汽輪機原理課程教學研究與探討

[摘 要]汽輪機原理是熱能與動力工程專業的主干課程，其教學質量及學習效果直接影響到專業人才的培養質量。汽輪機原理教學改革的思路與方法，可以從教師隊伍建設、教學內容更新與完善及教學方法改革與優化等三個方面探討。

[關鍵詞]汽輪機原理；課程教學；教學改革；教學方法

[中圖分類號] G642.0 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2016）04-0124-03

汽輪機是現代化熱力發電系統的主要熱力設備，同時也是冶金、化工、船舶、機械等國民經濟重要工業過程中的重要驅動裝置。因此，汽輪機原理長期以來都是我國高等院校熱能與動力工程專業的主要專業課之一，其教學質量及學習效果對學生未來就業或繼續從事專業研究都有著至關重要的作用。汽輪機原理是一門典型的綜合性專業課[1]，它涉及多方面的專業基礎理論，如汽輪機級內蒸汽膨脹流動做功過程涉及流體力學及工程熱力學方面的基礎理論；汽輪機凝氣系統工作過程又與傳熱學的基礎理論緊密相關；而汽輪機零部件的強度分析又要以理論力學和材料力學的基礎理論作為鋪墊。同時，該課程的內容又與火電廠的生產實際緊密相連。因此，汽輪機原理一直被認為是一門講授和學習難度都比較大的課程。特別是近年來隨著我國高等教育改革的深化和當今電力工業的快速發展，對工科人才實踐能力及創新意識的要求越來越高，這就對汽輪機原理教學提出了新挑戰。為此，本文結合揚州大學熱能與動力工程專業及其汽輪機原理課程教學的發展現狀，分析課程教學中現存的問題，從教師隊伍建設、教學內容更新及教學方法改革等三個方面探討了教學改革的思路與方法。

一、汽輪機原理課程教學現狀與問題

揚州大學水利與能源動力工程學院的熱能與動力工程專業于2008年正式設立，目前已發展成為江蘇省的特色專業，該專業自設立之初就將汽輪機原理列為重要的專業主干課程。[2]經過近幾年的發展，揚州大學的熱能與動力工程專業已經具備了較為完整的專業課程體系以及比較完備的教學實驗硬件條件，初步形成了一支以中青年教師為主的高學位專業教師隊伍（博士學位比例達100%）。與專業建設同步，汽輪機原理的課程教學、實驗體系及其教師隊伍也基本建成。然而，揚州大學熱能與動力工程專業由于辦學歷史較短，教師隊伍偏年輕化，目前汽輪機原理教學中還存在著一定問題。如教師隊伍的總體教學、科研及工程實踐經驗不足，教學過程中理論聯系實際的能力有待提高；在教學內容上，原有的教學內容陳舊、機械且知識面較窄，已無法滿足汽輪機技術更新換代對寬口徑工科人才培養的需求；在教學方法上，傳統的以教師灌輸為主的“填鴨式”教學嚴重影響了學生的學習熱情和學習效果，不利于學生實踐能力的鍛煉和創新思維的培養。因此，在借鑒其他院校相關教學經驗的基礎上，我們從教師隊伍建設、教學內容更新與完善及教學方法改革與創新等方面提出了汽輪機原理課程教學體系建設和改革的探索性方案。

二、課程教師隊伍的建設

建設一支高素質的教師隊伍是汽輪機原理課程建設和教學改革能否成功的關鍵。因此，應將教師隊伍的建設作為課程建設與教學改革的重中之重[3]，特別是要加強中青年教師隊伍的建設與培養。

1.制定汽輪機課程教師隊伍的短期與長期建設規劃，積極引進具有豐富的教學及實踐經驗的高水平教學及實驗人才，優化教師隊伍結構。

2.建立健全崗位職責、業績考評與激勵機制。形成汽輪機原理任課教師的崗位責任制；確立以學生與同行評議為基本方法，由師德、知識、能力等要素構成的業績考評體系；實施績效津貼為主要形式的物質獎勵與榮譽評優為主要方式的精神獎勵相結合的教學激勵機制。

3.積極安排各種形式的教學討論與學習。定期召開教學研討會并鼓勵教師間互聽、互評和交流討論；組織業務技能學習與培訓班，并以班級作業的形式督促教師積極制作多媒體教學課件、撰寫教改論文、編撰課程輔導材料等。

4.以老帶新，扶持青年教師的成長。建立青年教師“教學導師”制，為每位青年教師配備教學經驗豐富、科研與實踐能力強的老教師作為“教學導師”，實施一對一培養，使其能夠盡快提高教學水平并形成在教學中理論聯系實際的能力。

5.組織青年教師到火電廠及其附屬熱力設備企業進行調研和業務學習。設立相關課程的實踐環節，安排青年教師隨同相關單位和企業的高級技術人員指導學生實習，從而實現教學與工程實踐能力的雙重提升。

三、教學內容的調整、更新與完善

教學內容的科學性、先進性及延展性[4]是關系到教學質量優劣與教學改革成敗的重要因素。因此，應根據學生的認知習慣與規律和汽輪機技術的最新發展對原有的教學內容進行進一步調整、更新和完善。

（一）整合優化教學內容，科學調整內容順序

揚州大學選用黃樹紅主編的《汽輪機原理》作為課程教材，該教材理論分析精練，注重理論聯系實際，知識先進性強，但章節內容邏輯順序并非最佳。因此，需要根據循序漸進、主次分明的原則，對教學內容及其順序進行重新編排，如對“供熱式汽輪機”和“大型汽輪機及特種汽輪機”章節進行精簡歸納并將其作為課程緒論的重要部分進行講授，使學生首先對汽輪機建立總體的感性認識，同時激發他們的學習興趣。在感性認識的基礎之上，將“汽輪機級的工作原理”、“多級汽輪機”和“汽輪機的變工況特性”三部分理論性較強的重點章節整合，通過增加基礎理論復習和工程案例講解與演算等教學內容，幫助學生理解和掌握理論重點與難點，實現理論與實踐一體化教學。通過這樣的整合優化，使教學內容由淺入深，從抽象到具體，循序漸進，有助于學生對知識的理解掌握，從而獲得良好的教學效果。

（二）緊跟學科發展前沿，更新補充教學內容

隨著能源動力行業的迅速發展，汽輪機設備及其技術不斷更新換代，而已有的教學內容常滯后于汽輪機學科的發展。因此，一方面，需要根據汽輪機技術的最新發展，及時更新和補充教學內容，使其緊跟學科發展前沿，讓學生能夠學習到最新最先進的汽輪機知識。另一方面，進一步拓展教學內容，增加適量的自查自學內容，引導學生通過互聯網或查閱文獻資料，了解汽輪機的發展簡史與國內外汽輪機制造商及其主流產品，追蹤汽輪機技術發展的最新動態，特別是汽輪機流道結構與設計、葉片結構與材料以及汽缸型式與設計等方面的最新技術等。這樣的自學自查可以激發學生的學習熱情，培養學生的自學能力，提高學生綜合素質和教學質量。

（三）豐富實踐性教學內容，培養學生的實踐能力和創造性

當代大學生普遍存在“高分低能”的現象，因此專業課的教學內容應該進一步豐富實踐性教學環節。首先，在傳統的課堂教學過程中穿插適量的參觀實習內容，讓學生在課堂學習完成之后到火電廠實地參觀汽輪機及其輔機系統的結構與運行情況，更好地做到理論聯系實際，加深對課堂知識的理解與認識。其次，進一步發揮汽輪機課程設計與畢業設計的作用，通過一段時間的集中訓練，鍛煉學生綜合運用所學知識獨立完成設備設計的能力，培養學生的工程設計思維和創造性。

四、教學方法的改革與探索

優秀的課程體系和教學內容只能通過合理的教學方法才能取得良好的教學效果。[5]因此，在汽輪機原理的教學過程中應巧妙地采用各種行之有效的教學方法，激發學生的學習興趣，提高其學習效率，實現學生綜合素質和創新能力的提升。

（一）從“系統”的角度出發，教會學生融會貫通

從經典的熱能與動力工程專業培養計劃來看，汽輪機原理是一門具有承前啟后作用的綜合性專業課。首先，工程熱力學中蒸汽動力循環部分內容講述了火電廠熱能轉化為機械能的熱力學過程及其規律，為汽輪機基本工作原理的學習打下了基礎。而后，熱力發電廠作為汽輪機原理的后續課程，需要基于對汽輪機回熱循環工作過程及其規律的認識來從總體上講述給水回熱加熱系統及火電廠經濟分析。同時，從火電廠生產過程上來看，電廠的給水和蒸汽系統將鍋爐與汽輪機這兩大設備相互串聯，又使鍋爐原理與汽輪機原理兩門課程間緊密相連。因此，這就要求教師從“系統”的角度出發組織教學，以蒸汽動力循環過程為主線，理順“系統”內相關知識點和熱力設備間的內在聯系，讓學生融會貫通，使其樹立對所學知識的全局觀，從而避免陷于孤立或局部思維。如針對汽輪機運行過程中主蒸汽參數的變化，需要教導學生既要從工程熱力學的角度分析該變化對汽輪機自身功、能轉換過程造成的影響，又要從“系統”的層面考慮該變化與鍋爐運行特性及整個電廠生產經濟性間的相互聯系。通過這種教學方法，可以使學生更加全面、系統地掌握所學知識。

（二）將現代教學手段與傳統教學方法相結合，使教學過程面貌一新

在教學過程中，根據汽輪機自身結構及運行特點，將現代計算機和多媒體技術應用于教學中。[6]通過集成在多媒體課件中的圖像、動畫和視頻資料，將汽輪機靜子和轉子結構、級的工作原理和有關設備系統的動作過程等形象地展示給學生，圖、文、聲并茂，以多種方式刺激學生的感官，激發學生的學習興趣，加深學生對汽輪機結構及運行方式的印象與理解，提高課堂講授和學習效率。同時，為了克服多媒體教學由于教學節奏快、內容信息量大而影響學生分析和理解效果的缺點，對于重點理解學習和推導的理論性內容（如汽輪機級的速度三角形、動葉強度校核等），應輔以傳統的板書式教學方法加以詳細推導分析。通過多媒體教學與傳統教學方法的有機結合，可以使教學過程直觀生動、內容豐富、主次分明，從而收到事半功倍的效果。

（三）開展研究性教學，培養學生分析和解決問題的能力

傳統教學方法以教師為中心，將講授知識作為教學的主要任務和目標，忽視學生的主體地位，導致培養出的學生缺少獨立分析解決問題的能力和創新意識。與此不同，研究性教學將科學研究的思路引進教學并注重發揮學生的主觀能動性，旨在通過教學與研究實踐的結合，引導學生創造性地運用知識自主地發現問題、研究問題和解決問題，在研究中積累經驗、培養能力和鍛煉思維。[7]遵循此思路，對傳統以教師灌輸為主的汽輪機原理教學方法進行改革：將傳統的以教師為中心的教學模式向以學生為中心遷移，使教師成為教學過程的引導者和設計者，其主要任務是激發學生自主提問、思考、設計和總結；創設與工程實際相近的教學情境，激發和增強學生的學習興趣，如將汽輪機檢修過程中拆除個別故障級與汽輪機變工況運行相聯系，從而增強學生對汽輪機變工況運行特性的學習興趣；通過解決開放性的問題，培養學生分析問題和解決問題的能力及創新意識，如針對汽輪機運行過程中動葉柵破損的現象，啟發學生從汽輪機運行特性及葉柵材料本身力學性能等方面分析破損的原因，并自主提出增強汽輪機零件運行壽命的解決方案，從而引導學生自主地學習汽輪機零件的強度分析與校核，這有助于其養成獨立思考和解決問題的良好習慣。

五、結語

針對揚州大學汽輪機原理課程的教學實際，我們分析了汽輪機原理教學中現存的問題。通過分析我們認識到，要想實現專業課教學質量的提高和高質量人才的培養，必須對傳統課堂教學進行全面改革。具體而言，首先要建設一支高素質的教師隊伍，特別是要加強對中青年教師的培養。同時，要對現有的教學內容進行重新調整、更新與完善，以保證它的科學性、先進性及延展性。其次，還需采用各種行之有效的教學方法，激發學生的學習興趣，提高其學習效率，實現學生綜合素質和創新能力的提升。而這些教學改革方案還需要通過今后的教學實踐來進一步的探索和完善。

[ 參 考 文 獻 ]

[1] 黃樹紅.汽輪機原理[M].北京：中國電力出版社，2008.

[2] 孟忠偉.熱能與動力工程專業課的教學改革探討[J].高等教育研究，2011（28）：59-62.

[3] 王運民，李錄平，馬立恒.“汽輪機原理”精品課程建設與課程教學[J].中國電力教育，2009（13）：105-106.

[4] 羅向龍. “汽輪機原理”精品課程建設與課程教學[J].廣東工業大學學報，2009（9）：167-169.

[5] 馮亮花，劉坤.汽輪機原理課程教學方法研究與實踐[J].中國冶金教育，2011（6）：23-25.

[6] 李蘭花.現代教學媒體在學前教育活動中的應用分析[J].電化教育研究，2013（4）：71-75.

[7] 趙洪.研究性教學與大學教學方法改革[J].高等教育研究，2006（27）：71-75.

[責任編輯：陳 明]