基于雙碳背景下“鍋爐原理課程設計”教學改革探索

摘要：根據南京工程學院以應用型人才培養為中心的辦學定位，結合目前雙碳目標下能源低碳綠色轉型對學生能力和素質培養的需要，突出學生在教學中的主體地位，有必要對“鍋爐原理課程設計”進行不斷的探索和改革。本文分析了目前本課程設計存在的問題，并從教學內容、教學方式、產教融合和課程思政等方面進行了改革。結果表明，通過將實際案例和應用場景融入教學中，注重教學模式創新和思政教育與實踐有機結合，滿足學生個性化學習需求，使學生能夠將理論知識與實際應用相結合，提升了教學質量和實踐能力培養效果，為新時期雙碳背景下推動能源與動力工程專業的實踐教學發展提供參考和借鑒。

關鍵詞：能源與動力工程；鍋爐原理；課程設計；教學改革

“鍋爐原理”課程是能源與動力類專業的核心專業課之一，為學生進一步學習“鍋爐原理課程設計”和實踐提供了堅實的理論基礎。自2000年南京工程學院合并組建以來，能源與動力工程學院鍋爐課程組歷經了23年的持續發展。為了更好地適應電力行業的需求和推動學生的綜合能力培養，針對本校的辦學特色和行業的發展趨勢，本課程組對“鍋爐原理”和“鍋爐原理課程設計”課程進行了不斷的探索和改革。本校“鍋爐原理”課程于2021年被認定為省級一流本科課程，于2022年被評定為省級產教融合課程。本課程組也將繼續推進“鍋爐原理”及其相配套的實踐課程“鍋爐原理課程設計”的建設，為電力行業培養輸送優秀的高質量應用型工程技術人才。

1教學現狀和教學改革背景

極端天氣變化和氣候事件對全球社會經濟和自然環境有持續破壞性影響，為應對氣候危機，中國在2021—2023年的政府工作報告中均提出有序推進碳達峰碳中和工作。火力發電作為我國最重要的發電方式之一，具有可調度性強、供應穩定等優勢，在保障能源供應和滿足經濟社會發展需求方面發揮著重要作用。火力發電是碳排放的最主要來源，在應對氣候變化和推動碳減排的背景下，我國傳統火力發電行業面臨著巨大的挑戰和機遇。火力發電行業的清潔化改造是實現綠色低碳轉型的關鍵［1］，目前，我國在超超臨界和超臨界火力發電技術上已取得重要進展，煤炭清潔高效利用水平不斷提升。在火力發電的靈活性改造方面，通過提高機組的調峰調頻能力，靈活調整發電功率和運行模式，可提供持續穩定的電力供應，充分發揮了火力發電的兜底保障作用［23］。

為了貫徹黨的二十大報告和2022年全國教育大會提出的要求，我校傳統專業能源與動力工程專業積極響應國家戰略需求，緊密結合區域性地方企業的需要，以優勢化差異化發展為方向，努力培養能解決電廠關鍵重大技術問題和技術攻關的高質量應用型人才。在新一輪科技革命和產業變革的背景下，實踐類課程成為提高應用型人才培養質量的關鍵環節。通過實踐類課程提供的鍛煉平臺，學生能夠更好地理解所學理論知識在實際工程項目中的應用，培養創新思維、團隊合作意識、溝通協作能力和工程實踐能力，為未來從事電廠關鍵技術工作打下堅實基礎。

當前青年學生成長于急劇變化的社會環境中，接受網絡信息量大，思想變化快。應結合實踐類課程特點，關注學生對知識和能力的真實需求，及時做好學情分析，如上圖所示，了解新時代大學生的所思所想所求。針對學生學習動力不足、學習效果不好和學習能力欠缺三方面，重構教學內容，改善教學方式。

目前，我院“鍋爐原理課程設計”選題為教師指定選題：HG—220/9.8—10型煤粉鍋爐校核熱力計算，學生依據不同負荷進行分組，同組同學分配不同的煤種數據，確保一人一題。教學方式以教師授課為主，根據教學進度安排，教師首先進行集中講解，學生根據教師授課內容進行相應部分的熱力計算。通過對以上我院教學內容和教學方式的分析和總結發現，設計選題鍋爐容量為220t/h的高壓鍋爐，此種爐型由于效率低、污染高，早已被電廠淘汰；教學方式為以傳統的課堂集中授課為主，這種授課模式限制了學生的主動學習和實踐能力的培養［46］。選題內容老舊，教學方法低效，已不能適應新時代國家對高質量應用型人才的需求。針對以上問題，以我院能源與動力工程專業學生為例，本文對“鍋爐原理課程設計”實踐課程的教學進行探索和改革。

2教學改革和實踐具體方法

2.1選題和教學內容改革

我院“鍋爐原理課程設計”教學進程安排在第5學期14～18周，設計周數為2周。通過完成本實踐課程，學生能夠深入了解鍋爐系統的運行原理、關鍵技術以及相關的熱力計算方法。在新工科應用型人才培養和電力行業雙碳背景下，我院在能源與動力工程專業5個平行班級中選用了600MW等級超臨界燃煤鍋爐爐型為計算模型。其中一個班級的設計參數表見下表。本班級同學分為9組，每組同學的設計煤種數據不同，同組同學分別在100%、95%、90%和85%負荷下進行校核熱力計算。2021年國家發展改革委和國家能源局印發的《全國煤電機組改造升級實施方案》要求新建的煤電機組原則上采用超超臨界且供電煤耗低于270克標準煤/千瓦時的機組。國家能源局數據顯示，2021年我國超臨界和超超臨界機組占比已經超過50%。2021—2023年的政府工作報告中均指出有序推進煤炭清潔利用。以上國家和政府關于燃煤電廠政策的發布表明，超臨界、超超臨界機組在未來燃煤電廠已是發展的主流方向。因此，本次課程設計教學改革采用了600MW超臨界機組燃煤鍋爐，并更新了與超臨界機組適配的計算方法和計算標準，解決了教學內容與燃煤電廠實際發展脫節、落后的問題。在完成規定的校核熱力計算的基礎上，學有余力的同學可對本組不同負荷下的計算結果進行橫向對比，加深了學生對變負荷下鍋爐運行參數調整的理解。由于未來燃煤電廠將更多地承擔起調峰保供任務，這對學生畢業后在電廠從事運行檢修等工作有重要的實際意義。

在計算方式上采用前期部分手算，后續計算機Excel表格計算和調整的整體思路。前期通過人工計算，重點掌握熱力計算的思路和相關線算圖表的查取等。如果只采用計算機Excel表格計算方式，由于表格中已經預先輸入了計算思路、公式，并嵌入了相關函數等，學生在計算時容易忽略計算思路、圖表的查取。比如，在計算三原子氣體輻射減弱系數、灰粒輻射減弱系數和焦炭粒子輻射減弱系數時，很多學生并沒有思考為何要計算以上三個參數，僅是根據表格里的公式，直接帶入相關參數數值計算出結果，繼而按照表格繼續往下計算。雖然這部分同學根據已有表格也可最終算出爐膛出口煙溫和爐內傳熱量，但為何這樣計算卻不知道。如果課程設計開始時，學生就理解爐膛校核計算的內容是根據合理布置的受熱面積，核算爐膛出口煙氣溫度是否符合要求。計算爐膛出口煙溫需要計算爐膛黑度，計算爐膛黑度又需要計算火焰吸收減弱系數，而通過計算三原子氣體輻射減弱系數、灰粒輻射減弱系數和焦炭粒子輻射減弱系數可得到火焰吸收減弱系數。通過對以上計算過程進行抽絲剝繭遞進式的思考，讓學生不做人工計算器，不為了計算而算，而是在充分理解計算思路的基礎上去做計算。熱力計算過程不僅有力地提高了學生工程計算能力，也促使學生學會獨立思考，助力高質量應用型人才的培養落實。

2.2教學方式改革

學生數字化素養能力的培養需求加速推進了高校教學方式的改革，從傳統的線下課堂教學為主轉變為線下線上混合式教學。我院鍋爐課程組也積極響應國家關于數字化教學的戰略性政策號召，為提升教學質量，利用好數字教學資源，努力探索應用型高校線上線下混合教學模式的現代化發展之路。當今社會科技發展日新月異，知識技術更新空前加速，如何在新的社會變革中保證教育高質量發展已是新時代高校教育改革的主題。在課程設計教學組織中，傳統線下集中教學不能滿足個體學生對知識的需求，不能充分體現因材施教、因人施教。通過在學習通平臺提供豐富的教學資源，針對計算過程中的重點難點問題，錄制并上傳短而小的微課教學視頻，真正發揮學生自主學習能動性。學生在計算過程中，有任何疑問都可自主地在學習通資源中找到相關材料，提高學習的靈活性和自主性，使學生從被動學習轉變為主動學習，真正地體現以學生為中心的教育理念。

而在線下課堂中，采用翻轉式教學可以更好地利用課堂時間，加強師生互動和學生參與。學生在自主學習的基礎上，對于遇到的難題和疑問，可以在課堂上與指導教師進行深入討論和解答，這種翻轉式教學可以培養學生主動思考和分析問題的能力。

2.3產教融合

為落實高質量應用型人才培養方案和目標，產教融合和校企融合已經成為未來高效發展的重要舉措。我校作為應用型人才培養高校，一直積極探索和實踐，與一些企業開展了長期合作，取得了許多成功的經驗和成果。通過將企業的工程實例引入課程設計教學，提高了學生的實踐能力和就業競爭力，也為企業提供了優秀的人才儲備和技術支持，促進了校企合作的深入發展。

2.4思政融入

大學階段是學生塑造正確的世界觀、人生觀、價值觀的關鍵時期。國際局勢風云變幻，當代學生獲取信息的方式多樣化。高校應“立德樹人”，解決好“培養什么人，為誰培養人”的教育根本問題，因此有必要將思政潤物細無聲地融入教學內容中。在本次課程設計教學過程中，教師在線上給學生分享推送了電力行業的榜樣的故事。例如，20世紀70年代末期，國內最大的兩臺循環流化床鍋爐面臨不改造就報廢的窘境，中國工程院院士秦裕琨潛心鉆研、反復試驗，提出播煤風技術理論，成功改造了這兩臺鍋爐，為國家挽回了近億元的經濟損失，他和千千萬萬的電力人一起改變了我國電力發展受制于人的歷史。從這些故事中，學生深刻體會到了關鍵核心技術的重要性，啟發學生認識到自己在學習過程中的使命和責任，進一步提高學生的愛國主義精神和社會責任感。電力行業發展事關國家安全和人民幸福，新時代新征程上青年學生應以國家需求為導向，把個人發展同祖國的發展聯系起來，學好真本領，為祖國偉大復興貢獻自己的青春力量。

結語

本文分析了我院“鍋爐原理課程設計”教學過程中存在的問題，從選題和教學內容、教學方式、產教融合和思政融入等四個方面提出了教學改革的思路。結果表明，能動專業鍋爐原理課程設計的改革效果良好，促進了理論課程與實踐課程的有效融合，為培養適應新時代發展的高質量應用型人才做出了有效探索。根據本次改革結果，后續將繼續更新線上教學資源，改進教學方法，用學生喜聞樂見的方式將教書和育人有機結合起來，真正做到“以學生為中心”，最終實現提升教學質量和育人水平。

參考文獻：

［1］趙國濤，錢國明，王盛，等.“雙碳”目標下火電企業綠色低碳轉型的對策分析［J］.華電技術，2021，23（10）：1121.

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［3］董美蓉，龍嘉健，陸繼東.基于“新工科”理念的鍋爐原理課程設計改革與實踐［J］.高等工程教育研究，2020（4）：7174.

［4］雷鳴，馬凱.高校能源動力類專業“鍋爐課程設計”實踐環節設置情況分析與探討［J］.中國電力教育，2019（12）：6768.

［5］劉洪憲，牛曉娟，王禹晨，等.電廠鍋爐原理課程建設與教學方法實踐探索［J］.決策探索：中，2020（08）：6566.

［6］李志敏，孔祥強，王黙晗.基于專業認證的說課核心要素分析：以“鍋爐原理”課程為例［J］.科教文匯，2021（35）：9597.

基金項目：南京工程學院校級教學改革與建設項目（JXJS2023042）；南京工程學院院級教學改革與建設項目（ndjyjg202204）

作者簡介：張思文（1987—），女，漢族，山東臨沂人，博士研究生，講師，研究方向：碳減排、潔凈煤燃燒。