能源與動力工程專業(yè)虛擬仿真型生產(chǎn)實(shí)習(xí)教學(xué)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(xué)生實(shí)踐能力強(qiáng)、創(chuàng)新能力突出。基于上述要求，文章從改革虛擬仿真生產(chǎn)實(shí)習(xí)教學(xué)方式、制定實(shí)習(xí)教學(xué)大綱、建立考核評價體系及青年指導(dǎo)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(shí)習(xí)教學(xué)模式進(jìn)行研究。

關(guān)鍵詞：虛擬仿真;生產(chǎn)實(shí)習(xí);教學(xué)模式

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

生產(chǎn)實(shí)習(xí)課程的目的是讓學(xué)生實(shí)現(xiàn)理論知識與實(shí)際生產(chǎn)的有機(jī)結(jié)合，通過親身實(shí)踐促進(jìn)對理論知識的進(jìn)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(shí)習(xí)這一實(shí)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(dǎo)致該實(shí)踐性課程無法在企業(yè)順利開展，因此將虛擬仿真教學(xué)應(yīng)用到生產(chǎn)實(shí)習(xí)環(huán)節(jié)應(yīng)運(yùn)而生。虛擬仿真教學(xué)可極大地提高學(xué)生的動手能力及發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力。為進(jìn)一步提高我國大學(xué)生的培養(yǎng)水平，各高校都在積極推進(jìn)虛擬仿真教學(xué)項目的建設(shè)[1]。

一、目前虛擬仿真教學(xué)存在的問題

通過對相關(guān)院校及虛擬仿真設(shè)計廠家的調(diào)研發(fā)現(xiàn)，在虛擬仿真型生產(chǎn)實(shí)習(xí)教學(xué)與設(shè)計中，對實(shí)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(xué)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(jìn)行訓(xùn)練一直是我國工程教育中過分拘泥于專業(yè)細(xì)節(jié)這一缺點(diǎn)的典型表現(xiàn)，它容易使學(xué)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(shè)對于工科學(xué)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(shí)習(xí)教學(xué)不僅僅教給學(xué)生具體的操作步驟與規(guī)范，更應(yīng)該教育學(xué)生從大系統(tǒng)的觀念看待每一個設(shè)備與子系統(tǒng)，應(yīng)該能從大的科學(xué)空間觀察、思考問題，培養(yǎng)學(xué)生基于大工程觀的思考習(xí)慣及創(chuàng)新意識。

基于上述工科學(xué)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(shí)習(xí)課程教學(xué)模式進(jìn)行研究，以達(dá)到生產(chǎn)實(shí)習(xí)的教學(xué)目的，培養(yǎng)適應(yīng)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(shí)習(xí)教學(xué)模式研究

（一）實(shí)習(xí)教學(xué)方式改革

生產(chǎn)實(shí)習(xí)中僅依靠單純的虛擬仿真教學(xué)必然導(dǎo)致學(xué)生對現(xiàn)場設(shè)備與系統(tǒng)感性認(rèn)識不足，對實(shí)際電廠的認(rèn)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(jìn)行生產(chǎn)實(shí)習(xí)。為保證“先現(xiàn)場”實(shí)習(xí)的培訓(xùn)效果，學(xué)校指導(dǎo)教師應(yīng)結(jié)合虛擬仿真機(jī)組提前做好現(xiàn)場參觀預(yù)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(xué)生從電廠全局角度理解每個子系統(tǒng)所承擔(dān)的任務(wù)與功能，不能進(jìn)行走馬觀花式的參觀式實(shí)習(xí)，要改變指導(dǎo)教師在傳統(tǒng)實(shí)習(xí)中只起輔助管理的職能。“先現(xiàn)場、后仿真”的實(shí)習(xí)模式有助于學(xué)生在仿真實(shí)習(xí)中進(jìn)行感性、理性融合式學(xué)習(xí)，從大工程觀及電廠全局角度理解仿真實(shí)習(xí)中每一步操作的原因，加深對專業(yè)理論的認(rèn)識，了解各學(xué)科的交叉點(diǎn)，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(shí)習(xí)教學(xué)大綱

原有成熟的生產(chǎn)實(shí)習(xí)教學(xué)以電廠培訓(xùn)為主導(dǎo)，指導(dǎo)教師僅僅起到管理學(xué)生的作用。而“新工科”背景下“先現(xiàn)場、后仿真”的生產(chǎn)實(shí)習(xí)教學(xué)大綱的制定，要求指導(dǎo)教師高屋建瓴地設(shè)計、分拆各教學(xué)任務(wù)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(xué)生面前，為虛擬仿真實(shí)習(xí)奠定基礎(chǔ)。仿真實(shí)習(xí)的任務(wù)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(qiáng)化認(rèn)識;（2）機(jī)組的啟動、運(yùn)行調(diào)整與正常停運(yùn);（3）機(jī)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(shù)在電力企業(yè)中正在迅速應(yīng)用，如何在仿真實(shí)習(xí)中利用人工智能及大數(shù)據(jù)分析對現(xiàn)場運(yùn)行及故障處理等進(jìn)行分析是指導(dǎo)教師制定教學(xué)大綱時需要考慮的問題，也是目前“新工科”背景下的仿真實(shí)習(xí)區(qū)別于傳統(tǒng)仿真實(shí)習(xí)之處。上述三方面的有機(jī)融合對指導(dǎo)教師制定教學(xué)大綱提出了更高的要求。

（三）建立生產(chǎn)實(shí)習(xí)考核評價體系

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

山東大學(xué)（以下簡稱我校）能源與動力工程專業(yè)的學(xué)生在生產(chǎn)實(shí)習(xí)中的評價由四項構(gòu)成：平時表現(xiàn)、實(shí)習(xí)筆記、實(shí)習(xí)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(xué)生參與實(shí)習(xí)的積極性，但其比重不宜過高，以免成績量化難度增大;實(shí)習(xí)筆記主要考查學(xué)生對虛擬仿真系統(tǒng)的掌握情況及個人學(xué)習(xí)的主觀能動性，實(shí)習(xí)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(guān)問題是實(shí)習(xí)筆記成績評價中考察的重點(diǎn);實(shí)習(xí)報告重點(diǎn)考查學(xué)生通過實(shí)習(xí)獲得的相關(guān)知識概要及駕馭文字的能力，同時積極鼓勵學(xué)生在實(shí)習(xí)報告中針對實(shí)習(xí)存在的問題提出可行的改進(jìn)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(xué)生在規(guī)定時間內(nèi)完成電廠啟動過程中相應(yīng)系統(tǒng)的啟動或運(yùn)行調(diào)整，答辯題目的設(shè)置基于大系統(tǒng)觀，要求學(xué)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(xué)生的實(shí)際動手能力，又深化了學(xué)生從大系統(tǒng)觀念思考問題的習(xí)慣，有助于學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。根據(jù)2013—2015級300多名學(xué)生的反饋，表明操盤考試及答辯有助于促進(jìn)學(xué)生從全局及大系統(tǒng)角度對電廠系統(tǒng)及運(yùn)行規(guī)律進(jìn)行掌握，加深了對基本理論的認(rèn)識，有利于培養(yǎng)學(xué)生從學(xué)科交叉角度分析問題的習(xí)慣。

（四）實(shí)習(xí)指導(dǎo)教師的培養(yǎng)與管理

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

1.加強(qiáng)青年教師實(shí)踐能力培訓(xùn)。青年教師接受了高水平的科研訓(xùn)練，對相關(guān)專業(yè)某一領(lǐng)域的認(rèn)識較為深刻，但對電力生產(chǎn)全局及運(yùn)行操作的認(rèn)識程度還有待提高。為增強(qiáng)青年教師指導(dǎo)生產(chǎn)實(shí)習(xí)的教學(xué)效果，可采取以老帶新和到電廠進(jìn)行跟班運(yùn)行學(xué)習(xí)兩種方式進(jìn)行實(shí)踐能力培養(yǎng)。

2.增加參與虛擬仿真教學(xué)教師的工作量權(quán)重。從指導(dǎo)生產(chǎn)實(shí)習(xí)所承擔(dān)職能的角度來看，傳統(tǒng)生產(chǎn)實(shí)習(xí)中指導(dǎo)教師以管理和輔助為主，而虛擬仿真型生產(chǎn)實(shí)習(xí)指導(dǎo)教師既要承擔(dān)管理職能，也需承擔(dān)原本企業(yè)工程師承擔(dān)的教學(xué)培訓(xùn)功能。目前國內(nèi)眾多研究型高校對虛擬仿真型生產(chǎn)實(shí)習(xí)教學(xué)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(dāng)前虛擬仿真生產(chǎn)實(shí)習(xí)工作中的管理職能，無法激勵青年教師積極主動地進(jìn)行實(shí)踐能力學(xué)習(xí)，導(dǎo)致青年教師參與虛擬仿真教學(xué)的積極性嚴(yán)重不足。應(yīng)結(jié)合實(shí)際承擔(dān)的職能，采用增加虛擬仿真教學(xué)工作量權(quán)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(shí)習(xí)的指導(dǎo)工作。

三、結(jié)語

基于“新工科”著重培養(yǎng)學(xué)生實(shí)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(shí)習(xí)的教學(xué)方式、教學(xué)大綱、考核評價體系及青年指導(dǎo)教師的培養(yǎng)與管理等四個方面進(jìn)行研究，目前該研究在我校已取得一定的效果，顯著地增強(qiáng)了學(xué)生參與實(shí)習(xí)的積極性，使學(xué)生逐漸養(yǎng)成了基于大系統(tǒng)觀及學(xué)科交叉思想分析問題、解決問題的習(xí)慣。目前，正在進(jìn)一步探索如何正向激勵青年教師積極參與虛擬仿真教學(xué)的管理方案。在今后的生產(chǎn)實(shí)習(xí)教學(xué)過程中也將進(jìn)一步優(yōu)化上述教學(xué)模式，以更好地培養(yǎng)適應(yīng)國家需求的復(fù)合型創(chuàng)新人才。

參考文獻(xiàn)：

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