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光纤通信技术的日益成熟,使得通信传输速率、传输稳定性得到切实保障,在很大程度上,满足了数据的使用需求。光纤通信技术与电力系统的结合,提升了整个电力系统运行环节信息交互的便捷性,为电力系统运营管理工作的开展提供了便利条件。但是受制于传统技术应用思维以及技术应用方式,现阶段光纤通信技术使用效果较差,为了扭转这一局面,充分发挥光纤通信技术在电力系统之中的作用,有必要采取针对性的措施,完善技术应用方式。文章立足于实际,在分析光纤通信技术优势的基础上,吸收过往有益经验,优化技术应用方法,充分发挥光纤通信技术的社会价值与经济价值,稳步推动电力系统通信功能的升级优化。 1光纤通信技术的优势 光纤通信技术优势的梳理,技术人员得以在思维层面形成正确的认知,认识到光纤通信技术在电力系统之中应用的必要性,扫清了技术应用过程中的思想阻碍,无形之中降低了光纤通信技术应用难度。 1.1光纤通信数据传输速率高 与电力系统惯用的铜线或者电缆相比,光纤在带宽上具有明显的优势,随着我国电力系统体量的逐步扩大,数据信息规模的增加,传统的铜线、电缆难以在短时间除了庞大的数据信息,这种情况的出现,无疑会降低电力系统运行效率,给电力资源的管理、使用带来极为不利的影响。光纤通信技术通过提升带宽,提升了电力系统的数字化水平,系统自身的信息数据处理能力得到提升,能够同时处理不同用户不同的电力资源使用需求,更好地了满足不同电力资源消费群体的消费习惯。 1.2信息传输损耗较少 为了适应区域经济发展,电力企业采取建立中继站的方式,分层构建电力通信网络,这种技术方式,虽然能够解决电力资源的调度问题,但是从成本较高,尤其在地形复杂、施工难度高的区域,中继站建设成本呈现出增长的趋势。光纤通信技术在电力系统之中的应用,适应了长距离数据传输要求,控制传输损耗,在保证数据传输稳定性的同时,也在很大程度,减少了中继站建设数量,节约了建设成本,避免了不必要的费用支出。 1.3具有极强的抗干扰能力 作为一种新的通信手段,光纤通信技术在实际应用过程中,表现出极好的安全性,能够有效低于外部因素对于光纤设备的腐蚀,提升了通信系统的整体抗干扰能力。同时光纤绝缘能力较好,具有良好的防雷击效果,避免电力系统运行过程之中数据信息因遭受雷击而发生丢失的情况,保证了电力系统通信的稳定性。 2光纤通信技术在电力系统中应用的方法 光纤通信技术在电力系统中的应用呈现出全面性、系统性特征,技术人员在深刻认知光纤通信技术优势的前提下,采取针科学高效的应用方案,实现光纤通信技术与电力系统的衔接,推动电力系统的升级优化。 2.1自承式光缆在电力系统中的应用 现阶段自承式光缆主要应用于河谷、洼地以及雷电密集区,自承式光缆质量较强、结构强度较好,基于这种电缆材质特点。在电力系统构建的过程之中,技术人员可以将高压输电线杆塔作为平台,进行自承式光缆的架设。在不改变原有电力系统杆塔结构的前提下,控制建设成本,减少不必要的费用支出。除此之外,技术人员需要着眼于实际,结合施工区域的特点,持续优化自承式光缆应用方案,同时采取必要的技术手段,对光纤架设质量进行评估,并根据评估结果,及时采取应对手段,保证自承式光缆数据信息数据交互能力。 2.2光纤复合地线的应用 考虑到现阶段电力系统光纤通信机制建设的实际需求,保证通信的稳定性,降低系统维护难度,在光纤通信技术应用的过程之中,技术人员采取光纤复合地线结构的设置,设置多个光纤单元。在实际操作的过程之中,技术人员要根据电力系统信息数据的交互需求,根据系统骨架的不同,细化钢管型、铝骨架型以及铝管型三种光纤复合地线结构,形成复合地线保护结构,切实保证光纤单元的运行安全。同时光纤复合地线进一步加强了光纤的防雷击能力,规避了雷击风险,为电力系统营造出一个安全的运行环境。 2.3光纤复合相线的应用 光纤复合相线在组成结构上与光纤复合地线有着一定的相同之初,但其在结构设计、设备安装以及日常维护等方面存在着差异。在实际应用的过程之中,技术人员在光纤复合相线线盒设置的过程中,除了使用终端接线口之外,还可以充分利用中间接线口,以保证整个光纤通信的服务能力,实现多个信息通道的同时运作。在进行光纤复合相线安装的过程之中,技术人员需要在安装之前进行光纤挂点以及弧垂张力等参数的计算,除此之外,还要开展光电分离技术,对光纤单元进行分离处理,以保证光纤复合相线运行的稳定性,减少外部因素对于电力系统光纤通信技术应用效果来了的不利影响。因此即便是在光纤复合相线施工难度较大,技术要求较高,施工周期较长的前提下,多数电力企业仍然会采用光纤复合相线这一应用方案,确保光纤通信技术的应用效果。考虑到现阶段电力系统通信网络接入方式仍然采用双绞线模式,这种接入方式固然能够满足现阶段电力系统运行需求,但是其与光纤入网要求有着一定的差别。因此在实际操作过程之中,技术人员应当对光纤入网方式进行优化,降低光纤入网难度,提升入网效能。 3结语 为了确保光纤通信技术在电力系统中的高效使用,技术人员在明确光纤通信技术优势的前提下,对应用方式进行优化,持续推进光纤通信技术在电力系统之中的应用,稳步实现电力系统的升级,充分满足现阶段电力资源调度、管理以及消费需求。 参考文献 [1]颜景明.电力系统中光纤通信技术应用探讨[J].科学中国人,2015(06):78-79. [2]刘秀更,袁媛.光纤通信技术在电力系统调度自动化的应用[J].商品与质量,2015(42):61-62. [3]曹百慧.光纤通信技术在电力通信中的应用研究[J].技术与市场,2017,24(09):46-47. [4]龚萌.光纤通信技术在电力通信系统中的应用研究[J].城市建设理论研究:电子版,2016(12):59-60. [5]李任新.光纤通信技术在电力系统通信中的应用研究[J].移动通信,2016(07):52-53. 作者简介王栋(1997-),男,山东省枣庄市人。大学本科学历。研究方向为信息处理。
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随着经济的快速发展,能源的消耗也越来越大,节约和降低能耗是国家有关部门很多企业面临的主要问题。电能是国民经济发展中重要能源,如何利用高科技对电能进行有效利用是很多企业需要解决的重要问题。微电网中储能技术的发展和应用是解决电能资源紧张,分配不均等问题的重要手段。 1微电网的概念 微电网是一种运行模式,它将各种小型的分布式电源和储能装置进行组合,形成一个能负荷提供电能的低压电网。微电网既可以解决大量的分散式发电接入的问题,又可以为电网和用户提供各方面的效益,是一种新型电能系统。 2微电网中的储能系统 在微电网中,储能系统是重要的组成部分,它能够不断吸收能量并适时释放能量,以满足用户对电量的大量需求。储能系统作为微电网中的能量缓冲系统,能够缓解电力对于电网的超负荷,还能优化电网系统的配置,维持电网完全稳定运行,满足不同用户对于电力的需求。 3储能技术的分类和特性 微电网中的储能系统主要采用五种储能技术,它们就是蓄电池、超导磁能、液流电池、超级电容器和飞轮。首先蓄电池和液流电池都属于电池类的储能,它们有着相同的特性。蓄电池的种类多、体积小、工作电压高,不仅循环寿命长,而且建设周期短。而液流电池的性能更强,可以适合更大规模的储能应用。电池类的储能虽然无污染、安装灵活,但是电池的放电充电的次数受到限制,也不能实现动态功率快速补偿,不能稳定电压的波动。其次超导磁储能是利用超导线圈进行储电,并在需要的时候释放出去。它具有释放快、效率高,寿命长的特点。在微电网中运用超导磁储能技术可以对电压、频率以及有功功率和无功功率进行有效地调节。还有就是超级电容器技术。超级电容器的电容量大,但是维护工作量少,可靠性却很高,让它在微电网应用中有很大的优势。而且它的功率大,寿命长,应用也比较广泛。 4储能系统的地位和价值 随着全球经济的快速发展,电力系统网络已经遍布世界各地,电力系统承担着为世界各国输送绝大部分的电力的任务,而且一直在不断扩展当中,电力系统的压力也日渐增大,它的脆弱性日渐显现。比如在2003年的美国,就因为电力系统出现问题而造成停电事故,让很多公共交通设施停工,波及人数达五千万人,给社会造成很大的不便。而早我国也曾因为自然灾害导致电力供应中断,让数百万人在黑暗中生活了数十天,生产和生活都受到了很大的影响。更严重的是全球范围内的停电,波及人数达数亿,工厂被迫停工,公共交通设施运行中断,给经济带来了巨大的损失,也给成千上万人带了不便。电网系统发展过快,覆盖面广,带来巨大方便的同时,也带来了全新的挑战。一旦一个地区甚至一家出现问题,都可能波及整个电力系统。而微电网中的储能系统能够实现分布式发电,规模小且分散,能够在小范围内实现独立发电,可以减小电力事故对于地区和国家的影响。微电网的储能系统不仅能实现降低电力事故的危害,而且能够对电力进行有效地调度,优化电力资源配置,保证微电网的安全正常运行。一般来说,在电力负荷聚集区设置微电网对重要和敏感负荷进行及时供电,满足当地不同用户对于用电的需求,也为电力事故抢修工作赢得时间。 5微电网中储能技术的应用研究 5.1优化储能系统的配置 在微电网储能系统的运行中,容量的配置合理与否,对电网经济的影响很大。因为过容量偏小,就会造成多余的电量无法储存,导致功率的浪费。而容量过大,不但增加了经济成本,而且让储能装置长期处于充电不足,直接会影响它的使用寿命。因此对储能系统的容量进行优化配置,对于微电网系统的经济运行很是重要。目前常用的优化方法主要有以下几种。 5.1.1差额补充的方法 差额补充法是一种比较传统的配置方法,它根据系统的最小发电量与雨雪天气的差额进行配置,方法简单,不用进行复杂的建模和计算。但是配置的容量不能根据实际系统的动态变化而配置,因此对容量的配置往往不准确。 5.1.2平抑分析的方法 这种方法是根据系统对波动功率的平抑效果,以及电能的质量进行配置容量。优化的角度不同也会有不同的配置方法,但是很多方法经常会受到功率波动的影响为产生误差,而且不能对容量进行定量分析,因此有缺陷。但是从系统的稳定性出发,运用最小储能容量的配置方法,能够配置较为精确的容量。 5.1.3经济优化的方法 这种方法是通过建立函数和相关的约束条件,经过一定的计算,进行优化配置储能容量。可以通过遗传算法、粒子群算法等方法,计算最优的容量配置。这种方法有时更符合实际情况,具有现实意义。 5.2储能系统的运行措施 储能系统在微电网中发挥着重要作用,能够实现区域间用电的安全,降低因电力事故造成的经济损失,提高电力资源的合理利用,提高经济效益的同时也保证了电力的安全稳定,在储能系统的运行当中,主要有两大措施。 5.2.1并网运行 在微电网的运行过程中,不仅要考虑内部电源之间的组合和调度问题,而要考虑外部电网与微电网之间的电能交易问题。并网运行就是在电网中可再生能源发电组无法满足超负荷的要求的情况下,优先启用内部蓄电池进行放电,而如果蓄电池也无法满足时,就要根据实际的经济情况,从外部进行电量调度的措施。 5.2.2孤岛运行 如果微电网中储能系统运行正常,在负荷需求下,可以在内部依靠微电源和储能装置满足电力供应,就是孤岛运行的方式。这种方式下的微电网的能量配置能够满足负荷的要求,因此根据实际的用电情况,采用不同的调度策略和竞价手段,满足用电的需求。这种方法可以促进可再生资源的利用,提高储能系统的经济性和稳定性。 5.3储能系统的控制措施 5.3.1调度模式 这是一种对储能系统进行集中控制的模式,通过接受上层的调度对单元控制器和中央控制器进行集中控制。它能够在保证储能系统稳定运行的情况下,提高系统的可靠性和稳定性。 5.3.2自主模式 自主模式对储能系统进行控制,就是指分散协调系统的控制模式。这种一般针对于快速响应的应用,进行控制调节。这种自主模式的控制,可以实现并网与独立运行之间的切换,协调各个分布式的电源。采用自主模式能够对蓄电池的放电过程进行优化控制,延长储能装置的使用寿命。 5.4复合储能技术 随着微电网的快速发展,对于储能技术的要求也越来越高。单一的储能技术已经不能同时满足高密度、高功率、高储能功率和使用寿命、成本等性能指标,需要将两种或者几种储能技术的结合,形成复合储能技术,加强储能系统的性能和经济性。目前复合储能技术在蓄电池和超级电容器组合中应用广泛,因此两种储能技术有着很大的互补性。蓄电池的能量密度大,但是功率小,寿命短,充放电频率低。而超级电容器的功率大,充放电频率高、寿命长,但是能量密度小,因此将两者进行复核使用,在提高储能系统装置的性能方面上有很大的帮助。 6储能技术存在的问题和发展方向 虽然储能技术在微电网应用上取得了很大的进展,但是在实际的应用过程中仍然存在着很多问题。(1)优化配置的问题。新能源的开发加快也促使着发电量的增长,如何配置大容量、大功率的储能系统是目前需要解决的问题。(2)由于现在的科学技术有限,对储能技术的实时调度还存在着困难。(3)复合储能技术也给微电网带来新的挑战。针对这些问题,研究者们制定了新建储能电站、采用最新信息技术和网络技术对系统进行协调,对其它储能技术组合进行研究等措施,积极解决存在的问题。 7结束语 微电网中储能技术的发展与研究,对于我国电能的可再生循环使用,维护电网的安全和稳定,提高电能的质量以及经济效益都有重要作用。有关部门应积极推广储能技术,加大对最新技术的研究力度,完善储能系统,保证用户用电安全与整个电网的稳定,提高资源的利用率,缓解电力资源的紧张。 参考文献 [1]陈深,毛晓明,房敏等.微电网中储能技术研究进展与展望[J].广东电力,2014(02):11-16. [2]陈庆雯,李婷,黄淳等.微电网储能技术研究综述[J].科技视界,2014(19):45-47. [3]李相男.混合储能技术在微电网中的应用[D].燕山大学,2013. [4]贺莉,宗海焕,李翔等.储能技术在微电网中的应用研究[J].电子质量,2016(01):1-3. [5]张建华,刘大川,曾博.应用于微电网的复合储能技术研究综述[J].电器与能效管理技术,2014(12). [6]张晓红,马列,李美林.新型混合储能技术在微电网中的应用研究[J].通信电源技术,2015,32(06):14-15. [7]魏博渊.微电网的网间并网及自适应储能技术[D].西南交通大学,2016. 作者简介于晓辉(1968-),男,吉林省长春市人。硕士研究生。副高级工程师。研究方向为电力综述。
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在信息技术迅猛发展的背景下,建筑行业呈现出显著的信息化发展特征,建筑信息模型(BIM技术)在建筑行业中的应用越来越广泛,并逐渐扩展到城市建设中。基于BIM理念及BIM技术的优势,城市设计中BIM技术的应用,可以实现城市设计的个性化、信息化、科学化及合理化发展,能够丰富城市设计的方法与技术,提高城市设计方案的合理性,实现城市的可持续发展。因此,对于BIM技术在城市设计中的应用分析是很有必要的。 1城市设计及BIM技术分析 1.1城市设计分析 城市设计又被称作都市设计,主要是指将城市作为研究对象开展的设计工作。和注重数据、较为抽象的城市规划不同,城市设计更为注重图形,具有具体化及图形化的特征。城市设计的目标在于创造更为良好的生活环境,提升人们的生活质量。随着科学技术的发展,城市设计中应用了大量的先进技术,如GPS、GIS以及RS等,大大提升了城市设计的科学性及合理性。但是在城市居民需求不断增加的发展趋势下,城市设计中传统空间分析方法的不足逐渐凸显出来,设计人员需要应用提高分析及决策水平的空间分析工具,确保城市空间形态符合可持续发展的目标。BIM技术就是有效的工具,具备较强的计算能力及表现能力,可以实现城市设计的可视化,有助于城市设计的精细化发展。BIM技术在城市设计中的应用可以实现城市设计的个性化、合理化、信息化及科学化发展。从个性化发展角度而言,BIM技术可以将设计图纸从二维转变三维,实现真正的空间设计,设计人员可以通过三维模型的构建,明确复杂曲面间的空间定位以及搭接问题;从合理化发展角度而言,设计人员可以通过BIM信息模型进行城市设计项目相关数据的计算,从而有针对性地进行设计方案的调整,确保城市设计方案的合理性;从信息化发展角度而言,BIM技术可以支持多样化的数据表达及信息传输,实现了城市设计项目相关信息的共享,有助于城市设计的信息化发展;从科学化发展角度而言,BIM技术可以与GIS系统、GPS系统等技术进行配合应用,采集城市气象数据以及城市GIS数据,为城市设计提供可靠的参考资料,可以提升城市设计方案的科学性。 1.2BIM技术分析 BIM技术可以实现二维到三维及多维的发展,在设计规划及表现能力方面具有显著的优势。在Navisworks、Bezier以及B-Spline等功能的支持下,BIM技术可以构建传统设计方法难以呈现的异性建筑形态,有助于建筑及城市设计的个性化发展。与此同时,BIM技术在城市设计中具备一定的过程维度及价值维度,提升了城市设计水平。就过程维度而言,在各个行业注重全生命周期的背景下,BIM技术的信息交换功能,可以实现信息共享,有助于城市设计的可持续发展;就价值维度而言,BIM技术通过AutodeskProjectVasari等软件的应用,进行项目形体的有效创建,在提高城市设计项目数据分析准确性的基础上,对城市设计方案进行多项性能分析,构建最佳的城市设计方案。如通过太阳辐射的模拟,对诚实设计项目的能耗进行分析[1]。 2BIM技术在城市设计中的应用 2.1BIM技术在城市设计中的应用内容 在城市设计中,BIM技术主要通过城市建筑信息模型中的应用,实现城市设计规划、设计、管理与施工水平的提升。在实际应用过程中,BIM技术主要通过GIS系统及CAD技术的应用,构建相应的BIM模型,实现城市设计不同层次的管理。技术人员需要将BIM技术作为应用层,并在BIM模型中导入GIS系统采集的数据,将GIS系统的优势和BIM技术的优势融合在一起,从二维及三维两个角度开展城市设计。在城市设计的规划阶段,BIM技术可以应用于建筑整体界面的设计中,能够在施工招标之前就明确最佳的街区模型;在城市设计的设计阶段BIM技术可以用于施工方案的模拟及分析,选择最佳的施工方案;在城市设计的施工阶段,BIM技术可以实现施工全过程的可视化管理,及时找出施工中存在的不足,保障城市设计项目的有序进行。与此同时,BIM技术还可以用于施工进度的模拟,在Navisworks的支持下,实现施工进度的3D、4D及5D模拟。其中,3D模拟可以动态地展现建筑的施工进度;4D模拟可以体现出不同施工进度对于施工现场周边街区产生的影响,包括交通影响、噪声影响等;5D模拟可以体现出不同施工进度的成本状况。由此可以看出,BIM技术在施工进度模拟中的应用,可以帮助规划管理部门有效控制城市设计项目的质量、社会效益及成本[2]。 2.2BIM技术在城市设计中的应用实例 本文将城市设计中的某医院综合楼项目为例,分析BIM技术在城市设计中的具体应用。该综合楼项目的总面积为87043m2,由住院部、手术部、配液中心以及设备用房所组成。综合楼地下三层分别是供应中心(地下一层)、停车场(地下二层及三层);地上一层是综合楼大厅、地上二层是ICU病房、地上三层是手术部及设备用房、地上四层是各个科室的病房。医院综合楼不仅涉及到建筑领域的知识,还包括医疗领域的知识,所以医院综合楼项目的建筑结构相对复杂,具有功能多样化特征,为了保障城市设计的科学合理性,规划人员在医院综合楼中应用了BIM技术,具体应用内容如下:在城市设计项目规划阶段,规划人员通过RevitArchitecture、RevitStructure、RevitMEP进行模型的构建,Revit可以保障模型信息数据的全面性,使建筑功能结构模型与项目实际保持一致;将构建的模型导入到AutoCADCivil3D中,根据GIS系统采集的公用设施点及房顶部分等地理信息,进行交通结构模型的构建,并在GoogleEarth中导入交通结构模型,分析医院综合楼项目对周边街区交通状况的影响;最后,在所有结构模型的基础上,利用Autodesk3dsMax进行城市设计效果图的构建。在城市设计项目设计阶段,设计人员将所有功能结构模型转换成DWF格式,并导入到AutodeskNavisworks中,对综合楼结构构件及建设应用设备进行分析,在保障综合楼项目质量及进度的基础上,降低综合楼施工的能耗。与此同时,设计人员在手术部及ICU病房的二次装修中应用了BIM技术,根据BIM模型的模拟结果,在ICU大厅中设计了十张开放式病床;在ICU病房区域设计了一间双人病房、负压病房、四人病房以及三间单人病房。在城市设计项目施工阶段,ICU病房区建设了医护办公区和ICU卫生通过区。基于BIM技术下的Revit功能,施工人员可以获得准确的房间面积、标高等施工数据,可以提高综合楼施工项目的技术水平,通过三维模型的应用,有效避免了二维图纸表述不准确导致的返工问题,在保障医院综合楼项目质量的同时,节约了施工成本[3]。 3结论 综上所述,BIM技术可以提升城市设计水平,值得推广应用。通过本文的分析可知,城市设计人员需要认识到BIM技术的优势,贯彻落实BIM理念,应用BIM技术进行城市设计项目模型的构建,通过对模拟模型的分析,保障城市设计项目的质量,降低城市设计项目的能耗及成本,为城市居民营造更为舒适的生活环境。 参考文献 [1]武晓月.BIM技术在城市道路设计中的应用研究[J].城市建设理论研究(电子版),2018(17):143. [2]李娜,胡敏,于政喜.BIM技术在城市综合体建筑设计中的应用研究[J].建筑知识,2017,37(08):69. [3]王民治.BIM技术在城市轨道交通设计中的应用研究[J].科学家,2017,5(04):91~92. 作者简介:史波(1983-),男,中级,本科,主要从事工程设计、项目管理等方面工作。
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1高职智慧课堂建设的机遇 1)随着“工匠精神”“大国工匠”理念地位的提升,国家越来越重视职业技术人才的培养。然而不同于传统的理论知识课堂教学形式,实训教学(技能操作类教学)的重要组成部分是老师技能动作的言传身教和学生对操作的不断练习、纠错和熟练等。实训教学由于学生观摩空间有限,生生间/师生间技能操作与传授造成了诸多教学不便,教师在示范和演示某一技能操作时,不是所有的同学都能同时很清楚和直观地学习和掌握,老师难以同时观察所有学生的练习动作,进行实时指导纠正,不利于学生实时、快速、生动地掌握各种技能知识。2)进入21世纪以来,依托海量数据、大规模计算,人工智能(AI)获得了飞跃式发展,深度学习模型的提出,更是直接驱动AI在图像识别、语音识别、自然语言处理等方面取得众多技术突破。结合“5G”通信技术数据传输速率高达10Gbit/s、网络延迟低于1ms和百万级超大连接的特点,相对于4G,5G技术具有更强的关键性能力:传输峰值速率达到20Gbps、用户体验数据率达到100Mbps。5G+AI将实现教学场景大量、实时、生动易懂地展现,也给实训教学(技能操作类教学)方式带来了更多的可能性。3)在这种时代背景和学校实训教学面临的现实问题下,研究如何以音视频技术和交互式技术应用为核心,以学生技能提升为中心的5G+AI智慧课堂整体解决方案(主要包含示范教学、仿真实操、教学数据分析、教学视频比赛录转播、实训课程资源库等功能),以实现高职院校实训教学智慧化需求尤为重要。 2国内外的基本研究状况 1)随着我国信息化发展进程的加快,对于智慧教育的研究受到越来越多学者的重视。有学者指出,智能化技术促发了教育系统的“形变”,而智慧教育则将引发教育系统的“质变”[1]。2018年4月教育部印发《教育信息化2.0行动计划》,其中指出要实现教育信息化2.0应启动“智慧教育创新引领行动,完善课程方案和课程标准,充实适应信息时代、智能时代发展需要的人工智能和编程课程内容”。为响应国家有关人工智能科普教育的政策,各地都在建立“人工智能科普教育示范校”,将人工智能课程纳入常规教学,推动5G+AI智慧课堂的方案落地。关于5G环境下的智慧课堂研究,李玉强[2]提出了5G背景下智慧校园的建设趋势主要在多应用场景的智慧教室、云智慧平台方面。蔡苏等[3]开发了5G环境下的多模态智慧课堂实践案例——“彩虹的秘密”,通过多模态资源整合、多模态互动、多模态评估的多模态智慧教学方式,利用5G高带宽、低时延、大连接的技术特性,接入VR/AR/MR设备、全息投影、智能白板、移动终端、智慧学习笔等多种形态的智联终端和教育装备,实现多种软硬件设备间的无缝互联、协同工作,为学习者提供沉浸式的实时学习体验[4]。相关数据显示,仅2012—2017年,就有195位作者发表1篇关于智慧教育教学的论文;发表2篇关于智慧教育教学的论文的作者有28位。可见在我国有很多学者在研究智慧教学,而关于智慧教育主题的文献数量在2018年也在持续增长。2)国外智慧教育研究起步较早,信息技术与教育教学深度融合,经验相对丰富,能够为解决我国智慧校园建设中存在的突出问题提供有益思路。国外一流大学关于智慧教育的建设进入了一个全新的高度,以实现学校有效的IT治理为目标,例如在智慧教育建设排名第一的麻省理工学院,在建设时明确设立校级首席信息官职位和办公室,并根据应用服务建立不同的分支部门,形成了决策、管理、服务三位一体的机构职能。斯坦福大学和剑桥大学的信息化组织机构最为健全,其中,斯坦福大学设立了CIO办公室、战略服务部、企业技术部等7个部门;剑桥大学除上述7个核心部门外,还设立了负责全校信息化顶层设计的架构部和负责校级核心业务的大项系统部。国外一流大学在建设智慧教育时都不再是建设单一的智慧教室来满足某一教学功能,基本实现了从IT管理向IT治理的转变,并将IT治理的核心观念贯穿到各部门业务职能中,非常重视IT发展和大学整体愿景之间的关联与互促。同时,深切意识到保护师生个人信息与教学科研成果信息安全的重要性,信息风险和安全管理已成为各高校共同的关注重点,为我国的智慧校园建设提供了很好的借鉴。 3高职智慧课堂建设的目标 北京市高等教育学会在《中国现代教育装备》期刊发表的《高等学校智慧教室建设技术要求》中明确:高等学校智慧教室建设应遵循教育部《高等学校数字校园建设规范(试行)》的总体要求,以“统筹、集约、绿色、发展、开放、共享、安全”为原则,根据实际情况按需建设[5]。新一代智慧教室将集多媒体教学、可视化教学质量管理、智慧课堂、网络教学资源、多媒体设备网络化管理于一体[6]。5G+AI环境下高职实训教学智慧课堂主要目标是以5G+AI技术为基础,聚焦人脸识别、行为分析、智能语音、视频结构化、大数据技术与教学的深度融合,开发简易平台,打通人脸点名、考勤、教学录转播、行为分析、语音识别等应用壁垒,实现人脸点名考勤管理、课堂行为分析、示范教学、仿真实操、教学数据分析、教学视频录转播、实训课程资源库、实训回放分析[7]、场外实时指导等功能,满足教师、学生等角色在技能传授中的需求,探索建立以实训教学为核心的5G+AI实训教学智慧课堂整体解决方案,逐步整合“教”“学”“管”“评”的综合功能[8]。通过智慧课堂的开发和升级,高职的实训教学能达到以创新能力为导向,并融合相应的社会真实案例作为载体,提升学生的技能创新能力和实践操作能力[9],并适当将智慧课堂作为支撑延伸至整个教学过程。 4高职智慧课堂建设的可行性分析 1)基于5G+AI环境的高职智慧课堂建设研究是符合当下职业教育培养大国工匠精神的,它适应我国职业教育的发展和要求,是深化教育教学改革,创新教育方法,探索多种方式形成各类拔尖技能人才的时代要求。2)本研究具有很强的操作性和实践性,又具有很强的创新性,既应用了当前最先进的5G技术,也结合了不断融入教学的AI技术,符合湖南国防工业职业技术学院在职业教育的理念,而且该校在2017年就开始应用先进信息化技术教学,建设了基于AI技术的汽车虚拟仿真实训室。3)本研究以先进5G技术为基础,聚焦人脸识别、行为分析、智能语音、视频结构化、大数据技术与教学的深度融合,建立以课堂为核心的5G智慧教室整体解决方案,是5G技术和AI技术融合应用到教学中很好的案例。4)在2020年初由于受新冠疫情的影响,各高校加速推动学院的信息化教学模式的改革,特别是线上教学的教、考、评一体的模式在不断升级更新。 5高职智慧课堂建设的内容研究 在高职院校专业实训教学中,需要根据专业技能讲授需求不同,探索如何在实训教学中技能训练前、训练中和训练后的全教学生命周期中,在各个环节适当选择部署移动式、桌装式、固定安装式等多种前端设备,覆盖近景拍摄、全景拍摄、音视频录制等能力。调用相应的操作行为数据包,通过AI算法实现操作动作流程的合规监测与评价。合理利用以上通信技术和人工智能技术,总体的研究内容主要体现在以下几个方面:首先,在实训教学前能采用结合教学平台的方法布置任务,明确重难点,适当地提供某些重难点的解决视频,有效地引导学生自我学习。其次,实训课堂教学全过程智慧化是本课题研究的主体,实训教学设计为三大模块,即技能训练实操学习模块、校内观摩学习模块、校外观摩和专家实时指导模块。具体情况为:1)在实训室内技能操作讲授模块,通过在实训室部署可实现移动式、桌装式、固定安装式等多种部署方案,满足技能实训过程中对操作的近景细节拍摄、全景拍摄、专业仪器图像录入、声音采集、音视频播放[10]、数据存储、解码投屏等功能的需求,最好能辅以行为判别,对危险动作加以警示。2)在校内观摩学习模块,在系统内部部署直播推流设备,用户可以通过互联网,通过安卓手机扫码、IP链接打开等方式实时预览实训教学的直播视频,并辅以交互式手段,满足学生即使不在场也能正常进行技能学习的需求[11]。3)在校外观摩和专家实时指导模块,通过网络连通,部署录播终端、全景摄像机、音箱系统、显示系统、拾音系统等,可以实现与实验实训室之间的音视频互动,完成“点对点”“点对面”等多种视频传递方式的业务要求,满足校外专家实时连线指导的需求。4)在实训课堂教学后,应有效地提供课堂中的数字教学资源给学生、老师和教学督导等,分别方便学生回顾、复习,老师掌握学生学习技能情况,督导对教学全程进行指导、评价等。为适应智慧实训室的智能化建设需要,设计和规划期就应该合理采用物联网技术、通信技术、人工智能技术,可对智慧教室各类信息化设备高度整合,具有高扩展性,可以实现智能化控制、智能化数据快速推送、智能化管理。智慧实训室的智慧管理系统具有以下重要功能:智能控制、IC卡(或人脸识别)管理、智能显示和智能识别等。 6高职智慧课堂建设创新性分析 1)网络技术应用、音视频技术、高效数据传输的应用使得专业操作类学习不再受地域限制,尤其在疫情防控时期,起到了减少人员流动和接触的效果;实训操作教学过程全录制(近景+远景+音频),可备学生课后自查提高和学生间相互借鉴学习,学生操作过程音视频向观摩室实时转播,同时支持视频回放,为校外的专家实时指导提供条件[12-13]。2)5G高带宽、低时延的特点,为整个实训教学过程从课前、课中、课后提供通信支撑。3)AI技术赋能学生身份认证,自动巡航,结合2D视觉识别算法和3D图像分析算法,提升实操动作规范性的识别精准度,实现对操作工艺和操作流程的实时合规检测,有效防止学生翘课。4)课堂教学全过程视频素材可以存放在中心存储设备中,可供下载与在线发布,有助于院校教学资源沉淀并形成自己的资源体系,进一步开发出社会培训课程资源库,开展社会、行业、企业的职业技能培训,创新服务模式、促进资源共享等等。 参考文献: [1]王淑芳,周伟.“互联网+教育”环境下智慧课堂研究分析与思考[J].甘肃科技纵横,2021,50(8):75-77. [2]李玉强.5G背景下智慧校园建设的趋势分析与研究[J].信息记录材料,2020,21(6):207-208. [3]蔡苏,焦新月,杨帆,等.5G环境下的多模态智慧课堂实践[J].现代远程教育研究,2021,33(5):103-112. [4]余诗佳.2012—2017年国内智慧教育研究综述[J].教育现代化,2018,5(20):211-214. [5]高等学校智慧教室建设技术要求[J].中国现代教育装备,2021(15):160-168. [6]王旭升.基于职教云平台的机械设计基础智慧课堂教学模式探索[J].南方农机,2020,51(10):97. [7]李恒,乔旭.高等院校智慧教室建设与实践:以中国海洋大学为例[J].科技风,2021(12):11-12. [8]张凯,杨再明.智慧教室的构建与应用研究:以中国矿业大学为例[J].现代教育技术,2018,28(10):81-86. [9]王珏.智慧教学环境的建设与应用研究:以无锡交通高职校为例[J].电脑知识与技术,2021,17(1):185-186. [10]练若琳.高校智慧教室建设与应用策略探析[J].深圳信息职业技术学院学报,2020,18(3):1-7. [11]谢菲,黄剑锋,石金艳,等.智慧职教云课堂平台的“线上+线下”混合式教学模式改革:以“机车车辆主型电器装调”课程为例[J].南方农机,2022,53(9):183-185+188. [12]李舟明.基于智慧树平台的混合教学模式探索:以信息技术应用课程为例[J].西部素质教育,2022,8(5):137-139. [13]陈国保,陈欣宇.智慧课堂在国际特色课程中的应用:以江西科技学院为例[J].南方农机,2021,52(20):194-196. 作者:庞新苗 张若钢 易跃洋 李志成 单位:湖南国防工业职业技术学院
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