能源與動力工程專業(yè)虛擬仿真型生產(chǎn)實習教學模式研究

趙建立 程菲 李英杰

摘要：“新工科”培養(yǎng)模式下要求學生實踐能力強、創(chuàng)新能力突出?；谏鲜鲆螅恼聫母母锾摂M仿真生產(chǎn)實習教學方式、制定實習教學大綱、建立考核評價體系及青年指導教師的培養(yǎng)與管理等方面對能源與動力工程專業(yè)虛擬仿真生產(chǎn)實習教學模式進行研究。

關鍵詞：虛擬仿真;生產(chǎn)實習;教學模式

中圖分類號：G642.0? ? ?文獻標志碼：A? ? ?文章編號：1674-9324（2020）12-0041-02

生產(chǎn)實習課程的目的是讓學生實現(xiàn)理論知識與實際生產(chǎn)的有機結合，通過親身實踐促進對理論知識的進一步理解。能源與動力工程專業(yè)的工程教育背景決定了生產(chǎn)實習這一實踐性課程的重要性，然而電力企業(yè)自動化水平的提高及更加注重安全生產(chǎn)的要求導致該實踐性課程無法在企業(yè)順利開展，因此將虛擬仿真教學應用到生產(chǎn)實習環(huán)節(jié)應運而生。虛擬仿真教學可極大地提高學生的動手能力及發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力。為進一步提高我國大學生的培養(yǎng)水平，各高校都在積極推進虛擬仿真教學項目的建設[1]。

一、目前虛擬仿真教學存在的問題

通過對相關院校及虛擬仿真設計廠家的調(diào)研發(fā)現(xiàn)，在虛擬仿真型生產(chǎn)實習教學與設計中，對實際生產(chǎn)過程的操作步驟、規(guī)范等的要求高，對該系統(tǒng)涉及的原理、在工程中的地位與作用以及有無學科交叉等方面涉及較少。而對生產(chǎn)過程操作步驟與規(guī)范進行訓練一直是我國工程教育中過分拘泥于專業(yè)細節(jié)這一缺點的典型表現(xiàn)，它容易使學生的思維局限于狹小的專業(yè)空間，無法從系統(tǒng)觀角度思考問題。

“新工科”的建設對于工科學生的培養(yǎng)要求具有系統(tǒng)觀，也就是大工程觀[2]。生產(chǎn)實習教學不僅僅教給學生具體的操作步驟與規(guī)范，更應該教育學生從大系統(tǒng)的觀念看待每一個設備與子系統(tǒng)，應該能從大的科學空間觀察、思考問題，培養(yǎng)學生基于大工程觀的思考習慣及創(chuàng)新意識。

基于上述工科學生的培養(yǎng)要求，亟須對基于虛擬仿真的能源與動力工程專業(yè)生產(chǎn)實習課程教學模式進行研究，以達到生產(chǎn)實習的教學目的，培養(yǎng)適應社會發(fā)展的卓越人才。

二、“新工科”要求下虛擬仿真型生產(chǎn)實習教學模式研究

（一）實習教學方式改革

生產(chǎn)實習中僅依靠單純的虛擬仿真教學必然導致學生對現(xiàn)場設備與系統(tǒng)感性認識不足，對實際電廠的認識仍然停留在抽象概念中。對此，有必要采取“先現(xiàn)場、后仿真”的方式進行生產(chǎn)實習。為保證“先現(xiàn)場”實習的培訓效果，學校指導教師應結合虛擬仿真機組提前做好現(xiàn)場參觀預案，與電廠教培人員做好銜接，規(guī)劃好電廠各子系統(tǒng)的講解與參觀順序，使學生從電廠全局角度理解每個子系統(tǒng)所承擔的任務與功能，不能進行走馬觀花式的參觀式實習，要改變指導教師在傳統(tǒng)實習中只起輔助管理的職能?！跋痊F(xiàn)場、后仿真”的實習模式有助于學生在仿真實習中進行感性、理性融合式學習，從大工程觀及電廠全局角度理解仿真實習中每一步操作的原因，加深對專業(yè)理論的認識，了解各學科的交叉點，培養(yǎng)適合社會需要的創(chuàng)新性人才。

（二）制定“新工科”背景下基于虛擬仿真的生產(chǎn)實習教學大綱

原有成熟的生產(chǎn)實習教學以電廠培訓為主導，指導教師僅僅起到管理學生的作用。而“新工科”背景下“先現(xiàn)場、后仿真”的生產(chǎn)實習教學大綱的制定，要求指導教師高屋建瓴地設計、分拆各教學任務與目的，從大工程觀與全局觀角度將電廠各子系統(tǒng)按層次逐步展現(xiàn)在學生面前，為虛擬仿真實習奠定基礎。仿真實習的任務和目的主要有以下幾個方面：（1）電廠全局及各子系統(tǒng)的強化認識;（2）機組的啟動、運行調(diào)整與正常停運;（3）機組典型故障及事故模擬和處理。目前，人工智能與大數(shù)據(jù)分析等新技術在電力企業(yè)中正在迅速應用，如何在仿真實習中利用人工智能及大數(shù)據(jù)分析對現(xiàn)場運行及故障處理等進行分析是指導教師制定教學大綱時需要考慮的問題，也是目前“新工科”背景下的仿真實習區(qū)別于傳統(tǒng)仿真實習之處。上述三方面的有機融合對指導教師制定教學大綱提出了更高的要求。

（三）建立生產(chǎn)實習考核評價體系

為促進實習指導教師和學生都能積極投入生產(chǎn)實習的教與學過程，需要采取有效的考核評價體系來維持教學過程中師生適度的緊張狀態(tài)，以增加教師教學的積極性和學生主動學習的內(nèi)在驅(qū)動力[3]。

山東大學（以下簡稱我校）能源與動力工程專業(yè)的學生在生產(chǎn)實習中的評價由四項構成：平時表現(xiàn)、實習筆記、實習報告和仿真操盤考試及答辯，其比重分別為10%、15%、15%和60%。通過考核平時表現(xiàn)，有助于激勵學生參與實習的積極性，但其比重不宜過高，以免成績量化難度增大;實習筆記主要考查學生對虛擬仿真系統(tǒng)的掌握情況及個人學習的主觀能動性，實習過程中肯定會遇到眾多難題，如何通過自己搜集資料以解決相關問題是實習筆記成績評價中考察的重點;實習報告重點考查學生通過實習獲得的相關知識概要及駕馭文字的能力，同時積極鼓勵學生在實習報告中針對實習存在的問題提出可行的改進意見;仿真操盤考試及答辯在總成績中所占比重最大，要求學生在規(guī)定時間內(nèi)完成電廠啟動過程中相應系統(tǒng)的啟動或運行調(diào)整，答辯題目的設置基于大系統(tǒng)觀，要求學生從全局觀念回答所操作步驟對整個電廠系統(tǒng)的影響，這樣既鍛煉了學生的實際動手能力，又深化了學生從大系統(tǒng)觀念思考問題的習慣，有助于學生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。根據(jù)2013—2015級300多名學生的反饋，表明操盤考試及答辯有助于促進學生從全局及大系統(tǒng)角度對電廠系統(tǒng)及運行規(guī)律進行掌握，加深了對基本理論的認識，有利于培養(yǎng)學生從學科交叉角度分析問題的習慣。

（四）實習指導教師的培養(yǎng)與管理

不同類型的院校對學生的培養(yǎng)要求及目標不同，對于職業(yè)院校而言，基于虛擬仿真的生產(chǎn)實習更為注重的是學生對生產(chǎn)工藝流程及操作步驟的掌握，以培養(yǎng)學生基本的職業(yè)素養(yǎng)，為將來工作奠定基礎。對于綜合性、研究型大學而言，虛擬仿真型生產(chǎn)實習不僅僅是操作步驟的學習，更為重要的是培養(yǎng)學生從大系統(tǒng)觀認識電力生產(chǎn)全局，引導學生基于學科交叉的思想掌握生產(chǎn)中涉及的各學科知識在生產(chǎn)實際中的應用，進而培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識，為行業(yè)技術的變革及創(chuàng)新奠定基礎。學生培養(yǎng)目標的不同使得不同類型的高校對實習指導教師的要求也不同，研究型高校的指導教師既要有較強的實踐操作能力，也要加強電力生產(chǎn)系統(tǒng)觀、全局觀認識，養(yǎng)成從學科交叉角度認識電力生產(chǎn)過程的習慣。目前各研究型高校指導虛擬仿真型生產(chǎn)實習的教師以青年教師為主，為增強教學效果，應該從以下兩個方面加強生產(chǎn)實習青年指導教師的培養(yǎng)與管理。

1.加強青年教師實踐能力培訓。青年教師接受了高水平的科研訓練，對相關專業(yè)某一領域的認識較為深刻，但對電力生產(chǎn)全局及運行操作的認識程度還有待提高。為增強青年教師指導生產(chǎn)實習的教學效果，可采取以老帶新和到電廠進行跟班運行學習兩種方式進行實踐能力培養(yǎng)。

2.增加參與虛擬仿真教學教師的工作量權重。從指導生產(chǎn)實習所承擔職能的角度來看，傳統(tǒng)生產(chǎn)實習中指導教師以管理和輔助為主，而虛擬仿真型生產(chǎn)實習指導教師既要承擔管理職能，也需承擔原本企業(yè)工程師承擔的教學培訓功能。目前國內(nèi)眾多研究型高校對虛擬仿真型生產(chǎn)實習教學工作的考核量化仍然采取傳統(tǒng)的計算方法，該方法只能體現(xiàn)當前虛擬仿真生產(chǎn)實習工作中的管理職能，無法激勵青年教師積極主動地進行實踐能力學習，導致青年教師參與虛擬仿真教學的積極性嚴重不足。應結合實際承擔的職能，采用增加虛擬仿真教學工作量權重這一管理方法正向激勵青年教師參與虛擬仿真生產(chǎn)實習的指導工作。

三、結語

基于“新工科”著重培養(yǎng)學生實踐能力、創(chuàng)新能力的要求，以大工程觀及電廠全局觀為核心，對虛擬仿真型能源與動力工程專業(yè)生產(chǎn)實習的教學方式、教學大綱、考核評價體系及青年指導教師的培養(yǎng)與管理等四個方面進行研究，目前該研究在我校已取得一定的效果，顯著地增強了學生參與實習的積極性，使學生逐漸養(yǎng)成了基于大系統(tǒng)觀及學科交叉思想分析問題、解決問題的習慣。目前，正在進一步探索如何正向激勵青年教師積極參與虛擬仿真教學的管理方案。在今后的生產(chǎn)實習教學過程中也將進一步優(yōu)化上述教學模式，以更好地培養(yǎng)適應國家需求的復合型創(chuàng)新人才。

參考文獻：

[1]楊晨，茍小龍，唐勝利.以仿真實習為主導的熱動專業(yè)生產(chǎn)實習教學模式[J].中國電力教育，2011，（22）：107-109.

[2]李培根.工科何以而新[J].高等工程教育研究，2017，（04）：1-4+15.

[3]田中耕治著，高峽，田輝，項純譯.教育評價[M].北京師范大學出版社，2011.