王偉云　楊天華　謝俊　開興平　朱軼銘　張濤

摘? 要：能源動力類專業(yè)的培養(yǎng)方案中通常有三到四個課程設(shè)計實踐環(huán)節(jié)。工程認證背景下對課程設(shè)計實踐環(huán)節(jié)的實施提出更高的要求。該文以兩個能源動力類專業(yè)為例，重點分析能源與環(huán)境系統(tǒng)工程專業(yè)課程設(shè)計，整合課程設(shè)計實踐環(huán)節(jié)具體內(nèi)容，建立課程設(shè)計間的聯(lián)系，使課程設(shè)計之間彼此關(guān)聯(lián)，依序遞進，形成完整的知識體系。教學改革實踐可實現(xiàn)學生對專業(yè)知識由點及面的理解，提升學生的學習能力和分析能力，有助于學生建立系統(tǒng)的專業(yè)知識體系。

關(guān)鍵詞：能源類專業(yè)；課程設(shè)計；體系化建設(shè)；改革對策；工程認證

中圖分類號：G642? ? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：2096-000X（2024）13-0110-04

Abstract： There are usually three or four practical links of course design in the training program of energy and power majors. Under the background of engineering certification， higher requirements are put forward for the implementation of curriculum design practice. Based on the analysis of the course design content of two energy engineering and power majors， the contents of different course design practice in teaching plan are integrated in this paper， the connections between the different courses are established， which can make the course designs related to each other closely by formation of the knowledge system. The reform efforts can make the students understand the professional knowledge comprehensively and construct the practice link of the professional course in a three-dimensional way， which can improve the students' learning ability and analytical ability， and establish the professional knowledge system.

Keywords： energy and power majors; curriculum design; systematic construction; initiatives of construction; engineering certification

2016年6月2日，在吉隆坡召開的國際工程聯(lián)盟大會上，中國成為國際本科工程學位互認協(xié)議《華盛頓協(xié)議》第18個正式成員[1-2]。這對我國工程人才培養(yǎng)教育事業(yè)具有重要意義。工程教育專業(yè)認證遵循學生中心、成果導(dǎo)向、持續(xù)改進3個基本理念，工程教育的實施有助于推進工科專業(yè)建設(shè)的穩(wěn)步發(fā)展[3]。我國在工程教育人才培養(yǎng)數(shù)量方面有明顯的優(yōu)勢，截至2021年底，全國共有288所普通高等學校1 977個專業(yè)通過了工程教育專業(yè)認證[4]。但在人才培養(yǎng)質(zhì)量方面存在短板，尤其在學生的實際操作能力培養(yǎng)上尤為突出。補齊這一短板，就要求我國高校改變目前在人才培養(yǎng)方面存在的重理論、輕實踐的現(xiàn)狀，以使培養(yǎng)的工程技術(shù)人才達到國際化標準[5]。高校的專業(yè)課程重點在理論知識的教授上，在學生實踐能力培養(yǎng)上存在缺陷。而作為理論教學與工程實踐過渡銜接重要環(huán)節(jié)的課程設(shè)計[6]，在深化理解課程知識的同時可以培養(yǎng)學生設(shè)計計算能力和分析解決問題的能力，在工程認證背景下尤顯重要。

面向工程實踐的課程設(shè)計體系化建設(shè)主要體現(xiàn)在：工程實踐與課設(shè)教學目標、課設(shè)具體任務(wù)及評價體系等[7]。有的專業(yè)在綜合課程設(shè)計中融入文獻檢索、計算機計算模擬等內(nèi)容，也有專業(yè)在理論學習時將分步驟、節(jié)點的課設(shè)任務(wù)同步實施，并注重基于基礎(chǔ)參數(shù)設(shè)計整體的系統(tǒng)流程[8]。

一? 傳統(tǒng)的課程設(shè)計模式

（一）? 課程設(shè)計基本情況概述

沈陽航空航天大學能源與環(huán)境學院開設(shè)有能源與環(huán)境系統(tǒng)工程和新能源科學與工程兩個能源動力類專業(yè)。前者設(shè)置了四個專業(yè)課程設(shè)計，分別是換熱器課程設(shè)計、鍋爐原理課程設(shè)計、汽輪機課程設(shè)計和熱力系統(tǒng)工程課程設(shè)計。其中換熱器課程設(shè)計是專業(yè)基礎(chǔ)課傳熱學的實踐環(huán)節(jié)，另外三門是專業(yè)課的課程設(shè)計，分別安排在第五學期、第六學期、第七學期進行。新能源科學與工程專業(yè)除了包含換熱器課程設(shè)計外，還涵括生物質(zhì)能課程設(shè)計和風能課程設(shè)計兩門課程設(shè)計實踐環(huán)節(jié)，均在第六學期開設(shè)。

（二）? 換熱器課程設(shè)計簡述

換熱器課程設(shè)計任務(wù)書由指導(dǎo)老師從題庫中隨機抽取下發(fā)，在換熱器形式上包含列管式換熱器與板式換熱器兩種。課程設(shè)計的差異化主要體現(xiàn)在任務(wù)書上的初始數(shù)據(jù)，如介質(zhì)類型和進出口溫度等。內(nèi)容上，學生需要根據(jù)任務(wù)要求確定工質(zhì)比熱容、黏度、熱導(dǎo)率和密度等物性參數(shù)，估算換熱面積，再根據(jù)面積確定換熱器幾何尺寸，最后對估算的換熱面積進行校核直至滿足任務(wù)要求。

方法上，主要由學生參照傳熱學相關(guān)知識，并結(jié)合指定參考教材的實例進行?？傮w計算量一般，學生通過傳統(tǒng)紙筆記錄計算過程即可完成，因此對學生使用計算機進行設(shè)計的能力培養(yǎng)不足。

此外，由于該項課程設(shè)計設(shè)立時間較長而題庫數(shù)據(jù)有限，學生很容易通過高年級同學獲得相同數(shù)據(jù)，抄襲現(xiàn)象嚴重，這進一步導(dǎo)致該門課程教學效果下降。

（三）? 鍋爐原理課程設(shè)計簡述

鍋爐原理課程設(shè)計題目為220 t/h汽包爐熱力計算，依靠不同煤種和不同給水溫度實現(xiàn)數(shù)據(jù)差異化。其中煤種的組分差異影響了燃料熱值、煙氣組分濃度、結(jié)渣特性和煙氣體積等重要參數(shù)，因此學生的任務(wù)間有較大差異，不容易發(fā)生抄襲。

內(nèi)容上，需要對鍋爐煙氣流程途徑的各換熱面進行熱力計算，包括爐膛、過熱器、再熱器、省煤器和空氣預(yù)熱器等十個換熱面共十六個表格的數(shù)百項數(shù)據(jù)逐一計算。由于計算量大且需要頻繁迭代計算，要求學生使用Excel或編程進行。并且時間設(shè)置為三周。但因前序課程設(shè)計不強制要求學生使用上述工具，此時突然增加的計算量導(dǎo)致學生難以適應(yīng)，往往在課程設(shè)計前中期進展緩慢。

方法上，除任課老師每周對學生疑問進行解答外，還給出了詳細的步驟參考?？己艘髮W生繪制爐膛結(jié)構(gòu)及受熱面圖紙各一張，并要求學生對計算表格的進度備份保存，隨完整表格一同上交，保證了課程設(shè)計“一人一題”的切實落實。

但由于課程中所用鍋爐爐型及參數(shù)較小，存在與企業(yè)實際生產(chǎn)脫節(jié)的問題。

（四）? 汽輪機課程設(shè)計簡述

汽輪機課程設(shè)計針對大中型電廠廣泛采用的600 MW凝汽式汽輪機進行課程設(shè)計。內(nèi)容上，首先選擇汽輪機配汽方式和基本參數(shù)，在焓熵圖中繪制熱力過程線，隨后初步估算進汽量，對抽汽回熱系統(tǒng)進行初步平衡。根據(jù)上述結(jié)果重點計算調(diào)節(jié)級尺寸，再根據(jù)等焓降法確定各缸壓力級數(shù)量和級后參數(shù)，最后調(diào)整回熱系統(tǒng)抽汽壓力并對整體結(jié)果校核，并核算經(jīng)濟性。時間安排為三周。

方法上，由任課老師每周進行答疑，給出詳細參考資料?？己艘笤陟熟貓D上繪制機組熱力過程線，隨計算表及說明書一同上交，不要求計算進度備份文件。

（五）? 熱力系統(tǒng)工程課程設(shè)計簡述

熱力系統(tǒng)工程課程設(shè)計任務(wù)書包含凝汽式電廠、抽汽式熱電廠、背壓式熱電廠和核電站等多種形式，各種形式電廠、熱電廠工質(zhì)流程有極大差別，不同學生的給定參數(shù)差異明顯。

內(nèi)容上，包含全廠熱力系統(tǒng)平衡、回熱加熱器計算、流量校核及功率計算和熱經(jīng)濟性指標計算四部分內(nèi)容，逐一進行。其中，回熱加熱器部分計算流程與汽輪機課程設(shè)計中抽汽回熱系統(tǒng)大致相同，學生可直接使用已經(jīng)制成的計算表快速計算、校核，減輕了工作量。因此，時間設(shè)置為兩周。

方法上，除任課教師外，增添了其他各科老師實行分組輔導(dǎo)，每周有3～4次答疑；參考資料除已明確給出的教材外，部分數(shù)據(jù)需要學生自行查閱資料確定。在四門課程設(shè)計中效果最好。考核內(nèi)容要求全廠原則性熱力系統(tǒng)圖紙兩張，其中一張標注詳細工質(zhì)參數(shù)，并要求上交計算表。

（六）? 現(xiàn)狀分析

上述課程設(shè)計均由專業(yè)課老師自行確定題目，學生按照老師指定的時間節(jié)點完成。主要考察學生該專業(yè)課的知識掌握情況，課程設(shè)計之間關(guān)聯(lián)性不強，內(nèi)容相對獨立。沒有統(tǒng)籌考慮課程間的區(qū)別與聯(lián)系，使學生在做下一個課程設(shè)計時，不容易也不太需要想起上一個課程設(shè)計的內(nèi)容細節(jié)和知識重點，對原理及過程的理解也不夠深刻。也就是說，在課程設(shè)計過程中，學生不需要特別關(guān)注已完成的課程設(shè)計內(nèi)容和知識要點，只要按部就班往下進行，就可以順利完成，因此在調(diào)動和激發(fā)學生的學習熱情和創(chuàng)新潛力方面不夠，難以實現(xiàn)工程認證背景下確立的課程目標和任務(wù)。

新能源科學與工程專業(yè)的課程設(shè)計也存在這個問題。換熱器課程設(shè)計的題目和內(nèi)容兩個專業(yè)基本類似。風能課程設(shè)計與公共基礎(chǔ)課機械設(shè)計基礎(chǔ)課程設(shè)計聯(lián)系更多。生物質(zhì)能課程設(shè)計中各個受熱面的換熱計算與換熱器課程設(shè)計一脈相承，是相互遞進的關(guān)系，這部分與換熱器課程設(shè)計、鍋爐原理課程設(shè)計的承接關(guān)系是一致的。

學生答疑方面，除熱力系統(tǒng)工程課程設(shè)計外，均由任課老師進行，其他相關(guān)課程教師參與度不高，對課程設(shè)計流程也不甚了解。很難在課程教學中為后續(xù)課程做鋪墊。此外，部分就業(yè)于電廠的畢業(yè)生反映鍋爐原理課程設(shè)計中鍋爐的形式和參數(shù)與現(xiàn)代電廠鍋爐參數(shù)相比，蒸發(fā)量偏小，設(shè)計計算過程對實際工程參考性不足。

二? 課程設(shè)計體系化建設(shè)路徑及實施

以能源與環(huán)境系統(tǒng)工程專業(yè)為例，對課程設(shè)計的具體實踐內(nèi)容進行深入分析可知，該專業(yè)四個課程是階梯式的設(shè)計思路，是層層遞進、有機結(jié)合的整體。通過統(tǒng)籌考慮，需要重設(shè)課程設(shè)計題目，整合課程設(shè)計內(nèi)容，建立課程設(shè)計間的直接聯(lián)系，并建構(gòu)課程設(shè)計間立體化知識體系，實現(xiàn)四門課程知識融通，讓學生深度掌握專業(yè)知識并且做到溫故知新。

主要實施路徑如下。

從換熱器課程設(shè)計入手，整合換熱器課程設(shè)計的具體內(nèi)容。從鍋爐課程設(shè)計和熱力系統(tǒng)工程課程設(shè)計中提取換熱器課程設(shè)計的設(shè)計題目及任務(wù)書。例如把鍋爐中的省煤器、管式空氣預(yù)熱器、水冷壁、過熱器和再熱器的參數(shù)數(shù)據(jù)作為已知條件給出，要求學生計算受熱面的換熱面積及管的具體尺寸，并畫出受熱面結(jié)構(gòu)圖；或提取汽輪機和熱力系統(tǒng)工程課程設(shè)計中的某級高壓加熱器、低壓加熱器的換熱參數(shù)作為已知條件，設(shè)計高壓加熱器和低壓加熱器并計算幾何參數(shù)。

隨后的鍋爐原理課程設(shè)計作為三個專業(yè)課中的第一個實踐環(huán)節(jié)顯得尤為重要。為實現(xiàn)與汽輪機課程設(shè)計和熱力系統(tǒng)工程課程設(shè)計的銜接過渡，將課程設(shè)計題目變更為《600 MW等級亞臨界汽包鍋爐校核設(shè)計》及《600 MW等級超臨界直流鍋爐校核設(shè)計》。建立各科目間的聯(lián)系，同時也有助于解決專業(yè)教育與企業(yè)生產(chǎn)脫節(jié)的問題。通過變更煤種及給水溫度，實現(xiàn)學生參數(shù)的差異化布置，避免學生之間數(shù)據(jù)抄襲的問題。換熱器課程設(shè)計中完成的受熱面計算設(shè)計無疑加深了學生對鍋爐原理課程及課程設(shè)計中換熱面部分計算的理解和掌握。

汽輪機課程設(shè)計仍沿襲原來的題目《600 MW汽輪機熱力計算》，學生可以直接選用鍋爐課程設(shè)計中計算得到的參數(shù)。如高溫過熱器和高溫再熱器出口蒸汽的溫度和壓力等。

之后進行的熱力系統(tǒng)工程課程設(shè)計和汽輪機課程設(shè)計則聯(lián)系緊密，在計算熱力系統(tǒng)工程中的原則性熱力系統(tǒng)時，可以調(diào)用鍋爐和汽輪機課程設(shè)計的參數(shù)進行熱力計算，最后繪制一張A1規(guī)格原則性熱力系統(tǒng)設(shè)計圖。

四個課程設(shè)計整合體系化還有助于一以貫之的課程思政模式。首先，聯(lián)動式課程設(shè)計有助于提升學生的學習熱情；其次，可以將培養(yǎng)學生獨立思考、勇于探索、敢于創(chuàng)新等精神貫穿于課程設(shè)計的全過程，有效保證了課程思政的實施效果。

由以上過程可知，四個課程設(shè)計彼此相互關(guān)聯(lián)。整體聯(lián)系如圖1所示。

對于新能源專業(yè)，其風能課程設(shè)計與機械設(shè)計基礎(chǔ)課程設(shè)計呈遞進關(guān)系，因此引入了Solidworks軟件模擬計算結(jié)果，實現(xiàn)設(shè)計結(jié)果的立體可視化，充分鍛煉學生實踐能力。生物質(zhì)能課程設(shè)計與換熱器課程設(shè)計存在承接聯(lián)系，因此將生物質(zhì)能課程設(shè)計中涉及的受熱面數(shù)據(jù)引入，效果也非常好。

三? 課程設(shè)計體系化建設(shè)的實踐效果

基于圖1的建設(shè)路徑，面向工程實踐教育，專業(yè)實現(xiàn)了課設(shè)建設(shè)體系化，使課程設(shè)計的教學效果得到明顯改善，提升了學生的工程實踐能力，主要體現(xiàn)在以下四個方面。

（一）? 知識的立體——溫故知新

在每個課程設(shè)計的講授環(huán)節(jié)，都會強調(diào)這個課程設(shè)計與其他課程設(shè)計間的過渡內(nèi)容及銜接知識，一方面鞏固基礎(chǔ)知識，另一方面加深對當前課程設(shè)計的理解，也對后續(xù)課程設(shè)計的開展大有裨益。同時實現(xiàn)了能源與環(huán)境系統(tǒng)工程專業(yè)系列課程間的聯(lián)系和融合，提高了學生對所學知識綜合掌握和應(yīng)用能力。對能源與環(huán)境系統(tǒng)工程專業(yè)學生的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，通過體系化課程設(shè)計的開展，學生除了對課程內(nèi)容和課程設(shè)計內(nèi)容理解程度加深外，對于后續(xù)要學的電廠集控運行課程的理解和掌握也更游刃有余。

（二）? 能力的增強——多元融合

通過課程體系化建設(shè)，學生在回顧已經(jīng)做過的課程設(shè)計時，能夠充分調(diào)動積極性和主觀能動性。由于要跟已經(jīng)做過的課程設(shè)計實現(xiàn)參數(shù)的銜接，每名學生的基礎(chǔ)參數(shù)都不一樣，需要學生通過文獻調(diào)研方式來確定很多備選參數(shù)，提高了學生通過整合不同途徑的知識來解決實際問題的能力，也使學生獲得了極大的成就感，增強對課程學習的興趣。同時因為專業(yè)知識水平和專業(yè)能力的提高，增加了就業(yè)的核心競爭力。

（三）? 素質(zhì)的提高——一體思政

課程設(shè)計的體系化建設(shè)為一體化思政的實施提供了條件。一體思政建設(shè)主要通過在課程設(shè)計實施過程中，進行系統(tǒng)統(tǒng)一的思政教育，培養(yǎng)學生追求卓越、刻苦務(wù)實的精神及理論聯(lián)系實際、實事求是的工作作風和科學嚴謹?shù)墓ぷ鲬B(tài)度。高度整合的思政建設(shè)思路提高了思政的育人效果，促進學生綜合素質(zhì)的提高，這也得到了用人單位的反饋好評。

（四）? 師資的提升——專業(yè)系統(tǒng)

整合課程設(shè)計，還有助于提升專業(yè)教師的課程設(shè)計指導(dǎo)水平。在推進課程設(shè)計體系化進程中，每一門課程設(shè)計都安排四門課程的授課教師參與。教師在參與時加深了對其他課程和課程設(shè)計的理解，在授課時更能抓住重點，就學生的知識薄弱點進行深入講授。并且不同課程授課老師在指導(dǎo)課程設(shè)計時，通過互相交流，能夠逐漸形成一支專業(yè)系統(tǒng)的教師團隊，為專業(yè)即將進行的工程認證工作打下良好基礎(chǔ)。

四? 結(jié)束語

課程設(shè)計是能源類專業(yè)的重要實踐環(huán)節(jié)。本文在充分分析兩個專業(yè)不同課程配套的課程設(shè)計實訓(xùn)環(huán)節(jié)內(nèi)容基礎(chǔ)上，確立了其間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，實現(xiàn)了專業(yè)課程設(shè)計實踐環(huán)節(jié)的體系化建設(shè)。各專業(yè)學生在完成課程設(shè)計時，能夠系統(tǒng)化掌握知識，并獲得能力的階梯式提高及綜合素質(zhì)提升，為工程認證背景下不同工科專業(yè)綜合應(yīng)用型人才實踐能力的培養(yǎng)提供了參考。

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第一作者簡介：王偉云（1978-），女，漢族，河南鄭州人，博士，副教授。研究方向為生物質(zhì)高值資源化利用。