锅炉原理实验教学研究探讨

关于锅炉原理实验教学研究探讨

　　论文摘要：实验教学是锅炉原理教学过程中不可或缺的部分，加强并改进锅炉原理实验教学是对热能与动力工程专业本科生进行能力培养的有效途径之一。根据锅炉原理实验教学实践中的心得体会，研究探讨了在实验教学过程中对传统的教育理念进行改革，从教学目标、教学内容、教学和考核方法上全方位引入现代的教育理念，以培养创新型人才的具体措施。

　　论文关键词：锅炉原理；教学研究；实验 
　　
　　锅炉是火力发电厂三大主机之一，是工业企业的动力之源，在国民经济发展中发挥着极其重要的作用。“锅炉原理”是为热能与动力工程专业本科生开设的主要专业课程之一。“锅炉原理”的教学目标是让学生全面和系统地认识锅炉本体和辅助装置的构造，掌握锅炉工作原理的相关知识，并培养学生分析工程问题、进行锅炉设计计算和锅炉试验的实践能力。该课程工程性强、内容多、难点多，仅依靠理论教学难以实现教学目标，与工程实际紧密结合的实验、实习、课程设计等实践环节是锅炉原理教学中不可或缺的部分。
　　高校的实验室是理论与实践相结合，培养大学生工程实践能力和创新能力的重要场所。加强并改进实验教学，是对大学生进行能力培养的有效途径之一。实验在锅炉原理实践教学环节中占有重要地位。笔者作为从事锅炉原理实验教学的教师，在教学过程中对传统的教育理念进行改革，从教学目标、教学内容、教学和考核方法上全方位引入现代的教育理念，使教学效果得到明显改善。

　　一、锅炉原理实验的教学目标

　　锅炉原理实验教学的基本出发点是通过提供大量模拟锅炉有关现象的装置和系统，以帮助学生更好地理解课程内容，掌握锅炉的基本原理、常用测试方法和运行技术，加强锅炉设计计算和锅炉试验的实践能力。传统的教育以传授知识为教学目的，教师考虑的是如何把知识灌输给学生，而忽视学生能力的培养。现代社会的发展需要高校培养一批高知识、强能力的创造型人才。为适应这一需求，高校应注重学生能力的培养。
　　锅炉原理实验教学中，应发挥教师在教学中的主导作用和学生在学习中的主体作用，使学生在预习实验指导书，动手操作实验设备和仪器，动脑思考实验现象，通过团队合作解决实验中出现的问题，记录和整理实验数据，撰写报告，完成实验思考题的过程中，自身的学习能力、实验技能、动手能力、独立思考能力、团队合作精神、组织能力、分析和解决工程实际问题的能力、自主创新的能力得到全面地锻炼和提高。
　　利用精心设计的实验内容，将“锅炉原理”课程的知识点与专业基础课程“工程热力学”、“传热学”、“流体力学”、“热工测试技术”，以及专业课程“大气污染监测技术”、“大气污染控制工程”、“洁净煤发电技术”相结合，通过对多门学科知识的有效迁移和综合，以达到举一反三、融会贯通的教学效果，既可以巩固和加深学生对前期专业基础课的理解，又加深了学生对所学专业知识体系的认识，激发了学生学习后续课程的兴趣和积极性，培养了学生科学思维的能力，从而为后续课程的学习和将来从事工程设计、科学研究奠定坚实的基础。

　　二、锅炉原理实验的教学内容

　　实验课程的教学内容关系到实验教学的组织实施，是规范实验教学过程、检查实验教学质量和进行实验室建设的基础。鉴于锅炉原理涉及内容多、实践性强，相关课程多，我们将实验部分剥离出来，单独设课，同时确保实验教学内容设计与前期专业基础课程及后续专业课程的密切联系。在教学内容上，力求从本课程实际出发，不失时机地向其他课程渗透和综合，为学生创建一个系统的热能与动力工程知识体系平台，改变了只从单个课程传授分散知识的传统教学模式。
　　结合“锅炉原理”理论教学的授课主线“燃料—燃烧及热平衡计算—受热面—自然循环锅炉水动力学—锅炉的启停与运行—锅炉污染物排放监测与控制”，建立了“煤质分析”、“并联管组流量分配”、“自然循环锅炉水动力特性”、“燃烧与环境监测”、“燃烧源污染物排放控制”五个实验室。
　　“煤质分析”实验室开设了“煤的工业分析”、“煤的发热量测定”两个实验，使学生能够掌握煤质分析、发热量测定的原理和方法，认识煤的质量对锅炉性能的影响。
　　“并联管组流量分配”、“自然循环锅炉水动力特性”实验室各配备有两套自行设计搭建的实验系统。前者能够使学生对电站锅炉中过热器、再热器管组的进、出口集箱的引入与引出方式布置不当引起的流量分配不均问题有清晰的感性认识；后者使学生对自然循环锅炉水动力特性及提高水循环安全性的措施有更深刻的理解。
　　“燃烧与环境监测”实验室基于自主研发的“能源岛热电联产系统”，开设了“程序点火及火焰监测显示”、“燃烧调整及燃烧效率测定”、“锅炉热平衡”、“锅炉烟尘测定”、“烟气成分分析”、“气态污染物排放监测”六个实验。“程序点火及火焰监测显示”实验能够使学生了解锅炉安全操作程序及燃烧过程；通过设在锅炉的观察孔，直接观察到火焰形状以及运行参数对火焰形状的影响，大大加深了对书本知识的理解。“燃烧调整及燃烧效率测定”实验使学生对各种因素对燃烧效率的影响有直接的感性认识，同时学到测取锅炉效率有关数据、计算燃烧效率的方法。通过“锅炉热平衡”实验，加深学生对锅炉热平衡原理的理解，培养学生的锅炉热平衡实验测试技能，使学生能够分析造成各项热损失的原因，学会诊断锅炉存在的问题。“锅炉烟尘测定”实验使学生熟悉国家标准、掌握固定污染源排气中颗粒物的排放浓度、折算浓度和排放总量的测定原理和方法。“烟气成分分析”实验使学生掌握奥氏烟气分析仪的工作原理和使用方法。“气态污染物排放监测”实验使学生掌握气态污染物排放测量的电化学法的原理和EUROTRON MK2 8851烟气分析仪的使用方法。通过这一系列的实验为学生从事锅炉设计、运行和研究打下基础。
　　“燃烧源污染物排放控制”实验室配有四台除尘装置（旋风除尘器、袋式除尘器、电除尘器、湿式除尘器）和一台喷射鼓泡式烟气脱硫装置、一台选择性催化还原烟气脱硝装置，可进行除尘器性能测定和气体污染净化两大类型、六个项目的实验教学，可使学生系统地了解并掌握污染控制的基本知识、基本原理、主要设备和典型工艺等，培养学生分析和解决日益严重的燃烧源污染物排放问题的基本能力，为学生从事相关的工程设计、技术管理等工作提供必要的基础。

　　三、锅炉原理实验的教学和考核方法

　　1.教学方法
　　为便于组织教学，将参加实验的学生分成8至10人的小组，排出实验教学安排表，安排充足的师资力量，指导学生在两周内完成所有实验室的各个实验。在教学过程中，改变传统的灌输式教学方法，不断探索实验教学的新办法，如探究式教学、归纳式教学、换位教学等。
　　在探究式教学模式下，教师依据学习过程的客观规律，引导学生积极主动、自觉地掌握知识。例如，在进行锅炉热平衡实验教学时，教师提出“什么是锅炉热效率？什么是锅炉热平衡？”在学生明白这些基本概念问题的基础上，设置问题“锅炉正平衡热效率的计算公式是什么？”引出计算锅炉正平衡效率需要测定的参数及测量方法，继续提问“锅炉热损失发生在哪里？锅炉反平衡效率的计算公式是什么？”逐步引导学生积极思考，最后提出“为什么既要进行锅炉正平衡实验，又要进行锅炉反平衡实验？如何有效提高锅炉效率？”教师通过这些涵盖了实验的目的、实验原理、实验方法的探究型问题，激励学生的创造性思维，培养他们应用理论知识分析和解决问题的能力。
　　在进行演示性实验教学时，采用归纳式教学方法，将“观看”实验转变为“观察”实验。例如，在“自然循环锅炉水动力特性”实验中，不去讲解，也不提出任何问题，只是告诉学生要仔细观察。在每个实验现象出现时，再引导学生归纳实验现象、分析产生这种现象的原因。受知识水平、观察能力的影响，学生难免会遗漏掉某些实验现象，这时通过重复性实验，教师指导学生进行有针对性地观察，对实验现象再次进行归纳和分析。采用这种教学方法，使学生对实验过程充满兴趣，对水循环的形成过程、工质的流动与传热过程、蒸汽的产生过程，上升管中汽水两相流的各种流型（泡状、弹状、环状流动），锅炉水循环的常见故障（停滞、倒流、自由水面、汽水分层、下降管带汽）从现象到本质都有非常深刻的认识。
　　在实验教学中，还尝试了师生角色换位教学法。例如，在“烟气成分分析”实验教学中，进行了“让学生做老师”的换位教学实践。每组学生经过讨论，选出一位同学，由其充当教师的角色，讲解奥氏烟气分析仪的工作原理，演示其使用方法，并带领本组的同学完成烟气成分及含量测定实验，引导学生思考、提问、讨论。实践证明，这种方式加强了学生之间的交流、师生之间的互动，活跃了实验教学的气氛，收到很好的效果。
　　2.考核方法
　　实验考核是对学生实验能力的全面检查，也是对教师教学效果的检查。同时，考核能够给学生以压力和动力，促进学生对实验课的重视。传统的实验考核方法，主要是依据实验报告的好坏来评定成绩，这种方法在一定程度上滋长了学生抄袭实验报告的现象。为减少传统考核方法的弊端，我们采取实验表现、实验报告、实验考试相结合的方法进行实验考核，三者依次占实验总评成绩的30%、30%、40%。实验表现和实验报告采取每个实验单独给分，取各自的平均分作为这两项的成绩；实验笔试则由每个实验设置2～4道基本知识和基本技能试题组成试卷，统一安排考试。实验表现由教师依据实验预习、实验操作、回答问题情况，以及发现和提出问题的能力当场给出成绩；实验报告按照是否按要求撰写实验报告，按时交实验报告，数据、结论是否正确，分析是否透彻评分。通过这种考核方式给出实验综合成绩，实现了对学生的学习态度、观察能力、动手能力、思维能力、综合分析能力等的全面考查。

　　四、结语

　　实验教学是将书本知识与实验能力培养相结合、基础理论与工程实践相结合的教学活动，是培养学生能力的重要环节，是培养创新型人才的关键。为提高锅炉原理实验教学的效果，需要承担实验教学的教师关注教学过程的各个方面，对教学目标、教学内容、教学和考核方法等进行顺应时代潮流的改革和创新，不断总结教学实践中的经验和教训，提高业务素质和水平，为提高教学质量、培养适应当今社会发展的创新型人才做出应有的贡献。

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