中图分类号： G434；TB12-4 文献标识码： A 文章编号：2095-2457（2018）04-0067-003
Exploring Teaching Mode of "Engineering Mechanics" Flip Class under the Support of Cloud Teaching
LI Jian1 WANG Hai-ming1 LI Feng-juan1 XI Xuan-xuan2 ZHOU Ling1
（1. School of Mechanical Electrification Engineering， Tarim University， Alar， Xinjiang 843300， China；
2. School of Science and Technology， Xinjiang University， Xinjiang Aksu 843000， China）
【Abstract】With the continuous advancement of the internet society， the development of college education cloud is the trend of the times， and the cloud teaching based on mobile internet， intelligent learning terminal and network teaching system also rises. Here， the concept of flipping classroom teaching was introduced into the teaching of Engineering Mechanics， and under the support of the cloud technology big data platform， the education barrier was broken and a new type of traditional classroom teaching， self-study after school， and interactive communication was constructed. Teaching system and making useful explorations of Internet + teaching in Engineering Mechanics.
【Key words】Cloud teaching； Flipping classroom； Engineering mechanics； Teaching mode
0 引言
《2013-2017年中??网络教育行业市场前瞻与投资预测分析报告》显示，近几年来，我国在线教育用户规模呈现逐年上升的趋势，2017年预计达到1.2亿人。与此同时，互联网+教学对传统的教育教学观念提出了挑战，互联网+教学更容易突破传统教学模式下陈旧死板、千人一面的桎梏，提供私人定制，其核心理念也更加贴近教育教学规律和人才成长规律，可以进行人性化、多样化的人才培养[1]。
接下来的十年，将会是云计算的时代。随着云计算产业的迅速发展，其应用逐步从互联网行业向制造、金融、教育、医疗等传统行业渗透和融合，不断促进传统行业的转型升级，高校教育云的发展是大势所趋。《教育信息化十年发展规划（2011～2020）》中明确提出了建设中国教育化云服务平台的任务计划，云计算将成为教育行业信息化的下一个热点，在高校院所广泛应用[2]。
翻转课堂是指重新调整课堂内外的时间，将普通课堂中的讲授移到课外进行，课堂内通过实验、项目训练、研讨、团队合作等方式让学生成为学习的主动实施者，学生的工程实践能力和沟通交流、团队协作能力在课堂上能直接得到很好的锻炼。在这种教学模式下，教师不再占用课堂的时间来讲授信息，而由学生在课后完成，教师将有更多的时间与每个人交流；学生可以通过看视频讲座、听播客、阅读电子书甚至在网络上与人讨论等方式来学习；课后，学生自主规划学习内容、学习节奏、风格和呈现知识的方式，教师则采用讲授法和协作法来满足学生的需要和促成他们的个性化学习[3-4]。
云教学是指依托于移动互联网、智能学习终端及网络教学系统支撑下线上线下新型教学体系，创造一种动态的、交互的个人学习环境，使教学由传统的教师堂课传授向学生自主学习、小组合作学习以及个性化学习转变。目前，随着网络社会的不断推进与学生自我意识的不断觉醒，传统课堂教学已经难以为继[5]。将云科技大数据平台与传统教学模式结合，进行有效融合优化，在“互联网+”背景下，努力构建一种云教学平台支撑下的《工程力学》课程翻转课堂教学模式改革与创新，已经成为当下“教育发展”一种必然，也同时是对“互联网+教育”领域的一项有益实践与探索。
1 当前《工程力学》课程教学中存在的一些问题
随着网络社会的不断推进，高校课程的“互联网+”教学已是大势所趋。但目前《工程力学》课程的教学仍以教学课堂传授、板书理论演绎为主，这其中存在的各类问题如下：
1.1 教学主体缺失 三列前置泵/主给水泵出口合为一根母管，通过高压给水加热器加热后分为两路，分别向两台蒸汽发生器供水。
1.2 启动给水输送
启动给水的正常水源是除氧器，前置泵/主给水泵从除氧器取水，主给水泵出口母管引出一条通向启动给水母管的支线，向启动给水管线供水。启动给水母管在汽机厂房与核辅助厂房交界附近分为独立的两条管线，分别为两台蒸汽发生器供水。启动给水泵供水的总流量不应超过372.5m3/hr，以限制蒸汽发生器管道破裂后向安全壳内泄漏的流量，以及避免跳堆后一回路过冷。为执行纵深防御功能，在电厂正常运行时两台启动给水泵需要能够提供236m3/h总流量的给水，以在失去主给水的情况下迅速恢复蒸汽发生器水位。
启动给水的备用水源是通过启动给水泵从凝结水储存箱取水。凝结水储存箱与大气相接，其内的除盐水温度略高于环境温度。水箱最低水位高于启动给水泵中心线以提供需要的汽蚀余量。正常功率运行工况下，凝结水储存箱内的凝结水可用容量不少于1230m3。失去主给水的情况下，凝结水储存箱的容量能使反应堆达到冷停堆工况。因为除氧器内水的温度更高，通常优先使用主给水泵从除氧器取水。
1.3 给水加热
给水加热通过除氧器以及两级高压给水加热器完成。除氧器通过抽取部分高压缸排汽来加热凝结水。高压给水加热器由两个并联的水平闭式给水加热器组成。给水加热器布置在汽机厂房中间层，为管壳式热交换器。给水和抽汽分别位于管侧和壳侧。疏水在排出加热器前由与加热器一体的疏水冷却器冷却至饱和温度以下。
1.4 给水再循环
FWS为蒸汽发生器供水前，两条再循环管线将给水送回凝汽器以净化和调节水质。两条再循环管线称为除氧器再循环管线和大循环管线。分别起始于除氧器和高压给水加热器下游的主给水母管。
1.5 蒸汽发生器冷却及湿保养
停堆后，当不再需要给水来维持蒸汽发生器水位时，启动给水母管的一部分管线将用于蒸汽发生器冷却和湿保养。此状态下FWS系统除了为BDS系统提供部分管线外无其他功能。
2 与M310给水系统对比
2.1 主给水泵驱动方式对比
国内引进的已运行的M310型核电机组（如大亚湾、岭澳一期等）汽轮机组选用全速机组，二回路主给水泵采用两台汽动泵，另有一台电动泵作用备用。汽动给水泵通过小汽轮机驱动，给水泵转速可通过调节汽轮机转速间接调节，从而快速实现给水流量的调节。因全速机组蒸汽参数较高，采用汽动给水泵可降低汽轮机排气损耗，提高低负荷时的效率目前国内的M310改进型机组（如岭澳二期）采用半速汽轮机，蒸汽参数较低，汽动给水泵与电动给水泵在运行经济性方面差别已经不大，故选用电动给水泵。三门核电汽轮机采用日本三菱重工技术的半转速（1500转/分）单轴、四缸六排气的反动凝汽式汽轮发电机组，因此选用电动给水泵。相对于汽动泵系统，电动泵系统较为简单，占地面积小，初始投资和运行维护费用较低，且电动泵的可靠性稍高于汽动泵，事故恢复能力也比汽动泵高。
2.2 主泵转速是否可调节对比
目前国内核电站的电动给水泵可分为定速泵和调速泵两类。M310改进型机组采用电动调速给水泵组并联运行，可通过改变泵的转速来改变给水泵特性曲线，从而实现给水流量的调节。M310改进型机组的给水流量调节由给水调节阀和调速泵共同完成。调速泵使用液力耦合器作为传动机构。
AP1000机组FWS系统主给水泵组采用3台容量为33%的单级双吸双蜗壳电动定速泵，并为每台主给水泵设置前置泵以提供合适的入口压力以满足主给水泵汽蚀余量的要求。定速给水泵的特性曲线保持不变，给水流量通过调节给水调节阀的开度完成。AP1000机组FWS系统设置启动给水调节阀组和主给水调节阀组。启动给水调节阀组在机组升功率的0-10%额定功率阶段和机组降功率的5%-0%阶段调节给水流量，其他功率范围内的给水流量由主给水调节阀组调节。相比M310改进型机组，AP1000机组的给水流量调节完全通过调节给水调节阀完成，相对简单。而且定速泵的传动机构采用齿轮箱，系统配置简化，设备初始投资降低。但由于流量调节完全通过调节给水调节阀实现，阀门磨损较大，泵运行效率相对较低。
2.3 给水泵配置对比
M310改进型机组采用2台50%容量的电动调速给水泵组并联运行，并有一台同型泵作为备用。国内在建的其他3代核电站主给水系统如CPR和EPR核电机组也设置有备用泵。设置备用泵的优势在于在单台泵出现故障的情况下，可快速启用备用泵平衡跳泵出现的流量波动，维持机组满负荷运行。
AP1000机组FWS系统设置3台33.3%容量的电动给水泵，无备用泵。根据AP1000的设计理念，电动给水泵的故障几率较小。若一旦出现单泵故障时可通过和核岛连锁将反应堆堆芯功率从100%下降至70%而不停堆来适应给水流量的变化，同时在降负荷运行期间快速修复给水泵以及时恢复满功率运行。而且单泵容量较小，单泵跳闸对蒸汽发生器水位的冲击较小。这种设计理念使配置简化，建设投资和运行费用较低，但对给水泵的制造要求很高，且当一台泵故障而降负荷运行时发电量损失很大，显著影响电厂收入。
2.4 启动流程对比
M310改进型机组的启动需由三个系统共同完成，机组冷态启动初期先由辅助给水系统从辅助给水箱向蒸汽发生器供水；当反应堆功率升至2%时，启动给水系统投入，从除氧器向蒸汽发生器供水，并在机组功率达到3%之前根据水质适时切换至主给水系统供水。主给水系统设置大流量调节阀组和小流量旁路阀组，分别在流量大于和小于18%额定流量时调节流量。
AP1000机组在电厂启动时水源既可以由主给水泵从除氧器取水（正常水源），也可以由启动给水泵从凝?Y水存储箱取水（备用水源），通过启动给水调节阀调节流量。当使用启动给水泵时由于供水能力有限，机组功率限制在约5.9%以下（双泵）/2.7%以下（单泵）。在机组启动初期二回路水质还不满足要求时使用备用水源，一旦给水回路冲洗完成水质合格后尽快切换至正常水源。当流量上升至10%额定流量时切换到主给水系统供水，自动信号将启动给水调节阀切换到主给水调节阀调节流量。与M310改进型机组相比，AP1000的启动流程相对简单，投入系统和设备少，调节控制较为方便。
3 结语
常规岛给水系统是核电站二回路的重要系统，对电厂运行的安全性和稳定性至关重要。通过对比，AP1000主给水和辅助给水系统与现有核电机组相比配置简化，设备数量少，启动较为简单，但由于给水泵转速不可调，无备用泵，运行效率相对较低，且出现故障后经济损失较大。
