基于能力本位論的《鍋爐及鍋爐房設備》課程設計改革與實踐

李娟 孫志高 劉成剛

摘要：課程設計是《鍋爐及鍋爐房設備》課程必不可少的主要教學與實踐環節之一，與課程教學、認知實習構成完整整體。針對建筑環境與能源應用工程專業《鍋爐及鍋爐房設備》課程設計中存在的教學模式單一、設計內容繁雜、學生積極主動性差、理論和實踐脫節等問題，基于能力本位論進行分析，進而提出解決方案。新的教學模式經過實踐運行效果良好，值得借鑒與推廣。

關鍵詞：能力本位論；《鍋爐及鍋爐房設備》；課程設計；教學改革

中圖分類號：G642.3 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2018）17-0178-03

《鍋爐及鍋爐房設備》是建筑環境與能源應用工程專業的一門必修課，課程內容主要講述鍋爐工作過程、燃料特性、燃燒設備、熱力與通風計算、水處理、脫硫脫氮技術等，與供熱、供燃氣、通風與空調課程關系密切。通過課程設計，學習設計計算方法與步驟，提高運算和制圖能力并學習運用理論知識解決實際工程問題，同時初步掌握國家及行業規范、標準的檢索和應用。基于能力本位論的教育核心是從職業崗位的需要出發，確定能力目標并強調以能力作為教學的基礎，設置課程、組織教學內容，最后考核是否達到能力要求[1]。在本科階段培養集專業知識、專業技能為一身的人才，對許多國家和地區的本科教育改革具有借鑒意義[2]。筆者基于能力本位論設計并改革《鍋爐及鍋爐房設備》課程設計教學過程，取得了良好的效果。

一、《鍋爐及鍋爐房設備》課程設計的特點

（一）課程設計的地位與作用

為了適應現代科技發展、培養適應社會需求的高科技人才，在應用型本科建設尤其是應用型工程本科的課程設置中擴充了實踐環節，從而突出人才培養的應用性。課程設計是本科教學過程必不可少的實踐環節之一[3]。建筑環境與能源應用工程專業《鍋爐及鍋爐房設備》課程設計的目的是提高學生對“建筑熱源”的理解、鞏固基礎知識、培養學生初步掌握利用所學的專業基礎課和本專業課的知識解決實際工程問題的能力及鍋爐房工程設計的能力；同時，培養學生初步掌握各種相關資料（國家及行業規范、標準）的檢索和應用，為將來從事鍋爐與鍋爐房設備研究、運行管理、工藝設計提供扎實的專業基礎。

（二）課程設計內容繁多、對專業基礎要求高

鍋爐是一種結構復雜、系統繁多的大型能量轉換設備，燃煤鍋爐的工質及相關設備包括四大類：煤（貯煤場、運煤機、輸送機、燃燒設備、除灰渣設備及灰渣場）、空氣（送風機、空氣預熱器）、水（給水泵、給水箱、省煤器、水冷壁、水軟化及除氧設備、蒸汽過熱器）、煙氣（引風機、除塵器、煙囪）。同時，改進燃燒設備性能的三大措施包括分區送風、爐拱、二次風。此外，還涉及各種閥門、管道、附屬設備（壓力表、水位計）及安全設備（安全閥、監測儀表）的設計與選型。可以看出，設計內容涵蓋的知識點較多，而且其中涉及專業基礎課的相關內容。例如，鍋爐熱力計算針對爐膛、水冷壁，基于《傳熱學》的導熱、對流與輻射換熱方式實現熱力設計計算與校核計算；“鍋爐設備通風計算”基于《流體力學》伯努利方程、沿程與局部阻力損失，分別針對風道、煙道流程和設備計算通風阻力，但最終風機選型時僅提及“應按風機比轉速ns選定風機型式”，并未展開介紹，而相關內容需參考《流體輸配管網》。因此，如果專業基礎掌握不牢固，對于本課程設計尤其是設備選型具有很大負面影響。

二、《鍋爐及鍋爐房設備》課程設計現存問題

雖然不斷借鑒其他院校的教學方式，有了一定的進展和成果，但仍存在以下問題。

（一）設計內容多但學時分配相對少

隨著建筑環境與能源應用工程專業教學改革的推進，對空調制冷技術及工程更加注重，而與建筑熱源相關的《鍋爐及鍋爐房設備》課程設計已縮減至1周完成，讓學生在如此短的學時里掌握并設計四大系統變得十分困難。結果導致學生在設計過程中存在計算不嚴謹、參數選取錯誤、漏掉一部分設計內容等現象。

（二）教學模式單一導致學生實踐少、“高分低能”

學生在課程學習時為了應對考試，考前突擊、死記硬背；講授內容在日常生活中缺少接觸機會，感覺陌生（與本專業所學空調完全不同）；認知實習中由于鍋爐設備龐大、系統復雜，學生無法對全部設備及系統獲取詳細的整體認知。這都導致學生課程設計思路不清、圖紙理論正確但繪制不符合工程常規，甚至個別學生“高分低能”、無從下手。

（三）課程教學、課程設計與認知實習構成密切相關的整體，但實際上部分內容互相脫節

例如，《課程設計指導書》“熱負荷計算”在教材前述章節中均未涉及，學生不了解其理論基礎；熱水管網補給水量、工藝生產需要軟水量等數據在設計原始數據中均未提供，只可大致選定；各種參數和系數無從查找。諸如此類。此外，由于筆者所在院校處于亞熱帶季風氣候的長三角地區，鍋爐以電站鍋爐為主，集中供熱鍋爐很少，受到教學條件的限制及安全方面的考慮，認知實習與課程設計（建筑熱源燃煤鍋爐）內容無法完全對應。

（四）學生主動性差、投機取巧

一方面，由于課程設計時間恰逢學生準備考研或出國、找工作，事情繁多，無法靜心；另一方面，根據傳統的教師演繹式教學法，學生過分依賴老師，缺乏獨立設計能力。這都導致學生投機取巧、應付課程設計，不查找規范、標準而隨意選取參數、從網上下載說明書模板而不主動思考、計算過程不校核、鍋爐四大系統不齊全，甚至出現學生之間互相抄襲、說明書與圖紙無法對應、熱力系統圖與定位圖無法對應的嚴重現象！

（五）教學考核著重針對課程設計質量，而非學生個人能力

根據課程設計目標，應注重理論分析能力與工程實踐能力的有效結合，把理論知識、專業技能、綜合能力訓練等多方面因素綜合考慮進成績考核體系。但是，在以往的課程設計考核中，學生最終成績由說明書、圖紙質量及平時成績（出勤、參與答疑與階段性成果檢查）組成，主要基于教師的主觀判斷，導致成績沒有區分度或不能體現學生的真實設計水平。

三、基于能力本位論的《鍋爐及鍋爐房設備》課程設計改革

（一）能力本位論對課程設計的啟發

基于能力本位論的教育核心是從職業崗位的需要出發，確定能力目標，設置課程、組織教學內容，最后考核是否達到能力要求[4]。強調以能力作為教學的基礎，而不是以學歷或學術知識體系為基礎，打破了傳統以學科為科目、以學科的學術體系和學制確定的學時安排教學；強調“能力至上的專業價值觀、能力中心的專業形成觀、能力主線的專業實踐觀”[5]。能力是人作為主體最引以為傲的一種本質力量，其中蘊含著人的創造性、能動性與內發性[6]。由此可見，《鍋爐及鍋爐房設備》課程設計若僅實施單一教學模式、不改革考核體系、不克服學生主動性差的問題，根本無法實現其終極目標——培養學生利用理論知識解決實際工程問題的能力。

（二）教學改革設計

針對《鍋爐及鍋爐房設備》課程設計的特點與現存的五大問題，基于能力本位論提出教學改革設計如下。

1.重視認知實習，提高學生的實踐能力。認知實習的對象雖無法與課程設計對象完全吻合，但實習過程中應有針對性地學習主要設備、通過可見的進出口水管、風管、煙管學習各種設備之間的連接，并將所學內容、所看對象有效結合，獲取整體認知。同時，對于認知實習的成果考核不再局限于實習報告，而應與老師面對面交流、溝通，使得學生的學習態度由被動接受轉變為主動參與，并引導學生提出問題、思考問題并最終解決問題。

2.精簡設計內容，化繁為簡，著重針對系統流程與整體設計的合理性，提高學生整體認知能力。結合鍋爐運行過程與原理，從整體上設計煤、空氣、水、煙氣四大系統及互相之間的連接、換熱情況。針對單個設備例如省煤器、空氣預熱器等，可基于換熱量、工質壓力與流量簡要計算其阻力并選型，而非著重內部設計、安裝布置等細節問題。既可避免由于學時少導致學生囫圇吞棗、偷工減料，也可依據實際設計目標在一定程度上降低設計難度，提高實踐性、趣味性。

3.在課程講授初期下發《課程設計任務書》，并針對性地復習先修課程相關內容、實施考核，提高學生克服自身惰性的能力。在理論學習的同時將課程設計分為多個詳細步驟與時間節點，使得理論學習與課程設計基本同步進行，相應考核也可同步實施。此外，在先修課程結束之后，部分學生認為“萬事大吉”、學過即忘。為此，針對性地復習先修課程、回顧相關內容，其考核方式采取“預習+小結”模式。依據《教學進度表》下發預習內容，要求學生結合先修課程內容提交相關復習小結，克服其自身惰性、有的放矢。

4.分組設計、優勢互補，實現“一帶一路”，鍛煉學生的團隊意識和協作能力。依據學生的實際學習情況分組設計，平均5—6人一組，每組的設計題目、原始數據均不相同。每組劃分出若干設計模塊，根據工作量大小分配每名組員的設計任務。這樣既可避免抄襲現象，學生之間也可互相探討，每個學生得以充分發揮其特長，實現優勢互補。

5.重視繪圖能力、考核國家與行業規范與標準的檢索和應用，提高學生的專業基礎與實際應用綜合能力。繪圖是建筑環境與能源應用工程專業必備的基本能力，除了按照規定的圖形符號和代號表示設備及管道之外，還應統籌考慮運行的可靠性、調度的靈活性、部分設備切出檢修的可能性、建設和運行的經濟性等問題。其次，工程設計均基于國家與行業規范和標準，各種數據均不可隨意取值。通過考核《設計說明書》中數據的取值過程及計算結果，判斷設計過程的正確性、規范性以及學生依據規范與標準進行實際工程設計的綜合能力。

四、《鍋爐及鍋爐房設備》課程設計改革實踐及成果

改革成果僅可通過課程設計考核進行檢驗。為此，筆者對改革前后建筑環境與能源應用工程專業兩級學生的最終成績進行了對比，其中，2013級共69人，2014級共71人。2014級實施教學改革，成果如表1和表2所示。

從表1可以看出，改革之后總分略有提升，但2014級學生不存在不及格現象，說明“一帶一路”、團結協作、互幫互助效果良好。而且，2014級學生總成績優秀與良好的比例明顯大幅提升，人數總占比從49.2%提升至63.4%，說明大部分學生對于《鍋爐及鍋爐房設備》的概念清晰、設計步驟合理、計算準確、圖紙規范。從表2可以看出，經過教學改革之后，學生的設計思路、嚴謹程度、主動獲取知識的意識和能力、分析解決問題的能力均有較大提升，具備了團隊協作能力，并最終提高了整體設計水平。

結果均表明，上述五個方面的教學改革基本解決了《鍋爐及鍋爐房設備》課程設計現存問題，實現了學生扎實掌握鍋爐設備理論基礎、主動獲取相關知識和信息、利用科學的方法分析、處理鍋爐設計、制造、運行和管理過程中的相關科技問題，為將來從事鍋爐與鍋爐房設備研究、運行管理、工藝設計提供扎實專業基礎的目標。

參考文獻：

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[2]趙炬明，高筱卉.關于實施“以學生為中心”的本科教學改革的思考[J].中國高教研究，2017，（8）：36-40.

[3]謝忠東，丁曉非，尚振國，等.面向應用型人才培養的機械制造課程設計的改革與實踐[J].教育教學論壇，2017，（32）：90-91.

[4]林懷滿，陳亞晶.能力本位視閾下法學本科人才培養質量標準的構建[J].教育教學論壇，2015，（36）：108-111.

[5]楊潔.能力本位：當代教師專業標準建設的基石[J].教育研究，2014，（10）：79-85.

[6]馬沁怡，董學禎，謝大鵬，等.“三進一出，內外兼修”的創新人才培養方式[J].教育教學論壇，2016，（17）：3-4.