“鍋爐原理”課程建設(shè)與探討

摘要：作為熱能動(dòng)力類專業(yè)的重要專業(yè)課程，詳細(xì)介紹了東華大學(xué)“鍋爐原理”課程建設(shè)的具體內(nèi)容和心得體會，探討了鍋爐原理課程建設(shè)如何與專業(yè)特色相適應(yīng)的問題，提出了課程建設(shè)中所面臨的主要問題及解決方案。課程建設(shè)實(shí)踐結(jié)果表明，在提高教師教研水平和學(xué)生專業(yè)素質(zhì)培養(yǎng)方面取得了良好效果。

關(guān)鍵詞：鍋爐；課程建設(shè)；能源與環(huán)境系統(tǒng)工程

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）23-0114-02

“鍋爐原理”是能源與環(huán)境系統(tǒng)工程專業(yè)（簡稱“能環(huán)專業(yè)”）本科生的重要專業(yè)課程，在學(xué)生完成傳熱學(xué)、工程熱力學(xué)、流體力學(xué)等專業(yè)基礎(chǔ)課程的基礎(chǔ)上，課程以熱力發(fā)電廠的生產(chǎn)和運(yùn)行過程為背景，主要傳授鍋爐運(yùn)行的基本原理、鍋爐的主要組成結(jié)構(gòu)和鍋爐相關(guān)的計(jì)算方法。“鍋爐原理”課程的特點(diǎn)是知識面很廣、內(nèi)容非常豐富、綜合性很強(qiáng)，通過有限的學(xué)時(shí)使學(xué)生掌握好本門課程是專業(yè)課教師面臨的主要問題。[1-3]

我國的能環(huán)專業(yè)由熱能與動(dòng)力工程發(fā)展而來，該專業(yè)由浙江大學(xué)最早創(chuàng)立并于2003年開始招收第一屆本科專業(yè)。建立能環(huán)專業(yè)是為了適應(yīng)國家能源戰(zhàn)略發(fā)展要求，把熱能動(dòng)力和能源環(huán)境密切聯(lián)系起來，使學(xué)生掌握能源與環(huán)境系統(tǒng)工程的基本理論，具備進(jìn)行能源與環(huán)境工程及設(shè)備的設(shè)計(jì)、優(yōu)化、控制和研究創(chuàng)新的綜合能力。[4，5]東華大學(xué)于2008年開始招收能環(huán)專業(yè)本科，是東華大學(xué)較為年輕的專業(yè)。本文將結(jié)合東華大學(xué)能環(huán)專業(yè)的實(shí)際情況，淺談“鍋爐原理”課程建設(shè)過程中面臨的問題、課程建設(shè)的內(nèi)容和一些收獲。

一、課程建設(shè)面臨的問題

1.東華大學(xué)開設(shè)能環(huán)專業(yè)較晚，與鍋爐原理課程相關(guān)的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)較缺乏

基于此，根據(jù)專業(yè)教學(xué)大綱，東華大學(xué)借鑒了浙江大學(xué)、山東大學(xué)、大連理工大學(xué)等重點(diǎn)院校能環(huán)專業(yè)教材，選取了由東南大學(xué)周強(qiáng)泰教授主編的《鍋爐原理》中的相關(guān)章節(jié)，并進(jìn)行一定程度的修訂后作為學(xué)生上課教材。[3]

2.鍋爐原理課程教學(xué)內(nèi)容需和專業(yè)發(fā)展方向一致

和國內(nèi)傳統(tǒng)的熱能動(dòng)力領(lǐng)域高校，如清華大學(xué)、浙江大學(xué)、西安交通大學(xué)、東南大學(xué)等高校不同，東華大學(xué)能環(huán)專業(yè)不是以對口火電廠為主的傳統(tǒng)的熱能動(dòng)力專業(yè)，這和學(xué)校以紡織學(xué)科為特色、熱能動(dòng)力專業(yè)發(fā)展起步晚等原因密切相關(guān)。因此，如果按照傳統(tǒng)熱能領(lǐng)域的培養(yǎng)方式，東華大學(xué)的能源與環(huán)境系統(tǒng)工程專業(yè)相比傳統(tǒng)熱能高校將處于劣勢。然而，目前國內(nèi)鍋爐原理課程都是以電站鍋爐為背景而設(shè)立，授課內(nèi)容通常圍繞電站煤粉鍋爐進(jìn)行。因此，結(jié)合東華大學(xué)能環(huán)專業(yè)特色將“鍋爐原理”進(jìn)行一定程度的修訂。

3.課程內(nèi)容多、綜合性強(qiáng)，和鍋爐原理課程學(xué)時(shí)少相矛盾

鍋爐原理課程內(nèi)容豐富，綜合性強(qiáng)，包括燃料及燃燒計(jì)算、煤粉制備、燃燒理論及設(shè)備、鍋爐受熱面及工作原理、鍋爐熱力計(jì)算、水動(dòng)力過程、鍋爐外部過程及污染物凈化，等等。因此，在20世紀(jì)八九十年代，傳統(tǒng)院校鍋爐原理課程安排的學(xué)時(shí)較多，分上、下兩個(gè)學(xué)期進(jìn)行，總學(xué)時(shí)達(dá)到96學(xué)時(shí)甚至更多。然而，隨著教學(xué)改革的不斷推進(jìn)，為拓展學(xué)生知識面的新課程大幅增加，使得鍋爐原理課程的學(xué)時(shí)不斷壓縮。東華大學(xué)能環(huán)專業(yè)分配到鍋爐原理的課時(shí)為48學(xué)時(shí)，課程在一個(gè)學(xué)期內(nèi)完成，學(xué)時(shí)相比以前壓縮了一半。由于課時(shí)數(shù)少，因此很難在有限的時(shí)間內(nèi)讓學(xué)生掌握鍋爐原理的結(jié)構(gòu)組成、工作原理和計(jì)算方法。

4.鍋爐技術(shù)發(fā)展迅速和鍋爐原理教材內(nèi)容更新慢相矛盾

鍋爐原理是一門與時(shí)俱進(jìn)的學(xué)科。隨著鍋爐技術(shù)的不斷發(fā)展，鍋爐原理的許多知識也在不斷拓展和深化。因此，要求教學(xué)過程中不斷完善鍋爐原理教學(xué)大綱，更新和擴(kuò)充教學(xué)內(nèi)容，使鍋爐原理課程內(nèi)容跟上鍋爐技術(shù)發(fā)展的最前沿。然而，目前的實(shí)際情況是，鍋爐原理的教材內(nèi)容更新較慢，這有多方面原因：首先，為保證教材內(nèi)容的正確性，優(yōu)秀的鍋爐原理教材往往經(jīng)歷多年的編寫和修訂，因此教材的內(nèi)容主要反映鍋爐的成熟技術(shù)，鍋爐最前沿的技術(shù)則不會詳述；其次，鍋爐原理理論和實(shí)踐結(jié)合非常緊密，鍋爐的許多先進(jìn)技術(shù)往往掌握在一些國內(nèi)外知名鍋爐設(shè)計(jì)和制造商手中。出于知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)的考慮，這些企業(yè)非常注意圖紙、計(jì)算方法等技術(shù)資料的保密，這就給鍋爐教材的更新造成客觀上的困難。

二、課程建設(shè)的總體思路

開展鍋爐原理課程建設(shè)首先要確立先進(jìn)的教學(xué)思想，即教學(xué)思想要與國家戰(zhàn)略需求、學(xué)生綜合素質(zhì)和能力的提高以及專業(yè)發(fā)展方向一致。鍋爐原理的指導(dǎo)思想，一方面是強(qiáng)化學(xué)生對鍋爐基本理論的認(rèn)識，另一方面是提高學(xué)生分析和解決問題的綜合能力。以學(xué)生綜合能力的培養(yǎng)為核心進(jìn)行課程規(guī)劃，確定課程教學(xué)內(nèi)容，探索教學(xué)手段，不斷進(jìn)行教學(xué)方法的創(chuàng)新。

三、課程建設(shè)的具體內(nèi)容

1.教材選擇

如前所述，由于東華大學(xué)以紡織學(xué)科為特色、熱能動(dòng)力專業(yè)發(fā)展起步晚等原因，能環(huán)專業(yè)的發(fā)展很難再走傳統(tǒng)熱能動(dòng)力強(qiáng)校的老路。但學(xué)校對能環(huán)專業(yè)的重視和不斷投入大筆專業(yè)建設(shè)資金，為能環(huán)專業(yè)的快速發(fā)展帶來巨大契機(jī)。能環(huán)專業(yè)是國家特設(shè)專業(yè)，是國家為滿足能源與環(huán)境領(lǐng)域?qū)I(yè)人才的需求而特設(shè)的專業(yè)。隨著人類對能源的空前需求，煤、石油和天然氣等不可再生能源正在以前所未有的速度進(jìn)行消耗，對不可再生能源的嚴(yán)重依賴使人類進(jìn)入空前的能源危機(jī)；另一方面，由于礦物質(zhì)能源的消耗所帶來的環(huán)境污染、溫室效應(yīng)、氣候變化等全球性問題也給人類社會的可持續(xù)發(fā)展敲響了警鐘。

基于此，人類對生物質(zhì)能等可再生能源的重視程度進(jìn)入了前所未有的高度，也給東華大學(xué)能環(huán)專業(yè)的發(fā)展帶來巨大的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。此外，也給鍋爐技術(shù)的發(fā)展帶來契機(jī)，燃煤鍋爐不再局限于燃煤，還可以在生物質(zhì)能利用過程中發(fā)揮巨大作用，以生物質(zhì)為燃料的鍋爐技術(shù)得到了快速發(fā)展。例如，以垃圾為燃料的垃圾焚燒鍋爐、以污泥為燃料的污泥焚燒鍋爐和以秸稈等農(nóng)林作物為燃料的鍋爐，等等。盡管目前出版的鍋爐原理教材均以燃煤電站鍋爐為背景而編寫，但生物質(zhì)鍋爐等新興鍋爐也是在燃煤鍋爐基礎(chǔ)上發(fā)展起來，燃料的燃燒計(jì)算理論、燃燒設(shè)備、鍋爐熱力計(jì)算方法等內(nèi)容并未發(fā)生顯著變化。因此，選取了由東南大學(xué)周強(qiáng)泰教授主編的《鍋爐原理》中的相關(guān)章節(jié)進(jìn)行一定程度修訂后作為學(xué)生的教材。

2.教學(xué)內(nèi)容

教學(xué)內(nèi)容主要包括燃料及燃燒計(jì)算、燃燒過程的理論基礎(chǔ)、鍋爐受熱面結(jié)構(gòu)和工作原理、鍋爐熱力計(jì)算、鍋爐內(nèi)部過程、鍋爐外部過程及燃燒污染物凈化技術(shù)。受學(xué)時(shí)所限，課堂上不可能對所有的知識點(diǎn)都講深講透，課程內(nèi)容必然有所側(cè)重。目前，大多數(shù)學(xué)校對鍋爐原理課程內(nèi)容偏重于燃料及燃燒計(jì)算、鍋爐受熱面結(jié)構(gòu)和工作原理、鍋爐熱力計(jì)算（包括熱平衡計(jì)算、爐內(nèi)計(jì)算和對流受熱面計(jì)算）、鍋爐整體布置和水動(dòng)力計(jì)算。[6，7]在學(xué)時(shí)較少的情況下，一般不再講授鍋爐強(qiáng)度計(jì)算和通風(fēng)計(jì)算。為體現(xiàn)東華大學(xué)專業(yè)特色，對鍋爐原理授課內(nèi)容進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，例如在鍋爐燃料介紹中側(cè)重煤和生物質(zhì)燃料，鍋爐爐型不再側(cè)重于煤粉爐，而是側(cè)重于鏈條爐和生物質(zhì)鍋爐，煤粉制備不再介紹，等等。

3.教學(xué)方法

打破傳統(tǒng)條條框框式教學(xué)，建立師生互動(dòng)教學(xué)模式，建立教師講解基本知識和重點(diǎn)—學(xué)生課堂討論—學(xué)生提問和老師答疑授課程序，實(shí)現(xiàn)在輕松活潑的課堂教學(xué)環(huán)境中解決教學(xué)中的難題。教學(xué)內(nèi)容由淺入深，并選取具有代表性的例題進(jìn)行詳細(xì)講解。一些重要的知識點(diǎn)，如燃料和燃燒計(jì)算、鍋爐受熱面、鍋爐熱力計(jì)算、鍋爐水力計(jì)算和鍋爐整體布置等內(nèi)容都要涉及，但在難度和深度上合理安排，時(shí)間安排緊湊，重點(diǎn)內(nèi)容講解投入時(shí)間比例要多一些。由于鍋爐課程與現(xiàn)代科技發(fā)展密切相關(guān)，要求課程教學(xué)能及時(shí)反映鍋爐技術(shù)的發(fā)展，通過深入鍋爐現(xiàn)場考察和拍攝大量鍋爐及內(nèi)件照片，為上課提供生動(dòng)資料。對于鍋爐設(shè)備結(jié)構(gòu)的講解采用三維圖片和設(shè)備運(yùn)行動(dòng)畫相結(jié)合的方式，突破傳統(tǒng)二維圖片過于抽象的局限，加強(qiáng)學(xué)生對設(shè)備結(jié)構(gòu)的理解。

4.教學(xué)手段

東華大學(xué)鍋爐原理課程采用以多媒體教學(xué)為主、傳統(tǒng)黑板板書教學(xué)為輔的教學(xué)模式，利用現(xiàn)代多媒體網(wǎng)絡(luò)技術(shù)制作圖文并茂的多媒體課件，鍋爐設(shè)備結(jié)構(gòu)、鍋爐運(yùn)行動(dòng)畫等教學(xué)內(nèi)容必須通過多媒體工具進(jìn)行展示。而對于鍋爐理論和計(jì)算的講解，例如燃燒理論、燃料燃燒計(jì)算、熱平衡計(jì)算等內(nèi)容往往涉及復(fù)雜的公式推導(dǎo)，通過采用黑板板書講解的方式則能夠促進(jìn)學(xué)生對理論和計(jì)算內(nèi)容的理解與掌握。

5.教學(xué)網(wǎng)站

利用學(xué)校的網(wǎng)絡(luò)平臺建立了鍋爐原理教學(xué)網(wǎng)站，網(wǎng)站中設(shè)立了課程簡介、課程內(nèi)容、學(xué)術(shù)交流、課外知識等欄目。學(xué)生和老師可以在網(wǎng)上下載或上傳資料，進(jìn)行資源共享。學(xué)生可以在學(xué)術(shù)交流區(qū)向老師提出疑問，老師則可以定期上網(wǎng)答疑，師生交流互動(dòng)方式更加靈便和自由。

6.考核方式

鍋爐原理課程采用多樣化的考核方式，考核內(nèi)容包括平時(shí)成績考核和期末成績考核，以期末成績考核為主。由于學(xué)時(shí)所限，課堂中不可能安排很多時(shí)間用于學(xué)生的訓(xùn)練，因此課程注重學(xué)生的課后練習(xí)，平時(shí)作業(yè)成績占課程總成績的10%；定期組織課堂討論和小測驗(yàn)，該成績占總成績的10%；考核學(xué)生出勤率，出勤成績占總成績5%，無故曠課遲到學(xué)生出勤分將會打折扣。總之，考核方式的設(shè)定要體現(xiàn)教學(xué)的公平性，盡可能減少一些學(xué)生平時(shí)不努力、臨時(shí)抱佛腳的現(xiàn)象，同時(shí)也要激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。

四、總結(jié)

2008年至今，通過課題組成員的不懈努力，鍋爐原理課程先后建立了課程教學(xué)大綱、多媒體課件和課程網(wǎng)站、鍋爐仿真模型等教學(xué)資源，課程建設(shè)取得很大成效。通過教學(xué)手段和教學(xué)資源的不斷完善，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣也不斷提高。今后，我們將在已有的基礎(chǔ)上不斷改進(jìn)教學(xué)方法，不斷充實(shí)和更新教學(xué)資源，使東華大學(xué)鍋爐原理課程教學(xué)水平不斷邁上新臺階。

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（責(zé)任編輯：王祝萍）