冷却方式对机组老化程度的影响等问题,从而可以掌握机组的老化状况以及设计参数的特点,得出有意义的结论,这些结论对于指导发电机的相关检测工作具有实际意义,例如定子绕组的电容量值对于发电机的谐振耐压试验的参数匹配具有重要作用。除此之外,以发电机绝缘检测数据和在线监测数据为基础,通过趋势图和在线监测数据波形显示等功能,可以更加方便地对发电机的绝缘状态做出评价,例如通过查询系统中发电机转子的重复脉冲法测试数据、发电机转子的历次交流阻抗测试趋势图以及发电机探测线圈法测得的在线波形数据,可以对发电机的转子匝间短路故障做出综合的判断。
3结论
大型发电机组健康档案系统是一套针对发电机绝缘检测专业的管理系统,它以检测工作中积累的大量试验数据为基础,以浏览器/服务器技术为支撑,融合了检测工作的客户信息、流程管理、报告管理、设备标准管理等内容,同时具备发电机绝缘数据的趋势分析和样本统计等分析功能,与人工/计算机的分散数据管理模式相比,具备数据管理效率高、集中共享程度高、安全性高和数据分析能力强的优点,可以显著提高发电机绝缘检测数据的管理水平。
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