關(guān)于鍋爐原理實驗教學(xué)研究探討
論文摘要：實驗教學(xué)是鍋爐原理教學(xué)過程中不可或缺的部分，加強并改進(jìn)鍋爐原理實驗教學(xué)是對熱能與動力工程專業(yè)本科生進(jìn)行能力培養(yǎng)的有效途徑之一。根據(jù)鍋爐原理實驗教學(xué)實踐中的心得體會，研究探討了在實驗教學(xué)過程中對傳統(tǒng)的教育理念進(jìn)行改革，從教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)和考核方法上全方位引入現(xiàn)代的教育理念，以培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的具體措施。
論文關(guān)鍵詞：鍋爐原理；教學(xué)研究；實驗
鍋爐是火力發(fā)電廠三大主機(jī)之一，是工業(yè)企業(yè)的動力之源，在國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中發(fā)揮著極其重要的作用�！板仩t原理”是為熱能與動力工程專業(yè)本科生開設(shè)的主要專業(yè)課程之一�！板仩t原理”的教學(xué)目標(biāo)是讓學(xué)生全面和系統(tǒng)地認(rèn)識鍋爐本體和輔助裝置的構(gòu)造，掌握鍋爐工作原理的相關(guān)知識，并培養(yǎng)學(xué)生分析工程問題、進(jìn)行鍋爐設(shè)計計算和鍋爐試驗的實踐能力。該課程工程性強、內(nèi)容多、難點多，僅依靠理論教學(xué)難以實現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)，與工程實際緊密結(jié)合的實驗、實習(xí)、課程設(shè)計等實踐環(huán)節(jié)是鍋爐原理教學(xué)中不可或缺的部分。
高校的實驗室是理論與實踐相結(jié)合，培養(yǎng)大學(xué)生工程實踐能力和創(chuàng)新能力的重要場所。加強并改進(jìn)實驗教學(xué)，是對大學(xué)生進(jìn)行能力培養(yǎng)的有效途徑之一。實驗在鍋爐原理實踐教學(xué)環(huán)節(jié)中占有重要地位。筆者作為從事鍋爐原理實驗教學(xué)的教師，在教學(xué)過程中對傳統(tǒng)的教育理念進(jìn)行改革，從教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)和考核方法上全方位引入現(xiàn)代的教育理念，使教學(xué)效果得到明顯改善。
一、鍋爐原理實驗的教學(xué)目標(biāo)
鍋爐原理實驗教學(xué)的基本出發(fā)點是通過提供大量模擬鍋爐有關(guān)現(xiàn)象的裝置和系統(tǒng)，以幫助學(xué)生更好地理解課程內(nèi)容，掌握鍋爐的基本原理、常用測試方法和運行技術(shù)，加強鍋爐設(shè)計計算和鍋爐試驗的實踐能力。傳統(tǒng)的教育以傳授知識為教學(xué)目的，教師考慮的是如何把知識灌輸給學(xué)生，而忽視學(xué)生能力的培養(yǎng)。現(xiàn)代社會的發(fā)展需要高校培養(yǎng)一批高知識、強能力的創(chuàng)造型人才。為適應(yīng)這一需求，高校應(yīng)注重學(xué)生能力的培養(yǎng)。
鍋爐原理實驗教學(xué)中，應(yīng)發(fā)揮教師在教學(xué)中的主導(dǎo)作用和學(xué)生在學(xué)習(xí)中的主體作用，使學(xué)生在預(yù)習(xí)實驗指導(dǎo)書，動手操作實驗設(shè)備和儀器，動腦思考實驗現(xiàn)象，通過團(tuán)隊合作解決實驗中出現(xiàn)的問題，記錄和整理實驗數(shù)據(jù)，撰寫報告，完成實驗思考題的過程中，自身的學(xué)習(xí)能力、實驗技能、動手能力、獨立思考能力、團(tuán)隊合作精神、組織能力、分析和解決工程實際問題的能力、自主創(chuàng)新的能力得到全面地鍛煉和提高。
利用精心設(shè)計的實驗內(nèi)容，將“鍋爐原理”課程的知識點與專業(yè)基礎(chǔ)課程“工程熱力學(xué)”、“傳熱學(xué)”、“流體力學(xué)”、“熱工測試技術(shù)”，以及專業(yè)課程“大氣污染監(jiān)測技術(shù)”、“大氣污染控制工程”、“潔凈煤發(fā)電技術(shù)”相結(jié)合，通過對多門學(xué)科知識的有效遷移和綜合，以達(dá)到舉一反三、融會貫通的教學(xué)效果，既可以鞏固和加深學(xué)生對前期專業(yè)基礎(chǔ)課的理解，又加深了學(xué)生對所學(xué)專業(yè)知識體系的認(rèn)識，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)后續(xù)課程的興趣和積極性，培養(yǎng)了學(xué)生科學(xué)思維的能力，從而為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)和將來從事工程設(shè)計、科學(xué)研究奠定堅實的基礎(chǔ)。
二、鍋爐原理實驗的教學(xué)內(nèi)容
實驗課程的教學(xué)內(nèi)容關(guān)系到實驗教學(xué)的組織實施，是規(guī)范實驗教學(xué)過程、檢查實驗教學(xué)質(zhì)量和進(jìn)行實驗室建設(shè)的基礎(chǔ)。鑒于鍋爐原理涉及內(nèi)容多、實踐性強，相關(guān)課程多，我們將實驗部分剝離出來，單獨設(shè)課，同時確保實驗教學(xué)內(nèi)容設(shè)計與前期專業(yè)基礎(chǔ)課程及后續(xù)專業(yè)課程的密切聯(lián)系。在教學(xué)內(nèi)容上，力求從本課程實際出發(fā)，不失時機(jī)地向其他課程滲透和綜合，為學(xué)生創(chuàng)建一個系統(tǒng)的熱能與動力工程知識體系平臺，改變了只從單個課程傳授分散知識的傳統(tǒng)教學(xué)模式。
結(jié)合“鍋爐原理”理論教學(xué)的授課主線“燃料—燃燒及熱平衡計算—受熱面—自然循環(huán)鍋爐水動力學(xué)—鍋爐的啟停與運行—鍋爐污染物排放監(jiān)測與控制”，建立了“煤質(zhì)分析”、“并聯(lián)管組流量分配”、“自然循環(huán)鍋爐水動力特性”、“燃燒與環(huán)境監(jiān)測”、“燃燒源污染物排放控制”五個實驗室。
“煤質(zhì)分析”實驗室開設(shè)了“煤的工業(yè)分析”、“煤的發(fā)熱量測定”兩個實驗，使學(xué)生能夠掌握煤質(zhì)分析、發(fā)熱量測定的原理和方法，認(rèn)識煤的質(zhì)量對鍋爐性能的影響。
“并聯(lián)管組流量分配”、“自然循環(huán)鍋爐水動力特性”實驗室各配備有兩套自行設(shè)計搭建的實驗系統(tǒng)。前者能夠使學(xué)生對電站鍋爐中過熱器、再熱器管組的進(jìn)、出口集箱的引入與引出方式布置不當(dāng)引起的流量分配不均問題有清晰的感性認(rèn)識；后者使學(xué)生對自然循環(huán)鍋爐水動力特性及提高水循環(huán)安全性的措施有更深刻的理解。
“燃燒與環(huán)境監(jiān)測”實驗室基于自主研發(fā)的“能源島熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)”，開設(shè)了“程序點火及火焰監(jiān)測顯示”、“燃燒調(diào)整及燃燒效率測定”、“鍋爐熱平衡”、“鍋爐煙塵測定”、“煙氣成分分析”、“氣態(tài)污染物排放監(jiān)測”六個實驗�！俺绦螯c火及火焰監(jiān)測顯示”實驗?zāi)軌蚴箤W(xué)生了解鍋爐安全操作程序及燃燒過程；通過設(shè)在鍋爐的觀察孔，直接觀察到火焰形狀以及運行參數(shù)對火焰形狀的影響，大大加深了對書本知識的理解�！叭紵{(diào)整及燃燒效率測定”實驗使學(xué)生對各種因素對燃燒效率的影響有直接的感性認(rèn)識，同時學(xué)到測取鍋爐效率有關(guān)數(shù)據(jù)、計算燃燒效率的方法。通過“鍋爐熱平衡”實驗，加深學(xué)生對鍋爐熱平衡原理的理解，培養(yǎng)學(xué)生的鍋爐熱平衡實驗測試技能，使學(xué)生能夠分析造成各項熱損失的原因，學(xué)會診斷鍋爐存在的問題�！板仩t煙塵測定”實驗使學(xué)生熟悉國家標(biāo)準(zhǔn)、掌握固定污染源排氣中顆粒物的排放濃度、折算濃度和排放總量的測定原理和方法�！盁煔獬煞址治觥睂嶒炇箤W(xué)生掌握奧氏煙氣分析儀的工作原理和使用方法�！皻鈶B(tài)污染物排放監(jiān)測”實驗使學(xué)生掌握氣態(tài)污染物排放測量的電化學(xué)法的原理和EUROTRON MK2 8851煙氣分析儀的使用方法。通過這一系列的實驗為學(xué)生從事鍋爐設(shè)計、運行和研究打下基礎(chǔ)。
“燃燒源污染物排放控制”實驗室配有四臺除塵裝置（旋風(fēng)除塵器、袋式除塵器、電除塵器、濕式除塵器）和一臺噴射鼓泡式煙氣脫硫裝置、一臺選擇性催化還原煙氣脫硝裝置，可進(jìn)行除塵器性能測定和氣體污染凈化兩大類型、六個項目的實驗教學(xué)，可使學(xué)生系統(tǒng)地了解并掌握污染控制的基本知識、基本原理、主要設(shè)備和典型工藝等，培養(yǎng)學(xué)生分析和解決日益嚴(yán)重的燃燒源污染物排放問題的基本能力，為學(xué)生從事相關(guān)的工程設(shè)計、技術(shù)管理等工作提供必要的基礎(chǔ)。
三、鍋爐原理實驗的教學(xué)和考核方法
1.教學(xué)方法
為便于組織教學(xué)，將參加實驗的學(xué)生分成8至10人的小組，排出實驗教學(xué)安排表，安排充足的師資力量，指導(dǎo)學(xué)生在兩周內(nèi)完成所有實驗室的各個實驗。在教學(xué)過程中，改變傳統(tǒng)的灌輸式教學(xué)方法，不斷探索實驗教學(xué)的新辦法，如探究式教學(xué)、歸納式教學(xué)、換位教學(xué)等。
在探究式教學(xué)模式下，教師依據(jù)學(xué)習(xí)過程的客觀規(guī)律，引導(dǎo)學(xué)生積極主動、自覺地掌握知識。例如，在進(jìn)行鍋爐熱平衡實驗教學(xué)時，教師提出“什么是鍋爐熱效率？什么是鍋爐熱平衡？”在學(xué)生明白這些基本概念問題的基礎(chǔ)上，設(shè)置問題“鍋爐正平衡熱效率的計算公式是什么？”引出計算鍋爐正平衡效率需要測定的參數(shù)及測量方法，繼續(xù)提問“鍋爐熱損失發(fā)生在哪里？鍋爐反平衡效率的計算公式是什么？”逐步引導(dǎo)學(xué)生積極思考，最后提出“為什么既要進(jìn)行鍋爐正平衡實驗，又要進(jìn)行鍋爐反平衡實驗？如何有效提高鍋爐效率？”教師通過這些涵蓋了實驗的目的、實驗原理、實驗方法的探究型問題，激勵學(xué)生的創(chuàng)造性思維，培養(yǎng)他們應(yīng)用理論知識分析和解決問題的能力。
在進(jìn)行演示性實驗教學(xué)時，采用歸納式教學(xué)方法，將“觀看”實驗轉(zhuǎn)變?yōu)椤坝^察”實驗。例如，在“自然循環(huán)鍋爐水動力特性”實驗中，不去講解，也不提出任何問題，只是告訴學(xué)生要仔細(xì)觀察。在每個實驗現(xiàn)象出現(xiàn)時，再引導(dǎo)學(xué)生歸納實驗現(xiàn)象、分析產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因。受知識水平、觀察能力的影響，學(xué)生難免會遺漏掉某些實驗現(xiàn)象，這時通過重復(fù)性實驗，教師指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行有針對性地觀察，對實驗現(xiàn)象再次進(jìn)行歸納和分析。采用這種教學(xué)方法，使學(xué)生對實驗過程充滿興趣，對水循環(huán)的形成過程、工質(zhì)的流動與傳熱過程、蒸汽的產(chǎn)生過程，上升管中汽水兩相流的各種流型（泡狀、彈狀、環(huán)狀流動），鍋爐水循環(huán)的常見故障（停滯、倒流、自由水面、汽水分層、下降管帶汽）從現(xiàn)象到本質(zhì)都有非常深刻的認(rèn)識。
在實驗教學(xué)中，還嘗試了師生角色換位教學(xué)法。例如，在“煙氣成分分析”實驗教學(xué)中，進(jìn)行了“讓學(xué)生做老師”的換位教學(xué)實踐。每組學(xué)生經(jīng)過討論，選出一位同學(xué)，由其充當(dāng)教師的角色，講解奧氏煙氣分析儀的工作原理，演示其使用方法，并帶領(lǐng)本組的同學(xué)完成煙氣成分及含量測定實驗，引導(dǎo)學(xué)生思考、提問、討論。實踐證明，這種方式加強了學(xué)生之間的交流、師生之間的互動，活躍了實驗教學(xué)的氣氛，收到很好的效果。
2.考核方法
實驗考核是對學(xué)生實驗?zāi)芰Φ娜鏅z查，也是對教師教學(xué)效果的檢查。同時，考核能夠給學(xué)生以壓力和動力，促進(jìn)學(xué)生對實驗課的重視。傳統(tǒng)的實驗考核方法，主要是依據(jù)實驗報告的好壞來評定成績，這種方法在一定程度上滋長了學(xué)生抄襲實驗報告的現(xiàn)象。為減少傳統(tǒng)考核方法的弊端，我們采取實驗表現(xiàn)、實驗報告、實驗考試相結(jié)合的方法進(jìn)行實驗考核，三者依次占實驗總評成績的30%、30%、40%。實驗表現(xiàn)和實驗報告采取每個實驗單獨給分，取各自的平均分作為這兩項的成績；實驗筆試則由每個實驗設(shè)置2～4道基本知識和基本技能試題組成試卷，統(tǒng)一安排考試。實驗表現(xiàn)由教師依據(jù)實驗預(yù)習(xí)、實驗操作、回答問題情況，以及發(fā)現(xiàn)和提出問題的能力當(dāng)場給出成績；實驗報告按照是否按要求撰寫實驗報告，按時交實驗報告，數(shù)據(jù)、結(jié)論是否正確，分析是否透徹評分。通過這種考核方式給出實驗綜合成績，實現(xiàn)了對學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度、觀察能力、動手能力、思維能力、綜合分析能力等的全面考查。
四、結(jié)語
實驗教學(xué)是將書本知識與實驗?zāi)芰ε囵B(yǎng)相結(jié)合、基礎(chǔ)理論與工程實踐相結(jié)合的教學(xué)活動，是培養(yǎng)學(xué)生能力的重要環(huán)節(jié)，是培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的關(guān)鍵。為提高鍋爐原理實驗教學(xué)的效果，需要承擔(dān)實驗教學(xué)的教師關(guān)注教學(xué)過程的各個方面，對教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)和考核方法等進(jìn)行順應(yīng)時代潮流的改革和創(chuàng)新，不斷總結(jié)教學(xué)實踐中的經(jīng)驗和教訓(xùn)，提高業(yè)務(wù)素質(zhì)和水平，為提高教學(xué)質(zhì)量、培養(yǎng)適應(yīng)當(dāng)今社會發(fā)展的創(chuàng)新型人才做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。
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