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“锅炉原理”课程实践性教学环节的改革与实践

发布时间：2013-03-09 14:02    来源：未知

一、问题的提出
    1．“锅炉原理”课程的作用与特点
    “锅炉原理”课程是能源动力类专业的主干专业课程，主要面向热能与动力工程专业能源与环境工程、动力机械工程、制冷与空调工程、工程热物理等方向以及环境工程（大气污染控制工程）专业的本科生。该课程不仅涉及锅炉整体的工作过程与结构特点、传热、燃烧与水循环过程的基础理论，还涉及许多辅助系统的构成与工作原理以及锅炉总体设计与计算方法，因此对于学生专业知识体系的构建有重大影响，同时也对培养学生创造性的思维能力、自主分析和解决工程实际问题的能力具有重要的奠基作用。
    “锅炉原理”课程是围绕着锅炉这一结构复杂、系统繁多的大型能量转换设备来组织内容的，是一门实践性很强的专业课。从目前国内外一些广泛使用的经典教材来看，该课程涵盖的知识点非常多，内容涉及机械工程、工程热物理、物理化学、环境工程、材料学等多个领域，具有明显的学科交叉特点。另外随着经济的快速发展和技术水平的不断提高，锅炉装置的升级换代速度也大为加快，从而迫切需要对课程内容进行相应的更新。
    2．实践性教学环节的设置及存在的问题
    锅炉的复杂性导致了理论教学知识点的分布相当厂泛，这就使得纯粹的理论教学变得十分困难。首先如果不掌握锅炉及其部件的基本结构，就无法进行后续的理论学习，而目前有关结构的知识主要通过认识实习而来。其次，锅炉作为一个整体，在理论教学内容的编排上，遇到了极大的困难。因为无论从哪里作为起点开始讲解，都要涉及其他未曾涉及的内容，知识点前后交叉混杂，令学生摸不着头脑，因此学生往往由于对结构的不熟悉而最终导致对该课程丧失学习兴趣。
    为此，“锅炉原理”课程设有与其相关的实践性教学环节。一般这些实践性环节包括“认识实习”、“锅炉课程设计”、“锅炉测试技术”等。“锅炉原理”课程与以上的实践性环节及相关的选修课构成了密切相关的课程群，共同提供该学科的相关知识。但是由于这些环节目前在整个教学计划中基本上是各自独立的，因而由于师资、设备和管理上的制约，往往使得各个环节之间的联系不够密切，甚至讲授顺序都出现错位，客观上造成了学生不能很好的对相关知识进行整合，难以形成解决工程实际问题的能力。
    二、实践性环节教学改革的设计与应用
鉴于以上存在的问题，我们根据本校热能与动力工程专业的实际情况，对“锅炉原理”课程的辅助实践性教学环节进行了必要的改进与调整，使其能够更好的发挥课程设置的作用。
    富通新能源销售生物质锅炉，此外还销售生产生物质颗粒燃料的颗粒机、秸秆压块机等机械设备。     1．教学目标的设计
    “锅炉原理”课程实践性教学环节是锅炉原理课程的辅助性教学环节，因此其教学目标的设计要满足专业培养目标的要求，同时要遵从锅炉原理教学的总体目标，即：通过课程的学习、探究以及辅助性实践环节的锻炼，使学生能够扎实的掌握锅炉设备的理论基础，学会主动的获取相关的知识和信息，并利用科学的方法分析、处理锅炉设计、制造、运行和管理过程中的相关科技问题，为在热能与动力工程、环境工程以及工程热物理等学科领域进行科研、设计、教学、工程技术、经营管理等方面进行创造性的工作打下坚实基础。为确保总体目标的实现，针对学生抓不住重点，理不清脉络的具体情况，我们把实践性教学环节纳入锅炉原理课程的总体教学过程，并将整个课程学习过程分为三个阶段，分别制定了阶段性目标。
    第一阶段：结构认识及系统梳理阶段这一阶段的主要任务是让学生熟悉锅炉机组的结构和各部分的工作过程。教学目标是掌握锅炉本体及主要辅助设备的结构，系统的组成及其工作过程。进一步细化包括锅炉的总体结构和布局；主要受热面（水冷壁，辐射式过热器，高、低温对流过热器，屏式过热器，高、低温再热器，高、低温省煤器，高、低温管式及回转式空气预热器），辅助受热面等的结构特点、作用；煤粉制备系统的组成及工作过程；锅炉的烟、风系统，水、汽系统，煤、灰系统的组成及工作过程。
    第二阶段：理论学习及能力形成阶段本阶段的教学目标是掌握锅炉各主要部件及系统的工作原理和运行特点，掌握主要热工参数、和燃料特性对锅炉工作的影响。根据前一阶段的学习，围绕着锅炉的各个组成部分，构建知识模块并通过主要参数对锅炉工作的影响这一线索，将分散的知识进行融合而后形成完整的体系。
    第三阶段：实践提高阶段本阶段的教学目标是，培养学生利用所学知识进行科学实践的能力，要求掌握独立设计实验方案、完成实验过程，独立从事工程设计的思路和方法。这一阶段是概念上的第三阶段，但在时间和内容上将与第二阶段有不同程度的交叉和融合。     2．教学内容的设计
    针对各阶段的教学目标，对教学内容进行了分类和筛选。将原有的课程内容分为三个部分。
    第一部分是见习内容，包括对锅炉整体和主要组成系统和部件的基本结构、工作过程的了解。把原来的2周用于锅炉方面的实习时间统一起来，学习的地点安排在锅炉制造厂火力发电厂和校内的火电厂设备模型室，将这些资源有效地整合在一起，通过多媒体图片、动画演示、模型教具等结合生产单位的实际设备，对锅炉结构和系统进行全面的认识和深入的学习，而不是之前的走马观花式的“认识”。这将为后续学习过程打下良好的基础。
第二部分是理论知识，笔者根据二十余年的教学实践，将“锅炉原理”课程中的教学内容进行了梳理，最终选取了最为基本和重要的内容编成7个专题，用20学时左右的时间进行课堂讲授。7个专题是：锅炉技术的发展与设备的更新历史（3学时），质量平衡与热
平衡原理在锅炉技术中的应用（3学时），燃烧理论与燃烧设备(4学时)，锅炉中换热设备及锅炉机组设计原则（4学时），水循环原理（2学时），锅炉受热面外部工作过程（2学时），锅炉气态污染物的产生与控制技术（2学时）。
    第三部分是设计与实践，包括锅炉课程设计和相关的实验，这部分内容则主要通过解决问题的方式引领学生自行安排时间完成。锅炉实验全部采用开放方式进行，学生可根据自身进度，结合理论学习情况提前预约并自主完成实验，然后提交实验报告。根据以往的情况，课程设计进行的时间偏短（约I.5周），而学生的“锅炉原理”课程内容掌握的较差，因此很多同学不能很好的完成设计任务，抄袭、“偷工减料”的情况时有发生。为此，我们将原来的2周课程设计从时间和内容上都整合到“锅炉原理”课程的学习过程中。
    3．教学改革的实践
    对于见习实习，我们以问题的方式来引导整个学习过程。问题的覆盖范围相当广泛，学生以回答和解决这些问题为目的，利用学校为其创造的各类资源，在辅导教师的帮助下，自主学习，从而掌握锅炉的基本构造、组成系统以及简单的工作原理，最后通过现场考试来检验学生的学习效果。
    对于课程设计，在理论学习阶段开始时，就下发课程设计题目，同时开始课程设计，题目为每人一题（类型一致，但每人的参数不同），随着理论学习的进行，将课程设计的内容分别以作业的形式布置给学生，限时完成，教师及时检查批改，使课程设计的进度与理论学习的进度基本同步，这样将强化学生进行设计的目的性，并能够切实保障课程设计的按时完成。
    活劝探究：这一阶段是课程学习的核心或主体部分。学生大部分的知识和技能学习是在这一过程中完成的。我们将学生分成小组，每个小组规定学生需要完成的项目，这些项目大都来自于教师承担的与锅炉相关的科研项目。各小组在所制定的计划的指引下，开展研究和探索，利用图书馆、网络，或者直接深入到锅炉制造r电厂及其它厂矿企业，对和项目有关的技术、设备以及运行工况进行认真的调查研究。通过这些准备工作，学生们对所承担的项目提出研究或设计思路以及关键问题的初步解决方案，然后各小组之间进行交流探讨，教师也参与其中指导把关，确定研究设计方案和技术路线。接下来学生们根据既定的技术路线，通过适当的的研究方法（如试验、数值模拟、设计论证等）和技术手段得到自己所需要的数据或信息，并进行加工处理，最终得出问题解决的方案或结果。在整个研究过程中，教师和学生充分运用“锅炉原理”精品课程网络资源，在网上进行学术交流和研究探讨，学生们在网络论坛上提出各种各样的问题，教师及时参与讨论并给予回答，对于有共性的问题，在课堂上进行讲解。另外各小组根据各自的研究成果，制作出作品，教师参与指导，并为学生创造资金、地点等方面的有利条件，作品的形式可以多种多样。目前，大多数的学生作品主要是模型和研究报告，也有部分学生设计了程序和软件。我们组织了各个小组对自己的成果在全班范围内进行详细的PPT介绍和模型展示，然后开展讨论和辩论，这样加强了各组之间工作的相互了解，使他们得以学习和借鉴他人的长处，发现自身的缺点，并从中汲取经验和教训。
    三、教学改革的实施效果
    为了能够比较客观公正的对学生的学习过程进行评价，我们采用了笔试、口试、现场考试、学生个人陈述、书面报告、作品评级等多种评价方式。笔试主要考察学生对基本概念、基本原理的掌握程度，以及一定的分析能力和逻辑推理能力，这部分约占总成绩的30%;口试主要考察学生对问题的理解能力和概括总结能力，约占总成绩的10%;现场考试是根据教学大纲的要求，组织学生到火力发电厂根据电厂锅炉的实际运行情况，考查学生运用所学理论知识观察、分析、解决问题的能力，约占总成绩的20%;个人陈述是由学生向所在小组、全体同学陈述自己的发现，这给他们提供了_一个锻炼交流能力的机会。通过让学生口头演说，可以了解其语言组织能力、口头表达能力以及思维的敏捷性，约占总成绩的5%;书面报告是考察学生的书面交流能力，它可以评价学生必须具备的写作技能，如创造性、修改文章和概括对象以及清晰表达自己思想观点的能力，约占总成绩5%；作品评级（含课程设计在内）是对学生根据项目要求制作的作品，从科学性、实用性、经济性、难易程度等几方面进行等级评定，约占总成绩的30%。
    笔者对教改实施对象——我校2007级热能与动工程专业的学生考核情况与2006级和2008级进行了对比，可得到以下几点结论：
    (1) 2007级的学生自主学习的积极性远大于其他两个年级：
    (2)对教学内容的掌握程度上，2007级的学生无论从内容的深度和广度上都要优于其他两个年级；
    (3) 2007级学生考取研究生尤其是考取重点大学研究生的比例几乎是其他两个年级的两倍，这是非常能说明问题的数字；
    (4) 2007级学生独立思考问题、发现问题和解决问题的能力与其他两个年级相比，有明显的提高。
四、存在的问题与思考
    1．实践性教学环节的教学组织与整体专业教学计划的协调问题
    严格的讲，“锅炉原理”课程是一个课程群，它包括“锅炉原理”、“锅炉课程设计”、锅炉原理辅助性选修课（如锅炉燃烧及污染物控制、锅炉测试技术）以及实习过程中有关“锅炉原理”方面的内容。这些环节在原有教学计划中是按照一定的顺序编排的，而采用PBL教学方式把这些内容整合在一起，虽十分有利于知识的整体把握和学习，却影响了原有教学计划的执行。如有关锅炉的实习内容和“锅炉原理课程设计”各为2周时间，分别安排在“锅炉原理”课程的前后两个学期进行，现在整合到一起后，就改变了两个学期的总理论教学周数，对教学计划中其他教学环节的安排产生了一定的影响。另外课程内容的整合使得2门辅助性选修课内容与“锅炉原理”出现重合现象。
    2．学生对教改的适应性
    在教改的过程中，我们发现有部分学生虽然学习的积极性较高，但仍对“锅炉原理”课程的基本内容掌握的不好，实践能力和研究性学习的能力不强。主要是因为经过了十几年的灌输式教育，头脑中已经形成了同有的认知理念，自主学习的意识较差、对新教学法不太适应，要想转变速一状况，也恐非短时日能够实现，毕竟是积习已成。
    3。其他因素对教改的影响
    新的教学模式，适合于小班教学，而我校热能与动力_[程专业每届招收50至70人，受限于教师和教室数量，课堂讨论课只能是大班上课，结果使得课堂讨论的效果大打折扣；还有与传统的授课方式相比，新教学模式对教师的要求更高，因此，教师的投入更大，而相应的鼓励政策没能跟上这样就导致教师的积极性不高；此外，教师中不乏对该教学法存在质疑之人，害怕搞出乱子，费力不讨好，故而宁可传统教学法。
   总之，对于“锅炉原理”课程实践性教学环节进行大胆的改革与尝试是十分必要的，所采用的教学法也具备许多优势，值得进一步实践和探索，同时也要注意解决在教学过程中出现的问题，以确保教学质量的稳步提高。

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