汽輪機原理課程教學研究與探討

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

[關(guān)鍵詞]汽輪機原理；課程教學；教學改革；教學方法

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

汽輪機是現(xiàn)代化熱力發(fā)電系統(tǒng)的主要熱力設(shè)備，同時也是冶金、化工、船舶、機械等國民經(jīng)濟重要工業(yè)過程中的重要驅(qū)動裝置。因此，汽輪機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，其教學質(zhì)量及學習效果對學生未來就業(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，如汽輪機級內(nèi)蒸汽膨脹流動做功過程涉及流體力學及工程熱力學方面的基礎(chǔ)理論；汽輪機凝氣系統(tǒng)工作過程又與傳熱學的基礎(chǔ)理論緊密相關(guān)；而汽輪機零部件的強度分析又要以理論力學和材料力學的基礎(chǔ)理論作為鋪墊。同時，該課程的內(nèi)容又與火電廠的生產(chǎn)實際緊密相連。因此，汽輪機原理一直被認為是一門講授和學習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今電力工業(yè)的快速發(fā)展，對工科人才實踐能力及創(chuàng)新意識的要求越來越高，這就對汽輪機原理教學提出了新挑戰(zhàn)。為此，本文結(jié)合揚州大學熱能與動力工程專業(yè)及其汽輪機原理課程教學的發(fā)展現(xiàn)狀，分析課程教學中現(xiàn)存的問題，從教師隊伍建設(shè)、教學內(nèi)容更新及教學方法改革等三個方面探討了教學改革的思路與方法。

一、汽輪機原理課程教學現(xiàn)狀與問題

揚州大學水利與能源動力工程學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，揚州大學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實驗硬件條件，初步形成了一支以中青年教師為主的高學位專業(yè)教師隊伍（博士學位比例達100%）。與專業(yè)建設(shè)同步，汽輪機原理的課程教學、實驗體系及其教師隊伍也基本建成。然而，揚州大學熱能與動力工程專業(yè)由于辦學歷史較短，教師隊伍偏年輕化，目前汽輪機原理教學中還存在著一定問題。如教師隊伍的總體教學、科研及工程實踐經(jīng)驗不足，教學過程中理論聯(lián)系實際的能力有待提高；在教學內(nèi)容上，原有的教學內(nèi)容陳舊、機械且知識面較窄，已無法滿足汽輪機技術(shù)更新?lián)Q代對寬口徑工科人才培養(yǎng)的需求；在教學方法上，傳統(tǒng)的以教師灌輸為主的“填鴨式”教學嚴重影響了學生的學習熱情和學習效果，不利于學生實踐能力的鍛煉和創(chuàng)新思維的培養(yǎng)。因此，在借鑒其他院校相關(guān)教學經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，我們從教師隊伍建設(shè)、教學內(nèi)容更新與完善及教學方法改革與創(chuàng)新等方面提出了汽輪機原理課程教學體系建設(shè)和改革的探索性方案。

二、課程教師隊伍的建設(shè)

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

1.制定汽輪機課程教師隊伍的短期與長期建設(shè)規(guī)劃，積極引進具有豐富的教學及實踐經(jīng)驗的高水平教學及實驗人才，優(yōu)化教師隊伍結(jié)構(gòu)。

2.建立健全崗位職責、業(yè)績考評與激勵機制。形成汽輪機原理任課教師的崗位責任制；確立以學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；實施績效津貼為主要形式的物質(zhì)獎勵與榮譽評優(yōu)為主要方式的精神獎勵相結(jié)合的教學激勵機制。

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

4.以老帶新，扶持青年教師的成長。建立青年教師“教學導師”制，為每位青年教師配備教學經(jīng)驗豐富、科研與實踐能力強的老教師作為“教學導師”，實施一對一培養(yǎng)，使其能夠盡快提高教學水平并形成在教學中理論聯(lián)系實際的能力。

5.組織青年教師到火電廠及其附屬熱力設(shè)備企業(yè)進行調(diào)研和業(yè)務學習。設(shè)立相關(guān)課程的實踐環(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)人員指導學生實習，從而實現(xiàn)教學與工程實踐能力的雙重提升。

三、教學內(nèi)容的調(diào)整、更新與完善

教學內(nèi)容的科學性、先進性及延展性[4]是關(guān)系到教學質(zhì)量優(yōu)劣與教學改革成敗的重要因素。因此，應根據(jù)學生的認知習慣與規(guī)律和汽輪機技術(shù)的最新發(fā)展對原有的教學內(nèi)容進行進一步調(diào)整、更新和完善。

（一）整合優(yōu)化教學內(nèi)容，科學調(diào)整內(nèi)容順序

揚州大學選用黃樹紅主編的《汽輪機原理》作為課程教材，該教材理論分析精練，注重理論聯(lián)系實際，知識先進性強，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、主次分明的原則，對教學內(nèi)容及其順序進行重新編排，如對“供熱式汽輪機”和“大型汽輪機及特種汽輪機”章節(jié)進行精簡歸納并將其作為課程緒論的重要部分進行講授，使學生首先對汽輪機建立總體的感性認識，同時激發(fā)他們的學習興趣。在感性認識的基礎(chǔ)之上，將“汽輪機級的工作原理”、“多級汽輪機”和“汽輪機的變工況特性”三部分理論性較強的重點章節(jié)整合，通過增加基礎(chǔ)理論復習和工程案例講解與演算等教學內(nèi)容，幫助學生理解和掌握理論重點與難點，實現(xiàn)理論與實踐一體化教學。通過這樣的整合優(yōu)化，使教學內(nèi)容由淺入深，從抽象到具體，循序漸進，有助于學生對知識的理解掌握，從而獲得良好的教學效果。

（二）緊跟學科發(fā)展前沿，更新補充教學內(nèi)容

隨著能源動力行業(yè)的迅速發(fā)展，汽輪機設(shè)備及其技術(shù)不斷更新?lián)Q代，而已有的教學內(nèi)容常滯后于汽輪機學科的發(fā)展。因此，一方面，需要根據(jù)汽輪機技術(shù)的最新發(fā)展，及時更新和補充教學內(nèi)容，使其緊跟學科發(fā)展前沿，讓學生能夠?qū)W習到最新最先進的汽輪機知識。另一方面，進一步拓展教學內(nèi)容，增加適量的自查自學內(nèi)容，引導學生通過互聯(lián)網(wǎng)或查閱文獻資料，了解汽輪機的發(fā)展簡史與國內(nèi)外汽輪機制造商及其主流產(chǎn)品，追蹤汽輪機技術(shù)發(fā)展的最新動態(tài)，特別是汽輪機流道結(jié)構(gòu)與設(shè)計、葉片結(jié)構(gòu)與材料以及汽缸型式與設(shè)計等方面的最新技術(shù)等。這樣的自學自查可以激發(fā)學生的學習熱情，培養(yǎng)學生的自學能力，提高學生綜合素質(zhì)和教學質(zhì)量。

（三）豐富實踐性教學內(nèi)容，培養(yǎng)學生的實踐能力和創(chuàng)造性

當代大學生普遍存在“高分低能”的現(xiàn)象，因此專業(yè)課的教學內(nèi)容應該進一步豐富實踐性教學環(huán)節(jié)。首先，在傳統(tǒng)的課堂教學過程中穿插適量的參觀實習內(nèi)容，讓學生在課堂學習完成之后到火電廠實地參觀汽輪機及其輔機系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與運行情況，更好地做到理論聯(lián)系實際，加深對課堂知識的理解與認識。其次，進一步發(fā)揮汽輪機課程設(shè)計與畢業(yè)設(shè)計的作用，通過一段時間的集中訓練，鍛煉學生綜合運用所學知識獨立完成設(shè)備設(shè)計的能力，培養(yǎng)學生的工程設(shè)計思維和創(chuàng)造性。

四、教學方法的改革與探索

優(yōu)秀的課程體系和教學內(nèi)容只能通過合理的教學方法才能取得良好的教學效果。[5]因此，在汽輪機原理的教學過程中應巧妙地采用各種行之有效的教學方法，激發(fā)學生的學習興趣，提高其學習效率，實現(xiàn)學生綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力的提升。

（一）從“系統(tǒng)”的角度出發(fā)，教會學生融會貫通

從經(jīng)典的熱能與動力工程專業(yè)培養(yǎng)計劃來看，汽輪機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)化為機械能的熱力學過程及其規(guī)律，為汽輪機基本工作原理的學習打下了基礎(chǔ)。而后，熱力發(fā)電廠作為汽輪機原理的后續(xù)課程，需要基于對汽輪機回熱循環(huán)工作過程及其規(guī)律的認識來從總體上講述給水回熱加熱系統(tǒng)及火電廠經(jīng)濟分析。同時，從火電廠生產(chǎn)過程上來看，電廠的給水和蒸汽系統(tǒng)將鍋爐與汽輪機這兩大設(shè)備相互串聯(lián)，又使鍋爐原理與汽輪機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，以蒸汽動力循環(huán)過程為主線，理順“系統(tǒng)”內(nèi)相關(guān)知識點和熱力設(shè)備間的內(nèi)在聯(lián)系，讓學生融會貫通，使其樹立對所學知識的全局觀，從而避免陷于孤立或局部思維。如針對汽輪機運行過程中主蒸汽參數(shù)的變化，需要教導學生既要從工程熱力學的角度分析該變化對汽輪機自身功、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行特性及整個電廠生產(chǎn)經(jīng)濟性間的相互聯(lián)系。通過這種教學方法，可以使學生更加全面、系統(tǒng)地掌握所學知識。

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

在教學過程中，根據(jù)汽輪機自身結(jié)構(gòu)及運行特點，將現(xiàn)代計算機和多媒體技術(shù)應用于教學中。[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生，圖、文、聲并茂，以多種方式刺激學生的感官，激發(fā)學生的學習興趣，加深學生對汽輪機結(jié)構(gòu)及運行方式的印象與理解，提高課堂講授和學習效率。同時，為了克服多媒體教學由于教學節(jié)奏快、內(nèi)容信息量大而影響學生分析和理解效果的缺點，對于重點理解學習和推導的理論性內(nèi)容（如汽輪機級的速度三角形、動葉強度校核等），應輔以傳統(tǒng)的板書式教學方法加以詳細推導分析。通過多媒體教學與傳統(tǒng)教學方法的有機結(jié)合，可以使教學過程直觀生動、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，培養(yǎng)學生分析和解決問題的能力

傳統(tǒng)教學方法以教師為中心，將講授知識作為教學的主要任務和目標，忽視學生的主體地位，導致培養(yǎng)出的學生缺少獨立分析解決問題的能力和創(chuàng)新意識。與此不同，研究性教學將科學研究的思路引進教學并注重發(fā)揮學生的主觀能動性，旨在通過教學與研究實踐的結(jié)合，引導學生創(chuàng)造性地運用知識自主地發(fā)現(xiàn)問題、研究問題和解決問題，在研究中積累經(jīng)驗、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原理教學方法進行改革：將傳統(tǒng)的以教師為中心的教學模式向以學生為中心遷移，使教師成為教學過程的引導者和設(shè)計者，其主要任務是激發(fā)學生自主提問、思考、設(shè)計和總結(jié)；創(chuàng)設(shè)與工程實際相近的教學情境，激發(fā)和增強學生的學習興趣，如將汽輪機檢修過程中拆除個別故障級與汽輪機變工況運行相聯(lián)系，從而增強學生對汽輪機變工況運行特性的學習興趣；通過解決開放性的問題，培養(yǎng)學生分析問題和解決問題的能力及創(chuàng)新意識，如針對汽輪機運行過程中動葉柵破損的現(xiàn)象，啟發(fā)學生從汽輪機運行特性及葉柵材料本身力學性能等方面分析破損的原因，并自主提出增強汽輪機零件運行壽命的解決方案，從而引導學生自主地學習汽輪機零件的強度分析與校核，這有助于其養(yǎng)成獨立思考和解決問題的良好習慣。

五、結(jié)語

針對揚州大學汽輪機原理課程的教學實際，我們分析了汽輪機原理教學中現(xiàn)存的問題。通過分析我們認識到，要想實現(xiàn)專業(yè)課教學質(zhì)量的提高和高質(zhì)量人才的培養(yǎng)，必須對傳統(tǒng)課堂教學進行全面改革。具體而言，首先要建設(shè)一支高素質(zhì)的教師隊伍，特別是要加強對中青年教師的培養(yǎng)。同時，要對現(xiàn)有的教學內(nèi)容進行重新調(diào)整、更新與完善，以保證它的科學性、先進性及延展性。其次，還需采用各種行之有效的教學方法，激發(fā)學生的學習興趣，提高其學習效率，實現(xiàn)學生綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力的提升。而這些教學改革方案還需要通過今后的教學實踐來進一步的探索和完善。

[ 參 考 文 獻 ]

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[2] 孟忠偉.熱能與動力工程專業(yè)課的教學改革探討[J].高等教育研究，2011（28）：59-62.

[3] 王運民，李錄平，馬立恒.“汽輪機原理”精品課程建設(shè)與課程教學[J].中國電力教育，2009（13）：105-106.

[4] 羅向龍. “汽輪機原理”精品課程建設(shè)與課程教學[J].廣東工業(yè)大學學報，2009（9）：167-169.

[5] 馮亮花，劉坤.汽輪機原理課程教學方法研究與實踐[J].中國冶金教育，2011（6）：23-25.

[6] 李蘭花.現(xiàn)代教學媒體在學前教育活動中的應用分析[J].電化教育研究，2013（4）：71-75.

[7] 趙洪.研究性教學與大學教學方法改革[J].高等教育研究，2006（27）：71-75.

[責任編輯：陳 明]