改進大型火電機組運行與事故分析課程教學質量的方法研究

崔曉波 趙丹 王金平 劉志遠

[摘 要]針對大型火電機組運行與事故分析課程知識點多、雜、難的問題，結合能源與動力工程方向課程體系，通過實際課堂教學實踐，探討如何提高學生理論聯系實際以及如何綜合運用所學知識分析解決現場實際問題的能力。提出了先系統后局部再系統的教學方式，同時有機融合仿真機機爐實訓上機操作同步教學，這樣可以調動學生學習的積極性，從而加深學生對該課程的理解深度與廣度。

[關鍵詞]火電機組；事故分析；機爐實訓；仿真機；能源與動力工程

[中圖分類號] G642 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2018）06-0078-03

大型火電機組運行與事故分析為電力類高等院校能源與動力工程專業開設的核心專業課程，該課程與生產實際緊密聯系，已成為學生畢業后進行火電機組集控運行工作的關鍵中間紐帶環節[1][2][3]。能源與動力工程專業學生在學習本門課程之前，雖已學習過基本的理論課程與專業課程，但對電廠全系統的認識僅僅局限在認知實習的參觀，對火電機組的實際生產過程理解不全面，理論與實踐脫節，學生缺乏系統觀念。

目前，我國火電機組的技術水平發展迅速，高參數、大容量超臨界以及超超臨界火電機組已成為當前電網的主流機組，而隨著機組容量和參數的提高，其工藝過程更加復雜、龐大[4][5][6]。這一方面進一步加重了學生對該課程學習的難度；另一方面，在工藝過程日益復雜的趨勢下，為了保證火電機組生產的安全高效運行，運行人員不僅要熟練掌握設備的原理與構造，還需重點加強對各設備以及各系統之間相互關系的掌握程度。這勢必會加劇該課程的學習難度與掌握程度需求間的矛盾?，F代大型火電機組要求能源與動力工程專業畢業生必須全面掌握熱能、電氣、自控、測量、化學、機械及外語等領域的相關知識，為將來真正達到稱職值班員奠定扎實基礎。

因此，結合上述火電機組發展現狀及對人才培養的要求和標準，本文以南京工程學院能源與動力工程學院開設的大型火電機組運行與事故分析課程為實施主體，通過在實際教學過程中的教研教改實踐，總結并探討了如何提高該課程的教學質量，從而全面提升學生理論與實踐的結合能力以及對知識的綜合運用能力。

一、課程的教學內容及特點

大型火電機組運行與事故分析課程主要包含以下幾部分內容：火電機組工藝流程與組成；DCS集散式控制系統功能與操作方法；火電機組啟動與停機、運行調整、負荷控制以及常見事故分析與處理。本課程具有以下三個特點。

（一）知識點多而雜

火電機組包含了基本的爐機電三大主機以及多種輔機設備，與其相關的系統多達上百個。部分系統間聯系緊密，如制粉系統與燃燒系統；部分系統間相互獨立，如鍋爐側的噴水減溫系統和汽輪機的抗燃油系統。上述設備與系統所涉及的基礎課程以及專業課程多達十幾門，課程中即使一個小節的內容可能也需要多門理論課程的綜合，并且基本可以作為單獨專題進行講解。

（二）純理論內容少

大型火電機運行與事故分析課程中幾乎沒有理論公式的推導運算，課程表面上幾乎用不到流體力學與工程熱力學等專業的基礎知識，學生學習起來不會感覺特別“難”，但是要想做到課程的融會貫通，卻比一些理論基礎課程要難得多。

（三）課程系統綜合性強

大型火電機組運行與事故分析課程幾乎涵蓋了能源與動力工程專業課程體系中的所有專業基礎課、專業課以及相關的專業選修課內容，如傳熱傳質、工程熱力學、工程流體力學、鍋爐原理、汽輪機原理、熱力發電廠、泵與風機、熱工測量及儀表、熱工自動控制、電廠金屬材料、脫硫系統、脫硝系統、靜電除塵與濕式除塵、化學水處理等大量先修課程基礎。在學習該課程過程中需要將上述多門課程進行有機融合，這樣才能實現火電機組集控運行知識的系統綜合，達到預期的教學效果。

（四）課程理論與工程實踐結合性強

大型火電機組運行與事故分析課程的教學目標是達成基礎理論教學與將來集控運行工作的銜接。教師在授課過程中需要緊密結合基礎理論與工程實踐，一方面通過理論指導學生集控運行的學習；另一方面通過實際工程實踐反向加深對基礎理論理解的深度與廣度。

從上述該課程內容與特點的分析看，無論從該課程的教學角度還是從學生的學習角度均較難把握好“尺度”，從而難以提高該課程的教學質量。另外，該課程大多在本科大四階段開設，該階段的學生一部分忙于尋找工作，另一部分在進行碩士研究生入學考試的準備，大多數學生在學習精力與重視程度方面投入不夠。

二、目前教學中普遍存在的問題

大型火電機組運行與事故分析課程在國內電力類院校普遍開設，通過與兄弟院校的走訪與調研以及對學生的調查問卷，并結合教學體會，筆者發現該課程的教學存在諸多普遍性問題，具體體現在以下幾個方面。

（一）課程知識點掌握零散，不能系統化

由于該課程內容知識點多而雜，在授課過程中，容易造成學完一節忘記上節，各個環節之間很難有機聯系起來，課程前后連續性較差，缺少貫穿整門課程的主線，這導致學生對知識的掌握零散，不能系統化。

（二）教學方式是教師一言堂

該課程的教學多以教師課堂講授為主，與傳統基礎課程的教學基本相同。然而對于該課程若采用與基礎理論課程相同的教師一言堂的教學方式，會導致學生的實際運行操作能力與工程實踐能力的鍛煉嚴重不足，大量的教學內容與系統只能以“走馬觀花”的方式在短時間內灌輸給學生。

（三）理論教學與實踐教學脫節

該課程的理論教學與實踐教學嚴重脫節。國內開設該課程的高校一般通過兩種方式進行實踐教學：一是通過學期末的電廠運行實習；二是通過仿真機運行模擬實踐。通過電廠運行實習學生可體驗在真實環境中學習，但考慮到安全因素，接收學生實習的電廠不會讓學生參與運行，而僅僅是讓他們進行簡單的參觀，這就失去了運行實習的意義。而仿真機運行模擬實踐提高了學生參與工程實踐的靈活性。由于仿真機沒有安全性的問題，所有學生都可以在教師的指導下，大膽地去嘗試自己的想法，提高所學知識的綜合應用能力。但純仿真機運行模擬缺少真實的工作環境，學生只能通過流程圖與說明去理解生產過程，對真實的設備以及工藝運行中需要注意的問題不能深刻體會。

（四）青年教師工程實踐經驗嚴重缺乏

為了緩解招生數量增加的問題，滿足學科建設要求，目前國內本科院校大量引進的教職員工博士比例最大，而新進的青年博士教師大多以理論研究為主，缺乏實際工程實踐經驗，甚至有個別教師非本專業出身，缺乏對企業工作流程和崗位實際工作過程的深入了解，這造成該課程的教學內容與實際崗位需求不完全吻合。另外，青年教師在授課過程中更加偏向自己熟悉的理論領域，這進一步造成了該課程的教學存在更大的片面性與局部性。

（五）企業支持力度不夠

隨著國民經濟的增長，電力企業發展迅速，這導致其對相關技術人員的需求增加。雖然國內電力類院校招生數量逐年增加，但相應的教學設備與教學規劃設置卻并沒有同步提高，這就造成在學生在實習過程中，實習單位與學生數量的嚴重失配?？紤]到安全性因素與學生管理問題，發電企業接收學生實習的壓力逐年增加。另外，學生在電廠里實習不能創造經濟效益，導致發電企業對于接收學生實習積極性不高。

（六）教學資源嚴重不足

雖然學校的招生數量在不斷增加，但相應的配套教學資源并沒有同步增加，特別是學生進行實踐教學的重要教學平臺——仿真機數量嚴重不足。由于火電機組仿真軟件價格較高，且一套軟件最多支持的客戶端遠小于學生人數，這導致用于實踐教學訓練的仿真機數量偏少，加上上機時間較短，教學中往往是2～3個學生同時使用一臺客戶機，教學資源遠遠無法滿足教學要求。

上述問題的存在，致使該課程在教學過程中存在種種困難與不便，這導致培養的本科畢業生的知識、能力、素質結構與發電企業人才需求不能完全吻合，無法滿足現代電力企業對畢業生“零距離”上崗的要求。

三、提高教學質量的方法

針對上述教學過程中普遍存在的問題，筆者分別從對應的具體問題提出了相應的解決方法，具體解決措施與方法如下。

（一）系統—局部—系統三步教學法，實現知識系統化

首先，對于該課程建議采用先系統后局部再系統的教學方式，即首先從電廠整體系統進行介紹，該部分可以以系統總貌為主，不需要過度關注具體的局部系統，能讓學生對火電機組集控運行有一個整體的把握，讓學生掌握大系統中包含哪些局部系統與工藝即可。其次，基于上述課程鋪墊，進行“抽絲剝繭”細化局部系統與工藝學習，按照一定邏輯順序詳細講解局部系統的具體內容以及操作方式，同時注重局部系統與設備間的連接關系與影響關系。最后，將局部內容邏輯連接與大系統綜合回顧，實現火電機組完整系統的串聯與系統化。

（二）將仿真機引入課堂教學，改變教師一言堂的教學模式

火電機組集控運行課程是對組成火電機組的眾多設備與系統進行啟動、停止以及與運行調整等內容的學習，對學生基本理論的扎實程度與綜合運用能力的要求較高，教學重點在于讓學生對系統組成、工藝流程、設備配置與特點等達到一定的熟悉程度，在此基礎上掌握機組運行操作過程的基本步驟原理，學生在教師的指導下需要進行自主學習，以加深對課程的熟悉程度與理解程度。因此，在該課程教學中將仿真機引入，用以培訓在校學生，加強學生基于仿真機的自主學習，使其從直觀上學習和掌握電廠設備和系統特性、物理過程、介質流程及故障的原因和結果，加深學生對設備及設備原理的理解。

（三）仿真機與專業課程融合，實現理實一體化教學

仿真機平臺的建設使能源與動力工程專業主要專業課程實現一體化教學成為可能，除該課程外，其他理論課程如鍋爐原理、熱工自動調節、泵與風機、熱力發電廠與順控與保護等內容均可與仿真機結合進行，從而達到專業課程與該課程的有機融合，實現學生理論學習與實踐訓練相結合，實現理實一體化教學。

（四）加大對青年教師的工程實踐培養力度

針對當前青年教師企業實踐經驗缺乏的問題，學院積極與發電企業聯系合作，建立青年教師定期掛職鍛煉和頂崗工作的機制，聯合設立掛職或頂崗工作崗位，并出臺相關鼓勵與獎勵政策，提高青年教師到企業一線進行鍛煉的積極性。

（五）加強高校與實習單位的聯系

發揮高校科技創新能力方面的優勢，加強高校與發電企業在科研、生產、培訓等方面的合作，通過各種科技項目攻關合作，全方位地開展互惠互利的校企合作機制。高?？梢酝ㄟ^科技服務、人才培養、技術服務與咨詢以及理論培訓等方式幫助企業排憂解難，從而建立良好的校企互動與依賴關系，為學生的實習打下堅實的基礎。

（六）建立仿真機輔助學習網站系統

針對教學資源缺乏的問題，建議設計一個仿真實訓的輔助學習網站，在網站中提供發電廠的相關管理制度，設備的真實圖片、視頻和動畫，機組的運行規程和操作票，火電機組仿真操作畫面和部分操作流程的動畫演示。網站的建立可以方便學生熟悉發電廠的生產過程、制度標準，學生通過網絡學習機組冷態啟動過程中的主要操作步驟和方法、主要設備的相關知識，可以進行模擬操作練習。

上述所提出的解決方法與措施，部分已在筆者教學過程中進行了教改實施，在學生對集控運行的掌握程度以及知識點的關聯綜合程度方面取得了一定的成效。另外，上述改進方法的順利實施，需要學校、學院、教研室以及課程組的大力支持與推動，與之相關的鼓勵與支持政策需要出臺，這樣才能保證該課程與發電企業的良好銜接，減小發電企業對畢業生“零距離”上崗要求的距離。

四、結語

根據大型火電機組運行與事故分析課程教學內容以及教學過程中存在的問題，提出了系統-局部-系統的教學方式，另外重點提出了將仿真機與課程教學結合的教學方式。仿真機為發電類相關專業提供了重要的實踐實訓教學平臺，對增加學生現場設備與系統的熟悉程度，提高學生操作技能，加深學生火電機組運行理論的理解能力具有不可替代的作用。通過將相關課程與仿真機以及實踐教學相結合、相融合與相滲透，能實現教、學、練一體化，讓學生學以致用，從而系統性掌握該課程的內容。

[ 參 考 文 獻 ]

[1] 趙星海，劉洪憲，周振起，等.“單元機組集控運行”課程建設與改革[J].中國電力教育，2014（32）：104，108.

[2] 張立茹，郭茂豐.火電廠傳真系統用于實踐教學改革的探索[J].中國電力教育，2009（22）：134-135.

[3] 張輝，潘寧.獨立學院熱動專業電廠仿真實訓教學探究[J].中國電力教育，2011（15）：171-172.

[4] 謝新，葉海軍，林文孚，等.基于仿真系統的教學模式研究[J].中國電力教育，2010（6）：107-109.

[5] 趙星海，周振起，魏春明，等.在“集控運行”課程教學中培養學生綜合能力的研究[J].中國電力教育，2013（22）：119-120.

[責任編輯：陳 明]