汽輪機(jī)原理課程教學(xué)研究與探討

劉向東+楊衛(wèi)波

[摘 要]汽輪機(jī)原理是熱能與動力工程專業(yè)的主干課程，其教學(xué)質(zhì)量及學(xué)習(xí)效果直接影響到專業(yè)人才的培養(yǎng)質(zhì)量。汽輪機(jī)原理教學(xué)改革的思路與方法，可以從教師隊(duì)伍建設(shè)、教學(xué)內(nèi)容更新與完善及教學(xué)方法改革與優(yōu)化等三個(gè)方面探討。

[關(guān)鍵詞]汽輪機(jī)原理；課程教學(xué)；教學(xué)改革；教學(xué)方法

[中圖分類號] G642.0 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A [文章編號] 2095-3437（2016）04-0124-03

汽輪機(jī)是現(xiàn)代化熱力發(fā)電系統(tǒng)的主要熱力設(shè)備，同時(shí)也是冶金、化工、船舶、機(jī)械等國民經(jīng)濟(jì)重要工業(yè)過程中的重要驅(qū)動裝置。因此，汽輪機(jī)原理長期以來都是我國高等院校熱能與動力工程專業(yè)的主要專業(yè)課之一，其教學(xué)質(zhì)量及學(xué)習(xí)效果對學(xué)生未來就業(yè)或繼續(xù)從事專業(yè)研究都有著至關(guān)重要的作用。汽輪機(jī)原理是一門典型的綜合性專業(yè)課[1]，它涉及多方面的專業(yè)基礎(chǔ)理論，如汽輪機(jī)級內(nèi)蒸汽膨脹流動做功過程涉及流體力學(xué)及工程熱力學(xué)方面的基礎(chǔ)理論；汽輪機(jī)凝氣系統(tǒng)工作過程又與傳熱學(xué)的基礎(chǔ)理論緊密相關(guān)；而汽輪機(jī)零部件的強(qiáng)度分析又要以理論力學(xué)和材料力學(xué)的基礎(chǔ)理論作為鋪墊。同時(shí)，該課程的內(nèi)容又與火電廠的生產(chǎn)實(shí)際緊密相連。因此，汽輪機(jī)原理一直被認(rèn)為是一門講授和學(xué)習(xí)難度都比較大的課程。特別是近年來隨著我國高等教育改革的深化和當(dāng)今電力工業(yè)的快速發(fā)展，對工科人才實(shí)踐能力及創(chuàng)新意識的要求越來越高，這就對汽輪機(jī)原理教學(xué)提出了新挑戰(zhàn)。為此，本文結(jié)合揚(yáng)州大學(xué)熱能與動力工程專業(yè)及其汽輪機(jī)原理課程教學(xué)的發(fā)展現(xiàn)狀，分析課程教學(xué)中現(xiàn)存的問題，從教師隊(duì)伍建設(shè)、教學(xué)內(nèi)容更新及教學(xué)方法改革等三個(gè)方面探討了教學(xué)改革的思路與方法。

一、汽輪機(jī)原理課程教學(xué)現(xiàn)狀與問題

揚(yáng)州大學(xué)水利與能源動力工程學(xué)院的熱能與動力工程專業(yè)于2008年正式設(shè)立，目前已發(fā)展成為江蘇省的特色專業(yè)，該專業(yè)自設(shè)立之初就將汽輪機(jī)原理列為重要的專業(yè)主干課程。[2]經(jīng)過近幾年的發(fā)展，揚(yáng)州大學(xué)的熱能與動力工程專業(yè)已經(jīng)具備了較為完整的專業(yè)課程體系以及比較完備的教學(xué)實(shí)驗(yàn)硬件條件，初步形成了一支以中青年教師為主的高學(xué)位專業(yè)教師隊(duì)伍（博士學(xué)位比例達(dá)100%）。與專業(yè)建設(shè)同步，汽輪機(jī)原理的課程教學(xué)、實(shí)驗(yàn)體系及其教師隊(duì)伍也基本建成。然而，揚(yáng)州大學(xué)熱能與動力工程專業(yè)由于辦學(xué)歷史較短，教師隊(duì)伍偏年輕化，目前汽輪機(jī)原理教學(xué)中還存在著一定問題。如教師隊(duì)伍的總體教學(xué)、科研及工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)不足，教學(xué)過程中理論聯(lián)系實(shí)際的能力有待提高；在教學(xué)內(nèi)容上，原有的教學(xué)內(nèi)容陳舊、機(jī)械且知識面較窄，已無法滿足汽輪機(jī)技術(shù)更新?lián)Q代對寬口徑工科人才培養(yǎng)的需求；在教學(xué)方法上，傳統(tǒng)的以教師灌輸為主的“填鴨式”教學(xué)嚴(yán)重影響了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和學(xué)習(xí)效果，不利于學(xué)生實(shí)踐能力的鍛煉和創(chuàng)新思維的培養(yǎng)。因此，在借鑒其他院校相關(guān)教學(xué)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，我們從教師隊(duì)伍建設(shè)、教學(xué)內(nèi)容更新與完善及教學(xué)方法改革與創(chuàng)新等方面提出了汽輪機(jī)原理課程教學(xué)體系建設(shè)和改革的探索性方案。

二、課程教師隊(duì)伍的建設(shè)

建設(shè)一支高素質(zhì)的教師隊(duì)伍是汽輪機(jī)原理課程建設(shè)和教學(xué)改革能否成功的關(guān)鍵。因此，應(yīng)將教師隊(duì)伍的建設(shè)作為課程建設(shè)與教學(xué)改革的重中之重[3]，特別是要加強(qiáng)中青年教師隊(duì)伍的建設(shè)與培養(yǎng)。

1.制定汽輪機(jī)課程教師隊(duì)伍的短期與長期建設(shè)規(guī)劃，積極引進(jìn)具有豐富的教學(xué)及實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的高水平教學(xué)及實(shí)驗(yàn)人才，優(yōu)化教師隊(duì)伍結(jié)構(gòu)。

2.建立健全崗位職責(zé)、業(yè)績考評與激勵(lì)機(jī)制。形成汽輪機(jī)原理任課教師的崗位責(zé)任制；確立以學(xué)生與同行評議為基本方法，由師德、知識、能力等要素構(gòu)成的業(yè)績考評體系；實(shí)施績效津貼為主要形式的物質(zhì)獎勵(lì)與榮譽(yù)評優(yōu)為主要方式的精神獎勵(lì)相結(jié)合的教學(xué)激勵(lì)機(jī)制。

3.積極安排各種形式的教學(xué)討論與學(xué)習(xí)。定期召開教學(xué)研討會并鼓勵(lì)教師間互聽、互評和交流討論；組織業(yè)務(wù)技能學(xué)習(xí)與培訓(xùn)班，并以班級作業(yè)的形式督促教師積極制作多媒體教學(xué)課件、撰寫教改論文、編撰課程輔導(dǎo)材料等。

4.以老帶新，扶持青年教師的成長。建立青年教師“教學(xué)導(dǎo)師”制，為每位青年教師配備教學(xué)經(jīng)驗(yàn)豐富、科研與實(shí)踐能力強(qiáng)的老教師作為“教學(xué)導(dǎo)師”，實(shí)施一對一培養(yǎng)，使其能夠盡快提高教學(xué)水平并形成在教學(xué)中理論聯(lián)系實(shí)際的能力。

5.組織青年教師到火電廠及其附屬熱力設(shè)備企業(yè)進(jìn)行調(diào)研和業(yè)務(wù)學(xué)習(xí)。設(shè)立相關(guān)課程的實(shí)踐環(huán)節(jié)，安排青年教師隨同相關(guān)單位和企業(yè)的高級技術(shù)人員指導(dǎo)學(xué)生實(shí)習(xí)，從而實(shí)現(xiàn)教學(xué)與工程實(shí)踐能力的雙重提升。

三、教學(xué)內(nèi)容的調(diào)整、更新與完善

教學(xué)內(nèi)容的科學(xué)性、先進(jìn)性及延展性[4]是關(guān)系到教學(xué)質(zhì)量優(yōu)劣與教學(xué)改革成敗的重要因素。因此，應(yīng)根據(jù)學(xué)生的認(rèn)知習(xí)慣與規(guī)律和汽輪機(jī)技術(shù)的最新發(fā)展對原有的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行進(jìn)一步調(diào)整、更新和完善。

（一）整合優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，科學(xué)調(diào)整內(nèi)容順序

揚(yáng)州大學(xué)選用黃樹紅主編的《汽輪機(jī)原理》作為課程教材，該教材理論分析精練，注重理論聯(lián)系實(shí)際，知識先進(jìn)性強(qiáng)，但章節(jié)內(nèi)容邏輯順序并非最佳。因此，需要根據(jù)循序漸進(jìn)、主次分明的原則，對教學(xué)內(nèi)容及其順序進(jìn)行重新編排，如對“供熱式汽輪機(jī)”和“大型汽輪機(jī)及特種汽輪機(jī)”章節(jié)進(jìn)行精簡歸納并將其作為課程緒論的重要部分進(jìn)行講授，使學(xué)生首先對汽輪機(jī)建立總體的感性認(rèn)識，同時(shí)激發(fā)他們的學(xué)習(xí)興趣。在感性認(rèn)識的基礎(chǔ)之上，將“汽輪機(jī)級的工作原理”、“多級汽輪機(jī)”和“汽輪機(jī)的變工況特性”三部分理論性較強(qiáng)的重點(diǎn)章節(jié)整合，通過增加基礎(chǔ)理論復(fù)習(xí)和工程案例講解與演算等教學(xué)內(nèi)容，幫助學(xué)生理解和掌握理論重點(diǎn)與難點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)理論與實(shí)踐一體化教學(xué)。通過這樣的整合優(yōu)化，使教學(xué)內(nèi)容由淺入深，從抽象到具體，循序漸進(jìn)，有助于學(xué)生對知識的理解掌握，從而獲得良好的教學(xué)效果。

（二）緊跟學(xué)科發(fā)展前沿，更新補(bǔ)充教學(xué)內(nèi)容

隨著能源動力行業(yè)的迅速發(fā)展，汽輪機(jī)設(shè)備及其技術(shù)不斷更新?lián)Q代，而已有的教學(xué)內(nèi)容常滯后于汽輪機(jī)學(xué)科的發(fā)展。因此，一方面，需要根據(jù)汽輪機(jī)技術(shù)的最新發(fā)展，及時(shí)更新和補(bǔ)充教學(xué)內(nèi)容，使其緊跟學(xué)科發(fā)展前沿，讓學(xué)生能夠?qū)W習(xí)到最新最先進(jìn)的汽輪機(jī)知識。另一方面，進(jìn)一步拓展教學(xué)內(nèi)容，增加適量的自查自學(xué)內(nèi)容，引導(dǎo)學(xué)生通過互聯(lián)網(wǎng)或查閱文獻(xiàn)資料，了解汽輪機(jī)的發(fā)展簡史與國內(nèi)外汽輪機(jī)制造商及其主流產(chǎn)品，追蹤汽輪機(jī)技術(shù)發(fā)展的最新動態(tài)，特別是汽輪機(jī)流道結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)、葉片結(jié)構(gòu)與材料以及汽缸型式與設(shè)計(jì)等方面的最新技術(shù)等。這樣的自學(xué)自查可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力，提高學(xué)生綜合素質(zhì)和教學(xué)質(zhì)量。

（三）豐富實(shí)踐性教學(xué)內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)造性

當(dāng)代大學(xué)生普遍存在“高分低能”的現(xiàn)象，因此專業(yè)課的教學(xué)內(nèi)容應(yīng)該進(jìn)一步豐富實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)。首先，在傳統(tǒng)的課堂教學(xué)過程中穿插適量的參觀實(shí)習(xí)內(nèi)容，讓學(xué)生在課堂學(xué)習(xí)完成之后到火電廠實(shí)地參觀汽輪機(jī)及其輔機(jī)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與運(yùn)行情況，更好地做到理論聯(lián)系實(shí)際，加深對課堂知識的理解與認(rèn)識。其次，進(jìn)一步發(fā)揮汽輪機(jī)課程設(shè)計(jì)與畢業(yè)設(shè)計(jì)的作用，通過一段時(shí)間的集中訓(xùn)練，鍛煉學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識獨(dú)立完成設(shè)備設(shè)計(jì)的能力，培養(yǎng)學(xué)生的工程設(shè)計(jì)思維和創(chuàng)造性。

四、教學(xué)方法的改革與探索

優(yōu)秀的課程體系和教學(xué)內(nèi)容只能通過合理的教學(xué)方法才能取得良好的教學(xué)效果。[5]因此，在汽輪機(jī)原理的教學(xué)過程中應(yīng)巧妙地采用各種行之有效的教學(xué)方法，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高其學(xué)習(xí)效率，實(shí)現(xiàn)學(xué)生綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力的提升。

（一）從“系統(tǒng)”的角度出發(fā)，教會學(xué)生融會貫通

從經(jīng)典的熱能與動力工程專業(yè)培養(yǎng)計(jì)劃來看，汽輪機(jī)原理是一門具有承前啟后作用的綜合性專業(yè)課。首先，工程熱力學(xué)中蒸汽動力循環(huán)部分內(nèi)容講述了火電廠熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的熱力學(xué)過程及其規(guī)律，為汽輪機(jī)基本工作原理的學(xué)習(xí)打下了基礎(chǔ)。而后，熱力發(fā)電廠作為汽輪機(jī)原理的后續(xù)課程，需要基于對汽輪機(jī)回?zé)嵫h(huán)工作過程及其規(guī)律的認(rèn)識來從總體上講述給水回?zé)峒訜嵯到y(tǒng)及火電廠經(jīng)濟(jì)分析。同時(shí)，從火電廠生產(chǎn)過程上來看，電廠的給水和蒸汽系統(tǒng)將鍋爐與汽輪機(jī)這兩大設(shè)備相互串聯(lián)，又使鍋爐原理與汽輪機(jī)原理兩門課程間緊密相連。因此，這就要求教師從“系統(tǒng)”的角度出發(fā)組織教學(xué)，以蒸汽動力循環(huán)過程為主線，理順“系統(tǒng)”內(nèi)相關(guān)知識點(diǎn)和熱力設(shè)備間的內(nèi)在聯(lián)系，讓學(xué)生融會貫通，使其樹立對所學(xué)知識的全局觀，從而避免陷于孤立或局部思維。如針對汽輪機(jī)運(yùn)行過程中主蒸汽參數(shù)的變化，需要教導(dǎo)學(xué)生既要從工程熱力學(xué)的角度分析該變化對汽輪機(jī)自身功、能轉(zhuǎn)換過程造成的影響，又要從“系統(tǒng)”的層面考慮該變化與鍋爐運(yùn)行特性及整個(gè)電廠生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)性間的相互聯(lián)系。通過這種教學(xué)方法，可以使學(xué)生更加全面、系統(tǒng)地掌握所學(xué)知識。

（二）將現(xiàn)代教學(xué)手段與傳統(tǒng)教學(xué)方法相結(jié)合，使教學(xué)過程面貌一新

在教學(xué)過程中，根據(jù)汽輪機(jī)自身結(jié)構(gòu)及運(yùn)行特點(diǎn)，將現(xiàn)代計(jì)算機(jī)和多媒體技術(shù)應(yīng)用于教學(xué)中。[6]通過集成在多媒體課件中的圖像、動畫和視頻資料，將汽輪機(jī)靜子和轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)、級的工作原理和有關(guān)設(shè)備系統(tǒng)的動作過程等形象地展示給學(xué)生，圖、文、聲并茂，以多種方式刺激學(xué)生的感官，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，加深學(xué)生對汽輪機(jī)結(jié)構(gòu)及運(yùn)行方式的印象與理解，提高課堂講授和學(xué)習(xí)效率。同時(shí)，為了克服多媒體教學(xué)由于教學(xué)節(jié)奏快、內(nèi)容信息量大而影響學(xué)生分析和理解效果的缺點(diǎn)，對于重點(diǎn)理解學(xué)習(xí)和推導(dǎo)的理論性內(nèi)容（如汽輪機(jī)級的速度三角形、動葉強(qiáng)度校核等），應(yīng)輔以傳統(tǒng)的板書式教學(xué)方法加以詳細(xì)推導(dǎo)分析。通過多媒體教學(xué)與傳統(tǒng)教學(xué)方法的有機(jī)結(jié)合，可以使教學(xué)過程直觀生動、內(nèi)容豐富、主次分明，從而收到事半功倍的效果。

（三）開展研究性教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生分析和解決問題的能力

傳統(tǒng)教學(xué)方法以教師為中心，將講授知識作為教學(xué)的主要任務(wù)和目標(biāo)，忽視學(xué)生的主體地位，導(dǎo)致培養(yǎng)出的學(xué)生缺少獨(dú)立分析解決問題的能力和創(chuàng)新意識。與此不同，研究性教學(xué)將科學(xué)研究的思路引進(jìn)教學(xué)并注重發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性，旨在通過教學(xué)與研究實(shí)踐的結(jié)合，引導(dǎo)學(xué)生創(chuàng)造性地運(yùn)用知識自主地發(fā)現(xiàn)問題、研究問題和解決問題，在研究中積累經(jīng)驗(yàn)、培養(yǎng)能力和鍛煉思維。[7]遵循此思路，對傳統(tǒng)以教師灌輸為主的汽輪機(jī)原理教學(xué)方法進(jìn)行改革：將傳統(tǒng)的以教師為中心的教學(xué)模式向以學(xué)生為中心遷移，使教師成為教學(xué)過程的引導(dǎo)者和設(shè)計(jì)者，其主要任務(wù)是激發(fā)學(xué)生自主提問、思考、設(shè)計(jì)和總結(jié)；創(chuàng)設(shè)與工程實(shí)際相近的教學(xué)情境，激發(fā)和增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，如將汽輪機(jī)檢修過程中拆除個(gè)別故障級與汽輪機(jī)變工況運(yùn)行相聯(lián)系，從而增強(qiáng)學(xué)生對汽輪機(jī)變工況運(yùn)行特性的學(xué)習(xí)興趣；通過解決開放性的問題，培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題的能力及創(chuàng)新意識，如針對汽輪機(jī)運(yùn)行過程中動葉柵破損的現(xiàn)象，啟發(fā)學(xué)生從汽輪機(jī)運(yùn)行特性及葉柵材料本身力學(xué)性能等方面分析破損的原因，并自主提出增強(qiáng)汽輪機(jī)零件運(yùn)行壽命的解決方案，從而引導(dǎo)學(xué)生自主地學(xué)習(xí)汽輪機(jī)零件的強(qiáng)度分析與校核，這有助于其養(yǎng)成獨(dú)立思考和解決問題的良好習(xí)慣。

五、結(jié)語

針對揚(yáng)州大學(xué)汽輪機(jī)原理課程的教學(xué)實(shí)際，我們分析了汽輪機(jī)原理教學(xué)中現(xiàn)存的問題。通過分析我們認(rèn)識到，要想實(shí)現(xiàn)專業(yè)課教學(xué)質(zhì)量的提高和高質(zhì)量人才的培養(yǎng)，必須對傳統(tǒng)課堂教學(xué)進(jìn)行全面改革。具體而言，首先要建設(shè)一支高素質(zhì)的教師隊(duì)伍，特別是要加強(qiáng)對中青年教師的培養(yǎng)。同時(shí)，要對現(xiàn)有的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行重新調(diào)整、更新與完善，以保證它的科學(xué)性、先進(jìn)性及延展性。其次，還需采用各種行之有效的教學(xué)方法，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高其學(xué)習(xí)效率，實(shí)現(xiàn)學(xué)生綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力的提升。而這些教學(xué)改革方案還需要通過今后的教學(xué)實(shí)踐來進(jìn)一步的探索和完善。

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[責(zé)任編輯：陳 明]