一、問題的提出
1．“鍋爐原理”課程的作用與特點(diǎn)
“鍋爐原理”課程是能源動(dòng)力類專業(yè)的主干專業(yè)課程，主要面向熱能與動(dòng)力工程專業(yè)能源與環(huán)境工程、動(dòng)力機(jī)械工程、制冷與空調(diào)工程、工程熱物理等方向以及環(huán)境工程（大氣污染控制工程）專業(yè)的本科生。該課程不僅涉及鍋爐整體的工作過程與結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、傳熱、燃燒與水循環(huán)過程的基礎(chǔ)理論，還涉及許多輔助系統(tǒng)的構(gòu)成與工作原理以及鍋爐總體設(shè)計(jì)與計(jì)算方法，因此對于學(xué)生專業(yè)知識體系的構(gòu)建有重大影響，同時(shí)也對培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造性的思維能力、自主分析和解決工程實(shí)際問題的能力具有重要的奠基作用。
“鍋爐原理”課程是圍繞著鍋爐這一結(jié)構(gòu)復(fù)雜、系統(tǒng)繁多的大型能量轉(zhuǎn)換設(shè)備來組織內(nèi)容的，是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的專業(yè)課。從目前國內(nèi)外一些廣泛使用的經(jīng)典教材來看，該課程涵蓋的知識點(diǎn)非常多，內(nèi)容涉及機(jī)械工程、工程熱物理、物理化學(xué)、環(huán)境工程、材料學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域，具有明顯的學(xué)科交叉特點(diǎn)。另外隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和技術(shù)水平的不斷提高，鍋爐裝置的升級換代速度也大為加快，從而迫切需要對課程內(nèi)容進(jìn)行相應(yīng)的更新。
2．實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)的設(shè)置及存在的問題
鍋爐的復(fù)雜性導(dǎo)致了理論教學(xué)知識點(diǎn)的分布相當(dāng)廠泛，這就使得純粹的理論教學(xué)變得十分困難。首先如果不掌握鍋爐及其部件的基本結(jié)構(gòu)，就無法進(jìn)行后續(xù)的理論學(xué)習(xí)，而目前有關(guān)結(jié)構(gòu)的知識主要通過認(rèn)識實(shí)習(xí)而來。其次，鍋爐作為一個(gè)整體，在理論教學(xué)內(nèi)容的編排上，遇到了極大的困難。因?yàn)闊o論從哪里作為起點(diǎn)開始講解，都要涉及其他未曾涉及的內(nèi)容，知識點(diǎn)前后交叉混雜，令學(xué)生摸不著頭腦，因此學(xué)生往往由于對結(jié)構(gòu)的不熟悉而最終導(dǎo)致對該課程喪失學(xué)習(xí)興趣。
為此，“鍋爐原理”課程設(shè)有與其相關(guān)的實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)。一般這些實(shí)踐性環(huán)節(jié)包括“認(rèn)識實(shí)習(xí)”、“鍋爐課程設(shè)計(jì)”、“鍋爐測試技術(shù)”等。“鍋爐原理”課程與以上的實(shí)踐性環(huán)節(jié)及相關(guān)的選修課構(gòu)成了密切相關(guān)的課程群，共同提供該學(xué)科的相關(guān)知識。但是由于這些環(huán)節(jié)目前在整個(gè)教學(xué)計(jì)劃中基本上是各自獨(dú)立的，因而由于師資、設(shè)備和管理上的制約，往往使得各個(gè)環(huán)節(jié)之間的聯(lián)系不夠密切，甚至講授順序都出現(xiàn)錯(cuò)位，客觀上造成了學(xué)生不能很好的對相關(guān)知識進(jìn)行整合，難以形成解決工程實(shí)際問題的能力。
二、實(shí)踐性環(huán)節(jié)教學(xué)改革的設(shè)計(jì)與應(yīng)用
鑒于以上存在的問題，我們根據(jù)本校熱能與動(dòng)力工程專業(yè)的實(shí)際情況，對“鍋爐原理”課程的輔助實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)進(jìn)行了必要的改進(jìn)與調(diào)整，使其能夠更好的發(fā)揮課程設(shè)置的作用。
富通新能源銷售生物質(zhì)鍋爐，此外還銷售生產(chǎn)生物質(zhì)顆粒燃料的顆粒機(jī)、秸稈壓塊機(jī)等機(jī)械設(shè)備。
1．教學(xué)目標(biāo)的設(shè)計(jì)
“鍋爐原理”課程實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)是鍋爐原理課程的輔助性教學(xué)環(huán)節(jié)，因此其教學(xué)目標(biāo)的設(shè)計(jì)要滿足專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)的要求，同時(shí)要遵從鍋爐原理教學(xué)的總體目標(biāo)，即：通過課程的學(xué)習(xí)、探究以及輔助性實(shí)踐環(huán)節(jié)的鍛煉，使學(xué)生能夠扎實(shí)的掌握鍋爐設(shè)備的理論基礎(chǔ)，學(xué)會主動(dòng)的獲取相關(guān)的知識和信息，并利用科學(xué)的方法分析、處理鍋爐設(shè)計(jì)、制造、運(yùn)行和管理過程中的相關(guān)科技問題，為在熱能與動(dòng)力工程、環(huán)境工程以及工程熱物理等學(xué)科領(lǐng)域進(jìn)行科研、設(shè)計(jì)、教學(xué)、工程技術(shù)、經(jīng)營管理等方面進(jìn)行創(chuàng)造性的工作打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。為確�？傮w目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，針對學(xué)生抓不住重點(diǎn)，理不清脈絡(luò)的具體情況，我們把實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)納入鍋爐原理課程的總體教學(xué)過程，并將整個(gè)課程學(xué)習(xí)過程分為三個(gè)階段，分別制定了階段性目標(biāo)。
第一階段：結(jié)構(gòu)認(rèn)識及系統(tǒng)梳理階段這一階段的主要任務(wù)是讓學(xué)生熟悉鍋爐機(jī)組的結(jié)構(gòu)和各部分的工作過程。教學(xué)目標(biāo)是掌握鍋爐本體及主要輔助設(shè)備的結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)的組成及其工作過程。進(jìn)一步細(xì)化包括鍋爐的總體結(jié)構(gòu)和布局；主要受熱面（水冷壁，輻射式過熱器，高、低溫對流過熱器，屏式過熱器，高、低溫再熱器，高、低溫省煤器，高、低溫管式及回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器），輔助受熱面等的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、作用；煤粉制備系統(tǒng)的組成及工作過程；鍋爐的煙、風(fēng)系統(tǒng)，水、汽系統(tǒng)，煤、灰系統(tǒng)的組成及工作過程。
第二階段：理論學(xué)習(xí)及能力形成階段本階段的教學(xué)目標(biāo)是掌握鍋爐各主要部件及系統(tǒng)的工作原理和運(yùn)行特點(diǎn)，掌握主要熱工參數(shù)、和燃料特性對鍋爐工作的影響。根據(jù)前一階段的學(xué)習(xí)，圍繞著鍋爐的各個(gè)組成部分，構(gòu)建知識模塊并通過主要參數(shù)對鍋爐工作的影響這一線索，將分散的知識進(jìn)行融合而后形成完整的體系。
第三階段：實(shí)踐提高階段本階段的教學(xué)目標(biāo)是，培養(yǎng)學(xué)生利用所學(xué)知識進(jìn)行科學(xué)實(shí)踐的能力，要求掌握獨(dú)立設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案、完成實(shí)驗(yàn)過程，獨(dú)立從事工程設(shè)計(jì)的思路和方法。這一階段是概念上的第三階段，但在時(shí)間和內(nèi)容上將與第二階段有不同程度的交叉和融合。
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原料：木塑
生產(chǎn)設(shè)備：木屑制粒機(jī)
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原料：造紙廠廢料
生產(chǎn)設(shè)備：木屑制粒機(jī)
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原料：橡木
生產(chǎn)設(shè)備：木屑制粒機(jī)
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原料：葵花桿
生產(chǎn)設(shè)備：秸稈顆粒機(jī)
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生產(chǎn)原料：甘蔗蔗渣
生產(chǎn)設(shè)備：蔗渣壓塊機(jī)
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原料：木屑、鋸末
生產(chǎn)設(shè)備：秸稈壓塊機(jī)
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原料：稻殼
生產(chǎn)設(shè)備：稻殼壓塊機(jī)
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原料：雜木
生產(chǎn)設(shè)備：顆粒機(jī)
2．教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計(jì)
針對各階段的教學(xué)目標(biāo)，對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了分類和篩選。將原有的課程內(nèi)容分為三個(gè)部分。
第一部分是見習(xí)內(nèi)容，包括對鍋爐整體和主要組成系統(tǒng)和部件的基本結(jié)構(gòu)、工作過程的了解。把原來的2周用于鍋爐方面的實(shí)習(xí)時(shí)間統(tǒng)一起來，學(xué)習(xí)的地點(diǎn)安排在鍋爐制造廠火力發(fā)電廠和校內(nèi)的火電廠設(shè)備模型室，將這些資源有效地整合在一起，通過多媒體圖片、動(dòng)畫演示、模型教具等結(jié)合生產(chǎn)單位的實(shí)際設(shè)備，對鍋爐結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)進(jìn)行全面的認(rèn)識和深入的學(xué)習(xí)，而不是之前的走馬觀花式的“認(rèn)識”。這將為后續(xù)學(xué)習(xí)過程打下良好的基礎(chǔ)。
第二部分是理論知識，筆者根據(jù)二十余年的教學(xué)實(shí)踐，將“鍋爐原理”課程中的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了梳理，最終選取了最為基本和重要的內(nèi)容編成7個(gè)專題，用20學(xué)時(shí)左右的時(shí)間進(jìn)行課堂講授。7個(gè)專題是：鍋爐技術(shù)的發(fā)展與設(shè)備的更新歷史（3學(xué)時(shí)），質(zhì)量平衡與熱
平衡原理在鍋爐技術(shù)中的應(yīng)用（3學(xué)時(shí)），燃燒理論與燃燒設(shè)備(4學(xué)時(shí))，鍋爐中換熱設(shè)備及鍋爐機(jī)組設(shè)計(jì)原則（4學(xué)時(shí)），水循環(huán)原理（2學(xué)時(shí)），鍋爐受熱面外部工作過程（2學(xué)時(shí)），鍋爐氣態(tài)污染物的產(chǎn)生與控制技術(shù)（2學(xué)時(shí)）。
第三部分是設(shè)計(jì)與實(shí)踐，包括鍋爐課程設(shè)計(jì)和相關(guān)的實(shí)驗(yàn)，這部分內(nèi)容則主要通過解決問題的方式引領(lǐng)學(xué)生自行安排時(shí)間完成。鍋爐實(shí)驗(yàn)全部采用開放方式進(jìn)行，學(xué)生可根據(jù)自身進(jìn)度，結(jié)合理論學(xué)習(xí)情況提前預(yù)約并自主完成實(shí)驗(yàn)，然后提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告。根據(jù)以往的情況，課程設(shè)計(jì)進(jìn)行的時(shí)間偏短（約I.5周），而學(xué)生的“鍋爐原理”課程內(nèi)容掌握的較差，因此很多同學(xué)不能很好的完成設(shè)計(jì)任務(wù)，抄襲、“偷工減料”的情況時(shí)有發(fā)生。為此，我們將原來的2周課程設(shè)計(jì)從時(shí)間和內(nèi)容上都整合到“鍋爐原理”課程的學(xué)習(xí)過程中。
3．教學(xué)改革的實(shí)踐
對于見習(xí)實(shí)習(xí)，我們以問題的方式來引導(dǎo)整個(gè)學(xué)習(xí)過程。問題的覆蓋范圍相當(dāng)廣泛，學(xué)生以回答和解決這些問題為目的，利用學(xué)校為其創(chuàng)造的各類資源，在輔導(dǎo)教師的幫助下，自主學(xué)習(xí)，從而掌握鍋爐的基本構(gòu)造、組成系統(tǒng)以及簡單的工作原理，最后通過現(xiàn)場考試來檢驗(yàn)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。
對于課程設(shè)計(jì)，在理論學(xué)習(xí)階段開始時(shí)，就下發(fā)課程設(shè)計(jì)題目，同時(shí)開始課程設(shè)計(jì)，題目為每人一題（類型一致，但每人的參數(shù)不同），隨著理論學(xué)習(xí)的進(jìn)行，將課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容分別以作業(yè)的形式布置給學(xué)生，限時(shí)完成，教師及時(shí)檢查批改，使課程設(shè)計(jì)的進(jìn)度與理論學(xué)習(xí)的進(jìn)度基本同步，這樣將強(qiáng)化學(xué)生進(jìn)行設(shè)計(jì)的目的性，并能夠切實(shí)保障課程設(shè)計(jì)的按時(shí)完成。
活勸探究：這一階段是課程學(xué)習(xí)的核心或主體部分。學(xué)生大部分的知識和技能學(xué)習(xí)是在這一過程中完成的。我們將學(xué)生分成小組，每個(gè)小組規(guī)定學(xué)生需要完成的項(xiàng)目，這些項(xiàng)目大都來自于教師承擔(dān)的與鍋爐相關(guān)的科研項(xiàng)目。各小組在所制定的計(jì)劃的指引下，開展研究和探索，利用圖書館、網(wǎng)絡(luò)，或者直接深入到鍋爐制造r電廠及其它廠礦企業(yè)，對和項(xiàng)目有關(guān)的技術(shù)、設(shè)備以及運(yùn)行工況進(jìn)行認(rèn)真的調(diào)查研究。通過這些準(zhǔn)備工作，學(xué)生們對所承擔(dān)的項(xiàng)目提出研究或設(shè)計(jì)思路以及關(guān)鍵問題的初步解決方案，然后各小組之間進(jìn)行交流探討，教師也參與其中指導(dǎo)把關(guān)，確定研究設(shè)計(jì)方案和技術(shù)路線。接下來學(xué)生們根據(jù)既定的技術(shù)路線，通過適當(dāng)?shù)牡难芯糠椒ǎㄈ缭囼?yàn)、數(shù)值模擬、設(shè)計(jì)論證等）和技術(shù)手段得到自己所需要的數(shù)據(jù)或信息，并進(jìn)行加工處理，最終得出問題解決的方案或結(jié)果。在整個(gè)研究過程中，教師和學(xué)生充分運(yùn)用“鍋爐原理”精品課程網(wǎng)絡(luò)資源，在網(wǎng)上進(jìn)行學(xué)術(shù)交流和研究探討，學(xué)生們在網(wǎng)絡(luò)論壇上提出各種各樣的問題，教師及時(shí)參與討論并給予回答，對于有共性的問題，在課堂上進(jìn)行講解。另外各小組根據(jù)各自的研究成果，制作出作品，教師參與指導(dǎo)，并為學(xué)生創(chuàng)造資金、地點(diǎn)等方面的有利條件，作品的形式可以多種多樣。目前，大多數(shù)的學(xué)生作品主要是模型和研究報(bào)告，也有部分學(xué)生設(shè)計(jì)了程序和軟件。我們組織了各個(gè)小組對自己的成果在全班范圍內(nèi)進(jìn)行詳細(xì)的PPT介紹和模型展示，然后開展討論和辯論，這樣加強(qiáng)了各組之間工作的相互了解，使他們得以學(xué)習(xí)和借鑒他人的長處，發(fā)現(xiàn)自身的缺點(diǎn)，并從中汲取經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)。
三、教學(xué)改革的實(shí)施效果
為了能夠比較客觀公正的對學(xué)生的學(xué)習(xí)過程進(jìn)行評價(jià)，我們采用了筆試、口試、現(xiàn)場考試、學(xué)生個(gè)人陳述、書面報(bào)告、作品評級等多種評價(jià)方式。筆試主要考察學(xué)生對基本概念、基本原理的掌握程度，以及一定的分析能力和邏輯推理能力，這部分約占總成績的30%;口試主要考察學(xué)生對問題的理解能力和概括總結(jié)能力，約占總成績的10%;現(xiàn)場考試是根據(jù)教學(xué)大綱的要求，組織學(xué)生到火力發(fā)電廠根據(jù)電廠鍋爐的實(shí)際運(yùn)行情況，考查學(xué)生運(yùn)用所學(xué)理論知識觀察、分析、解決問題的能力，約占總成績的20%;個(gè)人陳述是由學(xué)生向所在小組、全體同學(xué)陳述自己的發(fā)現(xiàn)，這給他們提供了_一個(gè)鍛煉交流能力的機(jī)會。通過讓學(xué)生口頭演說，可以了解其語言組織能力、口頭表達(dá)能力以及思維的敏捷性，約占總成績的5%;書面報(bào)告是考察學(xué)生的書面交流能力，它可以評價(jià)學(xué)生必須具備的寫作技能，如創(chuàng)造性、修改文章和概括對象以及清晰表達(dá)自己思想觀點(diǎn)的能力，約占總成績5%；作品評級（含課程設(shè)計(jì)在內(nèi)）是對學(xué)生根據(jù)項(xiàng)目要求制作的作品，從科學(xué)性、實(shí)用性、經(jīng)濟(jì)性、難易程度等幾方面進(jìn)行等級評定，約占總成績的30%。
筆者對教改實(shí)施對象——我校2007級熱能與動(dòng)工程專業(yè)的學(xué)生考核情況與2006級和2008級進(jìn)行了對比，可得到以下幾點(diǎn)結(jié)論：
(1) 2007級的學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性遠(yuǎn)大于其他兩個(gè)年級：
(2)對教學(xué)內(nèi)容的掌握程度上，2007級的學(xué)生無論從內(nèi)容的深度和廣度上都要優(yōu)于其他兩個(gè)年級；
(3) 2007級學(xué)生考取研究生尤其是考取重點(diǎn)大學(xué)研究生的比例幾乎是其他兩個(gè)年級的兩倍，這是非常能說明問題的數(shù)字；
(4) 2007級學(xué)生獨(dú)立思考問題、發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力與其他兩個(gè)年級相比，有明顯的提高。
四、存在的問題與思考
1．實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)的教學(xué)組織與整體專業(yè)教學(xué)計(jì)劃的協(xié)調(diào)問題
嚴(yán)格的講，“鍋爐原理”課程是一個(gè)課程群，它包括“鍋爐原理”、“鍋爐課程設(shè)計(jì)”、鍋爐原理輔助性選修課（如鍋爐燃燒及污染物控制、鍋爐測試技術(shù)）以及實(shí)習(xí)過程中有關(guān)“鍋爐原理”方面的內(nèi)容。這些環(huán)節(jié)在原有教學(xué)計(jì)劃中是按照一定的順序編排的，而采用PBL教學(xué)方式把這些內(nèi)容整合在一起，雖十分有利于知識的整體把握和學(xué)習(xí)，卻影響了原有教學(xué)計(jì)劃的執(zhí)行。如有關(guān)鍋爐的實(shí)習(xí)內(nèi)容和“鍋爐原理課程設(shè)計(jì)”各為2周時(shí)間，分別安排在“鍋爐原理”課程的前后兩個(gè)學(xué)期進(jìn)行，現(xiàn)在整合到一起后，就改變了兩個(gè)學(xué)期的總理論教學(xué)周數(shù)，對教學(xué)計(jì)劃中其他教學(xué)環(huán)節(jié)的安排產(chǎn)生了一定的影響。另外課程內(nèi)容的整合使得2門輔助性選修課內(nèi)容與“鍋爐原理”出現(xiàn)重合現(xiàn)象。
2．學(xué)生對教改的適應(yīng)性
在教改的過程中，我們發(fā)現(xiàn)有部分學(xué)生雖然學(xué)習(xí)的積極性較高，但仍對“鍋爐原理”課程的基本內(nèi)容掌握的不好，實(shí)踐能力和研究性學(xué)習(xí)的能力不強(qiáng)。主要是因?yàn)榻?jīng)過了十幾年的灌輸式教育，頭腦中已經(jīng)形成了同有的認(rèn)知理念，自主學(xué)習(xí)的意識較差、對新教學(xué)法不太適應(yīng)，要想轉(zhuǎn)變速一狀況，也恐非短時(shí)日能夠?qū)崿F(xiàn)，畢竟是積習(xí)已成。
3。其他因素對教改的影響
新的教學(xué)模式，適合于小班教學(xué)，而我校熱能與動(dòng)力_[程專業(yè)每屆招收50至70人，受限于教師和教室數(shù)量，課堂討論課只能是大班上課，結(jié)果使得課堂討論的效果大打折扣；還有與傳統(tǒng)的授課方式相比，新教學(xué)模式對教師的要求更高，因此，教師的投入更大，而相應(yīng)的鼓勵(lì)政策沒能跟上這樣就導(dǎo)致教師的積極性不高；此外，教師中不乏對該教學(xué)法存在質(zhì)疑之人，害怕搞出亂子，費(fèi)力不討好，故而寧可傳統(tǒng)教學(xué)法。
總之，對于“鍋爐原理”課程實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)進(jìn)行大膽的改革與嘗試是十分必要的，所采用的教學(xué)法也具備許多優(yōu)勢，值得進(jìn)一步實(shí)踐和探索，同時(shí)也要注意解決在教學(xué)過程中出現(xiàn)的問題，以確保教學(xué)質(zhì)量的穩(wěn)步提高。
