汽轮机原理课程教学研究与探讨

刘向东+杨卫波
[摘 要]汽轮机原理是热能与动力工程专业的主干课程,其教学质量及学习效果直接影响到专业人才的培养质量。汽轮机原理教学改革的思路与方法,可以从教师队伍建设、教学内容更新与完善及教学方法改革与优化等三个方面探讨。
[关键词]汽轮机原理;课程教学;教学改革;教学方法
[中图分类号] G642.0 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437(2016)04-0124-03
汽轮机是现代化热力发电系统的主要热力设备,同时也是冶金、化工、船舶、机械等国民经济重要工业过程中的重要驱动装置。因此,汽轮机原理长期以来都是我国高等院校热能与动力工程专业的主要专业课之一,其教学质量及学习效果对学生未来就业或继续从事专业研究都有着至关重要的作用。汽轮机原理是一门典型的综合性专业课[1],它涉及多方面的专业基础理论,如汽轮机级内蒸汽膨胀流动做功过程涉及流体力学及工程热力学方面的基础理论;汽轮机凝气系统工作过程又与传热学的基础理论紧密相关;而汽轮机零部件的强度分析又要以理论力学和材料力学的基础理论作为铺垫。同时,该课程的内容又与火电厂的生产实际紧密相连。因此,汽轮机原理一直被认为是一门讲授和学习难度都比较大的课程。特别是近年来随着我国高等教育改革的深化和当今电力工业的快速发展,对工科人才实践能力及创新意识的要求越来越高,这就对汽轮机原理教学提出了新挑战。为此,本文结合扬州大学热能与动力工程专业及其汽轮机原理课程教学的发展现状,分析课程教学中现存的问题,从教师队伍建设、教学内容更新及教学方法改革等三个方面探讨了教学改革的思路与方法。
一、汽轮机原理课程教学现状与问题
扬州大学水利与能源动力工程学院的热能与动力工程专业于2008年正式设立,目前已发展成为江苏省的特色专业,该专业自设立之初就将汽轮机原理列为重要的专业主干课程。[2]经过近几年的发展,扬州大学的热能与动力工程专业已经具备了较为完整的专业课程体系以及比较完备的教学实验硬件条件,初步形成了一支以中青年教师为主的高学位专业教师队伍(博士学位比例达100%)。与专业建设同步,汽轮机原理的课程教学、实验体系及其教师队伍也基本建成。然而,扬州大学热能与动力工程专业由于办学历史较短,教师队伍偏年轻化,目前汽轮机原理教学中还存在着一定问题。如教师队伍的总体教学、科研及工程实践经验不足,教学过程中理论联系实际的能力有待提高;在教学内容上,原有的教学内容陈旧、机械且知识面较窄,已无法满足汽轮机技术更新换代对宽口径工科人才培养的需求;在教学方法上,传统的以教师灌输为主的“填鸭式”教学严重影响了学生的学习热情和学习效果,不利于学生实践能力的锻炼和创新思维的培养。因此,在借鉴其他院校相关教学经验的基础上,我们从教师队伍建设、教学内容更新与完善及教学方法改革与创新等方面提出了汽轮机原理课程教学体系建设和改革的探索性方案。
二、课程教师队伍的建设
建设一支高素质的教师队伍是汽轮机原理课程建设和教学改革能否成功的关键。因此,应将教师队伍的建设作为课程建设与教学改革的重中之重[3],特别是要加强中青年教师队伍的建设与培养。
1.制定汽轮机课程教师队伍的短期与长期建设规划,积极引进具有丰富的教学及实践经验的高水平教学及实验人才,优化教师队伍结构。
2.建立健全岗位职责、业绩考评与激励机制。形成汽轮机原理任课教师的岗位责任制;确立以学生与同行评议为基本方法,由师德、知识、能力等要素构成的业绩考评体系;实施绩效津贴为主要形式的物质奖励与荣誉评优为主要方式的精神奖励相结合的教学激励机制。
3.积极安排各种形式的教学讨论与学习。定期召开教学研讨会并鼓励教师间互听、互评和交流讨论;组织业务技能学习与培训班,并以班级作业的形式督促教师积极制作多媒体教学课件、撰写教改论文、编撰课程辅导材料等。
4.以老带新,扶持青年教师的成长。建立青年教师“教学导师”制,为每位青年教师配备教学经验丰富、科研与实践能力强的老教师作为“教学导师”,实施一对一培养,使其能够尽快提高教学水平并形成在教学中理论联系实际的能力。
5.组织青年教师到火电厂及其附属热力设备企业进行调研和业务学习。设立相关课程的实践环节,安排青年教师随同相关单位和企业的高级技术人员指导学生实习,从而实现教学与工程实践能力的双重提升。
三、教学内容的调整、更新与完善
教学内容的科学性、先进性及延展性[4]是关系到教学质量优劣与教学改革成败的重要因素。因此,应根据学生的认知习惯与规律和汽轮机技术的最新发展对原有的教学内容进行进一步调整、更新和完善。
(一)整合优化教学内容,科学调整内容顺序
扬州大学选用黄树红主编的《汽轮机原理》作为课程教材,该教材理论分析精练,注重理论联系实际,知识先进性强,但章节内容逻辑顺序并非最佳。因此,需要根据循序渐进、主次分明的原则,对教学内容及其顺序进行重新编排,如对“供热式汽轮机”和“大型汽轮机及特种汽轮机”章节进行精简归纳并将其作为课程绪论的重要部分进行讲授,使学生首先对汽轮机建立总体的感性认识,同时激发他们的学习兴趣。在感性认识的基础之上,将“汽轮机级的工作原理”、“多级汽轮机”和“汽轮机的变工况特性”三部分理论性较强的重点章节整合,通过增加基础理论复习和工程案例讲解与演算等教学内容,帮助学生理解和掌握理论重点与难点,实现理论与实践一体化教学。通过这样的整合优化,使教学内容由浅入深,从抽象到具体,循序渐进,有助于学生对知识的理解掌握,从而获得良好的教学效果。
(二)紧跟学科发展前沿,更新补充教学内容
随着能源动力行业的迅速发展,汽轮机设备及其技术不断更新换代,而已有的教学内容常滞后于汽轮机学科的发展。因此,一方面,需要根据汽轮机技术的最新发展,及时更新和补充教学内容,使其紧跟学科发展前沿,让学生能够学习到最新最先进的汽轮机知识。另一方面,进一步拓展教学内容,增加适量的自查自学内容,引导学生通过互联网或查阅文献资料,了解汽轮机的发展简史与国内外汽轮机制造商及其主流产品,追踪汽轮机技术发展的最新动态,特别是汽轮机流道结构与设计、叶片结构与材料以及汽缸型式与设计等方面的最新技术等。这样的自学自查可以激发学生的学习热情,培养学生的自学能力,提高学生综合素质和教学质量。
(三)丰富实践性教学内容,培养学生的实践能力和创造性
当代大学生普遍存在“高分低能”的现象,因此专业课的教学内容应该进一步丰富实践性教学环节。首先,在传统的课堂教学过程中穿插适量的参观实习内容,让学生在课堂学习完成之后到火电厂实地参观汽轮机及其辅机系统的结构与运行情况,更好地做到理论联系实际,加深对课堂知识的理解与认识。其次,进一步发挥汽轮机课程设计与毕业设计的作用,通过一段时间的集中训练,锻炼学生综合运用所学知识独立完成设备设计的能力,培养学生的工程设计思维和创造性。
四、教学方法的改革与探索
优秀的课程体系和教学内容只能通过合理的教学方法才能取得良好的教学效果。[5]因此,在汽轮机原理的教学过程中应巧妙地采用各种行之有效的教学方法,激发学生的学习兴趣,提高其学习效率,实现学生综合素质和创新能力的提升。
(一)从“系统”的角度出发,教会学生融会贯通
从经典的热能与动力工程专业培养计划来看,汽轮机原理是一门具有承前启后作用的综合性专业课。首先,工程热力学中蒸汽动力循环部分内容讲述了火电厂热能转化为机械能的热力学过程及其规律,为汽轮机基本工作原理的学习打下了基础。而后,热力发电厂作为汽轮机原理的后续课程,需要基于对汽轮机回热循环工作过程及其规律的认识来从总体上讲述给水回热加热系统及火电厂经济分析。同时,从火电厂生产过程上来看,电厂的给水和蒸汽系统将锅炉与汽轮机这两大设备相互串联,又使锅炉原理与汽轮机原理两门课程间紧密相连。因此,这就要求教师从“系统”的角度出发组织教学,以蒸汽动力循环过程为主线,理顺“系统”内相关知识点和热力设备间的内在联系,让学生融会贯通,使其树立对所学知识的全局观,从而避免陷于孤立或局部思维。如针对汽轮机运行过程中主蒸汽参数的变化,需要教导学生既要从工程热力学的角度分析该变化对汽轮机自身功、能转换过程造成的影响,又要从“系统”的层面考虑该变化与锅炉运行特性及整个电厂生产经济性间的相互联系。通过这种教学方法,可以使学生更加全面、系统地掌握所学知识。
(二)将现代教学手段与传统教学方法相结合,使教学过程面貌一新
在教学过程中,根据汽轮机自身结构及运行特点,将现代计算机和多媒体技术应用于教学中。[6]通过集成在多媒体课件中的图像、动画和视频资料,将汽轮机静子和转子结构、级的工作原理和有关设备系统的动作过程等形象地展示给学生,图、文、声并茂,以多种方式刺激学生的感官,激发学生的学习兴趣,加深学生对汽轮机结构及运行方式的印象与理解,提高课堂讲授和学习效率。同时,为了克服多媒体教学由于教学节奏快、内容信息量大而影响学生分析和理解效果的缺点,对于重点理解学习和推导的理论性内容(如汽轮机级的速度三角形、动叶强度校核等),应辅以传统的板书式教学方法加以详细推导分析。通过多媒体教学与传统教学方法的有机结合,可以使教学过程直观生动、内容丰富、主次分明,从而收到事半功倍的效果。
(三)开展研究性教学,培养学生分析和解决问题的能力
传统教学方法以教师为中心,将讲授知识作为教学的主要任务和目标,忽视学生的主体地位,导致培养出的学生缺少独立分析解决问题的能力和创新意识。与此不同,研究性教学将科学研究的思路引进教学并注重发挥学生的主观能动性,旨在通过教学与研究实践的结合,引导学生创造性地运用知识自主地发现问题、研究问题和解决问题,在研究中积累经验、培养能力和锻炼思维。[7]遵循此思路,对传统以教师灌输为主的汽轮机原理教学方法进行改革:将传统的以教师为中心的教学模式向以学生为中心迁移,使教师成为教学过程的引导者和设计者,其主要任务是激发学生自主提问、思考、设计和总结;创设与工程实际相近的教学情境,激发和增强学生的学习兴趣,如将汽轮机检修过程中拆除个别故障级与汽轮机变工况运行相联系,从而增强学生对汽轮机变工况运行特性的学习兴趣;通过解决开放性的问题,培养学生分析问题和解决问题的能力及创新意识,如针对汽轮机运行过程中动叶栅破损的现象,启发学生从汽轮机运行特性及叶栅材料本身力学性能等方面分析破损的原因,并自主提出增强汽轮机零件运行寿命的解决方案,从而引导学生自主地学习汽轮机零件的强度分析与校核,这有助于其养成独立思考和解决问题的良好习惯。
五、结语
针对扬州大学汽轮机原理课程的教学实际,我们分析了汽轮机原理教学中现存的问题。通过分析我们认识到,要想实现专业课教学质量的提高和高质量人才的培养,必须对传统课堂教学进行全面改革。具体而言,首先要建设一支高素质的教师队伍,特别是要加强对中青年教师的培养。同时,要对现有的教学内容进行重新调整、更新与完善,以保证它的科学性、先进性及延展性。其次,还需采用各种行之有效的教学方法,激发学生的学习兴趣,提高其学习效率,实现学生综合素质和创新能力的提升。而这些教学改革方案还需要通过今后的教学实践来进一步的探索和完善。
[ 参 考 文 献 ]
[1] 黄树红.汽轮机原理[M].北京:中国电力出版社,2008.
[2] 孟忠伟.热能与动力工程专业课的教学改革探讨[J].高等教育研究,2011(28):59-62.
[3] 王运民,李录平,马立恒.“汽轮机原理”精品课程建设与课程教学[J].中国电力教育,2009(13):105-106.
[4] 罗向龙. “汽轮机原理”精品课程建设与课程教学[J].广东工业大学学报,2009(9):167-169.
[5] 冯亮花,刘坤.汽轮机原理课程教学方法研究与实践[J].中国冶金教育,2011(6):23-25.
[6] 李兰花.现代教学媒体在学前教育活动中的应用分析[J].电化教育研究,2013(4):71-75.
[7] 赵洪.研究性教学与大学教学方法改革[J].高等教育研究,2006(27):71-75.
[责任编辑:陈 明]
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