關(guān)于鍋爐原理實(shí)驗教學(xué)研究探討
論文摘要：實(shí)驗教學(xué)是鍋爐原理教學(xué)過(guò)程中不可或缺的部分，加強并改進(jìn)鍋爐原理實(shí)驗教學(xué)是對熱能與動(dòng)力工程專(zhuān)業(yè)本科生進(jìn)行能力培養的有效途徑之一。根據鍋爐原理實(shí)驗教學(xué)實(shí)踐中的心得體會(huì )，研究探討了在實(shí)驗教學(xué)過(guò)程中對傳統的教育理念進(jìn)行改革，從教學(xué)目標、教學(xué)內容、教學(xué)和考核方法上全方位引入現代的教育理念，以培養創(chuàng )新型人才的具體措施。
論文關(guān)鍵詞：鍋爐原理；教學(xué)研究；實(shí)驗
鍋爐是火力發(fā)電廠(chǎng)三大主機之一，是工業(yè)企業(yè)的動(dòng)力之源，在國民經(jīng)濟發(fā)展中發(fā)揮著(zhù)極其重要的作用�！板仩t原理”是為熱能與動(dòng)力工程專(zhuān)業(yè)本科生開(kāi)設的主要專(zhuān)業(yè)課程之一�！板仩t原理”的教學(xué)目標是讓學(xué)生全面和系統地認識鍋爐本體和輔助裝置的構造，掌握鍋爐工作原理的相關(guān)知識，并培養學(xué)生分析工程問(wèn)題、進(jìn)行鍋爐設計計算和鍋爐試驗的實(shí)踐能力。該課程工程性強、內容多、難點(diǎn)多，僅依靠理論教學(xué)難以實(shí)現教學(xué)目標，與工程實(shí)際緊密結合的實(shí)驗、實(shí)習、課程設計等實(shí)踐環(huán)節是鍋爐原理教學(xué)中不可或缺的部分。
高校的實(shí)驗室是理論與實(shí)踐相結合，培養大學(xué)生工程實(shí)踐能力和創(chuàng )新能力的重要場(chǎng)所。加強并改進(jìn)實(shí)驗教學(xué)，是對大學(xué)生進(jìn)行能力培養的有效途徑之一。實(shí)驗在鍋爐原理實(shí)踐教學(xué)環(huán)節中占有重要地位。筆者作為從事鍋爐原理實(shí)驗教學(xué)的教師，在教學(xué)過(guò)程中對傳統的教育理念進(jìn)行改革，從教學(xué)目標、教學(xué)內容、教學(xué)和考核方法上全方位引入現代的教育理念，使教學(xué)效果得到明顯改善。
一、鍋爐原理實(shí)驗的教學(xué)目標
鍋爐原理實(shí)驗教學(xué)的基本出發(fā)點(diǎn)是通過(guò)提供大量模擬鍋爐有關(guān)現象的裝置和系統，以幫助學(xué)生更好地理解課程內容，掌握鍋爐的基本原理、常用測試方法和運行技術(shù)，加強鍋爐設計計算和鍋爐試驗的實(shí)踐能力。傳統的教育以傳授知識為教學(xué)目的，教師考慮的是如何把知識灌輸給學(xué)生，而忽視學(xué)生能力的培養�，F代社會(huì )的發(fā)展需要高校培養一批高知識、強能力的創(chuàng )造型人才。為適應這一需求，高校應注重學(xué)生能力的培養。
鍋爐原理實(shí)驗教學(xué)中，應發(fā)揮教師在教學(xué)中的主導作用和學(xué)生在學(xué)習中的主體作用，使學(xué)生在預習實(shí)驗指導書(shū)，動(dòng)手操作實(shí)驗設備和儀器，動(dòng)腦思考實(shí)驗現象，通過(guò)團隊合作解決實(shí)驗中出現的問(wèn)題，記錄和整理實(shí)驗數據，撰寫(xiě)報告，完成實(shí)驗思考題的過(guò)程中，自身的學(xué)習能力、實(shí)驗技能、動(dòng)手能力、獨立思考能力、團隊合作精神、組織能力、分析和解決工程實(shí)際問(wèn)題的能力、自主創(chuàng )新的能力得到全面地鍛煉和提高。
利用精心設計的實(shí)驗內容，將“鍋爐原理”課程的知識點(diǎn)與專(zhuān)業(yè)基礎課程“工程熱力學(xué)”、“傳熱學(xué)”、“流體力學(xué)”、“熱工測試技術(shù)”，以及專(zhuān)業(yè)課程“大氣污染監測技術(shù)”、“大氣污染控制工程”、“潔凈煤發(fā)電技術(shù)”相結合，通過(guò)對多門(mén)學(xué)科知識的有效遷移和綜合，以達到舉一反三、融會(huì )貫通的教學(xué)效果，既可以鞏固和加深學(xué)生對前期專(zhuān)業(yè)基礎課的理解，又加深了學(xué)生對所學(xué)專(zhuān)業(yè)知識體系的認識，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習后續課程的興趣和積極性，培養了學(xué)生科學(xué)思維的能力，從而為后續課程的學(xué)習和將來(lái)從事工程設計、科學(xué)研究奠定堅實(shí)的基礎。
二、鍋爐原理實(shí)驗的教學(xué)內容
實(shí)驗課程的教學(xué)內容關(guān)系到實(shí)驗教學(xué)的組織實(shí)施，是規范實(shí)驗教學(xué)過(guò)程、檢查實(shí)驗教學(xué)質(zhì)量和進(jìn)行實(shí)驗室建設的基礎。鑒于鍋爐原理涉及內容多、實(shí)踐性強，相關(guān)課程多，我們將實(shí)驗部分剝離出來(lái)，單獨設課，同時(shí)確保實(shí)驗教學(xué)內容設計與前期專(zhuān)業(yè)基礎課程及后續專(zhuān)業(yè)課程的密切聯(lián)系。在教學(xué)內容上，力求從本課程實(shí)際出發(fā)，不失時(shí)機地向其他課程滲透和綜合，為學(xué)生創(chuàng )建一個(gè)系統的熱能與動(dòng)力工程知識體系平臺，改變了只從單個(gè)課程傳授分散知識的傳統教學(xué)模式。
結合“鍋爐原理”理論教學(xué)的授課主線(xiàn)“燃料—燃燒及熱平衡計算—受熱面—自然循環(huán)鍋爐水動(dòng)力學(xué)—鍋爐的啟停與運行—鍋爐污染物排放監測與控制”，建立了“煤質(zhì)分析”、“并聯(lián)管組流量分配”、“自然循環(huán)鍋爐水動(dòng)力特性”、“燃燒與環(huán)境監測”、“燃燒源污染物排放控制”五個(gè)實(shí)驗室。
“煤質(zhì)分析”實(shí)驗室開(kāi)設了“煤的工業(yè)分析”、“煤的發(fā)熱量測定”兩個(gè)實(shí)驗，使學(xué)生能夠掌握煤質(zhì)分析、發(fā)熱量測定的原理和方法，認識煤的質(zhì)量對鍋爐性能的影響。
“并聯(lián)管組流量分配”、“自然循環(huán)鍋爐水動(dòng)力特性”實(shí)驗室各配備有兩套自行設計搭建的實(shí)驗系統。前者能夠使學(xué)生對電站鍋爐中過(guò)熱器、再熱器管組的進(jìn)、出口集箱的引入與引出方式布置不當引起的流量分配不均問(wèn)題有清晰的感性認識；后者使學(xué)生對自然循環(huán)鍋爐水動(dòng)力特性及提高水循環(huán)安全性的措施有更深刻的理解。
“燃燒與環(huán)境監測”實(shí)驗室基于自主研發(fā)的“能源島熱電聯(lián)產(chǎn)系統”，開(kāi)設了“程序點(diǎn)火及火焰監測顯示”、“燃燒調整及燃燒效率測定”、“鍋爐熱平衡”、“鍋爐煙塵測定”、“煙氣成分分析”、“氣態(tài)污染物排放監測”六個(gè)實(shí)驗�！俺绦螯c(diǎn)火及火焰監測顯示”實(shí)驗能夠使學(xué)生了解鍋爐安全操作程序及燃燒過(guò)程；通過(guò)設在鍋爐的觀(guān)察孔，直接觀(guān)察到火焰形狀以及運行參數對火焰形狀的影響，大大加深了對書(shū)本知識的理解�！叭紵{整及燃燒效率測定”實(shí)驗使學(xué)生對各種因素對燃燒效率的影響有直接的感性認識，同時(shí)學(xué)到測取鍋爐效率有關(guān)數據、計算燃燒效率的方法。通過(guò)“鍋爐熱平衡”實(shí)驗，加深學(xué)生對鍋爐熱平衡原理的理解，培養學(xué)生的鍋爐熱平衡實(shí)驗測試技能，使學(xué)生能夠分析造成各項熱損失的原因，學(xué)會(huì )診斷鍋爐存在的問(wèn)題�！板仩t煙塵測定”實(shí)驗使學(xué)生熟悉國家標準、掌握固定污染源排氣中顆粒物的排放濃度、折算濃度和排放總量的測定原理和方法�！盁煔獬煞址治觥睂�(shí)驗使學(xué)生掌握奧氏煙氣分析儀的工作原理和使用方法�！皻鈶B(tài)污染物排放監測”實(shí)驗使學(xué)生掌握氣態(tài)污染物排放測量的電化學(xué)法的原理和EUROTRON MK2 8851煙氣分析儀的使用方法。通過(guò)這一系列的實(shí)驗為學(xué)生從事鍋爐設計、運行和研究打下基礎。
“燃燒源污染物排放控制”實(shí)驗室配有四臺除塵裝置（旋風(fēng)除塵器、袋式除塵器、電除塵器、濕式除塵器）和一臺噴射鼓泡式煙氣脫硫裝置、一臺選擇性催化還原煙氣脫硝裝置，可進(jìn)行除塵器性能測定和氣體污染凈化兩大類(lèi)型、六個(gè)項目的實(shí)驗教學(xué)，可使學(xué)生系統地了解并掌握污染控制的基本知識、基本原理、主要設備和典型工藝等，培養學(xué)生分析和解決日益嚴重的燃燒源污染物排放問(wèn)題的基本能力，為學(xué)生從事相關(guān)的工程設計、技術(shù)管理等工作提供必要的基礎。
三、鍋爐原理實(shí)驗的教學(xué)和考核方法
1.教學(xué)方法
為便于組織教學(xué)，將參加實(shí)驗的學(xué)生分成8至10人的小組，排出實(shí)驗教學(xué)安排表，安排充足的師資力量，指導學(xué)生在兩周內完成所有實(shí)驗室的各個(gè)實(shí)驗。在教學(xué)過(guò)程中，改變傳統的灌輸式教學(xué)方法，不斷探索實(shí)驗教學(xué)的新辦法，如探究式教學(xué)、歸納式教學(xué)、換位教學(xué)等。
在探究式教學(xué)模式下，教師依據學(xué)習過(guò)程的客觀(guān)規律，引導學(xué)生積極主動(dòng)、自覺(jué)地掌握知識。例如，在進(jìn)行鍋爐熱平衡實(shí)驗教學(xué)時(shí)，教師提出“什么是鍋爐熱效率？什么是鍋爐熱平衡？”在學(xué)生明白這些基本概念問(wèn)題的基礎上，設置問(wèn)題“鍋爐正平衡熱效率的計算公式是什么？”引出計算鍋爐正平衡效率需要測定的參數及測量方法，繼續提問(wèn)“鍋爐熱損失發(fā)生在哪里？鍋爐反平衡效率的計算公式是什么？”逐步引導學(xué)生積極思考，最后提出“為什么既要進(jìn)行鍋爐正平衡實(shí)驗，又要進(jìn)行鍋爐反平衡實(shí)驗？如何有效提高鍋爐效率？”教師通過(guò)這些涵蓋了實(shí)驗的目的、實(shí)驗原理、實(shí)驗方法的探究型問(wèn)題，激勵學(xué)生的創(chuàng )造性思維，培養他們應用理論知識分析和解決問(wèn)題的能力。
在進(jìn)行演示性實(shí)驗教學(xué)時(shí)，采用歸納式教學(xué)方法，將“觀(guān)看”實(shí)驗轉變?yōu)椤坝^(guān)察”實(shí)驗。例如，在“自然循環(huán)鍋爐水動(dòng)力特性”實(shí)驗中，不去講解，也不提出任何問(wèn)題，只是告訴學(xué)生要仔細觀(guān)察。在每個(gè)實(shí)驗現象出現時(shí)，再引導學(xué)生歸納實(shí)驗現象、分析產(chǎn)生這種現象的原因。受知識水平、觀(guān)察能力的影響，學(xué)生難免會(huì )遺漏掉某些實(shí)驗現象，這時(shí)通過(guò)重復性實(shí)驗，教師指導學(xué)生進(jìn)行有針對性地觀(guān)察，對實(shí)驗現象再次進(jìn)行歸納和分析。采用這種教學(xué)方法，使學(xué)生對實(shí)驗過(guò)程充滿(mǎn)興趣，對水循環(huán)的形成過(guò)程、工質(zhì)的流動(dòng)與傳熱過(guò)程、蒸汽的產(chǎn)生過(guò)程，上升管中汽水兩相流的各種流型（泡狀、彈狀、環(huán)狀流動(dòng)），鍋爐水循環(huán)的常見(jiàn)故障（停滯、倒流、自由水面、汽水分層、下降管帶汽）從現象到本質(zhì)都有非常深刻的認識。
在實(shí)驗教學(xué)中，還嘗試了師生角色換位教學(xué)法。例如，在“煙氣成分分析”實(shí)驗教學(xué)中，進(jìn)行了“讓學(xué)生做老師”的換位教學(xué)實(shí)踐。每組學(xué)生經(jīng)過(guò)討論，選出一位同學(xué)，由其充當教師的角色，講解奧氏煙氣分析儀的工作原理，演示其使用方法，并帶領(lǐng)本組的同學(xué)完成煙氣成分及含量測定實(shí)驗，引導學(xué)生思考、提問(wèn)、討論。實(shí)踐證明，這種方式加強了學(xué)生之間的交流、師生之間的互動(dòng)，活躍了實(shí)驗教學(xué)的氣氛，收到很好的效果。
2.考核方法
實(shí)驗考核是對學(xué)生實(shí)驗能力的全面檢查，也是對教師教學(xué)效果的檢查。同時(shí)，考核能夠給學(xué)生以壓力和動(dòng)力，促進(jìn)學(xué)生對實(shí)驗課的重視。傳統的實(shí)驗考核方法，主要是依據實(shí)驗報告的好壞來(lái)評定成績(jì)，這種方法在一定程度上滋長(cháng)了學(xué)生抄襲實(shí)驗報告的現象。為減少傳統考核方法的弊端，我們采取實(shí)驗表現、實(shí)驗報告、實(shí)驗考試相結合的方法進(jìn)行實(shí)驗考核，三者依次占實(shí)驗總評成績(jì)的30%、30%、40%。實(shí)驗表現和實(shí)驗報告采取每個(gè)實(shí)驗單獨給分，取各自的平均分作為這兩項的成績(jì)；實(shí)驗筆試則由每個(gè)實(shí)驗設置2～4道基本知識和基本技能試題組成試卷，統一安排考試。實(shí)驗表現由教師依據實(shí)驗預習、實(shí)驗操作、回答問(wèn)題情況，以及發(fā)現和提出問(wèn)題的能力當場(chǎng)給出成績(jì)；實(shí)驗報告按照是否按要求撰寫(xiě)實(shí)驗報告，按時(shí)交實(shí)驗報告，數據、結論是否正確，分析是否透徹評分。通過(guò)這種考核方式給出實(shí)驗綜合成績(jì)，實(shí)現了對學(xué)生的學(xué)習態(tài)度、觀(guān)察能力、動(dòng)手能力、思維能力、綜合分析能力等的全面考查。
四、結語(yǔ)
實(shí)驗教學(xué)是將書(shū)本知識與實(shí)驗能力培養相結合、基礎理論與工程實(shí)踐相結合的教學(xué)活動(dòng)，是培養學(xué)生能力的重要環(huán)節，是培養創(chuàng )新型人才的關(guān)鍵。為提高鍋爐原理實(shí)驗教學(xué)的效果，需要承擔實(shí)驗教學(xué)的教師關(guān)注教學(xué)過(guò)程的各個(gè)方面，對教學(xué)目標、教學(xué)內容、教學(xué)和考核方法等進(jìn)行順應時(shí)代潮流的改革和創(chuàng )新，不斷總結教學(xué)實(shí)踐中的經(jīng)驗和教訓，提高業(yè)務(wù)素質(zhì)和水平，為提高教學(xué)質(zhì)量、培養適應當今社會(huì )發(fā)展的創(chuàng )新型人才做出應有的貢獻。
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