“汽輪機(jī)原理”課程設(shè)計(jì)的改革與實(shí)踐

摘要：“汽輪機(jī)原理”是熱能與動(dòng)力工程專業(yè)一門主干專業(yè)課程，而汽輪機(jī)原理課程設(shè)計(jì)是鞏固學(xué)生所學(xué)知識(shí)、提高綜合分析以及應(yīng)用能力的重要教學(xué)環(huán)節(jié)之一。隨著教學(xué)目的的不斷提高，傳統(tǒng)課程設(shè)計(jì)的不足逐漸顯現(xiàn)。為了更好地培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力、實(shí)踐動(dòng)手能力以及分析解決工程實(shí)際問題的能力，而提出了對(duì)汽輪機(jī)原理課程設(shè)計(jì)進(jìn)行教學(xué)改革的具體措施，并根據(jù)實(shí)踐結(jié)果進(jìn)行了相關(guān)總結(jié)與討論。

關(guān)鍵詞：汽輪機(jī)原理；課程設(shè)計(jì)；教學(xué)改革

作者簡介：張倩（1982-），女，天津人，華北電力大學(xué)能源動(dòng)力與機(jī)械工程學(xué)院動(dòng)力工程系，講師；田松峰（1966-），男，河南許昌人，華北電力大學(xué)能源動(dòng)力與機(jī)械工程學(xué)院動(dòng)力工程系，教授。（河北#8194;保定#8194;071003）

基金項(xiàng)目：本文系2010年華北電力大學(xué)本科教育教學(xué)改革項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：13021006）的研究成果。

中圖分類號(hào)：G642.3#8195;#8195;#8195;#8195;#8195;文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A#8195;#8195;#8195;#8195;#8195;文章編號(hào)：1007-0079（2012）15-0065-02

汽輪機(jī)課程是熱能工程專業(yè)（熱動(dòng)方向和集控方向）的專業(yè)主干課程，其課程設(shè)計(jì)既是專業(yè)人才培養(yǎng)計(jì)劃中重要的實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，也是熱能工程專業(yè)培養(yǎng)學(xué)生綜合能力的重要途徑。該實(shí)踐環(huán)節(jié)將汽輪機(jī)理論與實(shí)踐相結(jié)合，是鞏固學(xué)生已學(xué)汽輪機(jī)相關(guān)知識(shí)、提高綜合分析以及應(yīng)用能力的重要手段。并且該環(huán)節(jié)安排在大四上學(xué)期，具有“承上啟下”的作用，既可以對(duì)汽輪機(jī)原理知識(shí)進(jìn)行復(fù)習(xí)，又可使學(xué)生對(duì)即將面對(duì)的工作現(xiàn)場情況進(jìn)行初步了解。其主要目的是使學(xué)生對(duì)“汽輪機(jī)原理”中所學(xué)的理論知識(shí)進(jìn)行鞏固與加深；能夠了解、掌握并應(yīng)用汽輪機(jī)熱力設(shè)計(jì)的相關(guān)步驟；培養(yǎng)學(xué)生分析問題與解決問題、理論聯(lián)系實(shí)際以及創(chuàng)新能力，并能通過課程設(shè)計(jì)過程，在不斷的交流與合作過程中培養(yǎng)學(xué)生通力合作的團(tuán)隊(duì)精神，為畢業(yè)后從事專業(yè)工作打下必要的基礎(chǔ)。因此，專業(yè)教研室一貫重視該教學(xué)環(huán)節(jié)的教學(xué)效果，一致并一直為使課程設(shè)計(jì)更適應(yīng)社會(huì)的發(fā)展、符合學(xué)生培養(yǎng)目標(biāo)而不斷地努力探索新的方法及措施。

一、“汽輪機(jī)原理”課程設(shè)計(jì)現(xiàn)狀

1.“汽輪機(jī)原理”課程設(shè)計(jì)教學(xué)目標(biāo)

汽輪機(jī)課程設(shè)計(jì)是安排在“汽輪機(jī)原理”課程之后進(jìn)行的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)。目的是通過課程設(shè)計(jì)系統(tǒng)總結(jié)“汽輪機(jī)原理”中學(xué)過的理論知識(shí)，加深對(duì)相關(guān)知識(shí)及其之間聯(lián)系的理解，并將所掌握的理論知識(shí)運(yùn)用到實(shí)際問題中，提高學(xué)生分析問題、解決問題的綜合能力，為學(xué)生進(jìn)入現(xiàn)場工作奠定基礎(chǔ)。

2.原有“汽輪機(jī)原理”課程設(shè)計(jì)現(xiàn)狀分析

原汽輪機(jī)課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容主要是進(jìn)行汽輪機(jī)的熱力設(shè)計(jì)，不對(duì)汽輪機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。所謂熱力設(shè)計(jì)，是根據(jù)給定的設(shè)計(jì)條件，通過熱力計(jì)算確定通流部分的幾何參數(shù)、各級(jí)內(nèi)效率、內(nèi)功率及整機(jī)的內(nèi)效率、內(nèi)功率。設(shè)計(jì)的機(jī)組為一功率為25MW的小型背壓式汽輪機(jī)。對(duì)該機(jī)組進(jìn)行熱力計(jì)算后參考同類型機(jī)組，根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果，進(jìn)行汽輪機(jī)通流部分的繪制。

參考文獻(xiàn)[1]認(rèn)為在課程設(shè)計(jì)題目的設(shè)計(jì)上必須考慮各方面的綜合因素，在理想的條件下要能夠?qū)崿F(xiàn)教學(xué)目標(biāo)，要能夠?qū)W(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)的培養(yǎng)和創(chuàng)新能力的提高有所幫助。根據(jù)這一要求，該課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容目前主要存在以下的問題：

（1）課程設(shè)計(jì)內(nèi)容單一，不能較好地適應(yīng)社會(huì)發(fā)展。該課程設(shè)計(jì)內(nèi)容已延用近10年，內(nèi)容單一，只能使學(xué)生掌握最基本的汽輪機(jī)設(shè)計(jì)過程，計(jì)算精度較低。并且多年來設(shè)計(jì)內(nèi)容不變，致使學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不濃，教師思維也受到了一定的限制。因此，課程設(shè)計(jì)內(nèi)容有待改革。

（2）課程設(shè)計(jì)教學(xué)效果不能較好地達(dá)到預(yù)定目標(biāo)。該課程設(shè)計(jì)的教學(xué)目標(biāo)旨在使學(xué)生掌握機(jī)組熱力計(jì)算的步驟，能夠通過實(shí)際動(dòng)手計(jì)算了解機(jī)組各參數(shù)之間的關(guān)系?？紤]到該環(huán)節(jié)實(shí)際課時(shí)的縮減，本系專業(yè)教研組開發(fā)了一套機(jī)組熱力計(jì)算的軟件程序，大大降低了學(xué)生的計(jì)算強(qiáng)度。但也由此，學(xué)生學(xué)習(xí)態(tài)度較散漫，學(xué)習(xí)方式被動(dòng)，主要是應(yīng)付答辯；并且，學(xué)生只注重結(jié)果，而對(duì)計(jì)算過程知之甚少；再者，學(xué)生在計(jì)算過程中，由于題目類似，抄襲情況嚴(yán)重。因此，該環(huán)節(jié)的教學(xué)目標(biāo)很難達(dá)到預(yù)定效果。而答辯時(shí)，由于每位學(xué)生所提交的報(bào)告內(nèi)容類似，教師提問受到限制，也使學(xué)生答辯時(shí)相互交流，無法對(duì)學(xué)生的掌握情況進(jìn)行判斷。

（3）“汽輪機(jī)原理”教學(xué)與實(shí)踐環(huán)節(jié)略顯脫節(jié)?？紤]為了使學(xué)生能夠理論聯(lián)系實(shí)際并為進(jìn)入工作崗位奠定基礎(chǔ)，“汽輪機(jī)原理”課程安排在大三，而該設(shè)計(jì)安排在大四。因此，當(dāng)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)相關(guān)的理論知識(shí)不能應(yīng)用自如。并且，由于現(xiàn)場知識(shí)匱乏，現(xiàn)場工程實(shí)際的解決案例接觸更少，學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際能力較差，不知道該如何利用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問題，也為達(dá)到該課程設(shè)計(jì)的教學(xué)目標(biāo)帶來了一定的困難。

綜上所述，為了提高“汽輪機(jī)原理”課程設(shè)計(jì)的教學(xué)效果，專業(yè)教師在教學(xué)過程中要注意根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行課程實(shí)際內(nèi)容的不斷更新與課程設(shè)計(jì)形式的改革，確保重點(diǎn)知識(shí)能夠被掌握，并達(dá)到相應(yīng)的教學(xué)目標(biāo)。做到對(duì)學(xué)生的培養(yǎng)不貪求知識(shí)的理論化和系統(tǒng)化，應(yīng)加強(qiáng)針對(duì)性和應(yīng)用性，注重教學(xué)內(nèi)容的更新和發(fā)展，突出能力的培養(yǎng)。由此，對(duì)該教學(xué)環(huán)節(jié)進(jìn)行改革勢在必行。

二、“汽輪機(jī)原理”課程設(shè)計(jì)內(nèi)容的改革

通過專業(yè)組教師的不斷討論，最后選定以石家莊某自備電廠機(jī)組的改造為基礎(chǔ)，將其實(shí)際情況植入到本課程設(shè)計(jì)中，要求完成相應(yīng)的熱力計(jì)算及改造。

該汽輪機(jī)型號(hào)為B12-50∕10型背壓式汽輪機(jī)，2003年曾對(duì)機(jī)組進(jìn)行通流部分改造，即將蒸汽流量降為原來的1∕3，并為了適應(yīng)小流量運(yùn)行堵取了一部分噴嘴。該機(jī)組改造前為次高壓背壓機(jī)組，改造后為抽背機(jī)組。2003年改造后，鍋爐因?qū)嶋H情況所限，初參數(shù)發(fā)生了變化，機(jī)組初參數(shù)達(dá)不到2003年的設(shè)計(jì)參數(shù)，終參數(shù)（背壓）卻在設(shè)計(jì)值高限運(yùn)行（0.95～1.0Mpa），各種損失較大，相對(duì)內(nèi)效率很低。復(fù)速級(jí)后溫度有時(shí)高達(dá)395℃（原廠家說明額定負(fù)荷為最高350℃），背壓排汽溫度350℃（原機(jī)組額定流量下為300℃）。由于該機(jī)組轉(zhuǎn)子為套裝轉(zhuǎn)子，在復(fù)速級(jí)這種溫度下對(duì)機(jī)組安全性影響很大，并且機(jī)組出力不到2000kW。

針對(duì)這樣的工程背景，通過相應(yīng)的改造要求解決調(diào)節(jié)級(jí)后超溫問題，并且能夠提高機(jī)組效率及功率。考慮到該問題具有多種方案，并且整個(gè)問題可以劃分成多個(gè)小問題，最終確定改革后的課程設(shè)計(jì)內(nèi)容靈活性較強(qiáng)，既考查了學(xué)生基礎(chǔ)理論的了解情況，又能給予學(xué)生足夠的主觀選擇空間。具體內(nèi)容如下：

（1）將復(fù)速級(jí)作為一個(gè)研究內(nèi)容，分析研究如何解決調(diào)節(jié)后的超溫問題，制訂方案，計(jì)算相應(yīng)的調(diào)節(jié)級(jí)效率及功率，并對(duì)方案可行性進(jìn)行相關(guān)驗(yàn)證。

（2）已知調(diào)節(jié)級(jí)計(jì)算數(shù)據(jù)，進(jìn)行壓力級(jí)熱力計(jì)算，并給出相應(yīng)的改造方案。

（3）對(duì)該機(jī)組夏季、冬季兩個(gè)工況分別進(jìn)行熱力計(jì)算，提出改造方案。

（4）Excel及Matlab編程的應(yīng)用。在該設(shè)計(jì)的計(jì)算過程中需要應(yīng)用大量的迭代計(jì)算，因此，合理應(yīng)用Excel或Matlab編程既可節(jié)約計(jì)算時(shí)間、避免重復(fù)計(jì)算，又提高了學(xué)生的計(jì)算機(jī)應(yīng)用水平。

以上具體內(nèi)容為四項(xiàng)，但每個(gè)工況都可以進(jìn)行第一、二項(xiàng)內(nèi)容，而對(duì)于有能力的學(xué)生可以將第一、二項(xiàng)合并共同設(shè)計(jì)，所以實(shí)際設(shè)計(jì)內(nèi)容為七項(xiàng)，學(xué)生可任選其一完成課程設(shè)計(jì)。通過以上內(nèi)容的調(diào)整，內(nèi)容豐富，學(xué)生可以根據(jù)自己的興趣愛好選擇適合自己的設(shè)計(jì)內(nèi)容，由此不但做到了設(shè)計(jì)內(nèi)容的多樣化，并且能夠提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。同時(shí)，該設(shè)計(jì)的結(jié)論不是唯一的，就更利于學(xué)生的團(tuán)體合作，分工配合，增強(qiáng)了學(xué)生獨(dú)立思考以及團(tuán)體合作的精神，強(qiáng)化了學(xué)生分析比較的能力。

三、“汽輪機(jī)原理”課程設(shè)計(jì)考核方式的改革

現(xiàn)有課程設(shè)計(jì)的考核多局限于教師一對(duì)一答辯的形式，該答辯方式學(xué)生分散答辯，所取得的成績受答辯教師的主觀性影響較大，成績評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一；并且學(xué)生答辯后與后面的同學(xué)進(jìn)行交流，使教師所提問題外泄，答辯成績不能反映學(xué)生真實(shí)的學(xué)習(xí)情況。因此，課程設(shè)計(jì)的考核方式也應(yīng)進(jìn)行相應(yīng)的改革。

該課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容進(jìn)行改革以后內(nèi)容多樣化，結(jié)論不唯一，并且沒有標(biāo)準(zhǔn)答案，需要大家共同論證。在設(shè)計(jì)過程中，團(tuán)結(jié)合作的情況比較普遍，每個(gè)人的分工也是不同的，每位學(xué)生的設(shè)計(jì)成果也不一致，因此，為了便于交流，開拓大家的視野，將考核方式改革成論證會(huì)的形式。具體的形式如下：

（1）每位或每組學(xué)生的設(shè)計(jì)內(nèi)容不同，最終的設(shè)計(jì)方案不同，結(jié)論不唯一，可以將多種結(jié)論共同討論、比較、論證。例如，將夏季工況、冬季工況改造結(jié)果進(jìn)行比較，分別介紹技術(shù)要點(diǎn)。

（2）根據(jù)改造結(jié)果對(duì)影響熱電經(jīng)濟(jì)性、安全性的因素進(jìn)行分析討論。

（3）將材料的匯編、裝訂效果作為考核的內(nèi)容之一。書寫工整、條理清晰、格式美觀與否直接影響考核成績。

四、“汽輪機(jī)原理”課程設(shè)計(jì)改革效果及存在問題

1.“汽輪機(jī)原理”課程設(shè)計(jì)改革特色

該課程設(shè)計(jì)進(jìn)行改革后，內(nèi)容上設(shè)計(jì)內(nèi)容豐富，可選性較大，可根據(jù)每個(gè)人的興趣愛好進(jìn)行取舍；過程中，學(xué)生可自行計(jì)算也可組隊(duì)進(jìn)行，集思廣益，設(shè)計(jì)結(jié)果不唯一，增強(qiáng)了課程設(shè)計(jì)的趣味性和實(shí)用性并且有助于團(tuán)隊(duì)合作精神的培養(yǎng)，而且，設(shè)計(jì)內(nèi)容改革后幾乎涵蓋了“汽輪機(jī)原理”每一章的內(nèi)容；計(jì)算機(jī)程序的引入大大降低了重復(fù)計(jì)算的工作量，由此，也鍛煉了學(xué)生計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力，符合實(shí)用型汽輪機(jī)設(shè)計(jì)理念。[2]答辯方式的改革有助于教師進(jìn)行成績的給定，更有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力以及分析問題、解決問題的能力，能夠?yàn)閷W(xué)生繼續(xù)升學(xué)深造或進(jìn)入現(xiàn)場工作提供扎實(shí)的理論基礎(chǔ)和培養(yǎng)良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣。[3]

2.“汽輪機(jī)原理”課程設(shè)計(jì)改革試運(yùn)行及存在的問題

該課程設(shè)計(jì)進(jìn)行改革后，已經(jīng)對(duì)2007、2008級(jí)4個(gè)班級(jí)的學(xué)生進(jìn)行了試用，每屆學(xué)生選取一個(gè)實(shí)驗(yàn)班和一個(gè)科技學(xué)院的班級(jí)，效果較明顯。第一屆學(xué)生中由于初次改革后的內(nèi)容較多，學(xué)生入手較慢，完不成的現(xiàn)象較普遍。課程設(shè)計(jì)結(jié)束后，專門組織了學(xué)生會(huì)談，并且部分同學(xué)提交了個(gè)人心得，把在課程設(shè)計(jì)中遇到的問題以書面形式進(jìn)行了總結(jié)，為課程設(shè)計(jì)進(jìn)一步的改進(jìn)奠定了基礎(chǔ)。2011年，課題組教師對(duì)設(shè)計(jì)內(nèi)容進(jìn)行了重新調(diào)整，于2008級(jí)學(xué)生進(jìn)行使用，其完成情況得到了顯著提高。該級(jí)學(xué)生能夠自行編程，降低重復(fù)計(jì)算工作量，通過團(tuán)隊(duì)合作自行進(jìn)行了完整的計(jì)算，并編輯了工整的設(shè)計(jì)報(bào)告。通過答辯后再次的學(xué)生會(huì)談了解到，改革后的課程設(shè)計(jì)鍛煉了學(xué)生的獨(dú)立思考、互相幫助、協(xié)同合作的能力，設(shè)計(jì)效果顯著。但仍有一些問題需要改進(jìn)，例如時(shí)間較短。對(duì)于實(shí)驗(yàn)班或?qū)嵺`型學(xué)生可以延長設(shè)計(jì)時(shí)間，為學(xué)生進(jìn)一步更細(xì)致的問題進(jìn)行研究提供充足的時(shí)間。

五、結(jié)束語

對(duì)于“汽輪機(jī)原理”課程設(shè)計(jì)這樣在理論和實(shí)踐方面要求都很高的實(shí)踐環(huán)節(jié)，不但要注重理論培養(yǎng)，更要注重理論、實(shí)踐相結(jié)合，并且為了適應(yīng)社會(huì)需要，還要提供學(xué)生鍛煉獨(dú)立研究、團(tuán)隊(duì)合作以及創(chuàng)新的能力，只有這樣才能切實(shí)提高教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)出高水平的學(xué)生。

參考文獻(xiàn)：

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（責(zé)任編輯：王祝萍）