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作者簡介:代元軍(1978-),男,河南正陽人,新疆工程學院電力工程系,副教授;孫玉新(1982-),女,吉林蛟河人,新疆工程學院電力工程系,講師。(新疆 烏魯木齊 830091)
中圖分類號:G642.423 文獻標識碼:A 文章編號:1007-0079(2013)29-0102-02
能源是世界發展的重要資源和動力,能源的科學開發和優化配置,是當今各國現代工業以及國民經濟和社會發展乃至富民強國的必由之路。新疆有著極為豐富的能源資源。據統計,新疆的石油、天然氣和煤炭預測資源量,分別占全國陸地預測資源量的30%、34%和40%,光、熱、風等資源也在全國占有較大份額,這為新疆建設國家能源戰略基地奠定了堅實的基礎。
在新疆如此豐富的特色資源下,新疆本科院校能源與動力本科專業如何在實踐教學環節中結合新疆特色和學校特色,改革和創新層次分明、知識和能力逐級遞增的實踐教學體系,是擺在能源與動力工程教育工作者面前的難題。
一、分層次建立能源與動力工程專業基礎教學實驗中心
分層次建立能源與動力工程專業基礎教學實驗中心,將“工程流體力學”、“工程熱力學”、“傳熱學”三門能源與動力工程專業基礎技術課程的相關實驗組合起來,并提出把“工程流體力學”、“工程熱力學”、“傳熱學”課程所涉及的相關實驗設置成四個層次的教學實驗方案。
第一層次實驗:基礎性教學實驗。主要是指與課堂教學內容緊密聯系的實驗(驗證性實驗),其中包括實驗方法、實驗技術的基本訓練。例如在“工程流體力學”課程中設置了兩個專項實驗:雷諾實驗、伯努利能量方程實驗。在雷諾實驗中,主要讓學生觀察水流的流態,即層流和紊流現象,然后測定上、下臨界雷諾數,最終使學生了解流態與雷諾數的關系。在伯努利能量方程實驗中,主要是觀察流體流經能量實驗管時的情況,并對實驗中出現的現象進行分析,從而加深對能量方程的理解,并最終掌握測量流體流速的原理。在“工程熱力學”課程中,設置CO2臨界狀態觀測及P-V-T關系測定實驗,通過該實驗了解CO2臨界狀態的觀測方法,增加對臨界狀態概念的感性認識,以及對課堂所講的工質熱力狀態、凝結、汽化、飽和狀態等基本概念的理解,掌握CO2的P-V-T關系的測定方法,學會用實驗測定實際氣體狀態變化規律的方法和技巧。
第二層次實驗:“工程流體力學”、“工程熱力學”、“傳熱學”中所涉及主要物理參數的測試手段和方法的實驗。主要是指溫度、壓力、流量、比熱、流速、傳熱系數、傳熱溫差及數據采集等測試手段和方法的訓練。例如在“工程熱力學”課程中,設置氣體定壓比熱測定實驗。該實驗讓學生了解氣體比熱測定裝置的基本原理和構思,熟悉本實驗中測溫、測壓、測熱、測流量的方法,掌握由基本數據計算出比熱值和求得比熱公式的方法,分析本實驗產生誤差的原因及減小誤差的可能途徑。在“傳熱學”課程中,設置綜合傳熱性能實驗。該實驗通過測定不同表面狀態及氣流條件下管道的綜合傳熱系數,觀察和分析影響傳熱的各種因素,從而對傳熱過程有一個直觀的了解。
第三層次實驗:實現設計目標的綜合性實驗。主要是指以實現某一功能為目的,構建工程性、設計性實驗,培養學生構想、設計、解決問題的能力。例如換熱器結構改造的傳熱性能對比測試實驗。該實驗的測試對象為學生設計的換熱器外表面不同形狀的肋片,通過實驗測試其傳熱系數,找到最佳的肋片形狀。
第四層次實驗:知識延展性實驗。主要是指通過互聯網、多媒體、可視化技術介紹新知識、新技術、新發展,以期延伸和拓展學生知識視野和相關專業知識面。
通過以上四個層次的實驗訓練,能夠培養能源與動力工程專業學生的流體及熱工實驗的實驗方法、實驗設計、實驗技術等實驗能力,為進一步開展專業課學習和專業性實驗打下堅實的基礎。
二、分級建立能源與動力工程專業實驗基地及教學實驗中心
1.初級為專業基本實驗
主要培養學生掌握能源動力工程領域常用的實驗方法,使用常用儀器、儀表,學會處理數據,具有規范、熟練、準確的實驗操作技能,重在學知識、練技能,屬于專業學習中的初級水平。專業基本實驗主要包括“公差與金屬材料”組建2個實驗臺位,“自動控制原理”組建2個實驗臺位,“熱工過程檢測技術”組建2個實驗臺位。
2.中級為專業綜合實驗
以專業方向課程設置為主線分別以熱電工程模塊、制冷空調工程模塊、新能源工程模塊三部分構建專業平臺實驗。
熱電工程模塊包括鍋爐實驗平臺、汽輪機實驗平臺、熱工過程自動化實驗平臺;制冷空調工程模塊包括制冷原理及設備實驗平臺、空氣調節實驗平臺、供熱工程實驗平臺、食品冷凍冷藏原理與設備實驗平臺;新能源工程模塊包括風能利用與控制技術實驗平臺、太陽能利用與控制技術實驗平臺。
3.高級為設計、創新實驗
在三大專業方向模塊綜合實驗的基礎上,依據自主專業創新教學環節和畢業設計課題,組織大三、大四學生參加專業大賽或者參與教師科研項目。教師擬定實驗大綱、提出問題讓學生自行思考、分析、設計、優選,重在鍛煉科學思維,發展創新能力,培養學生自主學習、大膽創新的學習習慣。這種設計創新實驗是基于專業教學和科學研究之間的實驗,主要結合專業大賽和畢業設計來進行。
三、建立能源與動力工程專業校內仿真實習基地,改革傳統生產實習模式
生產實習教學環節是為了加強學生對所學專業理論課程的理解、增強對所學專業的感性認識,培養學生綜合分析問題和解決問題的能力。在這一重要實踐環節的實施過程中存在諸多問題,實習質量難以達到預期。以能源與動力工程專業方向之一的熱電工程為例,能源與動力工程專業學生在電廠實習花費較大;電廠企業出于安全和經濟效益的考慮,和學校很難建立起長期穩定的校外實習基地。由于電廠崗位工作的資質要求,實習學生不能上崗操作,生產實習只能是走馬觀花,流于形式,實習效果得不到保證。
為了解決以上問題,在自治區煤炭煤電煤化工實訓基地建設工程的不斷推進下,新疆工程學院能源與動力工程專業將傳統的單純的在電廠企業生產實習模式改為校內仿真實習與校外實習相結合,并逐步過渡到以校內仿真實習基地為主的生產實習模式。能源與動力工程專業的學生在新疆工程學院的300/600MW火電廠仿真實驗室開展與實際電廠 1∶1仿真的運行操作和故障處理的訓練。
在仿真實習中,學生主要熟悉、掌握鍋爐機組及其主要附屬設備的結構、工作原理和運行特性;熟悉鍋爐機組各系統,如煤粉制備系統、風煙系統、疏水排污系統等的運行方式,運行監控系統及自動控制系統概況;熟悉鍋爐機組正常運行中監視、調節的主要內容(參數)及其調節方法,如負荷、給水、燃燒、汽溫等的調節和監視;熟悉鍋爐機組起動前的準備內容,起動程序及起動過程中的有關注意事項;對鍋爐機組的幾種停運方式、停爐程序、停爐后的冷卻和養護等熟練操作;掌握鍋爐機組的事故預防和處理方法,學會分析有關事故,如給水、汽溫、管子爆破、煤粉爆炸、熄火等,以及事故發生原因、預防處理的方法;熟悉考核鍋爐運行的主要經濟指標。生產實習模式的改革改進了學生的思維模式,強化了學生的工程意識,提高了學生參與實習的主動性、積極性,強化了學生的動手能力和綜合能力,培養了學生嚴謹的科學作風。
四、改進能源與動力工程專業畢業設計,培養學生創新能力
畢業設計是能源與動力工程專業學生在畢業前關鍵性的綜合性實踐教學環節,是在教師的指導下學生獨立完成的工程設計或者論文。通過該綜合性實踐教學環節的鍛煉,復習和鞏固本專業學生的專業基礎知識和專業知識,培養學生對已學知識和未學知識的綜合學習與運用能力。改進能源與動力工程專業的畢業設計,對培養學生的實踐能力、創新能力和適應社會要求的能力具有重要意義。
畢業設計所涉及的內容,專業課程的任課教師應該在授課過程中加強講授和訓練,讓學生盡早掌握畢業設計的理論知識。要根據專業方向和現有的新技術和新方法提出貼近生產一線的畢業設計題目,并且要保證題目的多樣化,使得學生能盡量根據畢業后的工作方向確定題目,以便畢業后能夠盡快適應工作崗位的專業要求。在畢業設計過程中,應該加強檢查指導工作,保證學生能夠按時按質的完成畢業設計。嚴格對畢業設計進行考核,通過考核評定出不同的等級,表彰設計過程中的優秀學生,以此來督促和提高學生做好畢業設計工作。
五、結束語
在新疆經濟大發展的推動下,新疆工程學院熱能與動力工程教研室通過積極調研和深入思考,對能源與動力工程專業實踐教學環節進行了改革,并在實施過程中加以修訂和調整,最終取得了較好的效果。
參考文獻:
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關鍵詞:熱能動力;熱能轉換與利用;教學內容
中圖分類號:G642.41 文獻標志碼:A 文章編號:1674-9324(2015)03-0139-02
在能源的利用中,絕大部分是通過熱能這一形態加以利用的,或由熱能轉換成其他形式的能量后再加以利用。在未被充分利用的余能中,絕大部分也是以余熱的形式存在的。對各種余熱的回收與利用,也離不開熱能轉換與利用的知識[1]。自熱力學理論確立后,人們雖然從理論上認識到,熱力學過程中能量的交換及其利用,應根據熱力學第一定律和第二定律對能量的數量和品質兩方面進行分析研究。但是,在實際熱能工程技術的設計、管理和改進上,主要還是依據熱力學第一定律,即能量守恒與轉換定律。也就是說,只是單一地從能量的數量角度出發,以焓為基礎的熱平衡計算分析方法。然而,由于此法未考慮熱力學第二定律所表明的能量品質,因為人們生活在地球表面的一定客觀環境中,供給人們所需的能量有可以利用的部分(稱有用能或“火用”)和受環境限制無法利用的部分(稱無用能或“火無”),即相同數量的不同形式的能量所含的“火用”和“火無”的數量是不一定相同的,或者說能量還具有另一方面的問題――品質。因此,在認識所謂能量損失上就產生一定程度的混淆,由此在確定能量損失的分布及采取提高能量利用效率的技術措施時,就難免在熱力學上得出錯誤的結論,達不到預期的效果。為此,近幾十年來,國內外有關專家學者在熱力學的理論領域內和工程技術的管理上大力提倡把熱力學第一定律和第二定律綜合起來考慮,并以第二定律為主,即從熱力過程不可逆性引起可用能損失變成無用能的角度出發,以用火用為基準的火用分析方法來評價能量利用的科學性和合理性。由于此“火用分析法”中的“火用效率”更能準確地反映各熱力設備或整個裝置系統技術上或熱力學的完善程度,可以從中明確提高能源利用效率的正確目標,并采取相應的措施。所以最近幾十年來,前蘇聯、德、日、法、美等國家已將“火用分析法”廣泛應用于能源利用及動力、低溫、制冷、熱泵、化工、冶金等方面。最近二三十年來,我國也在火用分析的基礎理論及其實際應用方面做了大量的研究,并已引起了科技界和高等工科院校的廣泛重視。許多院校的熱動專業都增設了“火用分析”的相關課程[2]。
一、“熱能轉換與利用”課程定位
首先,從學科角度講,認識到“熱能轉換與利用”課程的銜接和過渡作用。本課程向上承接“工程熱力學”等前期專業基礎課程,是對上述基礎課程內容的擴展和深化;向下則與后續的“熱力發電廠”、“燃氣―蒸汽聯合循環發電”、“制冷與低溫技術”、“能源與節能技術”等專業課程緊密相連,為學生理解掌握相關專業知識奠定基礎[3]。熱能動力工程專業的學生通過本課程的學習,可掌握熱能轉換的基本原理,并具備一定的分析研究和解決熱能利用中的具體問題的能力,為今后在實際工作中,管好、用好能源,降低企業的能源消耗,提高能源利用率打下基礎。熱能轉換與利用內容豐富、發展迅速、學科交叉性強,涉及熱力學、流體力學、傳熱學等諸多專業課程,是熱能動力工程專業的一門重要的技術基礎課程。因此開設“熱能轉換與利用”課程非常必要,對于學生回顧深化所學過的“熱力學”等專業基礎課程,深入學習掌握后續專業課程,培養鍛煉學生利用所學理論知識分析、解決實際問題的能力,都有著非常重要的作用[4]。
二、熱能動力工程專業“熱能轉換與利用”課程設計
本課程要介紹有關熱能轉換與利用的基本原理、分析方法,以及實際轉換設備與系統地特點和設計計算方法。給學生在“工程熱力學”的基礎上提供“火用分析法”的基本理論、基本知識和基本方法,培養學生分析、解決實際問題的能力,為將來合理地利用能源及從事節能工作打下必要的基礎。“熱能轉換與利用”課程是熱能動力工程專業的專業必修課,共48學時。先后介紹了能源概論、能量轉換基礎、熱力系統分析、工業企業中的熱能利用、熱回收用換熱設備。
第1章能量概論,在介紹有關能源的一些基本概念的基礎上,認識熱能的重要性,了解熱能利用現狀。熱能是人類使用最為廣泛的一種能量形式,在一次能源中,熱能資源也占了絕大部分。在能源的利用中,絕大部分是通過熱能這一形態加以利用的,或由熱能轉換成其他形式的能量后再加以利用。在未被充分利用的余能中,絕大部分也是以余熱的形式存在的。
第2章能量轉換的基礎理論,重點介紹能量的質量分析―火用分析的方法。為了有效地利用熱能,正確地指導節能工作的開展,找到能量損失所在,需要結合熱力學第一定律和第二定律,從量和質兩個方面全面地進行分析。本章就是要運用工程熱力學理論,介紹分析能量轉換過程的方法,著重介紹火用分析的方法,詳細敘述了不同條件下的火用、火用損失的計算方法及其影響因素,并介紹實際熱工設備的火用平衡、火用效率的分析方法。
第3章熱力系統分析,是用火用分析方法具體分析熱力循環和熱力系統,弄清影響熱力系統效率的因素和提高效率的途徑。重點分析動力循環、熱電聯產系統和熱泵系統,分析各個轉換過程及系統的火用損失大小,找到減少火用損失的主攻方向,提出改進整個熱力系統,提高火用效率的主要途徑。
第4章工業企業中的熱能利用,介紹企業中的余熱資源及其利用方法,分析企業的能源平衡、能耗指標以及余熱資源情況。介紹各種不同的余熱資源的回收方法、回收系統對節能效果的影響。提高企業的能源利用效率,挖掘節能潛力,對企業能源系統進行分析,通過能量平衡確定其有效利用部分和各項損失的大小,尋求減少損失及有效回收利用余能的途徑。
第5章熱回收用換熱設備,介紹余熱回收用的各種換熱器的工作原理、結構特點、設計計算方法、使用場合等內容,為今后進行余熱回收時,能正確選擇和設計計算換熱器,并為研究開發高效新型換熱器打下一定的基礎。同時介紹熱管換熱器、流化床換熱器等新型換熱器和換熱器的發展趨勢及優化設計。
課程內容分為理論與實踐兩部分,第一章、第二章運用熱力學基本理論闡述“火用”及“火用分析法”的基本概念、火用和火用損失的計算及火用分析的基本方法,即為火用和火用分析的基礎理論部分。第三~五章以工程實例說明火用分析法的具體應用,分別對蒸汽動力裝置、氣體動力裝置及制冷、熱泵裝置進行具體火用分析。并結合工業企業中的熱能利用介紹了余熱回收方法與換熱設備。對于本校的“熱能與動力工程專業”來說,本專業學生主要學習動力工程及工程熱物理的基礎理論,學習各種能量轉換及有效利用的理論和技術,訓練進行動力機械與熱工設備設計、運行、實驗研究的基本能力。專業培養方案設置了電廠熱能與動力工程、工業爐窯工程、制冷及低溫工程、供熱工程等方向的專業課程。從專業培養方案的設置可以看出“熱能轉換與利用”是熱動專業的基礎課程,熱能轉換與利用的熱力學基礎理論是熱動專業的理論基礎,熱能轉換與利用的熱力系統分析則是熱動專業的核心內容,包括蒸汽動力循環的系統分析、燃氣―蒸汽聯合循環系統分析、熱電聯產系統分析、中低溫余熱動力回收的熱力系統分析、熱泵系統分析等,是熱動專業的主要專業課程及核心課程。熱能轉換與利用課程的學習為后續的專業課程奠定了堅實的基礎,也為熱動專業的學習奠定了深厚的基礎。因此,我們提出將熱力系統分析作為教學的主要側重內容,熱能動力工程專業的學生通過本課程的學習,可掌握熱能轉換的基本原理,并具備一定的分析研究和解決熱能利用中的具體問題的能力,為今后在實際工作中,管好、用好能源,降低企業的能源消耗,提高能源利用率打下基礎。
三、結論
“熱能轉換與利用”課程在熱能與動力工程專業學生的學習過程中,起著承上啟下的銜接作用,課程內容非常重要。由于熱能轉換與利用發展迅速,內容豐富,本文以我校開設“熱能轉換與利用”課程的實踐為例,從“熱能轉換與利用”課程的定位、“熱能轉換與利用”課程教學內容的編排兩個方面進行了詳細的介紹。提出將熱力系統分析作為教學的主要側重內容,以培養學生分析、解決實際問題的能力,為將來合理地利用能源及從事節能工作打下必要的基礎。我校“熱能轉換與利用”課程的內容和教學體系設計總體上思路清晰、內容充實、層次分明,很好地完成了“熱能轉換與利用”課程的既定目標和要求。
參考文獻:
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【關鍵詞】熱能與動力;應用;創新
0 引言
熱能與動力工程是一項新興的科技項目,其在應用中主要的作用就是高效節能,降低能源消耗。熱能與動力工程科技在不斷發展過程中實現了對資源的合理使用,減少了不必要的損失,同時,也避免出現了人力資源的浪費。熱能與動力工程不僅僅能夠提供能源的使用效率,在經濟效益方面效果也非常好,對社會經濟的發展也具有很大的促進作用。
1 熱能與動力工程簡介
在我國熱能與動力工程其是多門科學技術的綜合,其中包括現代能源科學技術,信息科學技術和管理技術等,在這之中涉及的有熱能動力設備及系統的設計、運行、自動控制、信息處理、計算機應用、環境保護、能源高效清潔利用以及新能源開發等等工作,隨著改革開放的全面深化,水利水電工程與熱能動力專業相結合,確切地說,水利水電工程專業并入后者之中,由止盼成了熱力發動機、熱能與動力機械、制冷與低溫技術和水利水電動力等不同的專業。從專業角度來看,熱能與動力工程內容龐大,涉及電子、電力和計算機等多等躊斗,自動化水平高。因此,該專業的課程設置,應與社會發展相適應,可滿足生產的需要。
熱能與動力發展現狀目前,中國已成為世界最大煤炭生產國、消費國,眾所周知,中國的能源結構以煤炭為主。現階段,由于工業發展的影響,中國環境問題非常嚴重,隨著人們環保意識的提升,熱能與動力專業面臨較大的經濟、社會發展壓力,因為煤炭污染的開發和利用是環境問題的主要原因。隨著經濟發展的轉型升級,對能源資源,特別是電能的需求上升在新形勢下,如不提高煤炭能源利用率,環境問題將會變得更為嚴重可能成為紹齊社會發展的巨大障礙。同時,中國作為世界第二大石油進口國,對國外石油依賴勝逐年上升,所有這些均使得中國能源安全面臨巨大考驗。長期以來,中國實寧科助夕型經濟發展,技術水平低,能源利用率與發達國家相比,低30~40個百分點,差距比較大,導致在經濟發展過程中,環境虧染問題無法有效避免。因此,在能源利用中,推產先進節吠剎支術、可再生能源與新能源,提高資源利用率,任務繁重。中國政府雖大力倡導發展新能源技術,投入了大量的支持資金,但由于新能源技術研發的見效慢,因此短時斯內還無法改變現行的能源結構,生態環境面臨的壓力依然比較大。通過分析可知,中國熱能與動力工業發展形勢嚴峻,在發展中面臨巨大挑戰。同時也意味著,在未來發展中中國需要大量熱能與動力工程專業人才,人才的發揮空間大。
2 熱能動力的應用
2.1 熱電廠中的應用
當下,對于循環流化床鍋爐的控制問題眾多國內外的學者和專家一般通過兩方面進行研究:一方面是通過運用智能控制的理念,采用預測控制、模糊控制、專家系統、自適應控制等方法對循環流化床的控制進行研究;第二方面是改進現階段被普遍采用的PID控制器,進一步加大PID控制器的魯棒性和解耦性能。
2.1.1 改進PID控制
當下的工業領域中,約有90%左右的控制是采用PID控制器來實現的,因其結構相對簡單并且魯棒性也較好。現階段DCS系統被一些自動化公司運用在循環流化床鍋爐中,但也是通過PID控制器對其進行控制。但PID控制器的解耦性能和魯棒性基本上不能滿足循環流化床鍋爐的控制需要,因此導致這些控制系統的控制性能普遍降低。
2.1.2 預測控制
控制輸入結構成為預測函數控制的關鍵因素,對于建造的模型進行實時預測,因此跟蹤能力和魯棒性將會得到提高,此種方式適于控制循環流化床鍋爐。采用多模型自適應方法,提出了一種多模型預估控制方案,對循環流化床鍋爐的主汽溫控制對象進行了研究,仿真效果良好,進而將其應用于床溫控制。
2.1.3 模糊控制
模糊控制作為一種智能的人工控制手段,其基本理論是以模糊集合理論為基礎,從而進一步的模擬人的表達方式、推理方法使得智能控制,模糊控制的算法比較的簡單,且其性能相對優良,具有較強的魯棒性,對于難以運用數學模型進行精確描述、延遲時間比較長的系統具有明顯的特點,將會為循環流化床鍋爐的控制問題提供了很好的解決方案。
2.2 鍋爐中的應用
鍋爐主要由兩個部分組成,一個部分是外殼,另外一部分是電器控制系統。在鍋爐中,底殼的主要功能就是固定鍋爐,然后進行燃燒,在底殼上還要安裝一些控制鍋爐的控制部件,這樣能夠保證鍋爐具有非常良好的保護功能。在鍋爐中,底殼是非常重要的組成部分,也是保護鍋爐正常運行的關鍵部分。近年來,隨著科學技術的不斷發展,熱能控制過程中應用了很多的先進技術,全自動控制轉換系統已經慢慢實現,利用計算機能夠對鍋爐進行智能控制,同時,能夠提高鍋爐的運行精密度,使其在進行燃燒時能夠更加的均衡。
燃燒控制技術,鍋爐燃燒中產生的能量如果能合理使用,可以幫助電氣企業緩解能源緊張的局面。目前鍋爐種類很多,使用的燃料也在發生變化,隨著技術的進步,可以研究出更加有效的燃料。要實現對燃燒的控制,可以從鍋爐的溫度和燃燒數值方面進幸予周節二要控制鍋爐的溫度需要把空氣和燃燒結合起來一起調整,這種調整需要控制的因素太多,需要分析各方面的清況。對于空氣和燃料的調節需要進行多次試驗,才可以保證這種方法有效。還可以根據燃燒清況控制空氣和燃料,這種方法的技術要求很高,需要分析的數據也非常多二通過分析收集的數據得出最終的結論,可以保證它的有效性。
3 熱能與動力工程的未來發展
從實際清況看,熱能與動力工程專業就業前景被看好,工業的發展使其就要前景樂觀,從近年就業市場上能夠看出,該專業學生處于供不應求的局面,占據主動。目前,中國就業形勢嚴峻,高校畢業生就業壓力不被看好,一些理科學生選擇熱能與動力工程專業,這就足以說明該專業就業前景好。由于熱能與動力工程的專業幽雖,從近年的就業市場來看,市場上大量缺乏技術型人才,技術人才待遇較好,在工資、福利等方面均比其他專業高,由于該專業在能源、環保和航空航天等領域應用普遍,因止比擾業不成問題,收入也十分罕見。
4 結語
在研究熱能和動力工程時,可以針對他們創新方面存在的問題進行改造,把影響因素控制在一定范圍內,不會影響熱能和動能的使用還可以對應用熱能和動能的設備進行創新。可以根據設備的應用途徑和功能進行改造,提高設備利用能源的效率,進而研發出新型能源,緩解當今能源緊張的情況。
【參考文獻】
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關鍵詞:特色專業建設;人才培養方案優化;專業實踐性教學;改革與實踐;特色
中圖分類號:G642.0 文獻標志碼:A 文章編號:1674-9324(2013)06-0262-02
“熱能與動力工程”專業在1998年教育部專業調整前包含了水力機械及工程、水利水電動力工程、熱能工程、熱電廠工程、熱力發動機、化工過程機械、制冷與低溫技術、能源工程等多個學科專業方向的大專業,是我國高等教育工科門類中的一個重要專業,長期以來為我國的經濟建設特別是能源工業培養了大量的熱能動力工程高級人才。我校熱能與動力工程專業早在上世紀70年代開始招生和培養“水力機械”本科人才,1986年該專業開始招生碩士研究生,2003年“熱能與動力工程”被批準為四川省品牌專業,在2008年被批準為國家級特色專業。西華大學在五十余年的人才培養生涯中始終秉承“求是、明德、卓越”的校訓,堅持培養“具有高尚的人格素養,具有強烈的責任意識,具有扎實的實際能力,具有奮進的改革精神的優秀人才”的人才培養目標。學校面向西南地區,特別是四川省的水電能源開發,培養“熱能與動力工程”應用型人才,經過長期的教學和人才培養方案優化與實踐、大量的專業教學改革和試點,已基本固化形成了目前具有我校特色的熱能與動力工程專業人才培養方案,體現了國家級特色專業人才培養方案的優化與特色的培育。
一、特色專業建設目標與專業建設思路
四川是我國能源大省,水力資源十分豐富,是國家重大水電能源建設基地。大力培養現代水電能源建設的熱能與動力工程專業高級專門技術人才,是大力發展水電支柱產業,實現四川水電事業跨越式發展、實施“工業強省”戰略的需要。為了適應國民經濟發展以及四川能源建設和西部大開發的形勢,作為省屬綜合性大學,專業人才的培養目標應緊密結合四川省的經濟建設、社會發展及學校的實際情況來確定專業的建設目標和發展思路。“熱能與動力工程”國家級特色專業建設的整體目標是:秉承“寬口徑、厚基礎、重實踐、適應企業需求”的辦學思想,堅持以為四川、西部地區乃至全國的地方經濟、科技、社會發展服務為宗旨,立足于用新技術、新思路、新模式等改造和提升專業,培養新世紀水電能源建設所需的高級工程技術和管理人才。力爭把本專業建設成為四川省地方高校中有影響力的特色專業,在水電能源建設領域內達到省內領先、國內先進,形成較明顯的專業特色和優勢。特色專業建設思路:以提供四川省“大力發展水電支柱產業”人才支持為思路,以實施四川省“工業強省”戰略為指南,以教學團隊建設為根本,建設一支具有改革創新意識、熱愛熱能與動力工程專業教學、理論與生產實踐知識相結合、教學經驗豐富、師德高尚、既能開展高水平的科學研究又能從事專業教學的教師團隊;以課程建設為基礎,以課程教學改革為動力,以學科建設和科學研究為龍頭,優化構建熱能與動力工程專業的人才培養方案和課程體系結構;在師資隊伍團隊建設、課程教學改革的同時,根據本學科專業發展的新動向和行業所提出的新要求,更新教學內容,建設具有本校特色的專業課程教材;以建設教育部流體動力機械重點實驗室和四川省流體機械省級重點實驗室為契機,強化實踐性教學環節,積極建設校內外的生產實習基地,探索并建立學校和企業共同參與的學生實踐能力培養模式、考核評價機制,全面提高人才培養的質量是特色專業建設的核心。
二、培養方案的優化與應用型人才培養特色的體現
在2010年新一輪人才培養方案調整前,我們首先在調研全國類同我校開設的熱能與動力工程專業及方向的高校教學計劃的基礎上,根據我們自身專業的辦學實踐以及國家在西南地區對“熱能與動力工程專業”人才的社會需求,結合學校新的本科人才培養計劃的調整,對原有的培養方案進行大膽的改革優化,將本科人才4年的培養計劃分為五大人才培養模塊,即:人格與素養課程群、表達與理解課程群、發展基礎課程群、專業與服務課程群、研討與探究課程群,將原來的課程教學計劃按照這五大模塊進行歸類優化,并科學地分配各個模塊的學分比例,見表1所示。
我校該專業主要側重于水輪機、水泵設計、制造、水電站機電設備運行維護與管理人才的培養,在人才培養方案中自始至終貫穿水力機械的設計與制造技術為主線,注重水力機械及工程、水利水電動力工程兩個專業方向的課程在人才培養中課程的互選與知識的融合,建立水力機械及工程設計制造以及水利水電動力工程設計、運行、維護與管理合二為一的人才培養體系特色,從機組的選型設計、結構設計、生產制造、安裝檢修、運行維護與管理等各個方面理論聯系實際,同時還注重相關專業知識的融合,如水文、地質、水工建筑、施工以及電站監測等。因此,畢業的學生主要集中在水輪機、水泵設計制造企業、水電工程設計院、工程局、各大中小型水電站。在課程內容設置上,著重強化兩個專業方向的理論教學與實踐教學的相輔相成、相互滲透,進一步突出對專業知識綜合運用的能力、系統工程設計的能力、創新能力與工程實踐能力的培養。其中,理論教學環節的五個課程群中分別設置了必修、選修課,在專業與服務課程群中又分別設置了核心課程以及各專業方向的選修課程,兩個專業方向上的可相互替換課程供學生選擇,能較好地滿足學生個性的培養。
三、專業實踐性教學環節改革實踐與應用型人才培養特色的體現
國家級特色專業“熱能與動力工程”的主要專業性實踐教學環節有:專業認識實習、專業課程的實驗、專業課程設計、生產實習、畢業實習、畢業設計等,專業實踐性教學環節主要是充分利用該專業較好的校內實驗室條件和校外實習基地,在實踐性教學環節內容和實踐教學模式方面進行如下大膽的優化改革與實踐。
1.充分利用校內資源,建設專業校內實習基地,全天候向學生開放。該專業的學科基礎好,該專業所在的學科是四川省重點學科,該專業的實驗室始建于1974年的學校水力機械實驗室。歷經三十余年的發展和歷史積淀,經過幾代人的艱苦創業和辛勤工作,創立了今天實驗室建設與發展的堅實基礎,該專業的水力機械實驗室依托于教育部與四川省共建的流體動力機械實驗室、流體機械及工程四川省重點實驗室、流體機械四川省高校重點實驗室、四川省水電工程示范中心、學院實驗中心等,擁有較好的教學科研條件,裝備有大型流體機械試驗臺、B級泵閥試驗臺、多相流動試驗臺、三維PIV測試系統、三維激光多普勒測速及粒子動態分析儀系統、三維熱線/熱膜風速計、高速攝影機、頻譜分析儀系統、水利水電工程仿真系統、智能建筑仿真系統、流體機械虛擬產品開發平臺、Fluent流動計算分析軟件等國內外先進水平的教學和科研設備,本專業的學生可全天候到實驗室開展現場參觀教學、專業課程實驗、專業課程的設計、畢業設計。專業實驗室為學生的校內實習、實踐提供了有力的保障。
2.充分利用校外資源,建設專業校外實習基地群,并聘請校外兼職教師指導生產、畢業實習和畢業設計。該專業充分利用辦學歷史較長、有較好的校友資源的優勢,在校外建立了二十余個專業實習基地群,并在實習基地聘請了一批實踐經驗豐富、理論水平較高的本專業的老大哥或老大姐。如在重慶水輪機廠我們聘請的邱江維副總、高工,宜賓富源水電設備制造有限公司的趙愛民副總、高工,東電集團東風電機股份有限公司的胡江鴻總經理、高工,東電集團東方電機股份有限公司的石清華副總、教授級高工、四川華電瓦屋山水電開發有限公司的趙勇副總、廠長等等,有了他們的幫助與指導較好地解決了該專業兩個方向的生產、畢業實習和畢業設計。
3.探索將“生產、畢業實習”轉變成“生產、畢業實踐”的實習模式。由于實習基地單位的生產任務普遍較重,很多實習單位均把接待實習變成了一定形式上的參觀學習,根本不讓學生在現場動手。于是,我們利用聘請校外實習指導教師的辦法,在實習基地聘請具有專業技術特長的專家、具有豐富管理經驗的領導作為學生生產、畢業實習、畢業設計的指導教師,成功探索將“生產、畢業實習”轉變成“生產、畢業實踐”的實習模式。同時,校內指導教師和校外指導教師相互密切配合,有效提升了校外現場實踐性教學環節的質量。如我們在實習現場進行水泵(葉輪)的木模制作工藝教學時,就邀請企業具有豐富木模制作經驗的工人師傅為指導教師,現場給同學們進行制作講解,同學們再自己動手現場制作,通過這一學習過程,不僅同學們掌握了有些書本上根本找不到的技能,而且鍛煉了同學們的實際動手能力。在水電站的實習中,如果沒有校外指導教師的現場指導,光有校內指導教師,同學們根本就不可能完成水電站機組的開停機操作,以及日常維護檢修跟班操作等實習項目。
4.積極倡導學生參與到教師的科研項目中,教師將科研項目引入到學生的畢業設計題目中。在熱能與動力工程專業的學生中,已基本形成了一股好的學風,同學們積極與專業課程教師聯系,積極參與到教師們的科研課題組中去,教師們也非常愿意本科生同學參與研究工作。如同學們參與宋文武老師的紅巖子水電站協聯關系曲線的現場測試工作項目,參與符杰、曾永忠老師的水輪機水泵CFD分析計算等課題,近年來學生畢業設計的題目中,教師的科研真實題目多了,結合畢業生就業需求課題的題目也多了。
5.積極鼓勵本科生與本學科專業的研究生共同學習。學院為每一位本專業的研究生配有研究學習室,這些研究室均是開放的,同時也對本專業的本科生開放,本科生可以進研究室與研究生一道共同學習。我們還為西華大學西華學院的熱能與動力工程專業的學生在研究室提供學習的地方,直接參與到研究生的科研項目研究中去,共同學習與討論。
6.豐富學生第二課堂,培養學生的創新能力。在豐富學生第二課堂,培養學生的創新能力方面,我們積極鼓勵學生參加國家、四川省、學校的各種科技競賽活動,如大學生“挑戰杯”、“西華杯”、“科技創新月”等競賽,學院制定了相關的鼓勵政策,已經取得十分可喜的成績。
在熱能與動力工程國家級特色專業人才培養方案優化構建和專業實踐性教學環節改革實踐的過程中,我們首先考慮了國家對熱能與動力工程培養應用型人才知識結構的需要,同時在人才培養方案中盡量體現和彰顯我們自身學科專業的優勢,合理定位該專業的辦學目標和辦學思路,力求辦出自身的專業特色,避免該專業與其他學校同樣專業的同質化,有利于我們培養出來的該專業學生在激烈的市場競爭中有用武之地,提高社會對該專業學生的認可度和接收度,實現國家級特色專業建設的初衷和出發點。
參考文獻:
[1]余燕,李慶剛.加強實踐教學環節培養學生創新能力的探討[D].西華大學2012教研教改論文集,北京:高等教育出版社,2012.
[2]宋文武,劉小兵,李慶剛,等.熱能與動力工程國家級特色專業的創新性建設[D].西華大學2012教研教改論文集,北京:高等教育出版社,2012.
關鍵詞 能源與動力工程 實驗室建設 節能創新 人才培養
中圖分類號:G642 文獻標識碼:A DOI:10.16400/ki.kjdks.2017.03.022
0 引言
能源與動力工程是一門培養能源動力學科領域的專業技術人才的專業。當今國家“十二五”規劃把單位GDP能耗在“十一五”基礎上下降16%作為目標,節能減排迫在眉梢。面對國家及世界節能減排的大形勢,能源與動力工程專業義不容辭承擔起了本專業應盡的義務。有人稱實驗室是大學的核心競爭力,[1][2]高等學校對人才的培養離不開實驗設備和實踐教學。毫不夸張地說,實驗室建設水平的高低,已經成為衡量一所院校辦學水平及人才培養高低的重要標志。但是隨著科技社會的進步,傳統模式的實驗教學已遠遠不能滿足學校學生對實踐創新能力培養的發展。因此,完善能源與動力工程專業的實驗室建設,使它緊密結合節能創新型人才的培養,是當今全國乃至世界培養優秀節能創新型人才的迫切需要。
1 實驗室建設及節能創新人才培養現狀
當今各高校的實驗室普遍存在著實踐教學理念落后,教學體系不完善,實驗設備陳舊落后,實驗室管理體制封閉落后等問題。而高校肩負著為國家輸送人才的重任,這就要求各高校培養的人才應該能夠適應社會經濟科技的不斷發展、具有扎實可靠的科學文化知識、保持高度的創新能力及精神。然而能動實驗室也像其他專業一樣存在著普遍的幾個問題,難以適應培養新型高素質人才的需要。
(1)實踐教學理念落后。傳統教學理念認為,實踐教學是依附于理論教學的,所以在教學上,實驗教學一向不如理論教學那樣受到重視,人們往往忽視基礎課及專業基礎課的實踐教學環節對培養學生的基礎能力及科技創新能力的作用。錯誤地認為實踐教學是理論教學的依附品,實驗課不過是理論課的陪襯,實踐教學人員只是教學的輔助人員。
(2)實驗設備陳舊落后、數量少。高校的實驗室建設及維護普遍存在經費少的問題,實驗室的設備很多是剛組建時購買的,笨重陳舊、技術性能差,并沒有隨著教學任務的變化更新換代。現有的實驗設備臺套數少,實驗教學學時又有限,造成實驗課時學生往往是每5~10人一臺設備,學生不能得到充分的操作機會,導致個別同學在實驗的操作過程中濫竽充數,自己不動手,只是為了來實驗室簽到,應付授課老師,課后又抄襲其他同學的實驗數據及報告。[3][4]最終導致學生得不到充分的動手能力訓練,極大地影響了學校創新人才培養目標的實現。
(3)實驗教師參差不齊,實驗技能不高,工作積極性低。大多數高校的實驗教學人員被劃為教學輔助人員,地位及工資待遇水平均低于教學及科研人員,同時受到培訓提升的機會也少很多,一般能力強的R等嗽倍疾輝咐詞笛槭夜ぷ鰲R虼聳笛榻淌Χ游樗刂始澳芰Σ尾畈黃耄人員不穩定,專職的實驗教師缺口大,職稱及學歷低。各高校往往是在安排完教學科研的人員后才進行安排實驗室專職教師,甚至個別高校的實驗教師專業不對口,實驗技能水平很低,工作積極性不高,只是應付工作。
(4)實驗室管理體制封閉落后。實驗室管理封閉,限制了學生利用課外業余時間進行實驗學習的機會。由于高校實驗室管理體制不健全,管理人員有限,導致很多良好的實驗設施設備閑置,不能被充分利用。設計型、綜合型實驗要求學生自己設計實驗,從問題的提出、實驗方案的設計到最終實施以及得出結論,都應該完全或主要由學生來操做完成,而目前實驗室的封閉管理并不能滿足這種需求。同時實驗室管理分散、各自為政,再加上教學經費不夠充裕,使得實驗教學體系不完整,科學實驗能力不創新不夠現代化。管理的缺失極易造成實驗室低層次重復建設,并且很難跟蹤科技發展前沿、組建高水平的實驗室平臺。分散的管理也造成了設備的使用效率低下,更不利于實驗教師隊伍的引進、提高與培養。實驗教學管理體系長期以來都缺乏整體的優化和相對獨立的管理運行。
(5)人才培養教條。目前的實驗室對人才的培養不注重創新性,只是簡單地將基礎理論演示或讓學生按部就班的操作一遍,迂腐教條的按照陳舊的辦法機械授課,根本不給學生創新的機會。學校或者國家會有一些創新性實驗的競賽等卻很難實施下去,往往結果都不理想,沒有實現真正的創新。
2 節能創新型人才培養的實驗室建設探析
節能創新型人才的培養不能只靠理論教學,非常關鍵的一環就是在實踐中培養。通過對能源與動力工程實驗室的建設改造,培養出不僅有深厚的理論基礎更要有扎實可靠的動手實踐及創新能力的當代大學生。
(1)轉變實驗教學觀念,提高對實驗教學的認識。加強實驗室的建設,首先要轉變認識觀念,提高對實驗教學在高素質人才培養中地位的認識。實驗教學與理論教學具有一樣的地位,兩者之間相輔相成,相互補充。實驗教學不是理論教學的驗證場所,更不是為其輔助的教學場所,而是學生從中獲取知識、激發內在潛能的關鍵場所,應當將實驗教學作為高校學生,特別要作為高等職業技術學院學生學習的重要手段。要盡可能做到實驗教學獨立設置課程,使其連貫化、系統化。觀念上要明確:實驗教學不只是培養學生認知能力的目的,更關鍵的是培養學生的發現能力、分析能力、動手能力、思維能力和創新能力。同時要認識到實驗室是實踐教學的主要基地,是培養高素質節能創新型人才的主戰場,真正加大建設實驗室的力度。
(2)加強實驗教學教師隊伍的建設,提高專業技術人員素質。人是決定性的因素,建立一支作風過硬、素質優良、結構合理、事業心強且穩定團結的實驗教師隊伍,是節能創新型實驗室建設的重中之重。實驗教學想要培養具有科技創新精神和科研創新能力的學生,就必須有一支高素質的實驗教學教師隊伍。實驗室教師不僅要有深厚的理論基礎,更要具備很強的專業動手能力和科技研發能力。對于驗證性實驗,實驗教師要講解精練、生動,對各種儀器、儀表操作熟練,檢查、排除故障迅速,示范性強;對于綜合、設計性實驗,實驗教師講課要目的明確、條理清楚,有很強的工程實踐能力和動手能力;對于創新性實驗,則要求實驗教師有較強的創新思維能力,接受新知識快,有很強的科技研發能力。因此,建立一支高素質的實驗教師隊伍尤為重要,沒有一支高素質的實驗技術隊伍,培養高素質的學生只能是一句空話,不可能落到實處。
(3)優化實驗內容,編寫高質量的實驗教學教材。實驗教材是進行所有實驗教學的基礎,做好實驗教材編寫尤為重要。實驗教材的教學內容,要跟上專業教學改革的步伐,要淘汰落后的、過于膚淺的項目,增加反映時代特色的新內容新方法。能源與動力工程專業的實驗教學分為兩部分:一部分是基礎實驗,包括《工程熱力學》、《傳熱學》、《流體力學》、《燃料及燃燒》等內容,實驗教學就要根據其教學要求把知識點覆蓋到位,以利于專業課的學習;另一部分是專業實驗課,包括《工業爐窯》、《鍋爐》、《熱工測量技術》等,以為以后的專業技術工作奠定基礎為宗旨,綜合各門專業課的知識獨立開設能動類實驗課,設計好設計性實驗、驗證性實驗、創新性實驗及綜合性實驗。編寫實驗教材,除了要具有正確的思想觀念和相當高的科學技術水平外,更要注重培養學生的創新思維能力和開發能力。
(4)提高實驗教學質量,改革實驗方法及手段。實驗教學的內容是教學的靈魂,實驗的方法及手段反映了總體的教學水平,所以提高教學質量是一個永恒主題。實驗教學應當充分利用現代科學技術,特別是高新技術,要大膽革新實驗方法及手段,加強實驗效果,提高實驗的效率。當前將計算機的網絡技術、多媒體技術及仿真技術引入實驗室,并實施開放式的實驗教學,將極大地豐富實驗教學的內容,將當今先進的節能理念及技術引進實驗室,更加有利于培養學生的開拓創新精神和節能創新能力。
(5)理順實驗室管理體制,建立健全實驗教學的管理體系。隨著時代改革的深化,質量將代替數量成為一個實驗室發展價值的重要判別標準。高校實驗室的現代管理體制將取代傳統老套的管理模式,將創新和服務代替生硬和無效的實驗室管理。實驗室的管理要走資源化集約化管理的路子,逐步現實驗管理的集約化和信息化。同時加強實驗設備的共享與流通,優化實驗教學資源配置,發揮現有實驗資源效益的最大化。從根本上建設科學、合理、完整的開放型實驗室。建立起“熱工綜合應用實驗室”、“流場綜合分析開放實驗室”、“熱工檢測開放實驗室”等技術含量高、實驗手段先進前沿的實驗室,并盡快建立起適應理論教學任務的實驗教學管理體系。使實驗室教學管理中心真正成為實驗教學的實體,更有利于人盡其才、物盡其用,充分發揮實驗室在節能創新型人才培養的作用。進一步加強深化實驗室教學改革的任務任重而道遠,培養具有高素質的新型人才,需要廣大的實驗工作者更新觀念、勇于改革、銳意進取、不斷創新。
3 結束語
實驗教學,在目前的能源與動力工程專業教學環節及人才培養環節中是一項較薄弱的環節,應該合理規劃形成產、學、研齊頭并進,同時有力促進學生在節能專業領域的思維發展,是一直存在而且尚未得到有效解決的問題。上述討論是在我校實驗教學建設、不斷整合改革專業實驗室及各實驗教學項目、同時合理搭建實驗教學及科研平臺的基礎上形成的。實踐證明,開放的實驗思路、合理的整合實驗資源、構建校園內外共享的實驗平臺,對實驗室的建設及節能創新型人才的培養極其有效。
參考文獻
[1] 趙躍民.實驗室是大學的核心競爭力[J].實驗室研究與探索,2005.24(2):1-4.
[2] 杜鐮.工業設計實驗室建設與探索[J].實驗技術與管理,2010.27(2):139-142.