改進(jìn)大型火電機(jī)組運(yùn)行與事故分析課程教學(xué)質(zhì)量的方法研究

崔曉波 趙丹 王金平 劉志遠(yuǎn)

[摘 要]針對大型火電機(jī)組運(yùn)行與事故分析課程知識點多、雜、難的問題，結(jié)合能源與動力工程方向課程體系，通過實際課堂教學(xué)實踐，探討如何提高學(xué)生理論聯(lián)系實際以及如何綜合運(yùn)用所學(xué)知識分析解決現(xiàn)場實際問題的能力。提出了先系統(tǒng)后局部再系統(tǒng)的教學(xué)方式，同時有機(jī)融合仿真機(jī)機(jī)爐實訓(xùn)上機(jī)操作同步教學(xué)，這樣可以調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，從而加深學(xué)生對該課程的理解深度與廣度。

[關(guān)鍵詞]火電機(jī)組；事故分析；機(jī)爐實訓(xùn)；仿真機(jī)；能源與動力工程

[中圖分類號] G642 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A [文章編號] 2095-3437（2018）06-0078-03

大型火電機(jī)組運(yùn)行與事故分析為電力類高等院校能源與動力工程專業(yè)開設(shè)的核心專業(yè)課程，該課程與生產(chǎn)實際緊密聯(lián)系，已成為學(xué)生畢業(yè)后進(jìn)行火電機(jī)組集控運(yùn)行工作的關(guān)鍵中間紐帶環(huán)節(jié)[1][2][3]。能源與動力工程專業(yè)學(xué)生在學(xué)習(xí)本門課程之前，雖已學(xué)習(xí)過基本的理論課程與專業(yè)課程，但對電廠全系統(tǒng)的認(rèn)識僅僅局限在認(rèn)知實習(xí)的參觀，對火電機(jī)組的實際生產(chǎn)過程理解不全面，理論與實踐脫節(jié)，學(xué)生缺乏系統(tǒng)觀念。

目前，我國火電機(jī)組的技術(shù)水平發(fā)展迅速，高參數(shù)、大容量超臨界以及超超臨界火電機(jī)組已成為當(dāng)前電網(wǎng)的主流機(jī)組，而隨著機(jī)組容量和參數(shù)的提高，其工藝過程更加復(fù)雜、龐大[4][5][6]。這一方面進(jìn)一步加重了學(xué)生對該課程學(xué)習(xí)的難度；另一方面，在工藝過程日益復(fù)雜的趨勢下，為了保證火電機(jī)組生產(chǎn)的安全高效運(yùn)行，運(yùn)行人員不僅要熟練掌握設(shè)備的原理與構(gòu)造，還需重點加強(qiáng)對各設(shè)備以及各系統(tǒng)之間相互關(guān)系的掌握程度。這勢必會加劇該課程的學(xué)習(xí)難度與掌握程度需求間的矛盾?，F(xiàn)代大型火電機(jī)組要求能源與動力工程專業(yè)畢業(yè)生必須全面掌握熱能、電氣、自控、測量、化學(xué)、機(jī)械及外語等領(lǐng)域的相關(guān)知識，為將來真正達(dá)到稱職值班員奠定扎實基礎(chǔ)。

因此，結(jié)合上述火電機(jī)組發(fā)展現(xiàn)狀及對人才培養(yǎng)的要求和標(biāo)準(zhǔn)，本文以南京工程學(xué)院能源與動力工程學(xué)院開設(shè)的大型火電機(jī)組運(yùn)行與事故分析課程為實施主體，通過在實際教學(xué)過程中的教研教改實踐，總結(jié)并探討了如何提高該課程的教學(xué)質(zhì)量，從而全面提升學(xué)生理論與實踐的結(jié)合能力以及對知識的綜合運(yùn)用能力。

一、課程的教學(xué)內(nèi)容及特點

大型火電機(jī)組運(yùn)行與事故分析課程主要包含以下幾部分內(nèi)容：火電機(jī)組工藝流程與組成；DCS集散式控制系統(tǒng)功能與操作方法；火電機(jī)組啟動與停機(jī)、運(yùn)行調(diào)整、負(fù)荷控制以及常見事故分析與處理。本課程具有以下三個特點。

（一）知識點多而雜

火電機(jī)組包含了基本的爐機(jī)電三大主機(jī)以及多種輔機(jī)設(shè)備，與其相關(guān)的系統(tǒng)多達(dá)上百個。部分系統(tǒng)間聯(lián)系緊密，如制粉系統(tǒng)與燃燒系統(tǒng)；部分系統(tǒng)間相互獨立，如鍋爐側(cè)的噴水減溫系統(tǒng)和汽輪機(jī)的抗燃油系統(tǒng)。上述設(shè)備與系統(tǒng)所涉及的基礎(chǔ)課程以及專業(yè)課程多達(dá)十幾門，課程中即使一個小節(jié)的內(nèi)容可能也需要多門理論課程的綜合，并且基本可以作為單獨專題進(jìn)行講解。

（二）純理論內(nèi)容少

大型火電機(jī)運(yùn)行與事故分析課程中幾乎沒有理論公式的推導(dǎo)運(yùn)算，課程表面上幾乎用不到流體力學(xué)與工程熱力學(xué)等專業(yè)的基礎(chǔ)知識，學(xué)生學(xué)習(xí)起來不會感覺特別“難”，但是要想做到課程的融會貫通，卻比一些理論基礎(chǔ)課程要難得多。

（三）課程系統(tǒng)綜合性強(qiáng)

大型火電機(jī)組運(yùn)行與事故分析課程幾乎涵蓋了能源與動力工程專業(yè)課程體系中的所有專業(yè)基礎(chǔ)課、專業(yè)課以及相關(guān)的專業(yè)選修課內(nèi)容，如傳熱傳質(zhì)、工程熱力學(xué)、工程流體力學(xué)、鍋爐原理、汽輪機(jī)原理、熱力發(fā)電廠、泵與風(fēng)機(jī)、熱工測量及儀表、熱工自動控制、電廠金屬材料、脫硫系統(tǒng)、脫硝系統(tǒng)、靜電除塵與濕式除塵、化學(xué)水處理等大量先修課程基礎(chǔ)。在學(xué)習(xí)該課程過程中需要將上述多門課程進(jìn)行有機(jī)融合，這樣才能實現(xiàn)火電機(jī)組集控運(yùn)行知識的系統(tǒng)綜合，達(dá)到預(yù)期的教學(xué)效果。

（四）課程理論與工程實踐結(jié)合性強(qiáng)

大型火電機(jī)組運(yùn)行與事故分析課程的教學(xué)目標(biāo)是達(dá)成基礎(chǔ)理論教學(xué)與將來集控運(yùn)行工作的銜接。教師在授課過程中需要緊密結(jié)合基礎(chǔ)理論與工程實踐，一方面通過理論指導(dǎo)學(xué)生集控運(yùn)行的學(xué)習(xí)；另一方面通過實際工程實踐反向加深對基礎(chǔ)理論理解的深度與廣度。

從上述該課程內(nèi)容與特點的分析看，無論從該課程的教學(xué)角度還是從學(xué)生的學(xué)習(xí)角度均較難把握好“尺度”，從而難以提高該課程的教學(xué)質(zhì)量。另外，該課程大多在本科大四階段開設(shè)，該階段的學(xué)生一部分忙于尋找工作，另一部分在進(jìn)行碩士研究生入學(xué)考試的準(zhǔn)備，大多數(shù)學(xué)生在學(xué)習(xí)精力與重視程度方面投入不夠。

二、目前教學(xué)中普遍存在的問題

大型火電機(jī)組運(yùn)行與事故分析課程在國內(nèi)電力類院校普遍開設(shè)，通過與兄弟院校的走訪與調(diào)研以及對學(xué)生的調(diào)查問卷，并結(jié)合教學(xué)體會，筆者發(fā)現(xiàn)該課程的教學(xué)存在諸多普遍性問題，具體體現(xiàn)在以下幾個方面。

（一）課程知識點掌握零散，不能系統(tǒng)化

由于該課程內(nèi)容知識點多而雜，在授課過程中，容易造成學(xué)完一節(jié)忘記上節(jié)，各個環(huán)節(jié)之間很難有機(jī)聯(lián)系起來，課程前后連續(xù)性較差，缺少貫穿整門課程的主線，這導(dǎo)致學(xué)生對知識的掌握零散，不能系統(tǒng)化。

（二）教學(xué)方式是教師一言堂

該課程的教學(xué)多以教師課堂講授為主，與傳統(tǒng)基礎(chǔ)課程的教學(xué)基本相同。然而對于該課程若采用與基礎(chǔ)理論課程相同的教師一言堂的教學(xué)方式，會導(dǎo)致學(xué)生的實際運(yùn)行操作能力與工程實踐能力的鍛煉嚴(yán)重不足，大量的教學(xué)內(nèi)容與系統(tǒng)只能以“走馬觀花”的方式在短時間內(nèi)灌輸給學(xué)生。

（三）理論教學(xué)與實踐教學(xué)脫節(jié)

該課程的理論教學(xué)與實踐教學(xué)嚴(yán)重脫節(jié)。國內(nèi)開設(shè)該課程的高校一般通過兩種方式進(jìn)行實踐教學(xué)：一是通過學(xué)期末的電廠運(yùn)行實習(xí)；二是通過仿真機(jī)運(yùn)行模擬實踐。通過電廠運(yùn)行實習(xí)學(xué)生可體驗在真實環(huán)境中學(xué)習(xí)，但考慮到安全因素，接收學(xué)生實習(xí)的電廠不會讓學(xué)生參與運(yùn)行，而僅僅是讓他們進(jìn)行簡單的參觀，這就失去了運(yùn)行實習(xí)的意義。而仿真機(jī)運(yùn)行模擬實踐提高了學(xué)生參與工程實踐的靈活性。由于仿真機(jī)沒有安全性的問題，所有學(xué)生都可以在教師的指導(dǎo)下，大膽地去嘗試自己的想法，提高所學(xué)知識的綜合應(yīng)用能力。但純仿真機(jī)運(yùn)行模擬缺少真實的工作環(huán)境，學(xué)生只能通過流程圖與說明去理解生產(chǎn)過程，對真實的設(shè)備以及工藝運(yùn)行中需要注意的問題不能深刻體會。

（四）青年教師工程實踐經(jīng)驗嚴(yán)重缺乏

為了緩解招生數(shù)量增加的問題，滿足學(xué)科建設(shè)要求，目前國內(nèi)本科院校大量引進(jìn)的教職員工博士比例最大，而新進(jìn)的青年博士教師大多以理論研究為主，缺乏實際工程實踐經(jīng)驗，甚至有個別教師非本專業(yè)出身，缺乏對企業(yè)工作流程和崗位實際工作過程的深入了解，這造成該課程的教學(xué)內(nèi)容與實際崗位需求不完全吻合。另外，青年教師在授課過程中更加偏向自己熟悉的理論領(lǐng)域，這進(jìn)一步造成了該課程的教學(xué)存在更大的片面性與局部性。

（五）企業(yè)支持力度不夠

隨著國民經(jīng)濟(jì)的增長，電力企業(yè)發(fā)展迅速，這導(dǎo)致其對相關(guān)技術(shù)人員的需求增加。雖然國內(nèi)電力類院校招生數(shù)量逐年增加，但相應(yīng)的教學(xué)設(shè)備與教學(xué)規(guī)劃設(shè)置卻并沒有同步提高，這就造成在學(xué)生在實習(xí)過程中，實習(xí)單位與學(xué)生數(shù)量的嚴(yán)重失配?？紤]到安全性因素與學(xué)生管理問題，發(fā)電企業(yè)接收學(xué)生實習(xí)的壓力逐年增加。另外，學(xué)生在電廠里實習(xí)不能創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益，導(dǎo)致發(fā)電企業(yè)對于接收學(xué)生實習(xí)積極性不高。

（六）教學(xué)資源嚴(yán)重不足

雖然學(xué)校的招生數(shù)量在不斷增加，但相應(yīng)的配套教學(xué)資源并沒有同步增加，特別是學(xué)生進(jìn)行實踐教學(xué)的重要教學(xué)平臺——仿真機(jī)數(shù)量嚴(yán)重不足。由于火電機(jī)組仿真軟件價格較高，且一套軟件最多支持的客戶端遠(yuǎn)小于學(xué)生人數(shù)，這導(dǎo)致用于實踐教學(xué)訓(xùn)練的仿真機(jī)數(shù)量偏少，加上上機(jī)時間較短，教學(xué)中往往是2～3個學(xué)生同時使用一臺客戶機(jī)，教學(xué)資源遠(yuǎn)遠(yuǎn)無法滿足教學(xué)要求。

上述問題的存在，致使該課程在教學(xué)過程中存在種種困難與不便，這導(dǎo)致培養(yǎng)的本科畢業(yè)生的知識、能力、素質(zhì)結(jié)構(gòu)與發(fā)電企業(yè)人才需求不能完全吻合，無法滿足現(xiàn)代電力企業(yè)對畢業(yè)生“零距離”上崗的要求。

三、提高教學(xué)質(zhì)量的方法

針對上述教學(xué)過程中普遍存在的問題，筆者分別從對應(yīng)的具體問題提出了相應(yīng)的解決方法，具體解決措施與方法如下。

（一）系統(tǒng)—局部—系統(tǒng)三步教學(xué)法，實現(xiàn)知識系統(tǒng)化

首先，對于該課程建議采用先系統(tǒng)后局部再系統(tǒng)的教學(xué)方式，即首先從電廠整體系統(tǒng)進(jìn)行介紹，該部分可以以系統(tǒng)總貌為主，不需要過度關(guān)注具體的局部系統(tǒng)，能讓學(xué)生對火電機(jī)組集控運(yùn)行有一個整體的把握，讓學(xué)生掌握大系統(tǒng)中包含哪些局部系統(tǒng)與工藝即可。其次，基于上述課程鋪墊，進(jìn)行“抽絲剝繭”細(xì)化局部系統(tǒng)與工藝學(xué)習(xí)，按照一定邏輯順序詳細(xì)講解局部系統(tǒng)的具體內(nèi)容以及操作方式，同時注重局部系統(tǒng)與設(shè)備間的連接關(guān)系與影響關(guān)系。最后，將局部內(nèi)容邏輯連接與大系統(tǒng)綜合回顧，實現(xiàn)火電機(jī)組完整系統(tǒng)的串聯(lián)與系統(tǒng)化。

（二）將仿真機(jī)引入課堂教學(xué)，改變教師一言堂的教學(xué)模式

火電機(jī)組集控運(yùn)行課程是對組成火電機(jī)組的眾多設(shè)備與系統(tǒng)進(jìn)行啟動、停止以及與運(yùn)行調(diào)整等內(nèi)容的學(xué)習(xí)，對學(xué)生基本理論的扎實程度與綜合運(yùn)用能力的要求較高，教學(xué)重點在于讓學(xué)生對系統(tǒng)組成、工藝流程、設(shè)備配置與特點等達(dá)到一定的熟悉程度，在此基礎(chǔ)上掌握機(jī)組運(yùn)行操作過程的基本步驟原理，學(xué)生在教師的指導(dǎo)下需要進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，以加深對課程的熟悉程度與理解程度。因此，在該課程教學(xué)中將仿真機(jī)引入，用以培訓(xùn)在校學(xué)生，加強(qiáng)學(xué)生基于仿真機(jī)的自主學(xué)習(xí)，使其從直觀上學(xué)習(xí)和掌握電廠設(shè)備和系統(tǒng)特性、物理過程、介質(zhì)流程及故障的原因和結(jié)果，加深學(xué)生對設(shè)備及設(shè)備原理的理解。

（三）仿真機(jī)與專業(yè)課程融合，實現(xiàn)理實一體化教學(xué)

仿真機(jī)平臺的建設(shè)使能源與動力工程專業(yè)主要專業(yè)課程實現(xiàn)一體化教學(xué)成為可能，除該課程外，其他理論課程如鍋爐原理、熱工自動調(diào)節(jié)、泵與風(fēng)機(jī)、熱力發(fā)電廠與順控與保護(hù)等內(nèi)容均可與仿真機(jī)結(jié)合進(jìn)行，從而達(dá)到專業(yè)課程與該課程的有機(jī)融合，實現(xiàn)學(xué)生理論學(xué)習(xí)與實踐訓(xùn)練相結(jié)合，實現(xiàn)理實一體化教學(xué)。

（四）加大對青年教師的工程實踐培養(yǎng)力度

針對當(dāng)前青年教師企業(yè)實踐經(jīng)驗缺乏的問題，學(xué)院積極與發(fā)電企業(yè)聯(lián)系合作，建立青年教師定期掛職鍛煉和頂崗工作的機(jī)制，聯(lián)合設(shè)立掛職或頂崗工作崗位，并出臺相關(guān)鼓勵與獎勵政策，提高青年教師到企業(yè)一線進(jìn)行鍛煉的積極性。

（五）加強(qiáng)高校與實習(xí)單位的聯(lián)系

發(fā)揮高?？萍紕?chuàng)新能力方面的優(yōu)勢，加強(qiáng)高校與發(fā)電企業(yè)在科研、生產(chǎn)、培訓(xùn)等方面的合作，通過各種科技項目攻關(guān)合作，全方位地開展互惠互利的校企合作機(jī)制。高校可以通過科技服務(wù)、人才培養(yǎng)、技術(shù)服務(wù)與咨詢以及理論培訓(xùn)等方式幫助企業(yè)排憂解難，從而建立良好的校企互動與依賴關(guān)系，為學(xué)生的實習(xí)打下堅實的基礎(chǔ)。

（六）建立仿真機(jī)輔助學(xué)習(xí)網(wǎng)站系統(tǒng)

針對教學(xué)資源缺乏的問題，建議設(shè)計一個仿真實訓(xùn)的輔助學(xué)習(xí)網(wǎng)站，在網(wǎng)站中提供發(fā)電廠的相關(guān)管理制度，設(shè)備的真實圖片、視頻和動畫，機(jī)組的運(yùn)行規(guī)程和操作票，火電機(jī)組仿真操作畫面和部分操作流程的動畫演示。網(wǎng)站的建立可以方便學(xué)生熟悉發(fā)電廠的生產(chǎn)過程、制度標(biāo)準(zhǔn)，學(xué)生通過網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)機(jī)組冷態(tài)啟動過程中的主要操作步驟和方法、主要設(shè)備的相關(guān)知識，可以進(jìn)行模擬操作練習(xí)。

上述所提出的解決方法與措施，部分已在筆者教學(xué)過程中進(jìn)行了教改實施，在學(xué)生對集控運(yùn)行的掌握程度以及知識點的關(guān)聯(lián)綜合程度方面取得了一定的成效。另外，上述改進(jìn)方法的順利實施，需要學(xué)校、學(xué)院、教研室以及課程組的大力支持與推動，與之相關(guān)的鼓勵與支持政策需要出臺，這樣才能保證該課程與發(fā)電企業(yè)的良好銜接，減小發(fā)電企業(yè)對畢業(yè)生“零距離”上崗要求的距離。

四、結(jié)語

根據(jù)大型火電機(jī)組運(yùn)行與事故分析課程教學(xué)內(nèi)容以及教學(xué)過程中存在的問題，提出了系統(tǒng)-局部-系統(tǒng)的教學(xué)方式，另外重點提出了將仿真機(jī)與課程教學(xué)結(jié)合的教學(xué)方式。仿真機(jī)為發(fā)電類相關(guān)專業(yè)提供了重要的實踐實訓(xùn)教學(xué)平臺，對增加學(xué)生現(xiàn)場設(shè)備與系統(tǒng)的熟悉程度，提高學(xué)生操作技能，加深學(xué)生火電機(jī)組運(yùn)行理論的理解能力具有不可替代的作用。通過將相關(guān)課程與仿真機(jī)以及實踐教學(xué)相結(jié)合、相融合與相滲透，能實現(xiàn)教、學(xué)、練一體化，讓學(xué)生學(xué)以致用，從而系統(tǒng)性掌握該課程的內(nèi)容。

[ 參 考 文 獻(xiàn) ]

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[責(zé)任編輯：陳 明]