《燃氣輪機原理與應用》課程教學案例設計
——以《離心壓氣機原理》課堂為例

張超煒

（上海理工大學能源與動力工程學院 上海 200093）

隨著能源動力的迅速發展，燃氣輪機作為“制造業皇冠上的明珠”，在飛機輔助動力裝置、直升機、坦克發動機、分布式發電和軍用移動電源等領域發揮越來越重要的作用[1-4]。在燃氣輪機研制方面，歐美和日本等發達國家的起步較早，從二十世紀中葉便開始設計研發，并逐步掌握設計和制造的核心技術。世界三大燃氣輪機巨頭美國的通用電氣、德國的西門子和日本的三菱日立電力系統公司，以雄厚的技術儲備為保證，幾乎壟斷了世界燃氣輪機市場[5]。然而，相比國外先進水平而言，國內的燃氣輪機發展相對遲緩。以上海電氣、東方電氣和哈爾濱電氣等代表的國內的燃氣輪機生產廠商，由于缺少核心機設計技術，燃氣輪機的生產依然只能停留在制造環節，與國外先進水平存在較大差距[5]。此外，以美國為首的發達國家，在燃氣輪機研制技術方面對我國進行技術封鎖。為進一步培養和儲備燃氣輪機領域人才隊伍，能源動力類專業的本科生在修讀完專業基礎課后，有必要開展燃氣輪機相關知識的學習。本文融入課程思政元素，并結合加涅九步法[6]，以節選自《燃氣輪機原理與應用》的《離心壓氣機原理》課堂為例，提出該課程的教學設計，包括課程定位、課程思政、學情分析、教學目標以及教學方法。

1 課程定位

《燃氣輪機原理與應用》是能源與動力工程專業本科三年級的核心專業課程，在修讀完本課程后，學生需要掌握燃氣輪機初步熱力設計分析和解決燃氣輪機工程應用問題的能力，并培養從事電廠熱能工程、航天航空工程等領域的工程技術人才和研究人才。

2 課程思政

習近平總書記在全國高校思想政治工作會議上強調，要把思想政治工作貫穿教育教學的全過程[7]。對于非思想政治專業的專業課而言，這提出了更高的要求。課程思政不是生搬硬套地在課堂上給學生做思想政治工作，而是以潤物細無聲的方式，不知不覺地將思政元素融入教學過程。在本堂課開始之前，將采用播放視頻的方式，讓學生直觀地了解中國燃氣輪機以及離心壓氣機的國情，讓學生明白中國燃氣輪機研制技術與國外先進水平的差距，以及國外對中國的技術封鎖，從而激發學生的愛國和學習熱情。

3 學情分析

針對學情分析，本文主要對學生的知識儲備和心理狀況進行分析。

本課程的教學對象是能源與動力工程專業本科三年級學生。在修讀本課程之前，他們需要具備流體力學、工程熱力學和燃燒學的專業基礎；在修讀完本課程之后，本課程的相關知識可以為他們后續修讀熱力發電廠和燃氣與蒸汽聯合循環等課程做鋪墊。

本科大三學生一般在20歲左右，以00后大學生為主要群體。他們自我個性強、行為自由性強且學習能力強，但是由于家庭保護的關系，00后學生往往缺乏較強的抗壓能力和主動求助性[8]。針對學生的此類心理，教師需要在教學過程中給予學生積極的引導，而不是采用強硬的方式逼迫學生學習。在學生上課出勤和課后作業完成情況存在異常時，教師需要及時與學生溝通交流，幫助其解決課程學習或者生活中遇到的問題。

4 課堂教學目標

本文以《燃氣輪機原理與應用》課程的第3.4節內容《離心壓氣機原理》為例，對課程所體現的教學設計方法進行說明。在完成本堂課的學習之后，學生能夠達到對離心壓氣機進行應用分析的層面，具體如下：（1）掌握離心壓氣機的基本結構；（2）分析離心壓氣機的熱力過程；（3）掌握離心壓氣機工作原理以及相關公式推導；（4）繪制離心壓氣機性能曲線；（5）了解離心壓氣機喘振原因和防喘措施。

5 教學過程和方法

本文主要采用加涅九步法，并融入課程思政元素對教學方案進行設計，包括引起注意、告知目標、回憶先前知識、呈現新的學習內容、提供學習指導、引出學習行為、提供反饋信息、評價學習行為和促進學習的保持和遷移。

5.1 引起注意

本文主要采用播放中國燃氣輪機國情的相關視頻的方式，引起學生對于燃氣輪機和離心壓氣機的興趣，并引發學生對于提升我國燃氣輪機研制技術的熱情和學習的興趣，這也是本堂課課程思政的體現。

5.2 告知目標

在講解本堂課的知識內容之前，需要告知學生本堂課的學習目標。這樣既可以使學生有目的、有重點地進行學習，又能讓學生把注意力更多地集中在課堂上，而不是漫無目的的聽課。

5.3 回憶先前知識

在正式學習離心壓氣機原理之前，本課堂會進行課程回顧，回顧上節課關于軸流壓氣機原理方面的知識。這樣既可以使學生更好地學習和鞏固軸流壓氣機的知識，也有利于離心壓氣機相關的學習。軸流壓氣機原理和離心壓氣機原理兩者具有相通之處，可以讓學生對比學習。在呈現新知之前，提出問題：離心壓氣機原理與軸流壓氣機原理的異同是什么？這樣可以使學生有目的地學習。

5.4 呈現新的學習內容

本堂課主要內容包括離心壓氣機的基本結構、離心壓氣機的熱力過程、離心壓氣機工作原理以及相關公式推導、離心壓氣機性能曲線和離心壓氣機喘振。其中，重點部分為離心壓氣機的基本結構、熱力過程和工作原理以及相關公式推導；難點部分為離心壓氣機工作原理部分的相關公式推導。

5.5 提供學習指導

在學習離心壓氣機原理相關知識之前，需要跟學生說明本堂課知識將來能夠應用的場景，這樣可以增加他們學習主觀能動性。離心壓氣機原理相關知識將來主要用于離心壓氣機的設計、生產、科研、教學等工作。例如，開展離心壓氣機初步熱力設計和分析、解決離心壓氣機工程應用中的一些問題等。

5.6 引出學習行為

本課堂主要采用講授法的教學方法，輔以板書推導公式。講授法可以更好地把握教學進度，提高教學效率，而板書可以幫助學生更好地理解公式的推導過程。在開始講解之前，采用模型展示的方法，讓學生近距離觸摸離心壓氣機模型，使學生對離心壓氣機基本結構有更加直觀的感受。在講解過程中，對比軸流壓氣機原理進行講解，中間穿插相關知識提問。這樣既可以鞏固學生的知識，又可以增加課堂互動的氣氛，還可以提高學生上課的注意力，一舉三得。最后，對先前提出的問題“離心壓氣機原理與軸流壓氣機原理的異同是什么？”，抽學生進行解答，并對學生解答內容進行評價和總結。

5.7 提供反饋信息

針對課堂學習內容，采用課堂提問和課后作業的方式，獲得學生對于本堂課學習掌握情況的反饋，從而把握教學進度，及時調整教學方法，對難點和錯點部分進一步細化講解。

5.8 評價學習行為

采用課后作業的方式，評價學生對于本次課的掌握程度，并將本次作業的完成情況計入期末總成績的平時得分。這樣既可以使得學生認真對待每次的課后作業，同時教師也能獲得學生對于知識掌握程度的正確反饋。

5.9 促進學習的保持和遷移

在本堂課結束之后，以課后作業的方式使學生能夠課后鞏固本堂課的相關知識，并向學生說明下堂課的知識內容，讓學生做相關的預習準備，提高下節課的課堂效率。

6 結語

針對我國燃氣輪機研制技術與國外先進水平存在差距的國情，開展《燃氣輪機原理與應用》課程教學。本文將課程思政元素融入《燃氣輪機原理與應用》課程教學，采用加涅九步法進行教學設計，使學生更加高效地學習燃氣輪機的相關知識，為國家培養燃氣輪機領域的人才做前期準備。