摘要：在新工科背景下，高等院校對于培養(yǎng)具有多學(xué)科交叉背景的創(chuàng)新性新型工科人才既是當(dāng)務(wù)之急，也是長遠之策?！捌啓C原理”是能源與動力工程專業(yè)的一門重要的必修課，為順應(yīng)新工科發(fā)展方向，提升汽輪機課程教學(xué)效果，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，結(jié)合在生產(chǎn)現(xiàn)場的調(diào)研和對該專業(yè)人才技能需求特點，本文提出了完善教學(xué)內(nèi)容體系與教學(xué)資源和手段、應(yīng)用和推廣課程項目混合式教學(xué)、創(chuàng)新實驗教學(xué)與實踐環(huán)節(jié)等具體措施，為滿足新工科培養(yǎng)模式所要求的提高創(chuàng)新能力和多學(xué)科交叉背景的工科本科專業(yè)課程的教學(xué)提供了有益的參考。

關(guān)鍵詞：新工科；汽輪機原理；混合式教學(xué)

中圖分類號：G642.0文獻標(biāo)識碼：A

“汽輪機原理”是高校工科能源動力類專業(yè)一門主要的專業(yè)必修課，要求學(xué)生掌握汽輪機的工作原理和特性，熟悉汽輪機的基本結(jié)構(gòu)和強度等知識，具備分析和解決汽輪機工作中出現(xiàn)問題的能力，實現(xiàn)提高能源利用效率和節(jié)能減排，保障國家能源安全。課程要求學(xué)生首先要掌握“工程熱力學(xué)”“傳熱學(xué)”和“流體力學(xué)”等基礎(chǔ)性理論課程，熟悉與熱力發(fā)電廠、集控運行等相關(guān)的專業(yè)課程，該課程具有理論性、實踐性和學(xué)科交叉性都很強的特點，教師授課和學(xué)生學(xué)習(xí)的難度較大［1］。

以產(chǎn)業(yè)交叉融合為特點的新經(jīng)濟迅速發(fā)展，迫切需要具有多學(xué)科交叉背景、具有創(chuàng)新能力的新工科人才。加快建設(shè)新工科教育體系是高等教育的迫切需求，高等學(xué)校工科教育將向培養(yǎng)以創(chuàng)新型和復(fù)合型人才為特點的新工科的方向發(fā)展?！捌啓C原理”專業(yè)課程都具有實踐性強、涉及多領(lǐng)域?qū)W科、教學(xué)內(nèi)容復(fù)雜和抽象等特點，如何充分利用有限的學(xué)時資源，獲得“寬”與“?！辈⒅氐膶I(yè)課教學(xué)效果成為新工科培養(yǎng)背景下，高等學(xué)校的專業(yè)課程教師共同面臨的教學(xué)重點和難點［2］。本文結(jié)合本專業(yè)師資力量和學(xué)生基礎(chǔ)等實際情況，針對“汽輪機原理”課程的本科教學(xué)，制定了完善教學(xué)內(nèi)容體系和教學(xué)資源和手段、應(yīng)用和推廣項目式混合教學(xué)、創(chuàng)新混合式實驗教學(xué)等具體解決措施，進行不同方向的探索和研究，以提升教學(xué)效果，適應(yīng)新工科背景下的人才培養(yǎng)與教學(xué)。

一、完善教學(xué)內(nèi)容體系與教學(xué)資源和手段

結(jié)合學(xué)科前沿、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，理論課程內(nèi)容需要與時俱進，注重教材內(nèi)容的更新。教材的緒論中應(yīng)補充汽輪機的發(fā)展史和主要特點及國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀；扭葉片級的講解中介紹三維熱力設(shè)計思路和特點；汽輪機軸封及其系統(tǒng)中介紹先進的布萊登汽封技術(shù)特點；汽輪機主要零部件結(jié)構(gòu)與振動中更新主流的600MW以上特別是1000MW超超臨界機組的結(jié)構(gòu)特點；汽輪機調(diào)峰運行重點介紹深度調(diào)峰對汽輪機安全運行的重要影響和解決措施。教師在教學(xué)過程中要及時追蹤汽輪機技術(shù)發(fā)展前沿，調(diào)整或刪減教材中陳舊、落后的技術(shù)等相關(guān)教學(xué)內(nèi)容，通過網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺給學(xué)生補充汽輪機發(fā)展新技術(shù)和新方法，突出新工科教學(xué)的前沿性、創(chuàng)新性和學(xué)科交叉性，強化學(xué)生創(chuàng)新意識［3］。

蒸汽在汽輪機級內(nèi)流動及能量轉(zhuǎn)換、汽輪機的變工況等內(nèi)容理論性較強，且課時偏多，學(xué)生自主學(xué)習(xí)難度較大。建議學(xué)生登錄南京工程學(xué)院教務(wù)處網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)空間，進入“汽輪機原理”的學(xué)習(xí)通網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺進行教學(xué)內(nèi)容的課前自主學(xué)習(xí)，如圖1所示。學(xué)習(xí)通具有豐富的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源、完善的電子資源庫與CAI課件，以及每節(jié)課內(nèi)容的教學(xué)視頻，幫助學(xué)生完善知識儲備。學(xué)習(xí)平臺具體由學(xué)習(xí)活動、課程內(nèi)容和更多資料三大部分組成，學(xué)習(xí)活動具有隨堂練習(xí)、主體討論、分組任務(wù)，簽到、問卷等功能，課程內(nèi)容和更多資料模塊有助于學(xué)生借助學(xué)習(xí)平臺全面的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源進行課前預(yù)習(xí)和課后復(fù)習(xí)。

學(xué)生在網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺學(xué)習(xí)通或課程學(xué)習(xí)互助交流群中進行教學(xué)資料或視頻的在線學(xué)習(xí)，授課教師可將每章節(jié)知識點匯總、學(xué)習(xí)重難點、課后自測等材料上傳至網(wǎng)絡(luò)平臺。教師根據(jù)學(xué)生學(xué)習(xí)效果的反饋，在課堂教學(xué)過程中增加翻轉(zhuǎn)課題、專題研討等環(huán)節(jié)，做到重難點突出、廣度深度兼具，提高教學(xué)效果。教師應(yīng)建立班級課程學(xué)習(xí)群，督促學(xué)生注重平時積累，避免出現(xiàn)平時不學(xué)、考前突擊的現(xiàn)象。

利用學(xué)習(xí)通可方便獲取學(xué)生考勤、課堂互動、課后作業(yè)與平時測驗成績等資料，便于后期教學(xué)效果的數(shù)據(jù)分析與統(tǒng)計。建立多元化考核評價模式，加強過程化和參與度考核。線上和線下混合式學(xué)習(xí)的優(yōu)勢互補，給學(xué)生提供開放、共享的課程學(xué)習(xí)平臺，通過網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺建設(shè)及教學(xué)資源和手段的完善，有助于提高學(xué)生獨立自主學(xué)習(xí)能力，提升教育和教學(xué)質(zhì)量，適應(yīng)新工科背景下創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)。

二、應(yīng)用和推廣課程項目混合式教學(xué)

積極引用和推廣項目混合式教學(xué)模式，其指導(dǎo)思想是以項目為載體，突出學(xué)生的主體作用，加強師生互動交流，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識，培養(yǎng)創(chuàng)新能力。教師在開展項目式教學(xué)的過程中，首先要根據(jù)教學(xué)目標(biāo)做好課程定位；其次要根據(jù)教學(xué)內(nèi)容和培養(yǎng)目標(biāo)確定項目式教學(xué)內(nèi)容，要使項目式教學(xué)符合學(xué)生的認知［4］，把體現(xiàn)創(chuàng)新意識作為考核要點。我院根據(jù)“汽輪機原理”課程教學(xué)大綱、培養(yǎng)目標(biāo)，將項目式教學(xué)規(guī)劃為四個子項目。項目一：汽輪機汽封技術(shù)與應(yīng)用；項目二：汽輪機初終參數(shù)對其經(jīng)濟性評價指標(biāo)的影響分析；項目三：汽輪機凝汽器特性及冷端優(yōu)化研究；項目四：汽輪機故障診斷技術(shù)及應(yīng)用。為了培訓(xùn)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力，項目教學(xué)采用線上線下混合指導(dǎo)學(xué)習(xí)。主要實施步驟為：（1）理解項目目的，針對項目展開充分的調(diào)研，主要包括項目相關(guān)數(shù)據(jù)、信息、文獻的檢索和收集，并對調(diào)研結(jié)果匯總和分析。（2）通過對學(xué)生分組選題、研討，進行課程項目分解，指導(dǎo)項目實施流程與進度安排，撰寫項目報告。組間可通過研討等方式進行學(xué)習(xí)交流，教師應(yīng)通過騰訊會議等線上平臺或線下面授，針對課程項目中的問題和疑惑進行解答指導(dǎo)。（3）邀請行業(yè)內(nèi)專家或校友在線介紹課程項目的實際問題，交流現(xiàn)場經(jīng)驗和新技術(shù)，提高學(xué)生理論聯(lián)系實際的能力。項目式混合教學(xué)提倡學(xué)生在教師的協(xié)助下自主學(xué)習(xí)并掌握教學(xué)內(nèi)容的任務(wù)點，如項目一的任務(wù)點有：了解汽輪機汽封技術(shù)的科技前沿與發(fā)展動態(tài)，理解汽封的基本結(jié)構(gòu)和先進制造工藝，以及對汽輪機運行的安全性和經(jīng)濟性的重要意義；廣泛閱讀相關(guān)科技文獻，探索分析提高汽輪機經(jīng)濟性的措施；通過項目式混合教學(xué)，學(xué)生主動查閱和收集相關(guān)科技文獻等資料，分工合作的方式不僅能夠拓展學(xué)生知識面的廣度和深度，還能激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識，培養(yǎng)基本的科學(xué)研究素養(yǎng)［5］。

三、創(chuàng)新混合式實驗教學(xué)與實踐環(huán)節(jié)

混合式實驗教學(xué)作為一種新的實驗教學(xué)體系，可以引導(dǎo)課程實踐教學(xué)改革方向。積極開展實驗教學(xué)創(chuàng)新，培養(yǎng)學(xué)生的動手能力和創(chuàng)新技能。傳統(tǒng)的實驗教學(xué)受到學(xué)時數(shù)、實驗裝置數(shù)量的限制，而新的實驗?zāi)Ｊ娇梢耘c互聯(lián)網(wǎng)、云計算、虛擬仿真等技術(shù)相結(jié)合，不受實驗場地和設(shè)備數(shù)量的局限，打破實驗室在時間和空間上的限制，根據(jù)生產(chǎn)實際需求和產(chǎn)業(yè)發(fā)展步伐，積極開發(fā)或引進虛擬實驗平臺，為培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新技能提供更好的資源和平臺?；旌鲜綄嶒灲虒W(xué)不僅降低了實驗教學(xué)成本，更重要的是培養(yǎng)了學(xué)生自主學(xué)習(xí)和科研探索能力，對提高人才培養(yǎng)質(zhì)量具有重要意義［6］。

在學(xué)校和各級部門科技創(chuàng)新項目申報和實施過程中，積極鼓勵和幫助學(xué)生使用MATLAB、Labview等計算機軟件及語言，合作開發(fā)各種線上虛擬實驗平臺和實驗項目。如通過汽輪機檢修，有助于深刻理解汽輪機零部件缺陷與運行時發(fā)生故障之間的聯(lián)系。為了使學(xué)生能夠在進入工作崗位后盡快適應(yīng)和勝任現(xiàn)場工作要求，建議針對汽輪機檢修方面的教學(xué)內(nèi)容，可通過汽輪機虛擬仿真檢修平臺引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)來完成安裝與檢修的實踐環(huán)節(jié)，考核評價由線上過程考核和線下實驗考核結(jié)果綜合評判，重點提升學(xué)生線上的學(xué)習(xí)與溝通和線下的分工與協(xié)作的能力。

針對汽輪機課程設(shè)計實踐環(huán)節(jié)，在完成“汽輪機原理”的課程學(xué)習(xí)后，學(xué)生需要完成一臺小型汽輪機的通流部分的熱力設(shè)計與結(jié)構(gòu)繪圖。主要完成內(nèi)容為：（1）通過該設(shè)計掌握汽輪機熱力設(shè)計的原則、方法和步驟。（2）熟悉汽輪機原則性熱力系統(tǒng)的組成和回?zé)嵯到y(tǒng)的計算；掌握汽輪機本體結(jié)構(gòu)組成與作用，明確主要零部件在整個機組上的作用、位置和相互關(guān)系。（3）系統(tǒng)地總結(jié)、鞏固并加深對汽輪機課程知識的理解和運用，并提高機械設(shè)備的繪圖能力。這培養(yǎng)了學(xué)生分析解決問題的能力和對工程技術(shù)問題的嚴謹認真的作風(fēng)。

教師和學(xué)生利用Python語言合作開發(fā)了汽輪機課程設(shè)計網(wǎng)站，也可利用手機打開網(wǎng)站，方便學(xué)生隨時使用，網(wǎng)站首頁如圖2所示。學(xué)生在進行汽輪機課程設(shè)計時，將整個設(shè)計任務(wù)按相對獨立的模塊化的課程設(shè)計教學(xué)方式進行，改變了傳統(tǒng)的手算方式，通過在線輔助設(shè)計，大大提升了計算效率，且便于學(xué)生及時查找設(shè)計時出現(xiàn)的不合理參數(shù)的選擇，便于查找錯誤和方便設(shè)計結(jié)果校核，可以建立起學(xué)生設(shè)計的信心和熱情，體驗到工程設(shè)計的過程的快樂，有助于對課程設(shè)計內(nèi)容實現(xiàn)系統(tǒng)化的掌握。在汽輪機課程設(shè)計網(wǎng)站和軟件的開發(fā)與升級優(yōu)化過程中，既培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新和工程實踐技能，又豐富了學(xué)校的教學(xué)實踐資源。

我院“汽輪機原理”課程設(shè)置了兩個課內(nèi)實驗，分別為綜合性“汽輪機葉片自振頻率測定實驗”和驗證性“臨界轉(zhuǎn)速實驗”，但由于學(xué)生人數(shù)較多，實驗儀器陳舊和數(shù)量不足，使得學(xué)生需要分批次進行，學(xué)生的動手能力和實驗創(chuàng)新能力得不到深層次的培養(yǎng)。以提高學(xué)生創(chuàng)新實踐能力為宗旨，建議開發(fā)或引進汽輪機振動在線監(jiān)測實驗平臺，主界面如圖3所示。這不僅滿足課程實驗教學(xué)環(huán)節(jié)的需要，而且有利于學(xué)生對課程汽輪機主要零部件的結(jié)構(gòu)與振動相關(guān)內(nèi)容有更深入的理解，特別是汽輪機常見故障的信號分析與診斷，這部分內(nèi)容對于學(xué)生來說感覺到抽象并晦澀難懂，通過實驗平臺振動故障數(shù)據(jù)庫的建立，分析具體的振動故障信號及其特征來判斷振動故障類型，可提高學(xué)生學(xué)習(xí)效果，并鼓勵學(xué)生設(shè)計出更多的創(chuàng)新性實驗，舉一反三，觸類旁通，發(fā)表自己的見解，既強化了實驗教學(xué)的效果，又培養(yǎng)了學(xué)生解決工程實際問題的應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力。

結(jié)語

新的時代背景下，高等學(xué)校的教育改革將朝著新工科培養(yǎng)模式進行轉(zhuǎn)變，對“汽輪機原理”的課程教學(xué)提出更高要求?？梢酝ㄟ^合理規(guī)劃教學(xué)內(nèi)容體系，完善教學(xué)資源和手段，強化師生協(xié)同的混合式教學(xué)，創(chuàng)新混合式實驗教學(xué)與實踐環(huán)節(jié)，滿足新工科背景下人才培養(yǎng)的要求。同時，教師需要積極探索和實踐混合式教學(xué)改革，不斷提高自身創(chuàng)新能力，鼓勵學(xué)生敢問、敢想、敢挑戰(zhàn)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)專業(yè)課的興趣，培養(yǎng)學(xué)生解決實際問題的能力，落實以學(xué)生為中心的工程教育理念，提高學(xué)生工程實踐能力和創(chuàng)新意識，確保培養(yǎng)理論聯(lián)系實際的創(chuàng)新型人才的目標(biāo)，在實踐中不斷總結(jié)并提高，推動社會的進步與發(fā)展。

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基金項目：南京工程學(xué)院教學(xué)建設(shè)項目（項目編號：JXJS2023018）

作者簡介：王翔（1981—），男，漢族，安徽銅陵人，博士，副教授，碩士生導(dǎo)師，主要從事能源與動力工程專業(yè)研究與教學(xué)。