鍋爐原理實驗教學研究探討

關于鍋爐原理實驗教學研究探討

　　論文摘要：實驗教學是鍋爐原理教學過程中不可或缺的部分，加強并改進鍋爐原理實驗教學是對熱能與動力工程專業本科生進行能力培養的有效途徑之一。根據鍋爐原理實驗教學實踐中的心得體會，研究探討了在實驗教學過程中對傳統的教育理念進行改革，從教學目標、教學內容、教學和考核方法上全方位引入現代的教育理念，以培養創新型人才的具體措施。

　　論文關鍵詞：鍋爐原理；教學研究；實驗 
　　
　　鍋爐是火力發電廠三大主機之一，是工業企業的動力之源，在國民經濟發展中發揮著極其重要的作用�！板仩t原理”是為熱能與動力工程專業本科生開設的主要專業課程之一�！板仩t原理”的教學目標是讓學生全面和系統地認識鍋爐本體和輔助裝置的構造，掌握鍋爐工作原理的相關知識，并培養學生分析工程問題、進行鍋爐設計計算和鍋爐試驗的實踐能力。該課程工程性強、內容多、難點多，僅依靠理論教學難以實現教學目標，與工程實際緊密結合的實驗、實習、課程設計等實踐環節是鍋爐原理教學中不可或缺的部分。
　　高校的實驗室是理論與實踐相結合，培養大學生工程實踐能力和創新能力的重要場所。加強并改進實驗教學，是對大學生進行能力培養的有效途徑之一。實驗在鍋爐原理實踐教學環節中占有重要地位。筆者作為從事鍋爐原理實驗教學的教師，在教學過程中對傳統的教育理念進行改革，從教學目標、教學內容、教學和考核方法上全方位引入現代的教育理念，使教學效果得到明顯改善。

　　一、鍋爐原理實驗的教學目標

　　鍋爐原理實驗教學的基本出發點是通過提供大量模擬鍋爐有關現象的裝置和系統，以幫助學生更好地理解課程內容，掌握鍋爐的基本原理、常用測試方法和運行技術，加強鍋爐設計計算和鍋爐試驗的實踐能力。傳統的教育以傳授知識為教學目的，教師考慮的是如何把知識灌輸給學生，而忽視學生能力的培養�，F代社會的發展需要高校培養一批高知識、強能力的創造型人才。為適應這一需求，高校應注重學生能力的培養。
　　鍋爐原理實驗教學中，應發揮教師在教學中的主導作用和學生在學習中的主體作用，使學生在預習實驗指導書，動手操作實驗設備和儀器，動腦思考實驗現象，通過團隊合作解決實驗中出現的問題，記錄和整理實驗數據，撰寫報告，完成實驗思考題的過程中，自身的學習能力、實驗技能、動手能力、獨立思考能力、團隊合作精神、組織能力、分析和解決工程實際問題的能力、自主創新的能力得到全面地鍛煉和提高。
　　利用精心設計的實驗內容，將“鍋爐原理”課程的知識點與專業基礎課程“工程熱力學”、“傳熱學”、“流體力學”、“熱工測試技術”，以及專業課程“大氣污染監測技術”、“大氣污染控制工程”、“潔凈煤發電技術”相結合，通過對多門學科知識的有效遷移和綜合，以達到舉一反三、融會貫通的教學效果，既可以鞏固和加深學生對前期專業基礎課的理解，又加深了學生對所學專業知識體系的認識，激發了學生學習后續課程的興趣和積極性，培養了學生科學思維的能力，從而為后續課程的學習和將來從事工程設計、科學研究奠定堅實的基礎。

　　二、鍋爐原理實驗的教學內容

　　實驗課程的教學內容關系到實驗教學的組織實施，是規范實驗教學過程、檢查實驗教學質量和進行實驗室建設的基礎。鑒于鍋爐原理涉及內容多、實踐性強，相關課程多，我們將實驗部分剝離出來，單獨設課，同時確保實驗教學內容設計與前期專業基礎課程及后續專業課程的密切聯系。在教學內容上，力求從本課程實際出發，不失時機地向其他課程滲透和綜合，為學生創建一個系統的熱能與動力工程知識體系平臺，改變了只從單個課程傳授分散知識的傳統教學模式。
　　結合“鍋爐原理”理論教學的授課主線“燃料—燃燒及熱平衡計算—受熱面—自然循環鍋爐水動力學—鍋爐的啟停與運行—鍋爐污染物排放監測與控制”，建立了“煤質分析”、“并聯管組流量分配”、“自然循環鍋爐水動力特性”、“燃燒與環境監測”、“燃燒源污染物排放控制”五個實驗室。
　　“煤質分析”實驗室開設了“煤的工業分析”、“煤的發熱量測定”兩個實驗，使學生能夠掌握煤質分析、發熱量測定的原理和方法，認識煤的質量對鍋爐性能的影響。
　　“并聯管組流量分配”、“自然循環鍋爐水動力特性”實驗室各配備有兩套自行設計搭建的實驗系統。前者能夠使學生對電站鍋爐中過熱器、再熱器管組的進、出口集箱的引入與引出方式布置不當引起的流量分配不均問題有清晰的感性認識；后者使學生對自然循環鍋爐水動力特性及提高水循環安全性的措施有更深刻的理解。
　　“燃燒與環境監測”實驗室基于自主研發的“能源島熱電聯產系統”，開設了“程序點火及火焰監測顯示”、“燃燒調整及燃燒效率測定”、“鍋爐熱平衡”、“鍋爐煙塵測定”、“煙氣成分分析”、“氣態污染物排放監測”六個實驗�！俺绦螯c火及火焰監測顯示”實驗能夠使學生了解鍋爐安全操作程序及燃燒過程；通過設在鍋爐的觀察孔，直接觀察到火焰形狀以及運行參數對火焰形狀的影響，大大加深了對書本知識的理解�！叭紵�調整及燃燒效率測定”實驗使學生對各種因素對燃燒效率的影響有直接的感性認識，同時學到測取鍋爐效率有關數據、計算燃燒效率的方法。通過“鍋爐熱平衡”實驗，加深學生對鍋爐熱平衡原理的理解，培養學生的鍋爐熱平衡實驗測試技能，使學生能夠分析造成各項熱損失的原因，學會診斷鍋爐存在的問題�！板仩t煙塵測定”實驗使學生熟悉國家標準、掌握固定污染源排氣中顆粒物的排放濃度、折算濃度和排放總量的測定原理和方法。“煙氣成分分析”實驗使學生掌握奧氏煙氣分析儀的工作原理和使用方法。“氣態污染物排放監測”實驗使學生掌握氣態污染物排放測量的電化學法的原理和EUROTRON MK2 8851煙氣分析儀的使用方法。通過這一系列的實驗為學生從事鍋爐設計、運行和研究打下基礎。
　　“燃燒源污染物排放控制”實驗室配有四臺除塵裝置（旋風除塵器、袋式除塵器、電除塵器、濕式除塵器）和一臺噴射鼓泡式煙氣脫硫裝置、一臺選擇性催化還原煙氣脫硝裝置，可進行除塵器性能測定和氣體污染凈化兩大類型、六個項目的實驗教學，可使學生系統地了解并掌握污染控制的基本知識、基本原理、主要設備和典型工藝等，培養學生分析和解決日益嚴重的燃燒源污染物排放問題的基本能力，為學生從事相關的工程設計、技術管理等工作提供必要的基礎。

　　三、鍋爐原理實驗的教學和考核方法

　　1.教學方法
　　為便于組織教學，將參加實驗的學生分成8至10人的小組，排出實驗教學安排表，安排充足的師資力量，指導學生在兩周內完成所有實驗室的各個實驗。在教學過程中，改變傳統的灌輸式教學方法，不斷探索實驗教學的新辦法，如探究式教學、歸納式教學、換位教學等。
　　在探究式教學模式下，教師依據學習過程的客觀規律，引導學生積極主動、自覺地掌握知識。例如，在進行鍋爐熱平衡實驗教學時，教師提出“什么是鍋爐熱效率？什么是鍋爐熱平衡？”在學生明白這些基本概念問題的基礎上，設置問題“鍋爐正平衡熱效率的計算公式是什么？”引出計算鍋爐正平衡效率需要測定的參數及測量方法，繼續提問“鍋爐熱損失發生在哪里？鍋爐反平衡效率的計算公式是什么？”逐步引導學生積極思考，最后提出“為什么既要進行鍋爐正平衡實驗，又要進行鍋爐反平衡實驗？如何有效提高鍋爐效率？”教師通過這些涵蓋了實驗的目的、實驗原理、實驗方法的探究型問題，激勵學生的創造性思維，培養他們應用理論知識分析和解決問題的能力。
　　在進行演示性實驗教學時，采用歸納式教學方法，將“觀看”實驗轉變為“觀察”實驗。例如，在“自然循環鍋爐水動力特性”實驗中，不去講解，也不提出任何問題，只是告訴學生要仔細觀察。在每個實驗現象出現時，再引導學生歸納實驗現象、分析產生這種現象的原因。受知識水平、觀察能力的影響，學生難免會遺漏掉某些實驗現象，這時通過重復性實驗，教師指導學生進行有針對性地觀察，對實驗現象再次進行歸納和分析。采用這種教學方法，使學生對實驗過程充滿興趣，對水循環的形成過程、工質的流動與傳熱過程、蒸汽的產生過程，上升管中汽水兩相流的各種流型（泡狀、彈狀、環狀流動），鍋爐水循環的常見故障（停滯、倒流、自由水面、汽水分層、下降管帶汽）從現象到本質都有非常深刻的認識。
　　在實驗教學中，還嘗試了師生角色換位教學法。例如，在“煙氣成分分析”實驗教學中，進行了“讓學生做老師”的換位教學實踐。每組學生經過討論，選出一位同學，由其充當教師的角色，講解奧氏煙氣分析儀的工作原理，演示其使用方法，并帶領本組的同學完成煙氣成分及含量測定實驗，引導學生思考、提問、討論。實踐證明，這種方式加強了學生之間的交流、師生之間的互動，活躍了實驗教學的氣氛，收到很好的效果。
　　2.考核方法
　　實驗考核是對學生實驗能力的全面檢查，也是對教師教學效果的檢查。同時，考核能夠給學生以壓力和動力，促進學生對實驗課的重視。傳統的實驗考核方法，主要是依據實驗報告的好壞來評定成績，這種方法在一定程度上滋長了學生抄襲實驗報告的現象。為減少傳統考核方法的弊端，我們采取實驗表現、實驗報告、實驗考試相結合的方法進行實驗考核，三者依次占實驗總評成績的30%、30%、40%。實驗表現和實驗報告采取每個實驗單獨給分，取各自的平均分作為這兩項的成績；實驗筆試則由每個實驗設置2～4道基本知識和基本技能試題組成試卷，統一安排考試。實驗表現由教師依據實驗預習、實驗操作、回答問題情況，以及發現和提出問題的能力當場給出成績；實驗報告按照是否按要求撰寫實驗報告，按時交實驗報告，數據、結論是否正確，分析是否透徹評分。通過這種考核方式給出實驗綜合成績，實現了對學生的學習態度、觀察能力、動手能力、思維能力、綜合分析能力等的全面考查。

　　四、結語

　　實驗教學是將書本知識與實驗能力培養相結合、基礎理論與工程實踐相結合的教學活動，是培養學生能力的重要環節，是培養創新型人才的關鍵。為提高鍋爐原理實驗教學的效果，需要承擔實驗教學的教師關注教學過程的各個方面，對教學目標、教學內容、教學和考核方法等進行順應時代潮流的改革和創新，不斷總結教學實踐中的經驗和教訓，提高業務素質和水平，為提高教學質量、培養適應當今社會發展的創新型人才做出應有的貢獻。

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