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2.1能源動力工程思路方向
基于當前國情,要加大傳統能源開發利用程度。眾所周知,我國現實國情即能源資源少利用效率不足,因此,還需要專業人士對如何提高傳統能源開發利用效率程度加以研究,也是我國今后能源動力工程研究工作的重中之重;同時,要重視新型可再生能源的開發。石油煤炭等不可再生能源,其開采受程度和年限制約,由此可見,未來能源市場主戰場將轉向可再生能源的開發利用,且不能因匱乏資源而放慢經濟發展的腳步,所以專業人士千萬不能止步不前,要注重新型可再生能源的開發,從而確保我國工業能長期持久的發展;第三,實踐理論要并行。由于不同于其他專業,能源開發利用將直接作用國家經濟發展與環境保護,可轉化為直觀的工業產品和經濟成果,所以專業人士在校學習時,就要做到理論實踐并行,既要專研書本知識,又要進行科學探究和工業時間,促使得出實際結合理論的科技理論成果,從而促進能源的發展經濟的騰飛。
2.2能源動力工程環保方向
環境污染不僅威脅著人類的生活,更制約了經濟建設社會發展,若沒有良好生活環境及可長期利用的能源,那么社會將止步不前,人類也會失去確保發展生存的基礎。為實現我國四個現代化,和中國特色社會主義國家的建設,最首要關注的問題便是環境與能源,遏制為發展而先污染后治理現象;同時,要加強環境管理力度,但凡改建擴建新建、建設經濟開發區等,都必須遵循環境評價標準,堅持使用環保建設設備及建筑工程主體共同施工設計投產制度;再次,經濟發展方式要積極改進,要淘汰陳舊設備選用先進的機械設備,嚴格禁止污染嚴重能源消耗多的產品生產;最后,環保資金的投入力度要大,健全完善環保法制制度,嚴格按國家規定排放標準執行,確保環境保護是在法制下進行。
2.3煤炭清潔技術的利用
(1)凈化處理燃燒前煤炭,其流程為:清洗選取煤炭,將煤炭中的灰分等雜質清除減去,洗選處理效率務必要達95%以上;民用煤炭加工,將粉煤與低品位煤炭用機械設備制成相應形狀的煤炭產品。(2)凈化處理燃燒后煤炭,以濕式或干式脫硫法,確保使用率達到90%左右;以靜電除塵方式處理大型電廠燃燒后煤炭,保證除塵率在90%左右。
【摘 要】為了滿足現代社會對能源領域應用型人才的需求,并提高學生在就業擇業過程中的競爭力,三峽大學結合該校培養“高素質、強能力、應用型”人才的辦學方針,對學校新建的能源與動力工程專業進行了改革,提出“弱化專業方向,提煉專業共性,增厚專業基礎”的人才培養改革思路,并以此為指導制定專業人才培養方案和建立校內外實驗/實踐基地。實踐表明,本次改革取得了較好的效果。
關鍵詞 能源動力;人才培養;改革
基金項目:三峽大學(高等)教育科學研究項目(1307,1345);三峽大學教學研究項目(J2013008)。
作者簡介:陳從平(1976—),男,湖北荊州人,三峽大學機械與動力學院,副教授。
能源是國民經濟的命脈,是國家可持續發展的重要物質基礎和根本保證。能源與動力工程類專業正是致力于培養能從事能源開發與利用的技術與管理人才。目前,全國有200余所高校開設了能動相關本科專業,其中大部分已經建設較為成熟,部分985和211高校的能動專業在國內已具備一定的影響力且具備鮮明特色[1]。而三峽大學的能動專業于2011年才開始立項建設,并同年開始招生。作為地方高校新開設的能動專業,在人才培養方面必須適應社會和行業需求,符合我校 “高素質、強能力、應用型”的人才培養的目標,因而,在專業建設伊始,就不能完全照搬其他高校能動專業人才培養模式,需要結合實際情況,大膽改革和創新,才能在國內同類專業中快速占領一席之地,并以高起點快速穩健發展。
1 國內外研究現狀
歐洲和美國的大學將能動類專業設置在機械工程系中,且不以專業來單列,而只是機械類的一個方向,稱為熱流科學(Thermal and Fluid science)或能量系統(Energy system),而核工程與核技術則一般單獨設立,或者設在化工系中,例如美國麻省理工學院、佛羅里達大學等,機械工程的教學與研究范圍覆蓋了目前國內本科生專業目錄中的機械類、能源動力類的范圍,這樣就大大擴展了能動專業的學科基礎和專業領域,以此來適應“應用型”人才培養的需求,使學生獲得堅實的專業理論和寬廣的專業知識。
我國能源動力類專業形成于20世紀50年代[2],當時在蘇聯教育體制的影響下的分為10個三級專業,經1993、1998、2012年三次修訂最終合并為1個專業:能源與動力工程,使得專業覆蓋面被大幅度拓展,要求本專業學生主要學習動力工程及工程熱物理的基礎理論,學習各種能量轉換及有效利用的理論和技術,受到現代動力工程師的基本訓練;具有進行動力機械與熱工設備設計、運行、實驗研究的基本能力。要實現以上人才培養目標,關鍵在于如何緊跟行業需求并結合高校自身情況,制定科學的人才培養方案并認真執行。然而,經前期大量調研結果表明,目前國內高校尤其是地方院校在能動專業人才培養上存在以下特點或不足:
(1)專業劃分過細,口徑太窄。大部分高校在能動專業中設置了多個專業方向,如水力發電、火力發電、清潔燃燒、供暖、制冷等,并將專業課分方向模塊進行教學,這極大地限制了學生的選擇空間,不利于學生專業知識拓展,使學生在擇業時被固定在某個方向上,缺乏競爭力。
(2)人才定位不盡合理。經前期廣泛調研發現,隨著我國現階段加快能源建設的力度,國內目前需要更多的是能源動力行業運行、維護與管理方面的技術人才[3],對于高端人才如設計研究類人才雖然稀缺,但由于能動專業實踐性強的特性,一般難以由高校直接培養此類人才,即高端技術人才亦需要從工程實踐中磨礪而出。所以作為地方院校,尤其新開設能動專業的地方高校,不能一味照搬985、211高校以及部分經過幾十年專業建設已經具備自己鮮明特色和專業實力的高校的人才培養模式,必須緊跟行業需求,以培養應用型人才為主線,并充分利用和發揮高校自身的特色和優勢。
2 三峽大學能動專業人才培養模式改革
三峽大學的能動專業于2010年底才開始立項建設,并于當年從我校2010級機械設計制造及其自動化專業中分流出53位學生按照能源與動力專業人才進行培養,2011年開始以能源與動力工程專業獨立招生,故截至目前實際上已有一屆學生畢業(2010級),且2015年度即將畢業的學生目前絕大部分已經簽訂了就業協議。近五年來,學校在專業本專業建設過程中積極探索,對兄弟高校及能動相關的企事業單位進行了廣泛調研,并緊密結合我校能動專業“新開設、新起點”的現實情況,培養和提煉自己的專業特色,并對本專業的人才定位和培養進行了以下改革:
(1)在人才培養與定位方面,以培養“高素質、強能力、應用型”人才為指導,制定了專業人才培養方案,著重提煉專業所覆蓋知識體系的共性,拓寬專業口徑、增厚專業基礎、突出方向共性、弱化專業方向、提升就業能力,擴大就業口徑。具體為:1)以流體機械動力學為基礎,設置適用于水力發電、熱力發電、風力發電中能量轉換動力裝備的動力學相關系列必修基礎課程,突出水力發電專業課,并輔以風力發電等專業課程;2)以熱-力轉換原理為基礎,設置適用于火力發電、生物質能發電、核電等熱動力學、熱交換、熱傳輸相關的系列必修基礎課程,專業課設置方面突出火電、核電,輔以生物質能相關課程。即將動力工程專業分為流體機械和熱力機械兩個方向,但在培養過程中,大大拓寬了專業基礎必修課的范圍,增加學生后續就業時行業選擇的范圍。
(2)在實驗/時間教學方面,以厚基礎、寬口徑、應用型人才培養為指導,建設和整合實驗、實踐教學條件。取消零散的課程實驗/實踐,開設系列綜合實驗/實踐課程,使實驗/實踐教學具有層次性、連貫性、交叉性、系統性和良好的可操作性。避免以課程為單位開設實驗時的連續性差、重復度高、綜合性不強、效果差的缺點,同時在一定程度上降低建設成本。此外,學校還積極開發校外實踐基地,挖掘學校所在地區及周邊區域廣泛的能源動力行業/企業資源,作為本專業有效的實踐基地。
(3)以校外實踐基地建設為抓手,開發專業初期就業資源。任何一個高校新專業就業時其情況都或多或少存在不確定性,其原因主要在于社會和行業對于特定高校新專業的認識度不高。因而打開就業工作局面難度大,故無論從短期還是長遠來看,都需要充分利用所建立的校外實踐基地作為就業渠道,使基地發揮更大作用,這需要在基地建設過程中同時做好基地管理制度建設,以協議的形式為本新專業向基地輸送人才提供保證。
3 改革效果
近五年來,學校在建設能動專業過程中不斷探索,最終形成以上建設意見和改革措施,并取得了顯著成效:
(1)制定了科學合理的能動專業人才培養方案,確定以掌握能源轉換裝備運行及轉換機理為基礎,在傳統的專業基礎課程中,將《流體機械原理》、《水輪機及調節器》、《汽輪機》等增設為專業公共基礎課,在專業拓展模塊課程中按水電、熱電、流體機械、新能源發電等設置小學分模塊供學生選修,但不限制選擇模塊數量。目前學生就業反饋情況表明,在弱化專業方向、增厚專業基礎課程后,學生在擇業過程中即使不在個人專業方向上就業,只要未跨出能動行業,就能很快適應新領域的工作。
(2)整合實驗/實踐教學計劃和條件。如將以往隨理論課程開設的《流體機械原理》、《流體力學》、《液壓傳動與控制》、《泵站工程》、《水輪機及調節器》等的課程實驗進行專門設計,整合成32學時的《流體綜合實驗》課程;將《熱力學》、《傳熱學》、《汽輪機》、《熱電廠動力工程》、《鍋爐原理》等課程的實驗內容整合成32學時的《熱工綜合實驗》;將《測試技術》、《控制工程》、《電廠自動化》等課程實驗整合成16學時的《測控綜合實驗》等,并根據相關理論課開設時間將綜合實驗課內容分為兩個學期開設。這樣學生能夠得到更為系統的、連貫的實踐訓練,相比隨理論課程開設的零散實驗,綜合實驗教學效果更好隨
(3)目前已在學校所在地區及周邊能動企業建立本專業的實踐/實習基地,且已經有效運行,如安能(宜昌)熱電(生物質能發電)、長江電力(葛洲壩)、安能(襄陽)火電、三峽電廠、清江的隔河巖電站、高壩洲電站、向家壩電站、黃龍灘(十堰)電站、湖北宜化集團、宜昌安琪酵母、黑旋風工程機械等20多家能源企業和流體機械設計制造企業,可完全滿足學生畢業實習、生產實習及其他培訓的接待需求,極大地緩解了專業實踐條件建設需要大投入的困難。
(4)專業就業情況良好,第一屆畢業生(2010級,共53人)就業率達100%,其中除4人繼續攻讀碩士研究生外,15人進入水力發電廠,17人進入火電、生物質能電廠,6人進入電力部門事業單位,11人進入與流體機械及能源裝備設計、制造相關企業。其中17人(32.1%)在本專業校外實踐基地相關企業就職。截止2015年3月中旬,第二屆畢業生(2011級,共81人)已簽就業協議的達72人,已確定攻讀碩士研究生5人。學校以專業調研、畢業生就業企業回訪等多種形式,進一步拓寬和加深了與行業內相關企事業單位的聯系,并就用人單位對我校畢業生在生產實踐過程中的綜合素質和表現進行跟蹤回訪,結果表明學生的綜合能力水平總體較高。
4 結語
能源動力類專業是實踐性、技術性很強的專業,且專業覆蓋的技術領域非常廣泛,針對具體的應用領域其技術專業性又較強,而高校在該專業人才培養的過程中一方面不可能面面俱到,設置過多的專業方向,另一方面又不能過于集中,而使得學生的專業知識領域過窄,導致就業方向沒有選擇余地。因而,在人才培養過程中要更多地考慮專業領域的共性,增厚專業基礎,拓寬專業口徑,使學生獲得盡量寬廣的專業綜合知識,才能具備一定的競爭力,以適應現代能源動力領域對專業人才的需求。
參考文獻
[1]徐翔,余萬,陳從平,方子帆,李響,趙美云.三峽大學“能源與動力工程”專業培養方案的制訂與完善[J].科教文匯:上旬刊,2014(6):60-61.
能源動力工程專業是伴隨著近現代工業革命發生、發展、加速過程成長起來的傳統專業,在新的能源形勢和建立工業強國的需求下承擔著嶄新而重大的培養責任。我國目前設有能源動力大類專業的學校有130余所。經過幾十年的努力,我國能源動力的工程教育有了長足的進步,但總體來看,整個工程教育體系沒有發生本質的變化,還不能很好滿足現代工業對工程技術人才的需求。[3]能源動力領域的高等工程教育主要存在四個方面的不足。
1.缺乏明確的工程教育定位
很多研究型大學的目標是培養科學家,而不是工程師。而工程教育和科學教育是兩種不同的教育。科學家從事研究發現,工程師進行創造發明。培養工程師和培養科學家需要兩種不同的教育體系。作為一個典型的工程學科,能源動力專業的培養目標應該是以培養工程師為主。在現實需求下,就是培養既有創新能力又能解決實際工程問題,同時具備國際競爭力的高級人才。
2.工程教育體系陳舊
在課程設置上,能源動力專業的課程改革基本上是在原有課程體系下的完善,沒有從根本上打破原有的課程體系。隨著新知識的不斷出現,由于缺乏課程間的整合機制,課程有增無減,使學生不得不面對越來越多的課程。在教學模式上,通常是以教師為中心的講授式教學,而不是以學生為中心的啟發式教學。學生的分析、想象、創造能力的培養受到限制。在教學內容上,工程教育基礎課程太偏理論,教學中缺乏實際應用的環節。不少專業課程跟不上科技發展的節奏,內容幾十年不變,總體上比較陳舊。教學實驗以驗證性為主,測試手段比較落后,設備比較陳舊。
3.缺乏與企業的互動
作為一個實踐性很強的學科,不了解工程界的需求而一味紙上談兵不僅不能培養出合格的現代工程師,而且對于學科發展也是極其不利的。工程界對工程教育的教學內容和實踐水平有嚴格要求,但不少工科教師缺乏必要的工業經驗和工程背景,學生也缺乏必要的實訓機會和體驗。4.缺乏工程教育的國際化隨著世界經濟全球化進程的加速,能源動力領域需要更多的按照國際標準培養的工程人才。在工程教育體系中,需要更多地接納來自不同國家的學生,在教學和科研中注入更多的國際化內容,與國外大學加強校際交流與合作,培養具備專業知識和能力的國際化現代工程師。總之,長期以來,能源動力工程領域習慣于從系統性和科學性出發組織工程教育體系,較少以學生和工程界需求出發進行考慮,無法真正適應社會的變化和現代大工程教育觀念。
二、能源動力工程領域的高等工程教育探索及實踐
針對能源動力領域的工程教育問題,近年來上海交通大學機械與動力工程學院對能源動力專業的本科工程教育體系進行了積極探索和實踐,主要歸納為三個方面。
1.明確培養主體
首先明確了能源動力專業的培養目標就是培養合格的現代工程師。培養的主體就是學生。從華沙世界工程教育會議和美國“2020工程師”計劃[4]對新一代工程師的要求來看,現代工程師首先要對工程或技術有熱情,因此在充分考慮學生需求和實際辦學條件的基礎上,選拔對成為未來工程師有強烈意愿的學生進入教育部的“卓越工程師教育培養計劃”特色班,希望能培養出未來企業界的領軍人物。這樣,學生在培養過程中可以保持較高的熱情,有利于教學和實踐工作的開展。
2.制訂“工程教育特色”培養計劃
新的培養方案中的課程設置主要分為四個部分,如圖1所示。第一部分通識教育課程主要由人文、社科、經濟管理、外語、體育等課程組成。第二部分專業教育課程包括了能源動力領域必備的數學、物理、化學、電子電工、材料、設計制造、熱學、流體力學等最基本的知識(必修)和各個研究方向(包括熱能工程、車用發動機、葉輪機械、制冷與低溫工程)的專業課程(選修)。第三部分專業實踐課程涵蓋了各類實習、實驗和畢業設計。第四部分個性化教育課程由學生根據需要自主選擇。相比原來的非工程教育課程體系,新的課程設置有下面幾個很大的變化:
(1)淡化了各研究方向的具體差異,強調通用基礎知識的學習。目前國際上普遍認為應該注重“基礎知識”,而“專業知識”可以在工作以后繼續增加積累,甚至終身都要不斷地學習。在“基礎知識”中,國際上的觀點更強調的是“通用基礎”。
(2)對課程進行有效整合。原先的課程多而雜,在教學內容上出現重疊,加上許多課程學分少,學生為了湊學分需要同時學習多門課程,所以學習負擔很重,不少學生都有“考完即忘”的經歷,沒有達到要求的教學效果。在新的課程體系中,考慮上述問題,對課程進行大范圍整合:取消小學分課程(學分),設置高學分課程(學分),除個別課程外,多數課程都在3個學分以上。另外,突出了工程實踐類課程和基本理論課,減少了拓展理論課的數量。以專業教育課程為例,可以看出新舊課程設置的差別,見表1。由表可見,專業基礎課的必修總學分提高11分,但門數減少2門;專業方向課選修的總學分減少7分,可選的課程也減少了三分之二。
(3)強調工程意識和實踐能力的培養。由于我國的基礎教育是按科學教育的體系構建的,所以工科學生進大學后難以馬上適應工程教育,使教學效果打了折扣。在新的課程體系中,特別設置了“工程學導論”必修課程,向學生介紹工程問題及其解決方案的基礎知識,同時培養學生提出工程問題、通過團隊合作研究并設計解決方案的能力以及交流、寫作的基本能力。該課程要求學生在一年級學完,希望能夠彌合高中教育和大學工科教育之間的鴻溝。另外,在熱工核心基礎課程如傳熱學、工程熱力學和流體力學等中增加課程設計和團組大作業,課題取自生活和企業,在解決實際問題過程中增強學生對知識的實際應用能力。
(4)增設企業課程模塊。為使學生盡早地接觸企業,了解企業需求和產品設計規范標準,在新的培養計劃中增加了企業課程模塊,包括“企業項目管理”、“質量管理及控制”、“精益六西格瑪管理”等課程供學生選修。授課老師都是來自優質企業的具有豐富工程經驗的工程師,可以提供大量新鮮而實用的案例,提高學生的學習興趣,加速學生適應工程實踐的進程。
(5)采用合適的優秀工程教材。現代工程技術的發展給能源動力類專業課程的教學提供了極其豐富的素材,如納米微米的應用、燃料電池、新能源開發、污染物減排等。優秀的教材能夠及時恰當地反映工程技術的這些新變化,并以學生容易接受的形式表達出來。在這一點上,國外有些教材做得更出色。能源動力類各專業課程精心挑選了取材豐富、構思新穎、內容先進的教材,而且要求使用中文教材的課程必須提供優秀的英文參考書。例如,工程熱力學課程就選用了中文教材《工程熱力學》(沈維道、童鈞耕編著)和美國的Moran、Shapiro編著的英文教材《FundamentalsofEngineeringThermodynamics》,不僅有益于知識的互補,而且能開拓視野、活躍思維、引導學生去感受理論與實踐的重要性。
3.增強實踐教學和工程實訓環節
實踐是實現工程教育的必要環節。在新的培養計劃中,特別注重了實踐教學環節的設計和規劃。整個實踐體系分成四部分:理論課實驗及課程設計、工程設計類、各類實習及各級工程實驗/實踐活動。如表2所示。
(1)理論課實驗及課程設計。這類實踐主要包括涉及課程知識的原理性驗證實驗和基本設計等,與工程實踐內容相差較大,但卻是夯實理論知識基礎有效的手段,不可缺少。在新的課程教學大綱中,除了保留傳統教學實驗和設計外,還增設了綜合性和實踐性較強的訓練項目,如在傳熱學、工程熱力學和流體力學等核心基礎課程中增加課程設計或團組大作業,題目具有一定的啟發性和現實性,希望能夠增強學生的綜合運用能力和駕馭理論實踐相互轉化的能力。
(2)工程設計類。工程設計系列課程的主要目標是貼近工程實際,搭起學校學習與工程實踐的橋梁。包括:“工程學導論”,通過課程學習將一年級學生引進門,建立對工程的認識和興趣,如前所述;“工程設計1”,進行符合二年級所學內容的具有一定難度的項目設計;“工程設計2”,進行符合三年級所學內容的有較大難度并和專業相關的項目設計,如結合數理化、熱機電等基礎知識,設計電子元件冷卻系統、余熱回收利用系統等;“畢業設計”。在四年級,結合企業實際項目,以產品為對象,實現較大的工程項目的綜合訓練。畢業設計可與生產實習銜接,共同在企業完成,給予畢業設計充分的時間和質量保障。工程設計類課程以項目為導向,強調設計的實用性、經濟性與開放性,同時強調團隊合作、溝通與領導能力的培養。項目有的來自上海通用、寶鋼、航天八院、商飛、泰科等優質企業,有的是與海外大學合作聯合承接海外公司的項目,進行海外實習,開拓了學生的國際視野,培養了其全球工作的能力。
(3)各類實習。這類實踐包括了傳統的金工實習、認識實習和生產實習。其中認識實習和生產實習都在企業完成,生產實習又和畢業設計緊密相關,這樣使實習目的更加具體,不僅促進了企業和學生的相互了解,更保證了雙方合作的積極性。
中圖分類號:G642.3 ; ; ; ; ;文獻標識碼:A ; ; ; ; ;文章編號:1007-0079(2014)17-0079-03
近年來,關于高校課程建設與改革的話題受到持續關注,因為“課程”是大學整個教學活動的基礎和核心,同時高校的課程建設也是一個相當復雜的系統工程,如課程內容的選擇與界定、課程之間的合理組合等,都會直接受到培養目標、教育目的、教育觀以及認識論等因素制約。此外,高校課程的結構是否合理、教學內容是否適當,反過來又會影響到高校人才培養質量和水平的高低。“課程群”的概念正是在這樣的背景下被提出來的,它既是世界范圍內科學和教育的發展之需,也是我國高等教育改革的現實要求。
一、課程群及課程群建設的發展現狀
關于“課程群”是什么,教育界有著不同的看法,概括起來主要有四種。第一種認為“課程群”是由在內容上緊密相承、相互滲透、互補性較強的幾門同系列課程組合而成的有機整體,各自配有相應的課程大綱,并按照大課程框架組織課程建設,以獲得課程體系的整體優化,是具有學科優勢的課程。第二種認為“課程群”是某一學科內多門課程的集合,通過學科來劃分群與群間的界限。第三種認為“課程群”是指多門彼此互相獨立但是又密切聯系的課程,課程群建設的目的是為使各門課程能協調發展、齊頭并進,追求整體效益,以達到最佳的效果。第四種認為“課程群”是由承擔不同的任務,在課程內容上各有不同特點,但為完成同一個教育目標而形成的多個子課程組成的有機系統。
目前,一般高校傾向于第一種觀點,因為它首先是將“課程群”看成是相互聯系,相互滲透的有機整體,其次認為“課程群”是一個具有整體優化效果并且有一定學科優勢的課程群體。總體來說,“課程群”是本學科或與之相近的學科的幾門聯系緊密的課程間進行有機的整合,以達到預定的教學目標和適應社會發展的需要為標準,建設出的使整體效果最大化的課程群體,是一種與單門課程相對應的課程建設方式。因此,“課程群建設”實際上就是根據高校人才培養目標及培養模式的要求,研究分析課程與課程體系間在邏輯和結構上的相互關系,通過破除課程間的壁壘,優化整個課程體系,進一步融合和更新教學內容、教學方法等的過程。隨著高校專業課課程門類與學時數的壓縮,“課程群”的建設顯得尤為必要,它順應了網絡時代教育和人才培養的發展趨勢。
“課程群建設”是近年來高等院校課程建設實踐中出現的一項新的課程開發思路,其基本思想是把內容聯系緊密、內在邏輯性強、屬同―個培養能力范疇的同一類課程作為―個課程群組進行建設,打破課程內容原有的歸屬性,從學生培養目標與層次把握課程內容的分配、實施、保障和技能的實現。
我國高校以多門課程組合的方式進行課程建設, 至今已有近二十年的歷史。北京理工大學1990年開始,在課程建設中應以教學計劃的整體優化為目標的方針指導下,首先提出要注重“課群”(課程群的早期稱謂)的研究與建設。隨后,一批高校相繼開展了一系列雖名稱相同或相似但差異較大的課程群建設和改革實踐。[1-4]
二、課程群相對于“獨立課程”的優勢比較分析
相對于“獨立式”的課程觀,“課程群”在教學設計上獨具特色和優勢。主要體現在以下三個方面:第一,“課程群建設”與學科建設相結合,充分發揮相關學科建設力量強、基礎好的優勢,將學科建設與課程群建設有機結合。一些高校還把科研能力強、學術水平高的教師集中到教學一線具體參加課程群的建設工作,以“教學團隊”的形式進行攻關,鍛煉了高校教師教學和科研的整體協作能力。第二,以系統科學為指導,注重整體效果,將內在聯系緊密的相關課程納入“課程群”中統籌考慮,注重相互間的有機結合與互相促進,達到了整體優化的目的,同時提高了課程建設的效率和效益。第三,區別于過去的“獨立式課程”,“課程群”把理論教學與相關實踐環節通盤考慮,不僅對理論教學開展系統研究,對實踐教學環節也進行了相應的改革,實現了全方位、多途徑提高教學效果。[5,6]
三、課程群與課程體系的對比分析
國內有關學者高校課程群及課程體系進行了比較,研究指出:高校課程體系的建設主要是針對課程結構、所占比例、模塊設置等進行宏觀指導,明確課程的教材、大綱以及教學計劃等,雖然能夠較好地促進教學質量的提高、達到國家的教育目的、高校的人才培養目標, 對于指導課程建設的原則、方法、目標具有重要意義, 但是難以實現不同學校的辦學特色、專業建設與特色課程建設。近些年來實施的重點課程建設主要是針對某一門課程的教學內容、體系結構、教學方法、評價方法等來開展的,體現在對某門課程的“點”――教學大綱、教學計劃、內容結構等的建設,有力地保障了課程教學目標的實現,但高校的人才培養目標不是由一門課程就能實現的,各門課程在學生的知識傳授、能力培養中只占一小部分。此外,由于每一門課程都強調其系統性和完整性,在教學實踐過程中容易產生內容多與課時少的矛盾。
“課程群建設”屬于中、宏觀層面意義上的課程建設,主要針對某一受教育群體,將相關的課程進行整合,刪減其中重復和過時內容,增加提高人才培養素質和提高競爭力的新內容,以提高教學效率及教學質量;通過對原課程群的進一步整合,可產生新的課程群,具有更新的人才培養目標,實現課程建設的規模效益,具有很強的可操作性及實用性。
通過對比分析可知,課程體系建設以整個人才培養計劃中的課程體系為對象,其主要工作是調整各課程模塊的比例。課程群建設則是以課程群為對象,對課程群內的有關課程教學內容進行有機融合,是對課程的重新設計,并將課程群的宏觀設計與課程教學實踐有效地結合起來,以提高整體教學效果。[7,8]
四、優秀課程群的建設方法及啟示
課程群內相關課程的選擇與設置,是當前課程群建設中的關注焦點和建設難點,同時也存在諸多爭議。從專業教學角度看,目前課程群主要有兩種界定方法:一是“以專業方向劃分的專業課程模塊組成的課程群”,對于該種模式,國內高校已有相關專業達成了共識,并已在學生專業知識、創新能力及綜合素質培養等方面發揮了重要作用;另一種是綜合考慮多學科的交叉與融合,培養寬口徑人才,即“依托學科組建的課程群”,這種模式有助于增強學科實力,提高學科的建設水平。
對于優秀課程群的建設,方法是關鍵。建設過程中,要充分發揮課程群的特點與優勢,一要注重群內課程內容的整合與新知識的更新。在充分融合孤立課程的內容、挖掘相關學科和領域最新知識的基礎上,將相關學科的最新研究成果融入教學和科學研究過程,優化教學資源,注重學生的能力與素質培養。二是要分清群內課程建設的主次。從專業人才培養目標出發,根據專業知識在人才素質培養中的不同要求,可緊密依托專業辦學特色和創新人才培養目標,在課程群內以專業主干課程為突破,抓住主要矛盾,分主次進行建設,避免因精力的均分而影響課程群的整體建設效果的提高。三是要充分考慮課程群內課程的關聯性及在支撐專業人才培養上的協同作用,應在課程群建設實踐中注重群內課程要彼此依托、相互促進、共同提高。這樣的課程群組織建設,有利于群內教師間的交流溝通、課程與課程間的交叉融合,可及時反饋教學信息與教學效果,建立起有效的專業教學調控與響應機制,同時也可以通過對課程群規范的過程管理和質量評估,進一步促進群內課程教學質量的共同提高。[9]
五、卓越工程師培養背景下“熱能與動力工程”專業的課程建設與發展
截止2010年,我國開設工科專業的本科院校有1003所,占本科院校總數的90%,高等工程教育的本科在校生達371萬,研究生47萬。[10,11]而目前工科專業畢業生還存在諸多問題,主要有:缺乏工程實踐能力和工程創新意識、專業面狹窄、動手能力差、綜合素質低下、所學知識陳舊等。[11]提高工科專業人才培養質量,對實現國家走新型工業化道路,建設創新型國家和建設人力資源強國三大戰略有著十分重要的意義。
“卓越工程師教育培養計劃”是高等教育針對《國家中長期教育改革和發展規劃綱要(2010-2020年)》實施的重大改革項目,是提高我國高等工程教育質量、促進我國由工程教育大國邁向工程教育強國的戰略舉措。傳統的課程體系、教學內容和教學環節已經不能適應“卓越計劃”對工程人才培養的要求,必須通過重新設計課程體系、更新教學內容和重新組織教學活動來實現卓越工程師的培養。教育部日前的教高[2011]1號《教育部關于實施卓越工程師教育培養計劃的若干意見》文中明確要求:大力改革課程體系和教學形式。依據本校卓越計劃培養標準,遵循工程的集成與創新特征,以強化工程實踐能力、工程設計能力與工程創新能力為核心,重構課程體系和教學內容。
能源動力廣泛應用于各行各業,是國民經濟的基礎產業,也是國家科技發展的重要基礎方向之一,關系到國家的根本利益和經濟社會的健康持續發展。
我國能源動力類的熱能與動力工程專業形成于20世紀50年代。由于受當時的歷史條件限制,專業分割很細,形成了以工業產品生產引導高等學校能源動力類專業人才培養目標的基本格局,也在一定程度上適應于我國當時的經濟社會發展。隨著改革開放及經濟社會發展,社會對能源動力類專業人才的培養提出了新的要求。為了適應社會的要求,能源動力類專業歷經多次教育部的多次調整,已由原來的幾十個小專業,逐步合并為一個大專業熱能與動力工程專業。2003年,隨著能源動力科學技術的飛速發展和能源動力領域新問題的提出,浙江大學率先將“熱能與動力工程專業”改造成“能源與環境系統工程專業”,得到廣大青年學子和社會各界的認同;2004年,清華大學將“熱能與動力工程專業”改造成“能源動力系統及自動化專業”。國內還有一些高校也陸續地根據專業辦學特色,進行了熱能與動力工程專業名稱的調整。在教育部新頒布的《普通高等學校本科專業目錄(2012年)》中已將能源動力類專業統一整合為能源與動力工程專業。
經過一系列的專業教育改革,本專業的人才培養口徑大大拓寬,體現在學生的基本知識面得到拓展,對市場需求的適應性大大加強,就業市場更為廣闊。但是因各高校的專業定位、地域分布、歷史繼承及國家和社會需求等的不同,形成了開設本專業的高校間課程設置、專業重點及特色、培養模式多樣化的態勢。
由教育部啟動的“卓越工程師培養計劃”,旨在為我國各行各業培養優秀工程師的后備軍。它要求高校轉變辦學理念、調整人才培養目標定位以及改革人才培養模式等。國內開設了熱能與動力工程專業(現能源與動力工程專業)的相關高校,也相繼加入熱能與動力工程專業的“卓越工程師培養計劃”行列。相關高校結合自身專業重點和辦學特色,在專業課程建設及課程群建設方面進行了一些有意的探索和實踐,主要體現在:面向學生綜合素質的培養,開展了“能源清潔利用技術”課程群建設;[12]針對專業方向的培養特點,構建了“熱能與動力工程”大專業多方向課程體系;[13]進行了熱能與動力工程專業課程設計教學改革的探索與實踐;[14]進行了基于精品課程建設為平臺的汽輪機系列課程改革與實踐;[15]進行了高職高專熱能動力裝置專業課程體系的改革與創新[16]等工作。這些課程改革與研究實踐,尚未涉及到能源動力類專業卓越工程師培養的課程群建設,相關研究需要開展。
六、結論
第一,作為一種新形式的課程建設模式,當前開展的課程群建設不同于單門課程改革以及課程體系建設,既適應高校教學改革和人才培養的要求,也反映了課程教學改革的新趨勢。
第二,熱能與動力工程專業按照傳統的以產品為導向的課程設置和體系建設,不太適合當前卓越工程師培養目標及要求,特別是存在一些課程的教學大綱和教材內容明顯老化,課程內容呈現較多重復,導致培養出來的學生存在知識面狹窄、知識內容陳舊、動手及實踐能力不強等弊端,制約了能源動力類專業卓越人才的培養。
第三,在已開展的能源動力類專業的課程建設與改革中,尚未在卓越工程師培養視角下組織實施能源與動力工程新專業的專業核心課程群的建設與改革。需要結合新專業的調整以及專業卓越人才培養要求,修訂新專業人才培養計劃,改革現有課程體系及結構,研究并構建適合新形勢下能源動力類專業卓越人才培養要求的課程群。
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中圖分類號:G642 文獻標識碼:A 文章編號:1673-9795(2013)09(b)-0080-02
為了適應社會和行業對能源動力類人才的發展要求,培養具有實踐能力和創新精神的卓越精英人才,并且讓學生能夠接受符合自身特性的個性化實踐教育,我們重新構造符合經濟、社會、科技發展和人才培養規律的、結合國家實踐基地的立體化實踐課程體系,探索實踐課程授課方法,把社會需求和人的全面發展需要結合起來,促進學生自主學習和個性發展。
華中科技大學能源與動力工程學院作為首批入選實施“卓越工程師教育培養計劃”的院系之一,通過依托學科和專業優勢,積極利用現有資源條件,充分挖掘專業潛力,對“卓越工程師教育培養計劃”的進行系統的探索與實踐,致力于培養具備能源動力素質的卓越工程師,在卓越班教學計劃中突出具有專業優勢和特色的基礎上,特別加強工程實踐課程和實踐教學環節的改革。
本文圍繞卓越工程師人才培養目標,依托卓越工程師培養計劃,探討能源動力類實踐教學環節培養的改革,通過加強校企的緊密合作,立足國家工程實踐中心,校企合作進行實踐教學,推進卓越工程師的教育改革,為滿足適應社會發展需要的能源工程領域的卓越人才培養需求進行有益探索。
1 課內教學與課外實踐相結合,提高學生動手能力
學院在專業基礎課程建設中積極將課內教學與課外實踐結合起來構建專業基礎知識結構。在組織《能源與動力裝置基礎》課程教學時,主動以“認知+實證”為突破口,因為該門課程涵蓋了以往熱能與動力工程專業所有專業方向的專業主干課程基本內容的能源類綜合課程,課程內容涉及到能源動力工業中幾乎所有裝置、設備的工作原理和基本結構。為了使課程學習生動形象,該課程不僅在課件中加入了大量動畫等多媒體素材,而且因課制宜,與課程同步進行現場課外實踐,使學生的感性知識與理性知識相互交融,加深了對理論的理解認知和對機器的實證。學生通過理論知識的學習,然后通過課外現場的實踐再學習,有利地提高了學生動手能力。
能源動力類本科專業是一個寬口徑專業,涵蓋了多個不同的專業方向,由此,近幾年,在建設能源動力類各專業方向課程同時積極共建實驗課程。結合能源動力類碩士二級學科平臺與本科專業方向對接共建實驗課程,更新實驗教學體系,將涵蓋以往的十余門課程二十余個單項實驗,改造成四門獨立實驗課程(見表1),各16學時。四個專業方向的模塊課程對應著四門獨立實驗課程,四個專業方向的模塊課程的課內教學與課外實踐的獨立實驗課程同步進行,有效地做到了課內教學與課外實踐有機結合。其中每一個綜合實驗可實現多個相關的實驗聯系,可使學生對實驗內容有較完整更全面的認識,以得到綜合性的訓練。
在具備能源動力類專業設備的宏觀框架知識結構后,結合學院各專業方向的細化課程相繼開設。創建的“認知+實證”的特色專業平臺課程,由于課堂教學與課外實踐同步進行,化復雜為具體、化抽象為形象,使理論與實踐密切結合,培養了學生的創新意識,提升了學生的動手能力。
2 校內實習與校外實習相結合,提高學生實踐能力
實習環節安排在大學期間的二、三年級,在整個本科生培養的課程體系中起著承上啟下的作用。校內實習體現了對先修的一些基礎課程知識的綜合應用,校外實了知識的綜合應用外還為后續相關專業課程的學習乃至未來的技術工作奠定基礎。由此,校內外實習的有機結合,學生的感性知識與理性知識進一步得到相互交融,加深了對理論的理解和對機器的認知。校內實習實行隨時開放自己動手實踐的模式。在教師的指導下,讓學生自己動手拆裝各種機器,觀察結構,研究其工作原理,討論其操作與控制系統,而且可以多次反復進行,學生在實習過程中還可以進行一些創造性的設計,利用開放式的試驗裝置,如冰箱、空調綜合實驗臺等,自行試驗,不僅提高了動手能力,而且培養了學生的獨立工作能力和創造性的思維。校內實習有一定的優越性,但與校外實習的在線生產實際有一定的區別。校外實習可以彌補校內實習的不足,通過企業調研,和工程技術人員交流,了解行業前沿的學科動態及產品發展趨勢,尋找工程實踐中的技術難題,去自主學習、研究性學習、探索解決方案。企業技術人員結合生產現狀,對學生進行講解,進一步加深對產品和生產過程的了解,加深對專業工程實際的認識,同時擴大視野,樹立工程、系統、設備裝置、現代化生產的概念,并提高到理論上來理解,觸發理論到產品的思維。
學院在校內外實習交替安排在三、四、五、六學期的四個學期(見表2),前三個實習環節由學院統一安排,第四個環節根據學生選定的專業方向分散到相應的一到兩個廠家進行實習。
通過校內外的實習,使學生很好地掌握本專業的一些實驗的理論方法和步驟,并對實驗和生產流程具有實際的動手運行操作能力及處理突發故障的能力提升。同時,為學生充分展示了專業廣闊的前景,營造濃郁的氣氛激發各類學生的興趣。讓學生有深入實際的時間,有消化理論,對實踐有延續深入洞察,有可能進入創造思維的機遇。校內、校外相結合,開拓了學生由理論到產品的視野與思維,提高了實踐能力。
3 設計性環節與課外科技相結合,提高學生創新能力
設計性教學環節在培養課程體系中是非常重要的環節,高校的設計性教學環節占學生在校4年時間的25%左右。傳統設計環節的內容、方法、要求已經不適應現代教學形式與環境的變化,設計性教學環節的改革也嚴峻的提到教學日程上來。通過設計性教學環節與課外科技創新結合,結合學科優勢及科研成果,利用學生課外科技活動,共建實踐創新的設計課程,有效地實現了“設計課程+課外科技”的結合。
設計環節是學生綜合運用所學知識解決實際問題,培養創新能力的最好階段。熱能與動力工程專業的設計實踐環節有三個:機械零件課程設計,專業課程設計和畢業設計。為了使學生能長期不間斷地受到理論與實際應用相結合的訓練,培養學生工程設計和科學研究的能力,改變過去三個設計各自孤立進行,互不相干的作法,將三個設計在時間安排上結合起來進行,相繼覆蓋兩年。
在設計環節改革中,強調結合教師科研、課外競賽進行專業理論、技術和基本工程設計規范的訓練,并注重培養學生綜合運用各學科知識,進行產品、工程設計。在畢業設計選題時,指導教師結合學生的科技活動中的課題設下創新點,有計劃地在設計環節指導過程中啟發誘導學生來攻闖創新關。通過引導、學習、實踐的項目周期訓練,使學生能夠將理論知識靈活應用,激發和創造學生的潛能。學院學生在近幾年的科技活動和全國節能減排大賽中成績喜人。在設計環節的管理上,把課外實踐活動納入學分管理,調動了學生進行課外實踐活動的積極性。以上措施有效地實現了“課程設計+課外科技”的結合。
在本專業的設計性教學環節中,要求能運用已掌握的科學技術知識去分析問題,在能源動力類的機器設計制造、工程的計算與設計過程中,針對設備的結構尺寸公差的配合、工藝中的規程和精度配合、復雜系統的控制過程問題、復雜程序計算過程等,均能及時作出準確的判斷、正確的結論,提出可行的辦法,使問題得到解決。設計性環節與課外科技相結合,為學生知識水平、能力與素質同步提升,落實人才的多樣化和個性培養,促進學生自主學習和個性發展,為促進人才培養質量的提高起到了重要作用。
4 畢業設計與企業實踐相結合,提高學生綜合能力
畢業設計環節為學生未來的技術工作和發展起著重要的作用,為推進“卓越工程師教育培養計劃”的實施,進一步提高學生的工程素養,培養學生的工程實踐能力,工程設計和創新能力,提高企業在人才培養中的作用,根據社會對能源領域人才的需求類型,經過深入調研,學院將在共建工程訓練教學實踐平臺和與企業共同指導畢業設計和學位論文等方面進行合作建設,將主流技術和工程方法引入教學實踐中,將企業成功實施的項目實踐引入課堂教學,并鼓勵學生將最新的科學研究成果進行技術化、工程化。
高年級學生跟隨導師結合工程項目和課題進行科研訓練,部分保研生可提前修讀碩士階段課程。畢業設計和研究生階段實行學校和企業雙導師制,根據產業界需求,結合研究課題,加強項目流程等工程訓練,進行個性化培養。實踐畢業設計雙導師制和考核方式改革等措施,在學校配套政策的大力支持下,結合國家級實踐基地,探討畢業設計實踐研究,在四年級學生的畢業論文階段,請企業相關人員作為指導老師,獨立或結合校內教師對學生進行畢業論文的指導。
在大約一年的畢業設計環節中,首先明確學生的校內指導老師和企業指導老師,由指導老師對本科階段的企業培養計劃進行整體規劃和指導。本科階段畢業設計論文題目由學校導師和企業導師共同商討后確定,可結合碩士階段的方向設置企業實踐的重點和應達到的具體指標。學生下企業的具體時間根據課題研究的需要靈活確定,為課題研究提供現場運行數據和資料,以及進行試驗或驗證的機會。要求導師嚴格把關,以解決工程實際問題為出發點,確定研究課題。注重培養實踐研究和創新能力,為企業培養“留得住,用得上”的高端人才為主要目標。
近幾年,學院在實踐環節的培養上以實際應用為導向,以職業需求為目標。教學內容強調理論性和應用性課程的有機結合,突出案例分析和實踐研究;教學過程重視運用團隊學習、案例分析、現場研究、模擬訓練等方法。建立健全校內外雙導師制,以校內導師指導為主,校外導師參與實踐過程、項目研究、課程與論文等多個環節的指導工作。同時,加大實踐環節的學時數和學分比例,學生提交實踐學習計劃,撰寫實踐學結報告。學位論文選題側重來源于應用課題或現實問題,體現研究生綜合運用科學理論、方法和技術解決實際問題的能力,以培養碩士工程型的后備卓越工程師為目標。
以上針對能源動力類卓越人才實踐環節培養方面進行的一系列建設和改革,有益的推進了卓越工程師教育改革發展。
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一、前言
當熱能轉換成動力,并且應用在人們的生產生活中時,不僅改變了人們的生產與生活的方式,而且為資源能源的可持續利用、高效利用提供了空間。熱能動力機械以其科學性和先進性亟待在人們的生產實踐中有著更大范圍內的應用。
二、熱能動力機械專業的適應方向
無論日常生活,還是工農業生產;無論交通運輸,還是航天領域,都離不開動力。熱能是這些動力的主要來源之一,如冬天燃煤取暖是利用煤燃燒所產生的熱能;火箭發射人造地球衛星利用的動力來自燃料燃燒所產生的熱能;蒸汽機車牽引火車的動力來自于蒸汽的熱能;熱電廠所產生的低品位蒸汽供給工廠熱能,在寒冷地區提供暖氣;動力設備產生的廢熱用作制冷動力等。熱能除了能被直接利用外,還可以通過轉換裝置變成電能,得以更廣泛地利用,如火力發電、核能發電等。該專業的主要適應方向有:
(一)適應火力發電、核能發電行業。任何一家火力發電廠都是利用鍋爐將化石燃料的化學能轉化為蒸汽的熱能,利用汽輪機將蒸汽的熱能轉化為機械能帶動發電機發出電能;鍋爐、汽輪機及其熱力系統的運行,由熱工測量設備進行測量和監視,由自動化裝置實行自動控制。核能發電除利用受控核裂變反應所釋放的熱能將水加熱成蒸汽不同于火力發電外,其它生產過程基本上同于火力發電。湖南橡膠廠、冷水江鐵廠等大企業的自備電廠的生產過程亦同于火力發電廠。
(二)適應于石化行業。煉油廠、化肥廠、制堿廠、維尼綸廠等企業,都必須有熱動力設備產生熱動力來滿足生產的要求,如工業鍋爐、換熱器、泵與風機等動力設備。
(三)適應于冶金行業。冶金行業需要大型的熱動力設備,如高爐所需要的熱空氣由鍋爐產生再由風機送到高爐中去。
(四)熱力設備的設計和生產制造行業。修完本專業的全部課程后,具備一定的設計和生產制造能力。
(五)制冷行業。大型制冷設備的動力來源于鍋爐所產生的熱能,制冷工質的循環理論同于熱動力工質循環理論,制冷專業與熱工專業實際上是相關專業。
(六)船舶工業。艦艇、輪船多以鍋爐產生蒸汽,以汽輪機為原動機帶動船槳推動艦船航行。
(七)航天領域。運載火箭的推力是通過燃料燃燒,產生巨大的熱能推進火箭升空。
(八)建材生產行業。如水泥、玻璃、陶瓷等的生產。
(九)服務行業。現代賓館、酒樓的采暖通風、供水供汽的動力設備的生產與管理。
(十)適用于熱能動力設備的生產、技術管理工作。
(十一)適應于其它需要熱動力的行業。以上說明,凡是涉及到熱動力的行業,都需要熱能動力工程專業人才,意即該專業具有廣泛的適應性。
三、熱能動力機械專業的高技術性
大型的熱能動力設備,系統非常復雜,集機械、電力、電氣、電子、液壓、計算機等多學科于一體,自動化程度很高。從生產上來看,熱力設備的運行基本上實現了自動、遠動控制和計算機監視。全計算機控制已基本實現,并是今后的發展方向。火電廠的鍋爐、汽輪機及其輔機的運行,早已是自動控制或遠動操作,新建的大型火力發電機組應用了計算機控制,如30MW汽輪發電機組,正常運行時鍋爐產蒸汽量在100t/h以上,鍋爐本體的高度超過som,燃煤達10t/11以上,若用人力來燒這樣的鍋爐是根本無法實現的,但是采用集散控制系統,實現全計算機控制,一臺鍋爐有兩名操作人員就夠了。對于工業鍋爐,亦采用機械進煤的方式,運用自動或遠動控制其運行。冶金、化工等行業的熱力設備,也具有相當高的自動化水平。可見,熱力設備的運行,采用了大量的高尖技術。熱力設備一般在高溫高壓的條件下工作,要搞好熱力設備的安全運行,必須經常地進行維護和定期的大小修,為了提高熱能利用效率,必須利用新技術對設備進行技術改造,利用先進管理手段進行管理,因此,需要既有理論知識又有豐富實踐經驗的工程技術人員。
四、我國的熱能動力工程發展現狀
我國能源動力類熱能與動力工程專業形成于20世紀50年代。當時受蘇聯教育體制的影響,專業分割很細。在熱能與動力工程專業中就先后包括鍋爐、電廠熱能、內燃機、渦輪機、風機、壓縮機、制冷、低溫、供熱通風與空調工程、冷凍與冷藏、水能動力工程、水電站動力裝置、水電站動力設備、水能動力及其自動化、機電排灌工程、水能動力與提水工程以及工程熱物理等幾十個小專業,形成了以工業產品生產引導高等學校人才培養目標的基本格局,一定程度上與我國當時的發展相互適應。隨著改革開放,我國國民經濟體制發生很大的變化。社會對人的培養提出了新的要求。為了適應這種要求,1993年7月國家教委頒布的普通高等學校本科專業目錄,將幾十個小專業壓縮為9個專業,即熱能工程、熱能工程與動力機械、熱力發動機、制冷及低溫工程、流體機械與流體工程、水利水電動力工程、工程熱物理、能源工程和冷凍與冷藏。1998年教育部頒布的新專業目錄進一步將以上9個專業合并為1個,即熱能與動力工程專業。從原來的幾十個專業合并為1個專業,全國現在有120多所高校設有熱能與動力工程專業。熱動主要研究熱能與動力方面,是跨熱能與動力工程、機械工程等學科領域的工程應用型專業。熱動主要學習機械工程、熱能動力工程和工程熱物理的基礎理論,學習各種能量轉換及有效利用的理論和技術。本專業涵蓋的產業領域十分廣泛。能源動力產業既是國民經濟的基礎產業,又在各行各業中有特殊的應用,也是國家科技發展基礎方向之一。能源動力領域人才教育的成敗關系到國家的根本利益。隨著我國市場經濟的建立,社會需求和經濟分配狀態的變化、科技發展的趨勢、對本專業的生源、就業等形成了挑戰,更是熱能動力專業教的關鍵。同時,熱動還是現代動力工程師的基本訓練,可見熱動是現代力工程的基礎。
五、熱能動力工程的發展方向
(一)熱能動力及控制工程方向(含能源環境工程方向
主要掌握熱能與動力測試技術、鍋爐原理、汽輪機原理、燃燒污染與環境、動力機械設計、熱力發電廠、熱工自動控制、傳熱傳質數值計算、流體機械等知識。
(二)熱力發動機及汽車工程方向
掌握內燃機(或透平機)原理、結構,設計,測試,燃料和燃燒,熱力發動機排放與環境工程,能源工程概論,內燃機電子控制,熱力發動機傳熱和熱負荷,汽車工程概論等方面的知識。
(三)制冷低溫工程與流體機械方向
掌握制冷、低溫原理、人工環境自動化、暖通空調系統、低溫技術學、熱工過程自動化、流體機械原理、流體機械系統仿真與控制等方面的知識。使學生掌握該方向所涉及的制冷空調系統、低溫系統,制冷空調與低溫各種設備和裝置,各種軸流式、離心式壓縮機和各種容積式壓縮機的基本理論和知識。
(四)水利水電動力工程方向
掌握水輪機、水輪機安裝檢修與運行、水力機組輔助設備、水輪機調節、現代控制理論、發電廠自動化、電機學、發電廠電氣設備、繼電保護原理等方面的知識,以及水電廠計算機監控和水電廠現代測試技術方面的知識。
(五)熱能動力機械中工業爐的發展
工業爐是工業加熱的關鍵設備,廣泛應用于國民經濟的各行各業,量大面廣,品種多,影響極大。據不完全統計,全國12個行業縣以上企業,工業爐裝備11萬臺以上,機械行業占7.5萬臺(占爐窯總數66%)。工業爐中燃料爐約6萬臺,占爐窯總數55%以上,電爐絕5萬臺。工業爐是耗能大戶,能耗占全國總能耗的1/4,占工業總能耗的60%。工業爐中燃料爐能耗占工業爐總能耗的92%,其中固體燃料約占70%,液體燃料絕占20%,氣體燃料僅占工業爐總能耗的8%左右。可見燃料爐在我國工業爐中起著舉足輕重的作用。
(六)熱能動力機械在能源方面的發展
熱能動力工程在能源方面的發展熱能與動力工程專業將重點圍繞國家能源戰略,以“新能源、核能、智能電網、常規能源、節能減排”為主線,培養能適應國家能源領域(尤其是電力行業)快速發展要求的高級研究應用型人才。能源是人類社會賴以生存和經濟可持續發展的重要物質基礎。縱觀人類社會發展的歷史,人類文明的每一次重大進步都伴隨著能源的改進和更替。能源的合理開發和有效利用極大地推進了世界經濟和人類社會的發展。我國經濟的高速可持續發展同樣離不開能源,目前我國是世界上第二位能源生產國和消費國。能源供應持續增長,為經濟社會發展提供了重要的支撐。
八、結束語
綜上所述,隨著自身的發展以及在控制工程、汽車工程、水利水電工程、工業爐以及能源方面的應用,熱能動力機械將會釋放出更大的生產力,極大的帶動經濟的發展和社會節能理念的轉型。
中圖分類號:F407文獻標識碼: A
一、熱能動力機械專業的高技術性
大型的熱能動力設備,系統非常復雜,集機械、電力、電氣、電子、液壓、計算機等多學科于一體,自動化程度很高。從生產上來看,熱力設備的運行基本上實現了自動、遠動控制和計算機監視。全計算機控制已基本實現,并是今后的發展方向。火電廠的鍋爐、汽輪機及其輔機的運行,早已是自動控制或遠動操作,新建的大型火力發電機組應用了計算機控制,如30MW汽輪發電機組,正常運行時鍋爐產蒸汽量在100t/h以上,鍋爐本體的高度超過som,燃煤達10t/11以上,若用人力來燒這樣的鍋爐是根本無法實現的,但是采用集散控制系統,實現全計算機控制,一臺鍋爐有兩名操作人員就夠了。對于工業鍋爐,亦采用機械進煤的方式,運用自動或遠動控制其運行。冶金、化工等行業的熱力設備,也具有相當高的自動化水平。可見,熱力設備的運行,采用了大量的高尖技術。熱力設備一般在高溫高壓的條件下工作,要搞好熱力設備的安全運行,必須經常地進行維護和定期的大小修,為了提高熱能利用效率,必須利用新技術對設備進行技術改造,利用先進管理手段進行管理,因此,需要既有理論知識又有豐富實踐經驗的工程技術人員。
二、常用的熱能動力機械
動力機械是把能量轉化為機械能而做功的機械裝置。其中,由熱能轉化為機械能的機械稱為熱能動力機械。常用的熱能動力機械有三種。一是燃氣輪機。燃氣輪機的工質是燃氣和空氣。這種機械的主要特點是運行平穩,機動性好,噪音污染小。所以應用廣泛。未來燃氣輪機會向提高效率、利用核能發展燃煤技術的方向發展。二是蒸汽機。說到動力機械就不得不說蒸汽機。蒸汽機的工質是蒸汽,它是將內能轉化為功的裝置。蒸汽機的產生曾引起了世界上重要的“工業革命”。跨入21世紀之后,才漸漸被內燃機和汽輪機取代了領先地位。蒸汽機的使用之所以持續了兩個多世紀歸功于它對所有燃料都可以由熱能轉化成機械能。但是蒸汽機的運作依賴于笨重龐大的鍋爐,因此最終被輕巧靈活的內燃機所取代。三是內燃機。內燃機是將化學能轉化為機械能的裝置。因為燃料在機械內部直接燃燒,所以稱為內燃機。內燃機是目前運用最廣泛的熱機,它以汽油或輕柴油作燃料,雖然熱效率高,但熱料消耗率高,而且內燃機噪聲是動力設備噪聲的主要來源。因此,未來內燃機的發展將注重于提高機械效率,減少噪聲,降低排放量來嚴格要求燃料的清潔度,實現節能減排的目標。
三、我國的熱能動力工程發展現狀
我國能源動力類熱能與動力工程專業形成于20世紀50年代。當時受蘇聯教育體制的影響,專業分割很細。在熱能與動力工程專業中就先后包括鍋爐、電廠熱能、內燃機、渦輪機、風機、壓縮機、制冷、低溫、供熱通風與空調工程、冷凍與冷藏、水能動力工程、水電站動力裝置、水電站動力設備、水能動力及其自動化、機電排灌工程、水能動力與提水工程以及工程熱物理等幾十個小專業,形成了以工業產品生產引導高等學校人才培養目標的基本格局,一定程度上與我國當時的發展相互適應。隨著改革開放,我國國民經濟體制發生很大的變化。社會對人的培養提出了新的要求。為了適應這種要求,1993年7月國家教委頒布的普通高等學校本科專業目錄,將幾十個小專業壓縮為9個專業,即熱能工程、熱能工程與動力機械、熱力發動機、制冷及低溫工程、流體機械與流體工程、水利水電動力工程、工程熱物理、能源工程和冷凍與冷藏。1998年教育部頒布的新專業目錄進一步將以上9個專業合并為1個,即熱能與動力工程專業。從原來的幾十個專業合并為1個專業,全國現在有120多所高校設有熱能與動力工程專業。熱動主要研究熱能與動力方面,是跨熱能與動力工程、機械工程等學科領域的工程應用型專業。熱動主要學習機械工程、熱能動力工程和工程熱物理的基礎理論,學習各種能量轉換及有效利用的理論和技術。本專業涵蓋的產業領域十分廣泛。能源動力產業既是國民經濟的基礎產業,又在各行各業中有特殊的應用,也是國家科技發展基礎方向之一。能源動力領域人才教育的成敗關系到國家的根本利益。隨著我國市場經濟的建立,社會需求和經濟分配狀態的變化、科技發展的趨勢、對本專業的生源、就業等形成了挑戰,更是熱能動力專業教的關鍵。同時,熱動還是現代動力工程師的基本訓練,可見熱動是現代力工程的基礎。
四、動力機械帶來的環境污染及解決辦法
動力設備引起的環境問題主要有熱污染、噪聲污染和空氣污染。熱污染是指工業生產和生活中排放的能量以熱能形式傳給環境,造成大氣和水被污染的現象。尤其是火力發電廠、核電站、造紙廠排放出來的含有大量廢熱的氣體和液體對水生植物和魚類生存繁衍造成了極大的威脅,各種有害成分還會隨著水資源的流動被陸地上的樹木,蔬菜吸收,進而被人類食用,引起重大的流行疾病等。要減少工業廢物的余熱對環境的影響,就要減少排放,并且充分利用余熱,或者尋找和開發新能源。使用清潔的水能,風能不僅降低了污染物的排放,還保護了環境。
1、空氣污染也叫大氣污染
從近年來的全國霧霾天氣可以看出,空氣質量與人們生活息息相關。空氣污染直接影響了人們的出行。大氣污染源來自于工業廢氣、汽車尾氣、居民生活供暖設備等。在大城市中,汽車、火車是不可或缺的交通工具,但它們消耗煤或石油產生的直接排放進空氣的廢氣,是霧霾天氣的主要“兇手”。而且近幾年的許多極端天氣也是因大氣污染引起的。空氣污染的防治要靠全國人民的共同努力,調整能源結構,植樹造林等都是目前比較流行的辦法。
2、噪聲污染
動力機械等設備運行時由于機械振動而形成噪聲。噪聲污染短期內或許沒有太大傷害,但處于這樣的環境一段時期后就會使生物的聽力受損,嚴重的還會誘發多種疾病。因此,防治噪聲也是刻不容緩的事情。對污染源來說需要降低聲源噪音,控制噪音傳播。而對于人們來說,可以采用吸音設備來阻擋噪聲的傳播。
六、熱能動力工程的發展方向
1、熱能動力及控制工程方向(含能源環境工程方向)
主要掌握熱能與動力測試技術、鍋爐原理、汽輪機原理、燃燒污染與環境、動力機械設計、熱力發電廠、熱工自動控制、傳熱傳質數值計算、流體機械等知識。
2、熱力發動機及汽車工程方向
掌握內燃機(或透平機)原理、結構,設計,測試,燃料和燃燒,熱力發動機排放與環境工程,能源工程概論,內燃機電子控制,熱力發動機傳熱和熱負荷,汽車工程概論等方面的知識。
3、制冷低溫工程與流體機械方向
掌握制冷、低溫原理、人工環境自動化、暖通空調系統、低溫技術學、熱工過程自動化、流體機械原理、流體機械系統仿真與控制等方面的知識。使學生掌握該方向所涉及的制冷空調系統、低溫系統,制冷空調與低溫各種設備和裝置,各種軸流式、離心式壓縮機和各種容積式壓縮機的基本理論和知識。
結束語
熱能動力工程是社會生產力發展的一個重要組成部分,它推動了人類從人力勞動向機械生產的“進化”。作為國民生產的動力,能源已經成為了每家每戶的必需品。其中,熱能是能量傳遞和動力機械領域中使用得最多的一種能源形式之一。而現在隨著熱能轉化裝置以及動力機械的廣泛應用,已經出現了許多全球化的問題。本文針對熱能動力工程的相關設備和環境保護做一些基本介紹,僅供參考。
參考文獻
中圖分類號:TK223文獻標識碼: A 文章編號:
一、熱能動力工程
熱能動力工程顧名思義主要研究熱能與動力方面,其包括熱力發動機,熱能工程,流體機械及流體工程,熱能工程與動力機械,制冷與低溫技術,能源工程,工程熱物理,水利電動力工程,冷凍冷藏工程等九個方面,其中鍋爐的運行方面主要運用熱力發動機,熱能工程,動力機械,能源工程以及工程熱物理等部分專業技術。熱能與動力工程主要研究方面為熱能與動力之間的轉換問題,其研究方面橫跨機械工程、工程熱物理等多種科學領域。其發展方向多為電廠熱能工程以及自動化方向、工程物理過程以及其自動控制方向、流體機械及其自動控制方向、空調制冷方向、鍋爐熱能轉換方向等,熱能動力工程是現代動力工程的基礎。熱能動力工程主要需要解決的問題是能源方面的問題,作為熱能源的主要利用工程,熱能動力工程對于我國的國民經濟的發展中具有很高的地位。
二、我國的熱能動力工程發展情況
隨著改革開放,我國國民經濟體制發生很大的變化。社會對人的培養提出了新的要求。為了適應這種要求, 1993年7月國家教委頒布的普通高等學校本科專業目錄,將幾十個小專業壓縮為9個專業,即熱能工程、熱能工程與動力機械、熱力發動機、制冷及低溫工程、流體機械與流體工程、水利水電動力工程、工程熱物理、能源工程和冷凍與冷藏。1998年教育部頒布的新專業目錄進一步將以上9個專業合并為1個,即熱能與動力工程專業。從原來的幾十個專業合并為1個專業,全國現在有120多所高校設有熱能與動力工程專業。熱動主要研究熱能與動力方面,是跨熱能與動力工程、機械工程等學科領域的工程應用型專業。熱動主要學習機械工程、熱能動力工程和工程熱物理的基礎理論,學習各種能量轉換及有效利用的理論和技術。本專業涵蓋的產業領域十分廣泛。能源動力產業既是國民經濟的基礎產業,又在各行各業中有特殊的應用,也是國家科技發展基礎方向之一。能源動力領域人才教育的成敗關系到國家的根本利益。隨著我國市場經濟的建立,社會需求和經濟分配狀態的變化、科技發展的趨勢、對本專業的生源、就業等形成了挑戰,更是熱能動力專業教育的關鍵。同時,熱動還是現代動力工程師的基本訓練,可見熱動是現代動力工程的基礎。
三、熱能動力工程在鍋爐風機方面需要解決的問題
風機主要作用為氣體的壓縮和氣體的輸送,其原理是吧旋轉的機械能轉換為氣體壓力能和動能,將氣體輸送到特定的地點的機械,風機經常用于鍋爐中,隨著對于能源的需求越來越大,鍋爐中的風機在工作中經常會燒壞電機的事故,對于工廠的經濟產生巨大損失,嚴重危害工作人員的人身安全,因此,正確運用熱能動力工程技術不斷改進風機,對于風機和鍋爐的安全性提出更高的要求勢在必行。
四、熱能動力工程中鍋爐及工業爐的發展
1872 年第一臺鍋爐在英國被制造,隨著鍋爐的產生,蒸汽機時代出現,1796 年瓦特發明了分離冷凝器,代表著鍋爐的完整運作體系的初步確立,工業爐和鍋爐原理類似,從某些方面來講,鍋爐也是工業爐的一種,工業爐是指在工廠的工業生產過程中通過燃料的燃燒進行熱量的轉換,對材料進行加熱的設備,工業爐產生于中國商代,主要的工作方式是通過加熱提煉銅器,春秋時期產生了鑄鐵技術,這證明著工業爐的溫度控制正在進步。1794 年熔煉鑄鐵的高爐出現,1864 年馬丁建造了氣體燃料加熱的平爐,隨著現代化科技的進步,計算機逐漸代替了人工進行對鍋爐系統的控制,推鋼式爐和步進式爐成為吸納帶連續加熱爐的兩種基本類型,兩者只有運輸燃料的方式有所不同而已。
五、熱能動力工程爐內燃燒控制技術運用
鍋爐的燃燒控制是調整能量轉換幅度的核心技術,在當今社會,鍋爐由人力向鍋爐內填充燃料逐漸轉型為步進式的自動控制填充燃料所代替,更加先進的鍋爐甚至使用全自動燃燒控制,根據其運用熱能動力自動控制技術的不同,鍋爐的燃燒控制分為以下幾種:
1、以燒嘴、燃燒控制器、電動蝶閥、熱電偶、比例閥、流量計、氣體分析裝置以及PLC 等部件組成的空燃比里連續控制系統。這種燃燒控制系統是由熱電偶檢測出數據傳送至PLC 與其本身設定的數值進行比較,偏差值通過使用比例積分及微分運算輸出電信號同時分別對比例閥門以及電動蝶閥的開放程度進行調節,從而達到控制空氣與燃料比例調節鍋爐內溫度的目的,此種方式溫度控制并不十分精確,需要仔細確認額定數值。
2、由燒嘴、燃燒控制器、流量閥、流量計、熱電偶幾個部分組成的雙交叉先付控制系統,其工作原理主要是通過溫度傳感器熱電偶吧需要進行精確測量的溫度變成電信號,這個電信號即是用來代表測量點的實際溫度,此測量點溫度期望給定值是由預先存貯在上位機中的工藝曲線自動給定的,并根據兩者數據之間的偏差值的大小,由PLC 自動調整燃料與空氣流量閥門的開合程度,通過電動的方式運行機構的定位以及空氣和燃料的控制比例,并接住孔板和差壓變送器測量空氣的流量,燃料的控制也通過一個專用的質量控制裝置來測量,是溫度精確的控制在必要的數值上。這種燃燒控制優點在于方式節省部件,并且溫度控制精確。
六、仿真鍋爐風機翼型葉片
鍋爐的內部的葉輪機械內部流暢需要帶有十分強烈的非定常特征,并且其內部構造十分復雜,不容易進行十分細致的測量實驗,并且到目前為止,仍然沒有可以解釋流動分離、失速和喘振等流動現象的完善的流體力學原理,因此要了解機械內部流動的本質需要更加可靠詳細的流動實驗和數值模擬實驗,通過使用軟件二維數值模擬鍋爐風機翼型葉片,對空氣以不同方向吹入翼型葉片造成流動分離進行模擬,并根據模擬的數值創建而未模型,進行網格的劃分,設定邊界條件和區域,最后輸出網格,在使用求解器求解,這樣才可以對不同的氣流攻角的流動進行二維數值模擬,,達到模擬的目的,同時可以根據模擬不同攻角下所得到的速度矢量制成矢量圖進行比較和分析,最后得出鍋爐風機翼型邊界層分離和攻角的關系。
七、熱能動力工程的發展方向
1、熱能動力及控制工程方向(含能源環境工程方向)主要掌握熱能與動力測試技術、鍋爐原理、汽輪機原理、燃燒污染與環境、動力機械設計、熱力發電廠、熱工自動控制、傳熱傳質數值計算、流體機械等知識。
2、熱力發動機及汽車工程方向掌握內燃機(或透平機)原理、結構,設計,測試,燃料和燃燒,熱力發動機排放與環境工程,能源工程概論,內燃機電子控制,熱力發動機傳熱和熱負荷,汽車工程概論等方面的知識。
3、制冷低溫工程與流體機械方向掌握制冷、低溫原理、人工環境自動化、暖通空調系統、低溫技術學、熱工過程自動化、流體機械原理、流體機械系統仿真與控制等方面的知識。使學生掌握該方向所涉及的制冷空調系統、低溫系統,制冷空調與低溫各種設備和裝置,各種軸流式、離心式壓縮機和各種容積式壓縮機的基本理論和知識。
4、水利水電動力工程方向掌握水輪機、水輪機安裝檢修與運行、水力機組輔助設備、水輪機調節、現代控制理論、發電廠自動化、電機學、發電廠電氣設備、繼電保護原理等方面的知識,以及水電廠計算機監控和水電廠現代測試技術方面的知識。
結束語
熱能動力工程的迅速發展使得熱力發動機專業方向,其中包括熱力發動機主要研究高速旋轉動力裝置,包括蒸汽輪機、燃氣輪機、渦噴與渦扇發動機、壓縮機及風機等的設計、制造、運行、故障監測與診斷以及自動控制等行業的發展都到了提速。熱動能的發展為航空、航天、能源、船舶、石油化工、冶金、鐵路及輕工等部門培養高級工程技術人才,若能將這些理論知識轉換成實際的運用,我國的能源壓力將大大降低。
中圖分類號:G642.423 文獻標識碼:A 文章編號:1007-0079(2014)33-0118-02
生產實習是高等院校工科類專業重要的實踐性教學環節,生產實習的質量直接關系到學生的實踐能力、創新能力及綜合素質的培養過程。[1,2]在能源與動力工程專業的教學計劃中,生產實習尤為重要,旨在將專業理論知識與工業現場相結合,使得學生對發電廠設備的啟停、運行以及日常的監控維護方法及程序有一個較為深入的了解。學生通過生產實習,能夠提升學生綜合運用各學科知識的能力,分析和解決實際發電廠運營問題的能力。[3]為了培養獨立從事能源與動力工程行業的應用型工程技術人員,適應21世紀創新型人才、復合型人才的社會需求,結合近年來指導的能源與動力工程專業生產實習的實踐經驗,對該專業生產實習教學模式做了一些新的探索。
一、能源與動力工程專業生產實習教學改革的必要性
目前三峽大學能源與動力工程專業分為熱動和水動兩個專業方向,熱動方向的學生主要在熱力發電廠完成生產實習任務,水動方向的學生則在大型水電站完成生產實習任務,實習時間均為2周。基于能源與動力工程專業的人才培養方案,目前的這種實習模式基本能夠完成培養方案規定的生產實習內容,但也存在一些不足亟待改進。
1.實習基地建設需要加強
三峽大學能源與動力工程專業與大型水力發電廠、熱力發電廠進行合作,建立了穩定的校外實習基地。目前,開設能源與動力工程專業的大部分高校生產實習都集中安排在大三下半學年或大三結束時進行。在這期間,各個電廠除了接待能源與動力工程專業的學生之外,還需接待電力系統及自動化專業、自動化專業、化學專業、管理專業等與電廠運營相關的其他專業的學生進行生產實習任務,這直接導致了短時間內大部分學生集中涌入各個發電廠。而現代的大型發電廠 一般都是大容量、多參數集中控制,接待能力十分有限。同時,各個發電廠受生產任務、安全指標、經濟效益等多種因素的制約,一般也不愿意接待大批學生進行生產實習。這樣,最終使得學生的實習內容受到限制,實習計劃難以實施,實習過程比較草率,實習效果一般,難以達到鍛煉學生,提高學生綜合能力和創新能力的目的。
2.實習形式單一
三峽大學能源與動力工程專業的校外生產實習沿用了其他工科專業普遍采用的實習形式,即由專任教師組織學生去各個發電廠進行參觀式學習,各個發電廠抽調技術骨干對鍋爐、汽輪機、化學與水系統、除硫除塵裝置以及電氣設備等各個系統進行講解。通過這種方式,以期學生對發電廠的整個運營流程有初步的了解,對電廠的日常維護、運營監控以及問題處理方式有一定接觸。然而,在實習過程中,各個發電廠抽調的技術骨干有的善于表達,有的不善表達,并且他們對學生專業知識的掌握情況也不十分了解。實習內容的設置比較有限,實習內容的講解也受限于講解老師的經驗水平,學生在實習過程中很難有機會深入細致地學習,學生的創新能力、綜合能力難以得到有效提高。
3.實習內容不盡合理
由于電力行業管理嚴格,對員工的綜合素質要求極高,而對學生而言,鮮有機會上崗操作,學生的生產實習過程與校園內的課堂學習無異,依舊沿于聽老師講解,看老師操作,很難掌握電廠設備和系統的啟停、運行及事故處理的方法。整個實習的內容也與課堂上的教學內容也有較大的重復性,而這些常規性實習內容很難激發學生的學習興趣和創新意識,不能有效地培養學生的創新精神和工程實踐能力。同時由于實習學生在一家單位的停留時間十分有限,一般為1周時間,實習單位客觀上也難以安排完整、全面的實習內容。此外,電廠在運行過程中,電力事故的發生偶然性太強,學生在短時間內接觸到的幾率很小,對電廠的事故處理及分析方法還是只能聽老師講解。
4.實習考核標準軟化
在現行的生產實習模式中,實習指導教師及發電廠的技術骨干處于主導地位,學生處于被動接受的地位,實習指導教師及發電廠的技術骨干商討確定好相應的實習內容,學生跟隨教師的節奏完成實習任務,該方式很難激發出學生的主觀性和創造性。在實習過程中,發電廠的技術骨干講解分配的實習內容,其他一切問題包括實習紀律和實習安全等,全靠實習指導教師協調解決。在大班實習過程中,實習指導教師一般為1名或2名,精力十分有限,難以兼顧全部學生,對學生實習缺乏有效指導和監督。實習結束之后的成績評定主要取決于平時成績和實習報告成績,由于很難監控學生的整個實習過程,因此平時成績很難把控,而僅僅依靠實習報告給出實習成績,有失公允,沒有真正考核到學生的整個實習過程。
綜上可知,能源與動力工程專業現行的生產實習教學體系在實習基地、實習形式、實習內容以及實習考核標準等方面都還存在一些不足,難以滿足現代企業所需的厚基礎、寬口徑、強能力、高素質的創新型人才、復合型人才的培養需求。
二、創新型生產實習教學模式的改革與探索
1.構建虛實結合的生產實習新模式
所謂虛實結合的生產實習模式,即將原來要求在電力生產現場完成的生產實習任務,分成在校內的虛擬平臺和實際電力生產現場兩方面進行。虛擬平臺主要以仿真支持系統為主,內容全面但感性體驗不夠,實際電力生產現場針對性較強,但內容有限,深度不一。通過虛實結合,既能全面了解電力生產過程,又能有較強的感性體驗。
面對能源與動力工程專業生產實習存在的實際問題,采取計算機及其他信息技術進行虛擬實習是一種新的嘗試,目前也已經有了一些成功案例。[4]在學校的大力支持下,三峽大學(以下簡稱“我校”)針對熱動方向專門建立了300MW發電機組仿真支持系統,針對水動方向建立了水輪發電機組仿真演示模型,通過調整生產實習的教學模式,加大仿真教學力度,既能保證實習內容的完整性,又能在一定程度激發學生的實習興趣。
指導教師通過引導學生關注一些仿真實習中存在的問題及處理方案,學生帶著這些問題,在現場實習時通過與技術人員討論,加深理解。電力企業員工也非常樂意與學生進行技術交流,不僅調節了單調的工作氣氛,也提高電力企業職工的基本素質。
2.優化實習內容
根據能源與動力工程專業人才培養方案來制訂具體的實習內容,使得學生實習之后,能系統地了解大型水力發電廠、熱力發電廠等從事運行、管理等方面的工作流程。
我校能源與動力工程專業熱動方向的生產實習內容重點是了解鍋爐設備系統、汽輪機設備系統、脫硫除塵設備系統、化學設備系統及其他與之有關的主要輔助設備和系統的運行特性和維護管理。此外,在仿真實習平臺上主要是掌握機組的啟動、停運步驟,設備與系統的故障模擬、故障分析、故障排除等,了解或熟悉故障發生的前因后果。
我校能源與動力工程專業水動方向的生產實習內容重點是了解水電廠的水工建筑物、水電廠的電能生產過程、水輪發電機組及其輔助設備和電氣設備的作業布置及相互關系,220kV開關站的接線方式及主要配置,廠用6kV系統與發電機組的配接方式、接線方式及廠用電相關配置等。在水電站仿真平臺上,要求學生掌握水輪機的工作原理,水輪機運行、管理、檢修、維護、水輪機選型設計以及水輪機調節系統、水輪機控制系統等。
3.增強實習指導
在生產實習過程中,學生能否有所收獲在一定程度上取決教師的指導水平。為了使實習指導教師更好地發揮主導作用,需要聘請專業基礎扎實,實踐經驗豐富,有較強實踐能力的專業教師對實習學生進行跟班指導。
我校能源與動力工程系以青年教師為主,長期深入電力生產一線的機會比較欠缺,工程實踐能力整體情況還不高。為了使青年教師更好地發揮主導作用,一方面要充分發揮老教師的傳、幫、帶作用,另一方面還需定期組織青年教師深入電力企業生產一線,充分準備實習內容以及實習的重難點,增強青年教師的科研能力和工程實踐能力,提高實習指導水平。
此外,采用虛實結合的實習教學模式后,對實習指導教師的任務加重了,要求提高了,責任變大了,為此實習指導教師盡量做到相對穩定、搭配合理,這樣不僅能保證生產實習的長遠發展,還能夠維持生產實習的課程建設質量。
4.規范實習考核標準
在實習過程中,除了需要通過有效的監管機制保證實習順利實施之外,還需采用有效的激勵機制對學生的實習表現進行評判,包括實習紀律以及實習項目的表現情況,隨機抽查學生筆記、對學生進行提問、要求學生講解實習過程等。
實習結束之后,需要提交實習報告,而通常僅依據實習報告給定實習成績是不合理的。為了充分調動學生的實習積極性,并且使學生能夠充分重視實習過程,生產實習的考核評價至少需要反映“平時表現(占40%),實習報告(占40%),答辯成績(占20%)”等幾個方面。
為了生產實習的持續發展,還應廣泛收集學生、教師、實習單位的評價意見,重點反映實習內容是否全面,實習安排是否合理,實習效果如何以及學生的綜合素質和專業技能是否達到實習單位需求,通過總結經驗,發現不足,不斷提高生產實習的教學質量。
三、結語
生產實習是實踐教學的重要環節,能源與動力工程因為專業的特殊性,生產實習范圍相對其他工科專業而言比較有限,在經濟效益驅動下,生產實習面臨著很大挑戰。生產實習基地的建設,實習內容的優化,實習師資隊伍的建設,實習教學質量的提高等均是一個長期積累的過程,需要長期探索,不斷調整。未來還需從更深層次探索生產實習的改革與發展,不斷完善生產實習的教學模式,以期取得更好的實習效果,培養出具有實踐能力強、創新能力高、綜合素質全面的應用型本科人才。
參考文獻:
[1]孟廣波,王樹群,高祥永.能源動力類專業校外實習改革措施的探討[J].沈陽工程學院學報(社會科學版),2012,8(2):259-261.
中圖分類號:G642.0?????文獻標識碼:A?????文章編號:1007-0079(2012)19-0086-
諾貝爾獎獲得者李振道先生在西北師范大學百年校慶典禮上提出:“培養青年人才,不能僅依靠課堂教學和靠高科技工具,人才的培養要在實踐當中去培養,在培養的過程中,使學生變成老師的助手。”[1]由此可見,實踐教學作為創新型人才培養中的重要環節,對于提高學生綜合素質、培養創新能力,具有不可替代的重要作用。
實踐教學環節包括實驗操作、生產實習、畢業設計、畢業實習等環節,是對學生實際操作能力培養的重要環節之一,也是教學質量最直觀的反映。尤其對高等工科院校而言,要培養高素質應用型人才,更應重視實踐教學。只有通過實踐操作,才能使學生在實踐中檢驗所學知識,發現新的問題,掌握科學方法,培養創新意識,從而提升綜合素質。因此,加強實踐教學是提高人才培養質量的關鍵環節,也是培養理論與實踐相結合的創新型人才的有效途徑之一。[2]
一、能源動力類專業實踐教學改革的必要性
近年來,高等院校對實踐性教學環節的重要性的認識逐年提高,實踐性環節的教學條件逐年改善,教學效果也有所改善。但是,國內高校特別是一般高校在實踐性環節教學中依然存在以下困難與不足:[2]
1.對實踐性環節的重要性普遍認識仍不夠到位
認為實踐教學僅僅是為了鞏固理論教學的輔助手段,使實踐教學缺乏設計性、創新性。學生實驗時往往是簡單的“依樣畫葫蘆”,單純依據指定的操作步驟完成實驗內容,提交實驗報告,僅僅是掌握了最簡單的操作技術,而忽略了對學生創新能力的培養。
2.實踐性教學環節所占時間比例偏小,難以達到培養學生綜合能力的目標
近幾年來,工科專業教學計劃中實踐性環節所占比例有明顯的增加。但總體來看,集中實踐環節教學的總周數占總教學周數的比例約為20%左右,仍然偏低;特別是課程教學中,大部分課程實驗學時數占該課程總學時數的比例只有10%左右,而在歐美國家,這個比例可占30%~50%,甚至更高。
3.項目設置欠合理,內容陳舊,信息量小,學生反映收獲不大
幾十年來,大學工科專業實踐性環節的教學內容變化很小,套路基本不變。現以某院校熱能與動力工程專業的實踐性環節為例進行分析。
(1)該專業的金工實習工種設置為車、鉗、刨、銑、磨、焊接、熱處理,實際操作以鉗工為主,車、焊接次之。這種做法堅持了幾十年,基本沒有變化和創新,現代加工技術以及非金屬材料的加工未列入教學內容。
(2)機械零件設計、鍋爐原理、汽輪機原理、熱力發電廠四門課程安排了課程設計,但設計內容年年相同,每個學生的設計成果基本一樣,無法真正培養學生的創新能力、動手能力、獨立分析問題和解決問題的能力。
(3)課程實驗的設置欠合理,實驗內容零碎,綜合性差,重復內容較多;實驗的檔次不高,多為驗證性實驗,未能充分發揮學生的主觀能動性;實驗設備的臺套數少(有些貴重實驗設備只有1~2套),造成有些實驗變成了演示性實驗。
(4)生產實習和畢業實習雖然在時間、場地方面得到了保證,但由于經費緊張,學生只能整班地安排在較近的某一個企業內實習,人員擁擠;企業因安全生產的需要,不能讓學生進行實際操作,從而達不到預期效果。
(5)畢業設計是最為重要、安排時間最長的實踐性環節,也是最為重視的實踐性環節。目前,畢業設計因師資力量、設計場地和條件等方面的原因,導致部分選題在前沿性、創新性、綜合性等方面達不到要求;少數教師在指導畢業設計過程中只注重對具體問題本身的解決,忽視了對學生研究方法的指導和能力的培養。
4.方法和手段落后
實踐性教學環節使用的方法和手段有些仍然比較落后,計算機技術、多媒體技術、本領域內的優化設計軟件平臺等新的設計手段和方法應用得比較少。如,在進行課程設計時,學生的大部分時間花在重復性手算上,變成了計算工具,而不是將主要精力放在設計方案的擬定、分析比較、方案優化上。長期以來,課程設計在培養學生獨立分析問題、綜合問題能力以及創新能力方面是不令人滿意的。又如課程實驗教學,從檢測方法和手段到實驗數據的分析方法和手段都跟不上科學技術的發展,有些實驗手段和方法甚至相當“原始”,實驗效果也就可想而知了。[3]
能源動力類專業主要培養能源清潔轉換與利用和熱力環境保護領域既有扎實的理論基礎,又有較強實踐和創新能力的人才,以滿足社會對該學科領域的教學、科研、工程技術、經營管理等各方面的人才需求。本專業具有明顯的行業背景特色,擁有良好的實踐教學條件,為實踐教學改革創造了良好的條件。
二、創新型實踐教學內容體系的改革與探索
針對能源動力類專業的特殊行業背景和人才培養目標的需要,以“厚基礎、寬口徑、強能力、高素質”為總體要求,以強化工程實踐能力培養為目的,改革了實踐教學模式,構建了“實驗+實習+設計+課外實踐”四模塊的實踐教學內容體系。