對(duì)汽輪機(jī)原理課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)的研究與探討

張財(cái)紅 李 楠 關(guān)雪梅

燕山大學(xué)車輛與能源學(xué)院 河北秦皇島 066004

對(duì)汽輪機(jī)原理課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)的研究與探討

張財(cái)紅 李 楠 關(guān)雪梅

燕山大學(xué)車輛與能源學(xué)院 河北秦皇島 066004

實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)在我國(guó)高校教學(xué)中占有很重要的地位，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力以及動(dòng)手能力都起著關(guān)鍵性作用。結(jié)合近年來汽輪機(jī)原理課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)中出現(xiàn)的不足進(jìn)行了分析，從實(shí)驗(yàn)設(shè)備充實(shí)、教學(xué)方式改變、虛擬仿真應(yīng)用以及實(shí)驗(yàn)室開放等方面進(jìn)行了探討，希望對(duì)以后實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量的提高、應(yīng)用型人才的培養(yǎng)有所幫助。

汽輪機(jī)原理；實(shí)驗(yàn)教學(xué)；實(shí)踐創(chuàng)新；虛擬仿真

能源與動(dòng)力工程專業(yè)立足于國(guó)家“十二五”發(fā)展規(guī)劃之下，屬于重點(diǎn)發(fā)展的學(xué)科領(lǐng)域，具有很好的就業(yè)前景。根據(jù)能源領(lǐng)域的發(fā)展趨勢(shì)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展需求，該專業(yè)是培養(yǎng)開發(fā)研究、工程設(shè)計(jì)、優(yōu)化運(yùn)行及生產(chǎn)管理工作的跨學(xué)科復(fù)合型高素質(zhì)工程技術(shù)人才，所畢業(yè)學(xué)生具有較強(qiáng)工程實(shí)踐和創(chuàng)新能力，以滿足國(guó)家在能源領(lǐng)域教學(xué)、科研、技術(shù)開發(fā)、工程應(yīng)用、經(jīng)營(yíng)管理等方面的需求。這就要求該專業(yè)的學(xué)生不僅要掌握基本理論和基礎(chǔ)知識(shí)，還要進(jìn)行必要的實(shí)驗(yàn)技能訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際和動(dòng)手操作能力。因此，高等教育中的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)也占有非常重要的地位，對(duì)實(shí)踐教學(xué)的研究和探討很有必要。

電廠汽輪機(jī)原理是該專業(yè)的主要基礎(chǔ)課程之一，該課程理論方面主要教授電廠汽輪機(jī)的工作原理、主要零件結(jié)構(gòu)、熱力系統(tǒng)和設(shè)備以及汽輪機(jī)的運(yùn)行等基礎(chǔ)知識(shí)[1]。但是對(duì)于剛接觸到專業(yè)課的學(xué)生來說，汽輪機(jī)就是一個(gè)模糊的概念，而且純理論的基礎(chǔ)知識(shí)和基本計(jì)算公式較為抽象且很難理解，接受起來也比較費(fèi)勁，這就要求開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)，讓學(xué)生從感性認(rèn)識(shí)到動(dòng)手操作，使理論和實(shí)踐相結(jié)合，一靜一動(dòng)，相輔相成[2]。本文以電廠汽輪機(jī)原理課程為研究對(duì)象，針對(duì)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)方面存在的不足進(jìn)行了分析，并提出一些改進(jìn)思路及優(yōu)化方法，希望能在提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果，培養(yǎng)應(yīng)用型人才方面有所幫助。

1 當(dāng)前實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)現(xiàn)狀

燕山大學(xué)能源與動(dòng)力工程專業(yè)是一個(gè)新建專業(yè)，雖然僅有十余年的歷史，但能源與動(dòng)力工程實(shí)驗(yàn)室在學(xué)校的大力支持下，相繼購(gòu)置了一批儀器設(shè)備，逐步建立起該專業(yè)的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，在推動(dòng)本專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)、培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力、促使專業(yè)教學(xué)、提升科研水平等方面有了很大的發(fā)展。電廠汽輪機(jī)原理理論課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)就是在此平臺(tái)基礎(chǔ)上開展的，該課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容主要分為三部分，分別是汽輪機(jī)模型的認(rèn)知、汽輪機(jī)剛性轉(zhuǎn)子高速動(dòng)平衡的測(cè)試、單個(gè)葉片靜頻率的測(cè)試。通過這些實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的開展效果、學(xué)生上實(shí)驗(yàn)課的狀態(tài)以及課后的整體反饋，取得了一些關(guān)于實(shí)踐教學(xué)方面的經(jīng)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)中存在的不足，下面就該課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中出現(xiàn)的問題進(jìn)行分析。

1.1 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目?jī)?nèi)容單一

為了保證學(xué)生學(xué)好專業(yè)課，實(shí)驗(yàn)室應(yīng)該盡可能設(shè)置利于學(xué)生了解專業(yè)課認(rèn)識(shí)專業(yè)課的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。由于燕山大學(xué)能源與動(dòng)力工程實(shí)驗(yàn)室建設(shè)相對(duì)較晚，受到實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地和資金的限制，實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容僅僅滿足最基本的理論教學(xué)內(nèi)容，如演示性實(shí)驗(yàn)、驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，而綜合性實(shí)驗(yàn)和實(shí)際操作型實(shí)驗(yàn)幾乎沒有，這樣一來學(xué)生的思維方式和創(chuàng)新能力就會(huì)受到限制，缺乏把理論實(shí)驗(yàn)和工程實(shí)際之間的聯(lián)系起來的能力。在這種實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ较屡囵B(yǎng)出來的學(xué)生思維會(huì)受到一定影響，創(chuàng)新能力和積極性也會(huì)在一定程度上大打折扣，而能動(dòng)專業(yè)的學(xué)生畢業(yè)后有相當(dāng)一部分會(huì)直接進(jìn)入工程實(shí)踐當(dāng)中，長(zhǎng)此以往不利于高素質(zhì)專業(yè)的人才培養(yǎng)。

1.2 實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式傳統(tǒng)

在實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)中，教師按照傳統(tǒng)的教學(xué)方式進(jìn)行講授，將實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?shí)驗(yàn)原理以及實(shí)驗(yàn)的操作步驟逐一講解，而學(xué)生則是機(jī)械的聽，沒有積極主動(dòng)的進(jìn)行思考，甚至出現(xiàn)都要自己做實(shí)驗(yàn)了，還不知道要做什么，該怎么做的情況。這種被動(dòng)、機(jī)械式的接受知識(shí)的過程，使得學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容不感興趣，不會(huì)積極地去做實(shí)驗(yàn)，久而久之會(huì)讓學(xué)生對(duì)上實(shí)驗(yàn)課有一種逆反的心態(tài)，覺得做實(shí)驗(yàn)就是應(yīng)付一種任務(wù)甚至是負(fù)擔(dān)。這樣一來不僅沒有讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到上實(shí)驗(yàn)課的意義和目的，還會(huì)讓學(xué)生錯(cuò)失提高自己實(shí)踐能力的機(jī)會(huì)，不利于高校培養(yǎng)全面發(fā)展人才的要求。

1.3 實(shí)驗(yàn)設(shè)備臺(tái)套數(shù)少

由于受到資金和場(chǎng)地的限制，能源與動(dòng)力工程實(shí)驗(yàn)室里關(guān)于汽輪機(jī)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備數(shù)量不足，造成針對(duì)學(xué)生設(shè)置的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目也就非常有限。另外，這些設(shè)備一般都是單臺(tái)套，而每次實(shí)驗(yàn)課的學(xué)生人數(shù)為15人，即便是3個(gè)學(xué)生一組還得分成5組。例如在做汽輪機(jī)高速動(dòng)平衡的實(shí)驗(yàn)時(shí)，設(shè)備必須一直處于開啟狀態(tài)，汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速還在學(xué)生調(diào)節(jié)下不斷變化，這樣對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)備的正常使用和維護(hù)極為不利；此外，當(dāng)一組學(xué)生做實(shí)驗(yàn)時(shí)，其余的組也會(huì)在旁邊觀摩，造成自己實(shí)際實(shí)驗(yàn)時(shí)難以提起興趣，直接照搬照做，甚至?xí)a(chǎn)生厭煩心理，不利于學(xué)生創(chuàng)新性的培養(yǎng)。要想培養(yǎng)更全、更深層次的人才，汽輪機(jī)原理的實(shí)驗(yàn)則需要一些大型的實(shí)驗(yàn)設(shè)備和更加精密的測(cè)量?jī)x器，而目前實(shí)驗(yàn)室中這種實(shí)驗(yàn)設(shè)備種類幾乎沒有，對(duì)于汽輪機(jī)的運(yùn)行、調(diào)節(jié)系統(tǒng)的操控等重要的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容在實(shí)驗(yàn)室里無法體現(xiàn)出來。通過增加實(shí)驗(yàn)設(shè)備臺(tái)套，可以讓學(xué)生更直接、更系統(tǒng)的了解汽輪機(jī)運(yùn)行情況，提高學(xué)生的工程實(shí)踐的能力。

可以看出，以上這些不足對(duì)汽輪機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)應(yīng)該取得的教學(xué)效果有直接的影響，而且還制約了能源與動(dòng)力工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)室的發(fā)展，不利于該專業(yè)的學(xué)科建設(shè)和人才的培養(yǎng)。因此有必要針對(duì)這些不足，積極探索和思考，找出應(yīng)對(duì)的方法。

2 實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)的探討

2.1 充實(shí)實(shí)驗(yàn)設(shè)備

實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量的提高，首先硬件設(shè)施必須滿足需求。如果實(shí)驗(yàn)設(shè)備都不完善，如何開出實(shí)驗(yàn)？學(xué)生什么都沒有見過和操作過，怎么能有創(chuàng)新和發(fā)展？由此看來，充足的實(shí)驗(yàn)儀器和設(shè)備是保證實(shí)驗(yàn)教學(xué)順利開展的最基本條件。要解決這一問題，先要到國(guó)內(nèi)各大高水平院校的能源與動(dòng)力實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行參觀學(xué)習(xí)，了解該專業(yè)正在使用的實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備的性能和用途；另外，積極參加與該領(lǐng)域相關(guān)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備展銷會(huì)，熟悉目前該專業(yè)最先進(jìn)和最前沿的實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備，再結(jié)合本專業(yè)的實(shí)際情況購(gòu)置一些新型的關(guān)于汽輪機(jī)原理及運(yùn)行監(jiān)測(cè)等方面的實(shí)驗(yàn)設(shè)備[3]。大型實(shí)驗(yàn)設(shè)備和精密儀器的購(gòu)置需要學(xué)校的大力支持，無論是資金還是場(chǎng)地，都是需要更好、更周密的規(guī)劃。

2.2 轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)教學(xué)方式

圖1 600MW汽輪機(jī)本體模型

現(xiàn)在的學(xué)生頭腦很靈活，思維方式很活躍，傳統(tǒng)單純的講授不能吸引學(xué)生的注意力和興趣，有必要進(jìn)行改變，實(shí)驗(yàn)教學(xué)形式也應(yīng)該不拘于傳統(tǒng)方式。例如可以轉(zhuǎn)變觀念，轉(zhuǎn)換角色，讓學(xué)生當(dāng)教師，而教師則僅僅起到一個(gè)輔助的作用。在汽輪機(jī)模型認(rèn)知的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中，就采取了這樣的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式，學(xué)生先分成4組，分別對(duì)實(shí)驗(yàn)室汽輪機(jī)的4個(gè)模型進(jìn)行觀看和討論，然后每組選出1位學(xué)生講述其中一種模型，其余學(xué)生可以進(jìn)行補(bǔ)充，并將不懂的地方提出來，最后由教師統(tǒng)一補(bǔ)充和解答。這種教學(xué)方式調(diào)動(dòng)了學(xué)生的積極性，端正了學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)能力，學(xué)生普遍反映良好。其他的實(shí)驗(yàn)中可以給出實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目讓學(xué)生根據(jù)所學(xué)的理論知識(shí)討論如何開展實(shí)驗(yàn)，然后將每組的討論結(jié)果進(jìn)行比較，找出相同處和不同處，再結(jié)合實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行分組實(shí)驗(yàn)，這樣一來，加深了學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)?zāi)康恼J(rèn)識(shí)和對(duì)實(shí)驗(yàn)原理的理解，啟發(fā)了學(xué)生的自主創(chuàng)新能力，為以后的工程實(shí)踐打下一定的基礎(chǔ)。

2.3 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的開發(fā)

汽輪機(jī)原理課程研究的對(duì)象是大型的汽輪機(jī)組，而學(xué)生到電廠進(jìn)行參觀實(shí)習(xí)，由于所有設(shè)備一般均處于運(yùn)行當(dāng)中，因此只能看到一個(gè)包裹外殼的汽輪機(jī)，看不到汽輪機(jī)內(nèi)部是如何運(yùn)行的，也不清楚調(diào)節(jié)系統(tǒng)是如何控制汽輪機(jī)的。如何能夠解決這個(gè)問題，使本門課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)更加完善，學(xué)生對(duì)汽輪機(jī)的運(yùn)行和操作有更加深刻的理解和認(rèn)識(shí)呢？2013年教育部《關(guān)于開展國(guó)家級(jí)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心建設(shè)工作的通知》中提到的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的優(yōu)勢(shì)就充分顯示出來了，虛擬仿真教學(xué)不僅可以解決場(chǎng)地受限、實(shí)驗(yàn)設(shè)備少還可以解決教學(xué)成本的問題[4]。汽輪機(jī)原理實(shí)驗(yàn)課的虛擬仿真教學(xué)主要有汽輪機(jī)的啟停機(jī)操作模擬系統(tǒng)、調(diào)節(jié)系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)仿真以及汽輪機(jī)內(nèi)部運(yùn)行情況的仿真等。通過購(gòu)買和自主研發(fā)這些系統(tǒng)軟件，開展虛擬仿真教學(xué)，可以使學(xué)生在進(jìn)行實(shí)物實(shí)驗(yàn)的同時(shí)還可以和虛擬仿真相結(jié)合[5]，大大加深對(duì)本門課程的理解，提高學(xué)習(xí)效率和提升學(xué)習(xí)效果。通過虛擬仿真的訓(xùn)練，也可以使學(xué)生提前了解當(dāng)前行業(yè)內(nèi)的生產(chǎn)情況，為以后的工作打下良好的基礎(chǔ)。

2.4 實(shí)驗(yàn)室的開放

在滿足基本技能訓(xùn)練的實(shí)驗(yàn)教學(xué)基礎(chǔ)上可以將實(shí)驗(yàn)室開放，讓學(xué)生自主選擇并進(jìn)行一些綜合性、設(shè)計(jì)性的實(shí)驗(yàn)，滿足不同層次學(xué)生的學(xué)習(xí)要求[6]。實(shí)驗(yàn)室的開放也應(yīng)該是在時(shí)間、空間、內(nèi)容以及教學(xué)方法等方面對(duì)學(xué)生全面開放[7]，允許學(xué)生根據(jù)教學(xué)基本要求和個(gè)人意愿選擇實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，在實(shí)驗(yàn)教師的指導(dǎo)下完成實(shí)驗(yàn)，達(dá)到實(shí)驗(yàn)教學(xué)的目的。

實(shí)驗(yàn)室的開放為學(xué)生提供了很好的機(jī)會(huì)，不僅可以跟著教師一起做科研課題[8]，拓展自己的思維，開闊自己的視野，為以后工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，還可以參加大學(xué)生科技創(chuàng)新項(xiàng)目，利用課余時(shí)間到實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行完成自己的創(chuàng)新項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)，享受親自動(dòng)手設(shè)計(jì)操作的樂趣。這樣不僅充分利用了實(shí)驗(yàn)室的場(chǎng)地、實(shí)驗(yàn)儀器等資源，還為學(xué)生提供了課外進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室的機(jī)會(huì)，對(duì)激發(fā)學(xué)生的探索精神，調(diào)動(dòng)學(xué)生做實(shí)驗(yàn)的積極性，培養(yǎng)學(xué)生的科研興趣以及創(chuàng)新意識(shí)都是非常有利的。

3 結(jié)束語(yǔ)

高素質(zhì)應(yīng)用型人才的培養(yǎng)是當(dāng)前高校努力的方向和目標(biāo)，是需要多方面的共同努力。汽輪機(jī)原理課程作為能源與動(dòng)力工程專業(yè)的基礎(chǔ)課程，其實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)占據(jù)了很重要位置。只有將學(xué)習(xí)、實(shí)踐和創(chuàng)新巧妙地結(jié)合起來，讓學(xué)生得到全方位的訓(xùn)練，才能培養(yǎng)出綜合性和創(chuàng)新型的人才，才能為實(shí)現(xiàn)該專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)提供保障。筆者根據(jù)以上的教學(xué)方式，對(duì)汽輪機(jī)原理實(shí)踐教學(xué)課程逐漸進(jìn)行調(diào)整，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)中取得了一定的效果。相信在學(xué)校和學(xué)院的大力支持下，經(jīng)過教師和學(xué)生的積極探索和配合，本專業(yè)學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新能力一定會(huì)有很大提高，為成為優(yōu)秀的應(yīng)用型人才做好準(zhǔn)備。

[1]靳智平,王毅林.電廠汽輪機(jī)原理及系統(tǒng)[M].北京:中國(guó)電力出版社,2006.

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Research and Discussion on the Experimental Teaching of Steam Turbine Principle Course

Zhang Caihong, Li Nan, Guan Xuemei

College of Vehicles and Energy, Yan Shan University, Qinhuangdao, 066004, China

Experimental teaching plays an important role in the teaching of our country universities, which plays a key role in developing students' practical ability, innovative ability and practical ability. Analyzed the insufficiency of experimental teaching, it combined with the experimental teaching experience of steam turbine principle for years, and explored improved of laboratory equipment, the changes in teaching methods, application of virtual simulation and laboratory opening, which hope to help improving the quality of experimental teaching and cultivating the practical talents.

principle of steam turbine; experimental teaching; practice innovation; virtual simulation

2016-05-26

張財(cái)紅，碩士，實(shí)驗(yàn)師。