張光學(xué) 王進(jìn)卿 池作和

摘要：隨著我國對(duì)節(jié)能減排政策的不斷深化，熱能與動(dòng)力工程專業(yè)的重要性日益凸現(xiàn)。對(duì)當(dāng)前熱能與動(dòng)力工程專業(yè)在教學(xué)過程中需要改進(jìn)的方面進(jìn)行了深入的探討，提出了新形勢(shì)下的改革方案與教學(xué)方法，其中包括CFD課程的開設(shè)、污染物控制與節(jié)能減排政策的相結(jié)合，為不斷提高教學(xué)效果和對(duì)本專業(yè)的建設(shè)提供參考作用。

關(guān)鍵詞：熱能與動(dòng)力工程；節(jié)能減排；改革；創(chuàng)新；CFD課程

作者簡(jiǎn)介：張光學(xué)（1982-），男，浙江湖州人，中國計(jì)量學(xué)院能源工程研究所，副教授；王進(jìn)卿（1985- ），男，浙江義烏人，中國計(jì)量學(xué)院能源工程研究所，實(shí)驗(yàn)師。（浙江 杭州 310018）

中圖分類號(hào)：G642.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-0079（2014）06-0037-02

目前，世界能源消耗量巨大，主要耗能方式仍是來自于煤、石油和天然氣的燃燒，這些化石燃料在利用過程中產(chǎn)生了大量的污染物，如煙塵、二氧化碳、硫氧化物、氮氧化物，[1-2]嚴(yán)重影響了人們的正常生活，甚至威脅著人類的生存與發(fā)展。為應(yīng)對(duì)日益嚴(yán)重的環(huán)境問題，我國大力推廣節(jié)能減排政策。作為高校，為培養(yǎng)適合新形勢(shì)下的專業(yè)型技術(shù)人才，在教學(xué)環(huán)節(jié)中也要對(duì)教學(xué)方法和內(nèi)容有所調(diào)整。

現(xiàn)今傳統(tǒng)的能源消耗形式已逐步向清潔能源（風(fēng)能、太陽能、潮汐能、水能等）方向發(fā)展，[3]雖然所占比例還比較低，不過對(duì)于緩解嚴(yán)重的環(huán)境壓力而言將發(fā)揮積極性的作用。熱能專業(yè)與能源的綜合利用息息相關(guān)，在教學(xué)環(huán)節(jié)中，應(yīng)對(duì)已有的教材內(nèi)容加以篩選，對(duì)于一些落后于時(shí)代發(fā)展的方法與技術(shù)，不再重點(diǎn)講解，而對(duì)于一些新技術(shù)與新方法在教學(xué)中要重點(diǎn)闡述。把當(dāng)前的熱點(diǎn)技術(shù)提升到理論高度，使學(xué)生在未來的科學(xué)研究或是工作中找準(zhǔn)方向。

在教學(xué)改革實(shí)施過程中，我們將新型能源的發(fā)展趨勢(shì)及特點(diǎn)加到教學(xué)任務(wù)當(dāng)中，并對(duì)CFD軟件在本專業(yè)的應(yīng)用價(jià)值及前景進(jìn)行了探討，開設(shè)了CFD相關(guān)課程。本文中，筆者分析了現(xiàn)行課程教學(xué)中存在的問題，并對(duì)教學(xué)改革的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行總結(jié)和系統(tǒng)介紹。

一 、現(xiàn)行教學(xué)工作存在的問題

1.教材內(nèi)容與時(shí)代背景互不銜接

熱能與動(dòng)力工程專業(yè)的教材種類繁多，且現(xiàn)行教材內(nèi)容中所涵蓋的方法及技術(shù)大多是已有的陳舊理論，同時(shí)教材中的相關(guān)章節(jié)落后于時(shí)代背景，沒有對(duì)當(dāng)前的新技術(shù)、新方法加以系統(tǒng)性的介紹。這樣的后果是，學(xué)生的思維方式還停留在陳舊的方法體系當(dāng)中，不能對(duì)本專業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)有明確的判斷，學(xué)生今后的研究及工作產(chǎn)生知識(shí)脫節(jié)，進(jìn)而也對(duì)本專業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生不利影響。

2.缺乏對(duì)新型教學(xué)方法的探索

目前的教學(xué)方式還基本以課堂講授為主，并結(jié)合一定課時(shí)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。實(shí)驗(yàn)也是以仿真平臺(tái)實(shí)現(xiàn)及外加一定的動(dòng)手環(huán)節(jié)。但該過程避免不了存在著課時(shí)上的沖突，以致課堂教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)之間不能統(tǒng)調(diào)，造成了理論知識(shí)與實(shí)踐內(nèi)容相結(jié)合時(shí)的不契合，且教學(xué)過程中師生間缺乏互動(dòng)。

3.教學(xué)內(nèi)容與節(jié)能減排政策相脫離

當(dāng)今環(huán)境保護(hù)問題已經(jīng)提上了人們的日事議程，然而在教學(xué)內(nèi)容上，還是圍繞著以如何產(chǎn)能及能效問題為主，雖然在部分章節(jié)上對(duì)污染物控制策略加以闡述，但內(nèi)容片面，所涵蓋的信息量有限，也未能把教學(xué)內(nèi)容與節(jié)能減排政策相結(jié)合；且教學(xué)時(shí)也沒有在充分保證教學(xué)質(zhì)量的前提下，探討如何節(jié)約授課成本。

4.對(duì)新型清潔能源的教學(xué)內(nèi)容不足

現(xiàn)在所教授的熱能專業(yè)課程主要是以煤、石油、天然氣為主的利用方式。而這些燃料在燃燒過程中產(chǎn)生了嚴(yán)重的環(huán)境污染問題，不符合當(dāng)前節(jié)能減排形勢(shì)。授課時(shí)也沒有對(duì)新型清潔能源加以系統(tǒng)的講解。且現(xiàn)今為止，對(duì)新型能源課程的側(cè)重點(diǎn)不夠，據(jù)調(diào)查其他很多高校也沒有開設(shè)相關(guān)課程。

二、教學(xué)工作的改革與創(chuàng)新

針對(duì)上述存在的教學(xué)問題，筆者從教材內(nèi)容的選取、實(shí)踐環(huán)節(jié)的完善及如何培養(yǎng)學(xué)生自主研究能力等相關(guān)環(huán)節(jié)進(jìn)行了以下探索。

1.明確教學(xué)目標(biāo)、優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容

為應(yīng)對(duì)當(dāng)前教材內(nèi)容的固化，在教學(xué)過程中，對(duì)于一些需要重點(diǎn)掌握的內(nèi)容不斷深化，不但要讓廣大學(xué)生從根本上了解其基本原理及相應(yīng)機(jī)制，還通過制作物理模型，或是制作相應(yīng)的動(dòng)畫、短片來模擬其工作進(jìn)程，使學(xué)生從固定形式的書本內(nèi)容過渡到生動(dòng)鮮明的動(dòng)態(tài)模型中，從而加深對(duì)理論知識(shí)的理解，同時(shí)對(duì)這些理論知識(shí)的應(yīng)用范圍進(jìn)行闡述，如卡諾循環(huán)在熱機(jī)上應(yīng)用等。在每課時(shí)后都會(huì)布置相應(yīng)的課后內(nèi)容，這其中包括課后習(xí)題的計(jì)算，對(duì)書本上存在的重點(diǎn)、難點(diǎn)問題，通過網(wǎng)上搜索、到圖書館查閱資料等方式進(jìn)行知識(shí)的梳理，使學(xué)生的知識(shí)體系得到全面的升華。

科技是不斷進(jìn)步的，本專業(yè)的發(fā)展也應(yīng)與時(shí)俱進(jìn)。為彌補(bǔ)書本中存在的知識(shí)點(diǎn)不完善問題，在其中加入時(shí)代背景下的新技術(shù)。例如，現(xiàn)行的熱能教材中，所講解產(chǎn)能方式都以燃煤、燃?xì)鉃橹?，其中沒有或是很少涉及到新型能源的相關(guān)方面。然而，隨著國家節(jié)能減排政策的不斷深化，在建設(shè)節(jié)約型社會(huì)的引領(lǐng)下，為適應(yīng)時(shí)代的發(fā)展趨勢(shì)，也本著更好地建設(shè)熱能與動(dòng)力工程專業(yè)的發(fā)展要求，教學(xué)時(shí)增加對(duì)風(fēng)能及太陽能等清潔能源的利用及特點(diǎn)的系統(tǒng)性講解，并結(jié)合相關(guān)的應(yīng)用實(shí)例。

2.教學(xué)手段

在教學(xué)過程中，無論是課堂教學(xué)還是實(shí)踐教學(xué)，在原有的教學(xué)模式上進(jìn)行改進(jìn)工作。授課過程不再是教師獨(dú)自完成教學(xué)任務(wù)，而是采用啟發(fā)互動(dòng)式的教學(xué)方法。旨在使學(xué)生間、教師與學(xué)生間產(chǎn)生良性互動(dòng)，形成一種探討式的教學(xué)理念，使彼此的觀點(diǎn)相互碰撞，產(chǎn)生共鳴，從而激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造性思維。

本著培養(yǎng)學(xué)生的自我學(xué)習(xí)能力，同時(shí)也為了擴(kuò)寬學(xué)生的知識(shí)結(jié)構(gòu)，在“能源與環(huán)境系統(tǒng)工程概論”授課中期，安排學(xué)生對(duì)本專業(yè)的相關(guān)理論在工程實(shí)際中的應(yīng)用進(jìn)行案例介紹，實(shí)施過程主要是通過制作PPT的形式，在課堂上每位學(xué)生進(jìn)行10分鐘的講解。講解結(jié)束，臺(tái)下學(xué)生可根據(jù)自己的想法提出相應(yīng)問題，之后講解者進(jìn)行解答。通過這樣的方式，每個(gè)學(xué)生都可以參與其中，如此也進(jìn)一步彌補(bǔ)了實(shí)踐課程不足所造成的知識(shí)體系不全面。

3.CFD課程的開設(shè)

CFD技術(shù)是建立在經(jīng)典流體動(dòng)力學(xué)與數(shù)值計(jì)算方法基礎(chǔ)上的一門新型的獨(dú)立學(xué)科，[4]它兼有理論性和實(shí)踐性的雙重特點(diǎn)，是與計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展緊密相連的。

通過實(shí)驗(yàn)的方法所測(cè)得的數(shù)據(jù)真實(shí)可信。然而實(shí)驗(yàn)時(shí)，往往會(huì)受到模型尺寸、流場(chǎng)擾動(dòng)、人身安全和測(cè)量精確度等方面的限制，有時(shí)很難通過實(shí)驗(yàn)的方法得到滿意的結(jié)果。此外，實(shí)驗(yàn)時(shí)還會(huì)有經(jīng)費(fèi)的投入、人力和物力的消耗及實(shí)驗(yàn)周期長(zhǎng)的問題，定會(huì)造成能源的浪費(fèi)現(xiàn)象。而CFD技術(shù)在一臺(tái)計(jì)算機(jī)上完成相關(guān)運(yùn)算，是用模擬的方法完成相同的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，通過數(shù)值模擬再現(xiàn)實(shí)際場(chǎng)景。

在教學(xué)改革中，正是考慮到CFD計(jì)算精確、能耗小、實(shí)踐性強(qiáng)的特點(diǎn)，在本專業(yè)開設(shè)了“CFD工程軟件及應(yīng)用”課程。選取的教材為王福軍編著的《計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)分析—CFD軟件原理與應(yīng)用》（清華大學(xué)出版社），該教材實(shí)用性強(qiáng)、重點(diǎn)突出、易學(xué)易懂。本課程在教學(xué)任務(wù)共計(jì)32個(gè)學(xué)時(shí)，每講授1個(gè)課時(shí)，預(yù)留給學(xué)生1個(gè)計(jì)算實(shí)例，培養(yǎng)其動(dòng)手能力。為防止互相抄襲現(xiàn)象，每位學(xué)生的計(jì)算案例皆不相同。由于本軟件具有理論性與實(shí)踐性的優(yōu)點(diǎn)，學(xué)生不僅對(duì)理論知識(shí)進(jìn)行了梳理，實(shí)踐能力也得到了加強(qiáng)，補(bǔ)充了實(shí)驗(yàn)課程少所帶來的不利影響。

CFD課程的開設(shè)在一定方面也與我國所提出的節(jié)能減排政策相契合，這樣的授課特點(diǎn)既減少了課程開支，也保證了教學(xué)質(zhì)量。

4.污染物控制教學(xué)與節(jié)能減排形勢(shì)相結(jié)合

在世界范圍內(nèi)，環(huán)境保護(hù)已成為熱點(diǎn)話題，而電站燃煤是造成環(huán)境問題的罪魁禍?zhǔn)?。圍繞著環(huán)保，產(chǎn)生了各種燃煙型控制技術(shù)，這其中包括煤的凈化技術(shù)、煤的先進(jìn)燃燒技術(shù)、燃煤煙氣凈化技術(shù)及潔凈煤發(fā)電新技術(shù)。

在過去的一段時(shí)間內(nèi)大氣污染的重點(diǎn)控制對(duì)象為硫氧化物及碳氧化物，而現(xiàn)今的重點(diǎn)控制對(duì)象已變?yōu)榈趸铩榇?，在?duì)學(xué)生授課時(shí)，對(duì)污染物控制技術(shù)應(yīng)深入介紹，同時(shí)也要對(duì)我國排放標(biāo)準(zhǔn)與國際排放標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較，讓學(xué)生對(duì)相關(guān)政策有一定的了解。例如，授課時(shí)對(duì)脫硝裝置進(jìn)行系統(tǒng)的介紹，使學(xué)生知道當(dāng)前的脫硝技術(shù)有哪些、國際上的氮氧化物排放標(biāo)準(zhǔn)如何。

5.社會(huì)實(shí)踐環(huán)節(jié)

熱能與動(dòng)力工程專業(yè)是一個(gè)實(shí)踐性很強(qiáng)的學(xué)科，很多的理論知識(shí)都需要通過實(shí)踐的方式去領(lǐng)會(huì)與消化。因此，實(shí)踐教學(xué)是提高學(xué)生對(duì)知識(shí)全面掌握程度的必備環(huán)節(jié)。

實(shí)踐環(huán)節(jié)主要是以當(dāng)前污染物控制相關(guān)內(nèi)容為主，在提前與電廠溝通的前提下，且在電廠檢修期間，帶領(lǐng)學(xué)生現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)，同時(shí)要充分注意學(xué)生安全問題。由于時(shí)間限制，主要對(duì)除塵系統(tǒng)、煙氣排放系統(tǒng)、脫硫島及脫硝島進(jìn)行參觀及學(xué)習(xí)。在現(xiàn)場(chǎng)時(shí)，學(xué)生對(duì)于不懂的問題，由教師或電廠的運(yùn)行人員進(jìn)行答疑解惑。

同時(shí)，鼓勵(lì)學(xué)生參加相關(guān)的節(jié)能減排大賽。充分發(fā)揮學(xué)生的創(chuàng)造力與想象力，在其過程中，教師給予一定的指導(dǎo)工作。通過實(shí)踐環(huán)節(jié)，使每個(gè)學(xué)生對(duì)本專業(yè)有整體上的認(rèn)識(shí)，為今后的研究與工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

三、結(jié)語

在節(jié)能減排的時(shí)代背景下，針對(duì)熱能專業(yè)的特點(diǎn)，對(duì)有利于本學(xué)科發(fā)展的教學(xué)工作完善問題進(jìn)行了有益的探討。具體內(nèi)容包括：教學(xué)內(nèi)容上對(duì)清潔新型能源的重點(diǎn)介紹、理論性與實(shí)踐性完備的CFD課程的開設(shè)、為應(yīng)對(duì)污染物控制問題的控制策略。通過這些改革與創(chuàng)新方法的嘗試，在教學(xué)上取得了令人滿意的成績(jī)。學(xué)生的學(xué)習(xí)能動(dòng)性有所提高，對(duì)知識(shí)的理解得以深入，且本專業(yè)就業(yè)趨勢(shì)明朗，就業(yè)單位對(duì)學(xué)生評(píng)價(jià)較高，從而證實(shí)了該教學(xué)改革與創(chuàng)新工作的實(shí)施是成功的，達(dá)到了最初的教學(xué)目標(biāo)。

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（責(zé)任編輯：劉輝）