一、問題的提出
1．“鍋爐原理”課程的作用與特點
“鍋爐原理”課程是能源動力類專業(yè)的主干專業(yè)課程，主要面向熱能與動力工程專業(yè)能源與環(huán)境工程、動力機械工程、制冷與空調工程、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構特點、傳熱、燃燒與水循環(huán)過程的基礎理論，還涉及許多輔助系統(tǒng)的構成與工作原理以及鍋爐總體設計與計算方法，因此對于學生專業(yè)知識體系的構建有重大影響，同時也對培養(yǎng)學生創(chuàng)造性的思維能力、自主分析和解決工程實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構復雜、系統(tǒng)繁多的大型能量轉換設備來組織內容的，是一門實踐性很強的專業(yè)課。從目前國內外一些廣泛使用的經(jīng)典教材來看，該課程涵蓋的知識點非常多，內容涉及機械工程、工程熱物理、物理化學、環(huán)境工程、材料學等多個領域，具有明顯的學科交叉特點。另外隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展和技術水平的不斷提高，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容進行相應的更新。
2．實踐性教學環(huán)節(jié)的設置及存在的問題
鍋爐的復雜性導致了理論教學知識點的分布相當廠泛，這就使得純粹的理論教學變得十分困難。首先如果不掌握鍋爐及其部件的基本結構，就無法進行后續(xù)的理論學習，而目前有關結構的知識主要通過認識實習而來。其次，鍋爐作為一個整體，在理論教學內容的編排上，遇到了極大的困難。因為無論從哪里作為起點開始講解，都要涉及其他未曾涉及的內容，知識點前后交叉混雜，令學生摸不著頭腦，因此學生往往由于對結構的不熟悉而最終導致對該課程喪失學習興趣。
為此，“鍋爐原理”課程設有與其相關的實踐性教學環(huán)節(jié)。一般這些實踐性環(huán)節(jié)包括“認識實習”、“鍋爐課程設計”、“鍋爐測試技術”等。“鍋爐原理”課程與以上的實踐性環(huán)節(jié)及相關的選修課構成了密切相關的課程群，共同提供該學科的相關知識。但是由于這些環(huán)節(jié)目前在整個教學計劃中基本上是各自獨立的，因而由于師資、設備和管理上的制約，往往使得各個環(huán)節(jié)之間的聯(lián)系不夠密切，甚至講授順序都出現(xiàn)錯位，客觀上造成了學生不能很好的對相關知識進行整合，難以形成解決工程實際問題的能力。
二、實踐性環(huán)節(jié)教學改革的設計與應用
鑒于以上存在的問題，我們根據(jù)本校熱能與動力工程專業(yè)的實際情況，對“鍋爐原理”課程的輔助實踐性教學環(huán)節(jié)進行了必要的改進與調整，使其能夠更好的發(fā)揮課程設置的作用。
富通新能源銷售生物質鍋爐，此外還銷售生產(chǎn)生物質顆粒燃料的顆粒機、秸稈壓塊機等機械設備。
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生物質顆粒燃料
生物質鍋爐
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適應物料：≤12mm生物質顆粒燃料
設備類型：家用生物質燃料鍋爐
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適應物料：生物質顆粒燃料
設備類型：生物質鍋爐
1．教學目標的設計
“鍋爐原理”課程實踐性教學環(huán)節(jié)是鍋爐原理課程的輔助性教學環(huán)節(jié)，因此其教學目標的設計要滿足專業(yè)培養(yǎng)目標的要求，同時要遵從鍋爐原理教學的總體目標，即：通過課程的學習、探究以及輔助性實踐環(huán)節(jié)的鍛煉，使學生能夠扎實的掌握鍋爐設備的理論基礎，學會主動的獲取相關的知識和信息，并利用科學的方法分析、處理鍋爐設計、制造、運行和管理過程中的相關科技問題，為在熱能與動力工程、環(huán)境工程以及工程熱物理等學科領域進行科研、設計、教學、工程技術、經(jīng)營管理等方面進行創(chuàng)造性的工作打下堅實基礎。為確保總體目標的實現(xiàn)，針對學生抓不住重點，理不清脈絡的具體情況，我們把實踐性教學環(huán)節(jié)納入鍋爐原理課程的總體教學過程，并將整個課程學習過程分為三個階段，分別制定了階段性目標。
第一階段：結構認識及系統(tǒng)梳理階段這一階段的主要任務是讓學生熟悉鍋爐機組的結構和各部分的工作過程。教學目標是掌握鍋爐本體及主要輔助設備的結構，系統(tǒng)的組成及其工作過程。進一步細化包括鍋爐的總體結構和布局；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、低溫管式及回轉式空氣預熱器），輔助受熱面等的結構特點、作用；煤粉制備系統(tǒng)的組成及工作過程；鍋爐的煙、風系統(tǒng)，水、汽系統(tǒng)，煤、灰系統(tǒng)的組成及工作過程。
第二階段：理論學習及能力形成階段本階段的教學目標是掌握鍋爐各主要部件及系統(tǒng)的工作原理和運行特點，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)前一階段的學習，圍繞著鍋爐的各個組成部分，構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，將分散的知識進行融合而后形成完整的體系。
第三階段：實踐提高階段本階段的教學目標是，培養(yǎng)學生利用所學知識進行科學實踐的能力，要求掌握獨立設計實驗方案、完成實驗過程，獨立從事工程設計的思路和方法。這一階段是概念上的第三階段，但在時間和內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)設備：木屑制粒機
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原料：造紙廠廢料
生產(chǎn)設備：木屑制粒機
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原料：橡木
生產(chǎn)設備：木屑制粒機
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原料：葵花桿
生產(chǎn)設備：秸稈顆粒機
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生產(chǎn)原料：甘蔗蔗渣
生產(chǎn)設備：蔗渣壓塊機
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原料：木屑、鋸末
生產(chǎn)設備：秸稈壓塊機
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原料：稻殼
生產(chǎn)設備：稻殼壓塊機
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原料：雜木
生產(chǎn)設備：顆粒機
2．教學內容的設計
針對各階段的教學目標，對教學內容進行了分類和篩選。將原有的課程內容分為三個部分。
第一部分是見習內容，包括對鍋爐整體和主要組成系統(tǒng)和部件的基本結構、工作過程的了解。把原來的2周用于鍋爐方面的實習時間統(tǒng)一起來，學習的地點安排在鍋爐制造廠火力發(fā)電廠和校內的火電廠設備模型室，將這些資源有效地整合在一起，通過多媒體圖片、動畫演示、模型教具等結合生產(chǎn)單位的實際設備，對鍋爐結構和系統(tǒng)進行全面的認識和深入的學習，而不是之前的走馬觀花式的“認識”。這將為后續(xù)學習過程打下良好的基礎。
第二部分是理論知識，筆者根據(jù)二十余年的教學實踐，將“鍋爐原理”課程中的教學內容進行了梳理，最終選取了最為基本和重要的內容編成7個專題，用20學時左右的時間進行課堂講授。7個專題是：鍋爐技術的發(fā)展與設備的更新歷史（3學時），質量平衡與熱
平衡原理在鍋爐技術中的應用（3學時），燃燒理論與燃燒設備(4學時)，鍋爐中換熱設備及鍋爐機組設計原則（4學時），水循環(huán)原理（2學時），鍋爐受熱面外部工作過程（2學時），鍋爐氣態(tài)污染物的產(chǎn)生與控制技術（2學時）。
第三部分是設計與實踐，包括鍋爐課程設計和相關的實驗，這部分內容則主要通過解決問題的方式引領學生自行安排時間完成。鍋爐實驗全部采用開放方式進行，學生可根據(jù)自身進度，結合理論學習情況提前預約并自主完成實驗，然后提交實驗報告。根據(jù)以往的情況，課程設計進行的時間偏短（約I.5周），而學生的“鍋爐原理”課程內容掌握的較差，因此很多同學不能很好的完成設計任務，抄襲、“偷工減料”的情況時有發(fā)生。為此，我們將原來的2周課程設計從時間和內容上都整合到“鍋爐原理”課程的學習過程中。
3．教學改革的實踐
對于見習實習，我們以問題的方式來引導整個學習過程。問題的覆蓋范圍相當廣泛，學生以回答和解決這些問題為目的，利用學校為其創(chuàng)造的各類資源，在輔導教師的幫助下，自主學習，從而掌握鍋爐的基本構造、組成系統(tǒng)以及簡單的工作原理，最后通過現(xiàn)場考試來檢驗學生的學習效果。
對于課程設計，在理論學習階段開始時，就下發(fā)課程設計題目，同時開始課程設計，題目為每人一題（類型一致，但每人的參數(shù)不同），隨著理論學習的進行，將課程設計的內容分別以作業(yè)的形式布置給學生，限時完成，教師及時檢查批改，使課程設計的進度與理論學習的進度基本同步，這樣將強化學生進行設計的目的性，并能夠切實保障課程設計的按時完成。
活勸探究：這一階段是課程學習的核心或主體部分。學生大部分的知識和技能學習是在這一過程中完成的。我們將學生分成小組，每個小組規(guī)定學生需要完成的項目，這些項目大都來自于教師承擔的與鍋爐相關的科研項目。各小組在所制定的計劃的指引下，開展研究和探索，利用圖書館、網(wǎng)絡，或者直接深入到鍋爐制造r電廠及其它廠礦企業(yè)，對和項目有關的技術、設備以及運行工況進行認真的調查研究。通過這些準備工作，學生們對所承擔的項目提出研究或設計思路以及關鍵問題的初步解決方案，然后各小組之間進行交流探討，教師也參與其中指導把關，確定研究設計方案和技術路線。接下來學生們根據(jù)既定的技術路線，通過適當?shù)牡难芯糠椒ǎㄈ缭囼灐?shù)值模擬、設計論證等）和技術手段得到自己所需要的數(shù)據(jù)或信息，并進行加工處理，最終得出問題解決的方案或結果。在整個研究過程中，教師和學生充分運用“鍋爐原理”精品課程網(wǎng)絡資源，在網(wǎng)上進行學術交流和研究探討，學生們在網(wǎng)絡論壇上提出各種各樣的問題，教師及時參與討論并給予回答，對于有共性的問題，在課堂上進行講解。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，并為學生創(chuàng)造資金、地點等方面的有利條件，作品的形式可以多種多樣。目前，大多數(shù)的學生作品主要是模型和研究報告，也有部分學生設計了程序和軟件。我們組織了各個小組對自己的成果在全班范圍內進行詳細的PPT介紹和模型展示，然后開展討論和辯論，這樣加強了各組之間工作的相互了解，使他們得以學習和借鑒他人的長處，發(fā)現(xiàn)自身的缺點，并從中汲取經(jīng)驗和教訓。
三、教學改革的實施效果
為了能夠比較客觀公正的對學生的學習過程進行評價，我們采用了筆試、口試、現(xiàn)場考試、學生個人陳述、書面報告、作品評級等多種評價方式。筆試主要考察學生對基本概念、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%;口試主要考察學生對問題的理解能力和概括總結能力，約占總成績的10%;現(xiàn)場考試是根據(jù)教學大綱的要求，組織學生到火力發(fā)電廠根據(jù)電廠鍋爐的實際運行情況，考查學生運用所學理論知識觀察、分析、解決問題的能力，約占總成績的20%;個人陳述是由學生向所在小組、全體同學陳述自己的發(fā)現(xiàn)，這給他們提供了_一個鍛煉交流能力的機會。通過讓學生口頭演說，可以了解其語言組織能力、口頭表達能力以及思維的敏捷性，約占總成績的5%;書面報告是考察學生的書面交流能力，它可以評價學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自己思想觀點的能力，約占總成績5%；作品評級（含課程設計在內）是對學生根據(jù)項目要求制作的作品，從科學性、實用性、經(jīng)濟性、難易程度等幾方面進行等級評定，約占總成績的30%。
筆者對教改實施對象——我校2007級熱能與動工程專業(yè)的學生考核情況與2006級和2008級進行了對比，可得到以下幾點結論：
(1) 2007級的學生自主學習的積極性遠大于其他兩個年級：
(2)對教學內容的掌握程度上，2007級的學生無論從內容的深度和廣度上都要優(yōu)于其他兩個年級；
(3) 2007級學生考取研究生尤其是考取重點大學研究生的比例幾乎是其他兩個年級的兩倍，這是非常能說明問題的數(shù)字；
(4) 2007級學生獨立思考問題、發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力與其他兩個年級相比，有明顯的提高。
四、存在的問題與思考
1．實踐性教學環(huán)節(jié)的教學組織與整體專業(yè)教學計劃的協(xié)調問題
嚴格的講，“鍋爐原理”課程是一個課程群，它包括“鍋爐原理”、“鍋爐課程設計”、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）以及實習過程中有關“鍋爐原理”方面的內容。這些環(huán)節(jié)在原有教學計劃中是按照一定的順序編排的，而采用PBL教學方式把這些內容整合在一起，雖十分有利于知識的整體把握和學習，卻影響了原有教學計劃的執(zhí)行。如有關鍋爐的實習內容和“鍋爐原理課程設計”各為2周時間，分別安排在“鍋爐原理”課程的前后兩個學期進行，現(xiàn)在整合到一起后，就改變了兩個學期的總理論教學周數(shù)，對教學計劃中其他教學環(huán)節(jié)的安排產(chǎn)生了一定的影響。另外課程內容的整合使得2門輔助性選修課內容與“鍋爐原理”出現(xiàn)重合現(xiàn)象。
2．學生對教改的適應性
在教改的過程中，我們發(fā)現(xiàn)有部分學生雖然學習的積極性較高，但仍對“鍋爐原理”課程的基本內容掌握的不好，實踐能力和研究性學習的能力不強。主要是因為經(jīng)過了十幾年的灌輸式教育，頭腦中已經(jīng)形成了同有的認知理念，自主學習的意識較差、對新教學法不太適應，要想轉變速一狀況，也恐非短時日能夠實現(xiàn)，畢竟是積習已成。
3。其他因素對教改的影響
新的教學模式，適合于小班教學，而我校熱能與動力_[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，新教學模式對教師的要求更高，因此，教師的投入更大，而相應的鼓勵政策沒能跟上這樣就導致教師的積極性不高；此外，教師中不乏對該教學法存在質疑之人，害怕搞出亂子，費力不討好，故而寧可傳統(tǒng)教學法。
總之，對于“鍋爐原理”課程實踐性教學環(huán)節(jié)進行大膽的改革與嘗試是十分必要的，所采用的教學法也具備許多優(yōu)勢，值得進一步實踐和探索，同時也要注意解決在教學過程中出現(xiàn)的問題，以確保教學質量的穩(wěn)步提高。
