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新工科背景下汽轮机与燃气轮机课程过程性考核研究与实践论文

发布时间:2021-08-27 13:52:41 文章来源:SCI论文网 我要评论














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摘 要:汽轮机和燃气轮机课程是能源类专业课程,本文以高等院校能源类专业汽轮机与燃气轮机课程为例, 总结出目前课程教学过程中存在的问题,对课程过程性考核方式进行了一系列的改革。综合考虑多元化和全时域的考核目标和过程,以课堂教学和线上教育资源重点考察学习状态、随堂小结、理论与实践拓展、单元测评等多维考核方式。实践表明,该考核方式能够科学合理综合评价学习效果,有利于提高学生专业综合能力,培养科研思维。

关键词:新工科;过程性考核;汽轮机与燃气轮机

本文引用格式: 周长松,孙健 . 新工科背景下汽轮机与燃气轮机课程过程性考核研究与实践 [J]. 教育现代化 ,2021,8(32):109-112.

Research and Practice on Process Assessment of Steam Turbine and gas Turbine Course under the Background of new engineering

ZhOU Changsong, SUn Jian
(School of Energy and Mechanical Engineering, nanjing normal University, nanjing Jiangsu)

Abstract: Steam turbine and gas turbine course is an energy professional course. Taking steam turbine and gas turbine course of energy specialty in colleges and universities as an example, this paper summarizes the problems existing in the current course teaching process, and makes a  series of  reforms on  the course process assessment method. Considering the diversified   and full time assessment objectives and processes, the multi-dimensional assessment methods, such as learning status, in  class summary, theory and practice development, unit evaluation, are mainly investigated with classroom teaching and online education resources. Practice shows that the assessment method can scientifically and reasonably evaluate the learning effect, improve students' professional comprehensive ability and cultivate scientific research thinking.

Keywords: new engineering; process assessment; steam turbine and gas turbine

一 引言

“十三五”期间,教育部积极推进各大高校工科专业探索新工科建设,发布了《关于开展新工科研究与实践的通知》《关于推进新工科研究与实践项目的通知》,助力高等教育强国建设 [1]。培养一大批多样化、创新型卓越工程人才,为我国产业发展和国际竞争提供智力和人才支撑,既是当务之急,也是长远之策。汽轮机与燃气轮机课程是能源类专业必修课程,通过该课程的学习可以促进学生掌握能源转换的基本原理和方法,培养学生对能源利用过程中汽轮机和燃气轮机的研发、改造、咨询等方面的能力。

传统的教学模式枯燥乏味,考核形式单一陈旧, 学生也只能通过考前背诵的方式应付考试,不能真正掌握汽轮机和燃气轮机运行的相关原理,违背了新工科培养人才的相关理念 [2]。如何在有限的课程学习时间内提高学生的学习效率,如何利用有效的多元考核方式提升学生的专业技能是新工科背景下专业课程教师需要考虑的重要问题。鉴于此,本文在新工科背景下结合能源类专业实际教学情况中存在的问题,对汽轮机与燃气轮机课程过程性考核方式进行了探索与实践。

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二 汽轮机与燃气轮机课程传统考核方式问题

(一) 教学模式和内容传统无新颖

长期以来,传统教学下的教师一直占据着主体地位,高校专业课程的教学在此方面尤为突出。这种“一言堂”“满堂灌”的教学模式让作为认知主体的学生处于被动接受知识的地位 [2]。工科专业课程专业领域较窄,所学知识内容大都枯燥乏味。例如,汽轮机与燃气轮机课程旨在让学生掌握能源利用和能源转化过程中的原理和技术,重点培养学生能源转化过程中独立思考能力、动手能力和工程实践能力,课程的工业实践性与操作性均较强,内容枯燥无变通。

由于汽轮机与燃气轮机的实践性较强,在专业人才培养中重视实践性教学环节,力求在实验、实习、课程设计及毕业设计(论文)等环节中,培养学生理论联系实际和分析解决实际工程问题的能力。然而,学生在平时学习与生活中对汽轮机与燃气轮机设备和系统的构造接触较少,教材中对于各种设备的剖面图较为复杂抽象,大部分学生理解起来难度较大,因此,实践教学平台对于提升课堂教学效果显得尤为重要。目前,大部分高校在汽轮机和燃气轮机方面的实践平台与目前工业领域的发展水平还是存在很大的差距。

另一方面,随着经济技术的发展,很多燃煤电厂采用的 1000MW 大容量机组、27MPa 以上的超临界压力和 600℃以上的过热蒸汽在“十二五”之前的教材中很少涉及,而目前仍有部分高校采用十年前甚至二十年前编著的教材,教材中很多专业内容缺乏更新,老师在讲解时如果对新技术的产生不了解, 就会使学生将学习的知识停留在以前,学生进入社会参与电厂汽轮机和燃气轮机运行方面的工作时, 就会产生知识脱节。以上存在的问题都会严重影响教学质量,使其无法达到预期教学的目标。在专业教育系列中突出基本理论与方法,又注重“宽方向”,丰富课程知识结构。注重学生“知识结构”的构建和“能力结构”的形成。因而,教师必须要转变“角色”,新课改强调把学生看成教学活动的主体,要创设多种新教学模式,把课程内容与教学模式结合起来,调动学生探求知识的积极性和主动性。

(二) 传统考核方式难以调动课堂学习积极性

目前多所高校汽轮机和燃气轮机相关课程(36 课时或 54 课时)的考核方式主要采用平时表现、期中考试结合期末考试。部分高校本课程期末考试一般占 70% 或 80%,题型比较固定,重点难点每年均变化不大,导致大部分成绩在中等或偏下的同学不注重平时的课堂学习。为应付考试,这部分学生在考试前主要通过对老师所划重点的死记硬背。考试成绩并不能准确反映出学生对专业课程知识的学习和掌握情况,不能够满足社会向高校提出的培养专业型和创新型人才的需求。

另一方面,平时成绩评定标准简单单一,占比较低。很多高校汽轮机与燃气轮机课程平时成绩仅按照出勤率或结合作业进行评定,更有甚者,部分老师会根据主观印象对学生的平时成绩进行评定, 缺乏科学性,且该部分占比仅 10% 或 20%。平时成绩的占比较低也反过来难以调动大部分学生把精力放在平时的积累,导致最终考试成绩不能准确反映学生的学习效果,难以科学、客观地考查学生对该课程的掌握程度,不利于培养学生的创新性、个性能力和综合素质。

三 多元化过程性考核方式改革思路

(一) 合理设置考核权重

“新时代高教40 条”第12 条提出“严格过程考核, 加大过程考核成绩在课程总成绩中的比重”[3]。根据我校对本科专业必修课程考核实施细则,期末考试成绩在最终考核成绩中的占比不得高于 60%。本课程教学大纲重点培养学生在汽轮机和燃气轮机能源转换过程中的独立思考能力、创新能力和工程实践能力。基于此,2014 级至 2015 级两个学年度的课程将平时成绩由原来的 20% 提升至 40%,平时成绩尽可能涵盖教学考核过程中的各个环节,主要部分组成:

(1)课堂考勤及平时表现;(2)分组作业及单元测验;(3)小组讨论及课堂问答;(4)仿真软件的运用及实际操作能力。2016 级至 2018 级三个学年度的课程将平时成绩由原来的 40% 提升至 50%。平时成绩组成及具体过程性考核成绩评定方法详见下表所示。

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(二) 课程过程性考核体系的实践
 
课堂考勤及平时表现占总成绩的 5%,该课程大纲于 2020 年开始由 36 个课时增加至 54 个课时,36 个课时的课程随机抽查 8 次,54 个课时的课程随机抽查 12 次。可采用直接点名并辅助手机线上(如学习通、雨课堂)签到的形式实现考勤 [4]。线上考勤方式方便快捷,学期末签到程序会自动统计学生出勤率,减少教师工作量 [5]。学期初授课教师可将课程教学大纲、教学日历、课件等相关资料上传至线上资源系统,引导学生了解并熟练操作网络平台软件的各个功能模块。

传统形式的作业一般是全班学生完成相同的题目,导致部分学生抄袭他人作业,教师批改时难以界定成绩。可通过学生成绩将班级分成若干组,学生也能够对作业中的知识点有更加深入全面的认识。单元测试也采取同样的分组形式,需要进一步优选随堂小测的题目,采取多元化作答的形式。实施过程中发现,17 级学生共 36 人,分为 6 组,从课程作业作答的总体情况可见,作业抄袭问题没有出现, 作业中出现的失误和错误地方也各不相同,但仍然出现个别学生作答马虎,存在遗漏关键步骤的情况; 部分学生对理论知识的学习能力较强,但对所学理论知识向工业应用上的扩展能力不足。经过总结得出,授课教师对于后续课程作业应增加综合性、发散性题目数量,描述自己的解题思路,用通俗易懂的话语讲述专业问题。

阶段性单元测验是对学习情况进行检查的一个重要过程,检测目的是考察学生对本单元知识的掌握情况是否过关,在学习过程中还存在哪些问题, 这些问题应当如何解决 [6]。阶段性单元测验在课堂进行,授课教师监督,有效避免学生之间的抄袭, 不仅有利于学生在测验中提高学习的成绩,而且有助于授课教师科学判断学生能否顺利进行下一单元的学习,还可以通过测验及时对个别学生单独辅导和答疑。

小组讨论及课堂问答环节的分组形式与分组作业环节相同。由于汽轮机与燃气轮机涉及工程应用的实际问题,因此可以通过理论知识与工程实践相结合的形式设置相关讨论问题,以学生关注的问题为引导,促使学生能够踊跃地参与到问题讨论中。例如,汽轮机和燃气轮机在工程设计、制造、安装和运行过程中的优缺点及应用的场合;讨论目前燃气轮机在工业上的应用可以与汽轮机分庭抗礼的原因。学生可以结合所学专业知识和实际生活中的观察进行全方位、深入细致地讨论,以科普性和常规性的问题为基础,使得每名学生都能从不同的方面找到讨论问题的切入点,最后在规定的时间内使得每位同学都有发言的机会。

教师在小组进行讨论的过程中需要辅以合理的引导,例如加入课堂问答环节,让学生能够始终围绕讨论的主题进行,帮助学生对所学知识点有更加深入全面的认识,激发学生对后续章节的学习兴趣, 有利于培养学生理论联系实践的能力。小组成员和教师同时做为评委为本小组成员打分, 学生打分成绩与教师打分成绩按 3:7 的比例折算。小组讨论及课堂问答环节在整个课程过程性考核成绩中占比最好, 为 15%。实践表明,采用小组讨论及课堂问答方式可显著提高学生的积极性和课堂兴奋度,注意力更加集中。

结合本专业的特点,部分同学通过自由组队申请参与了相关专业老师的科研或工程项目研究, 即大学生创新创业计划项目, 其他同学也需仿照大学生创新创业计划项目来完成本科生科研训练课程。因此,可以将理论知识与工程实践部分与大学生创新创业计划项目或科研训练课程相结合,将每位学生的课题进行延伸与拓展。可以通过使学生开展与自身项目相关的设计、实验、调研和模拟计算等内容, 注重过程考查。

本课程的实践教学平台主要是电厂能源系统仿真实验室,包含电厂系统运行与仿真、Fluent、Chemkin 等软件。本课程的实践教学平台包含国内外最新的汽轮机和燃气轮机运行参数。例如,可以要求学生每隔半分钟记录汽轮机和燃气轮机在不同启动方式下的蒸汽参数变化特性,探讨引起各受热面温度场动态特性差异的原因;在进行机组并网过程中, 要求学生在此各工况下对过热器和再热器减温器 A、B 两侧电动调节阀开度进行调整等。对于该课程燃气轮机燃烧室反应机理部分, 可将整个教学过程由教师讲授转变为教师引导,利用计算流体动力学软件Fluent 和化学反应模拟软件 Chemkin 帮助学生更加直观地掌握蒸汽流动过程和燃料燃烧机理。利用上述平台向学生布置不同任务,使得每个学生都能发挥主观能动性,根据学生的具体表现予以考核,即加强了课堂互动,又提高了学习效果。
为考察学生对本课程归纳总结和文字表达的能力,以及利用专业知识解决汽轮机和燃气轮机设计、安装、运行中实际问题能力,可对照本专业应用型创新创业人才的培养目标和标准, 重点考察学生对每一个设计、安装、运行任务的参与度,可根据学生实际参与的纵向或横向项目提出实际问题,让学生在网络平台,如我校毕博平台,以及线上资源, 如中国知网、万方数据资源系统,甚至可以使用外文的检索工具如 Web of Science、EI、SCI 等搜集相关文献,发现问题的核心,并提出若干个解决方案。 

本环节可利用课程小论文、设计图纸或 PPT 报告的形式进行考核。通过本环节可以实现对学生科研素养和创新能力的培养。

最近三年学生期终考试成绩占考核总成绩的50%。试卷的题型分为六大模块:选择题(15%)、填空题(20%)、判断题(10%)、名词解释(15%)、简答分析题(20%)和计算题(20%),试题形式多样,可以全面覆盖本课程的知识要点以及每章节的学习要求。本课程近三年考试的平均分分别为 73.2、79.6、76.4,基本反映了学生的真实学习水平。

四 学生反馈和社会评价

对我校 2015 和 2016 级学生汽轮机级燃气轮机课程尝试采取过程性考核后,通过反馈调研在学生和社会层面均得到良好的评价。课程结束后,学生普遍反映过程性考核方式有效避免了学生考前去背书本上知识点,而考试完之后又忘的问题。本课程的考核强调过程,尽管对学生来说降低了期末集中考试带来的压力,但是合理地将学生的精力放在平时课堂中,对整个课程的学习过程细致、全面的监控与管理促使学生对该课程的重视程度始终保持在一个较高水平。同时,由于学生缺乏工程应用经验, 因此没有思维惯性,可以创造性地提出解决实际问题的方案,从他们的团队作业选题即可反映出来。

为了使本专业更好地为社会和电力行业培养应用型创新创业人才,应及时向社会和本行业调研以了解本专业各课程改革和发展方向。2014 和 2015 级学生目前已经进入工作岗位走向社会,通过对毕业

生及单位反馈,得知汽轮机和燃气轮机课程过程性考核方式得到了用人单位广泛的关注与好评,我校本专业的社会影响力逐渐扩大。

五 结 语

结合高校在新工科背景下能源类专业汽轮机与燃气轮机的特点,总结出本课程当前教学过程中存在的问题并进行了过程性考核方案的改革与实践。实践表明,该考核方式充分调动学生的积极性和实践参与度,培养了学生科研创新思维和工程应用意识,对学生专业综合能力的提高具有促进作用。然而,任课教师也需要及时掌握学生的实际状态,努力研究教学规律,在实践中不断改进教学内容、方法和考核方式。

参考文献

[1]张磊 , 杨自春 , 陈国兵,等 .《汽轮机原理》多元化课程考试模式改革实践及启示 [J]. 教育现代化 , 2019(62): 43-46.
[2]陆冷飞 . 高校课堂教学过程性考核的信息化解决方案 [J]. 中国教育信息化 , 2016(2): 79 -81.
[3]教育部 . 教育部关于加快建设高水平本科教育全面提高人才培养能力的意见 [Z]. 教高 [2018] 2 号 .
[4]张普洋 , 郭剑英 , 吕亚丽,等 . 多元化过程性考核在计算机基础类课程中的实践探索 [J]. 电脑知识与技术 ,2019(36): 180- 181.
[5]孙忠 , 梅陈晔 , 林铿 . 基于“过程性考核”的本科教学改革创新与实践——以深圳大学为例 [J]. 黑龙江教育学院学报 ,2012(11): 53-55.
[6]张磊 , 陈国兵 , 李昆锋 . 能源动力类专业课程全过程、多元化考核模式改革研究 [J]. 教育教学论坛 ,2020(09): 153-154.

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