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中圖分類號:G642;TK0-4 文獻標識碼:A 文章編號:1672-3791(2015)11(b)-0171-03
Talking About Professional Introduction Course of Energy and Power Engineering
Li Jianzhong1 Yuan Li2 He Xiaomin1 Mao Junkui1 Zhang Jingyu1 Shi Bo1
(1.Nanjing University of Aeronautics and Astronautics, Jiangsu Province Key Laboratory of Aerospace Power System,Nanjing Jiangsu,210016,China;2.PLA University of Science and Technology, School of National Defense Engineering,Nanjing Jiangsu,210007,China)
Abstract:Based on training of professional talents and demand for talents of energy and power engineering,and also in view of school-running characteristics (aviation,aerospace,civil aviation) of Nanjing University of Aeronautics and Astronautics and course highlights of energy and power engineering,professional characteristics and training objectives of energy and power engineering were introduced and the necessity of establishing professional introduction course was analysed.The teaching methods of theory and practice for professional introduction course of energy and power engineering were discussed.
Key Words:Energy and power engineering;Professional introduction;Teaching method;Professional characteristic
高等學校是培養專業型人才的搖籃和基地,制定合理的培養方案、設置具有綜合體系的專業課程、配套相應的實踐教學平臺、改進教學方法、提高教師水平等是實現循序漸進地引導學生快樂學習、輕松了解和掌握專業技能及成為高技能專業型科技人才的保證。專業課程設置關系到如何讓學生“喜歡學”、如何讓學生知道“學什么”、及如何讓學生掌握“如何學”。專業導論課,是進行系統專業學習的先導和鋪墊,是引導學生了解所學專業和相關專業的入門課程,有利于幫助大學生盡早了解所學專業性質、培養專業興趣、掌握專業學習方法、規劃自身發展,能夠起到重要的導航作用[1]。
1 專業特色及培養目標
國家即將啟動以航空發動機/地面燃氣輪機為核心的高效動力裝置重大科技工程專項,明確提出要突破高性能動力裝置的核心關鍵技術,提升我國各類核心裝備、重大機械設備動力系統的自主保障能力。我國能源供需矛盾尖銳,結構不合理,能源利用效率低,一次能源消費以煤為主,化石能源的大量消費造成嚴重的大氣污染,霧霾天氣不斷,嚴重影響人類的健康。如何滿足持續快速增長的能源需求和能源的清潔高效利用,對能源科技發展提出重大挑戰。國家正在推進清潔能源開發與高效利用技術、節能減排技術、高效動力技術等為主的多項計劃,作為涵蓋能源、動力及環境領域的核心學科之一,能源與動力工程學科必將在新能源開發與綜合利用、高效低污染排放動力技術、節能減排技術等領域發揮關鍵的科學與技術支撐作用,為我國早日實現節能減排的宏偉目標提供強有力的技術保障,發展前景廣闊。國家重大計劃和實施綱要為能源與動力工程專業的發展提供了廣闊和美好地前景,該專業迎來了歷史性的發展機遇,同時也帶了巨大地挑戰,尤其在綜合素質高、創新能力強的能源與動力工程專業人才培養方面,對如何進一步辦好能源與動力工程專業、提高本科和研究生教學水平、做好高水平人才培育基地提出了更高地要求。
大部分剛踏入大學校門的新生對自己專業認知及畢業后從事工作崗位了解甚少,對大學生活和專業學習既好奇又迷茫,同時,中學階段被動式學習和吸收,學習時間緊,作業量大,承受具大考試壓力,而進入大學以后,很多學生像脫韁的野馬,擺脫了家長和老師的束縛,學生的自主學習、獨立學習積極性降低,失去學習目標。鑒于此,一般高校在大一期間都設置了專業導論課,不僅要指導學生解除在該專業一些問題上的困惑,還要能引導學生更好地適應大學生活,幫助學生領會大學的學習方法及提升自主學習能力,消除學生的不適應性以提升學生自立、自主學習的能力,幫助學生更好地規劃學習,實現學習目標。專業導論課教學內容一般包括:(1)介紹專業背景和專業特色。(2)專業人才培養方案的課程體系及相互邏輯關系。(3)涉及的基本專業知識、專業拓展及交叉學科。(4)本科和研究生學科的對接關系。開設專業導論課可以幫助學生了解未來的就業和發展趨勢,增強專業學習興趣,為順利完成大學學業奠定基礎。高中生進入大學后,常常因為不適應大學學習生活環境、不明確自己努力的方向而迷茫、放松自我約束,不能快速順利地完成由高中生向大學生的角色過渡,造成學習成績和思想滑坡。教學實踐表明,開設專業導論課程有利于學生了解專業,激發學生學習專業課的興趣,對以后學習專業及專業基礎課具有良好的導向作用。探索在本科低年級階段開設專業導論課程對教學質量的提高、學生素質培養具有重要意義[2]。高校應該在更新教育觀念、加強教學管理、集中優勢師資、編寫特色教材等環節著手進行改革,全面推進專業導論課的開設,切實提高人才培養質量[3]。
南京航空航天大學能源和動力工程專業傳承了本校的航空、航天和民航特色,長期致力于動力領域的基礎研究及相關技術,形成了高效燃燒組織、強化換熱理論及應用、復雜流動仿真與控制、新概念動力裝置設計等多個優勢明顯的特色方向。能源與動力工程專業緊密結合國家和江蘇省工業和國民經濟發展,以科學技術轉化生產力為目標,為國家和地方經濟發展提供重要技術支撐和人才儲備。南京航空航天大學的能源與動力工程專業在多年的專業建設和發展過程中,始終弘揚學校“負重奮進、獻身國防,唯實創新、志在超越”的辦學精神,把人才培養放在首要位置,研究能力持續攀升,產學研效果突出,素質教育特色出眾,創新型優秀人才培養成效突出,教學改革、課程群建設及國際交流不斷完善和進步。因此,南京航空航天大學的能源與動力工程專業以素質教育為導向的人才培養體系特色突出,國防特色鮮明,基礎研究能力和服務地方經濟發展能力出眾,師資力量雄厚、專業綜合實力強,具備了非常廣闊地發展前景。
專業課程群是優化學生知識結構、培養學生創新能力、提高學生工程技術能力的基礎,直接影響實驗實踐教學體系和師資隊伍的建設。借鑒國外著名大學中相關專業的培養方案及課程體系設立模式,在充分考慮南京航空航天大學能源與動力工程專業特色的現有培養方案基礎上,增加了實踐性教學環節在專業教學計劃中的比重,強調學生的應用知識和實施能力。該專業發展核心專業課程體系的核心指導思想為完善基礎類課程體系、優化課件,建立了開放式虛擬熱工基礎試驗系統,提升教學效果;建設了燃氣輪機動力系統、節能減排、新能源利用3個核心課程群,理順各門課程知識領域的相互關系,遵循教育教學規律,突出特色,逐步完善該專業的課程知識體系,以流體力學、熱工學為理論基礎,輔助以機電、計算機和控制等學科的理論知識,培養具有高尚人格品行和社會責任感,具備扎實的理論基礎和專業水平,熟悉能源利用、轉化及動力系統原理、應用技術的專業人才,可以從事能源動力、環境保護、新能源研究開發、動力系統設計、制造、控制和管理等的工作。
2 專業導論課的教學方法
專業導論課作為學科啟蒙課程之一,旨在促進低年級學生在較短時間內概略了解自己所學專業的概念、內涵、地位、作用、專業現狀、應用前景,增強新生學習目的性,激發學習興趣和動力,引導學生對該專業的人才培養計劃和培養目標、課程體系等了解,提高學生對所學專業的認知度,培養學生專業感情,有助于學生確立專業學習目標,促進學生以積極的心態投入未來的學習生活[4-6]。專業導論課從培養方案討論開始,讓學生總體了解大學的培養模式,了解課程設置的特點,了解每門課的作用以及各課程之間的關系等,幫助學生認識到其在低年級所學在高年級有所用。不僅有助于學生提高學習興趣,更有助于學生制定中長期學習計劃。
南京航空航天大學能源與動力工程專業導論課采取理論教學和實踐教學相結合的方式,培養學生對所學專業從宏觀上了解該專業的課程體系和課程結構。理論教學環節,專業導論課的授課采用多位教師和專家聯合授課的方式,通過專業負責人對能源與動力專業培養方案解讀和相關專業老師以航空、航天、民航及相關領域為背景進行具體的專業介紹,讓學生對所學專業有更深地了解。重點強調普適性教學,授課內容不包含具體方法、原理等,專業內容選擇上應全面,表現形式應具啟發性,且新穎、形象,具有一定的綜述性,深淺適當。課堂上創設更加寬松的學習氛圍,多些特色、多些思考、多些討論、多些實踐。專業導論課的教學目標設計成具有引導學生認識專業、了解專業,促使學生熱愛專業、明確個人發展規劃。實踐教學環節,安排現場參觀、實驗演示等,對提升學生的學習興趣、調動學生學習積極性具有作用積極。學生組隊專題討論,就某個同該專業領域相關專題開展調研和論述,合作撰寫論述報告,小組成員上臺講述并分別回答如下問題:選題同該專業有何聯系?目前發展狀態?未來發展趨勢?可能會涉及哪些知識?該專業哪些課程會涉及這些知識?該選題同哪些企業和研究機構相關等?南京航空航天大學能源與動力工程專業導論課以寬松、多樣化的教學安排調動學生學習的積極性和提升學習效果。為了實現能源與動力工程專業導論課在有效教學中的作用及其實施對策,在本科專業建設項目“能源與動力工程專業導論視頻課”的支持下,拍攝并制作了八個單元的能源與動力工程專業導論課程視頻,在學校網絡教學平臺上建成課程網站、上傳主要課程PPT、課程視頻、課程教學大綱等材料,學生可以更深入學習該課程和深入了解該專業。
3 結語
專業導論課是為大一新生能夠初步了解專業知識、掌握學習方法、做好職業生涯規劃的一門啟蒙和科普課程,啟發、調動大一新生的自主學習積極性,引導新生熟悉能源利用、轉化及動力系統原理、應用技術等知識,了解能源與動力工程專業涉及能源動力、環境保護、新能源研究開發、動力系統設計、制造、控制和管理等行業,引導學生熱愛所學專業、進行大學成長規劃及職業生涯規劃及實施,逐漸提高自主學習能力,有計劃地進行自我培養。能源與動力工程專業導論課教學模式是采用專業組長和同行專業教授配合理論教學和實踐教學的靈活性和多元化教學方法,使得專業導論課程能夠很好地激發學生的參與意識和學習興趣,幫助學生掌握專業學習方法,為高效地學習后續專業知識打下了堅實的基礎。專業導論課是引領大學生建立專業自信心和專業歸屬感、走入專業領域的向導,在大學一年級新生在大學的學習和成長過程中,具有重要的領航作用。
參考文獻
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[4] 張燕.為大學新生開設“專業概論課”的探討[J].教育與職業,2014(11):154-155.
關鍵詞:熱能與動力工程;專業建設;課程體系
前言:能源動力工業是我國國防建設的重要基礎,同時也是國民經濟的支柱性產業,不僅對我國國防建設和經濟發展具有重要作用,同時對我國的環境保護具有戰略性意義我國是個人口大國,同時是資源消耗大國,因此如何有效的加強對熱能與動力工程的研究從而有效的充分開發和利用新能源并減少相關的污染排放,降低其對環境的污染對于我國具有重要意義文章將針對熱能與動力工程的特點以及其現狀和發展進行細致的探析力求幫助此項能源更好的開發和利用為人類的發展作出更加突出的貢獻。
一、熱能與動力工程的發展現狀
我國是世界上最大的煤炭生產國和消費國我國的能源結構也以煤炭為主因此媒炭生產與消費也成為我國大氣污染的主要原因而隨著環境保護意識的逐步增強我國熱能與動力工程專業面著經濟增長和社會發展的巨大壓力隨著我國經濟的不斷發展,我國對能源的需求不斷增長尤其是對電能的需求因此規今需要大量的煤炭資源但如果不提高煤炭資源的利用率漢依靠現在的技術,對目前的環境造成嚴重的危害從而妨礙社會的經濟發展同時,中國作為世界第二大石油進口國對國外石油依賴性逐年上升所有這些均使得中國能源安全面臨巨大考驗因此開發利用可再生能源和實現能源供應的可持續發展是現在的重要任務但實際上我國優于技術水平較低,能源開發的利用率與發達國家相比低30- 40個百分點長期粗放型的經濟發展不急限制了能源的開發利用,同時導致了環境污染問題的日益嚴重隨著科技的進步老式低效的動力設備將逐步被新型高效的熱動力設備所取代例如大型流化床鍋爐的研制成功其主要技術是整體煤氣化聯合循環發電成為燃煤發電特點是可以清潔高效的利用煤炭資源這些發明創新意味著我國今后將需要大量熱能與動力工程專業的新型專業人才
二、改革人才培養方案,構建培養復合型高級應用人才的課程體系
1.人才培養方案改革。圍繞食品冷鏈技術各環節中所涉及到的知識理論和研究方法,加強制冷裝置設計、制冷原理與設備課程以及低溫物流行業的相關課程建設,構建依托制冷及低溫工程天津市重點學科,突出食品冷凍冷藏與食品冷鏈技術特色的,適應天津濱海新區開發開放和北方經濟中心建設發展需要的熱能與動力工程專業課程體系。加強科研與教學相結合,將食品冷鏈的關鍵技術和冷凍冷藏技術研究的科研成果融入教學,注重學生工程實踐能力和創新精神的培養。收集國內外著名大學本專業培養方案和課程體系資料,形成與國內制冷行業單位的反饋與溝通機制,使培養方案為同類型的熱能與動力工程專業建設和改革起到示范和帶動作用。
2.創新人才培養模式。通過拓寬專業方向,形成以社會需求為導向的課程體系改革;通過整合主干專業課程,增加能源利用率和環境保護理念的教學內容改革;通過在主要專業課上采用面向對象的討論式教學方式的教學方法改革,進一步推動了對熱能與動力工程專業人才培養模式改革的深化。通過各種設計大賽、強化實踐環節和本、碩一體化的培養,構建具有工程實踐能力和創新精神的符合社會需求為導向和注重學生自身發展的人才培養模式,不斷提升人才培養水平。
3.構建熱能與動力工程專業課程體系。圍繞食品冷鏈技術的知識理論和研究方法,按照“強化整合主干,突出特色方向,加強實踐能力”的原則,分層次建設傳熱學、工程熱力學、流體力學等專業基礎課課程;分模塊開設管理、經濟、商學、創業類等選修課程;分專業方向擴充專業選修課程;利用科研成果充實制冷裝置設計、制冷原理與設備、制冷壓縮機等主干專業課程和食品冷凍冷藏與食品冷鏈技術特色課程體系,處理好基礎課、模塊課平臺和特色課程的關系。
三、更新教學內容,改革教學方法
1.鼓勵科研成果進課堂。將國內外制冷行業和相關領域最新的科研成果引入課堂,將本學科團隊的科研成果速凍技術、預冷技術、冰溫儲藏技術、新能源利用技術等內容融入課堂教學中,并定期進行經驗交流和推廣。
2.加強教材建設。做好本專業系列教材和實驗教材的建設。完成傳熱學、工程熱力學、流體力學、制冷原理與設備、制冷壓縮機、制冷空調自動調節、食品冷凍工藝學、冷凍技術的最新進展、低溫技術基礎、冷庫建筑、專用制冷裝置等課程的教材建設。做好制冷裝置設計特色教材、制冷空調實驗教程等國家“十一五”規劃教材的編寫工作。
四、專業實驗建設
實驗是實踐教學的組成部分,也是教學內容中不可少的重要一環。通過這一實踐環節,一則可以使學生進一步理解課堂上學到的理論知識,從感性認識上升到理性認識,二則可以使學生的動手和實踐能力得到大大加強。實驗教學內容由三個層次構成,即基礎性實驗、綜合性實驗和創新性實驗。
1、基礎性實驗以實驗操作為主,主要是增強學生對理論的理解與記憶,熟悉和掌握儀器設備的使用,培養學生嚴謹的科學態度和實驗操作技能。這部分實驗包括熱工基本量測量實驗,包括溫度、壓力和流量等參數的測量,主要內容有測定材料熱物性實驗、空氣M掠圓柱體時局部換熱系數的測定、輻射換熱角系數的測定、空氣絕熱指數的測定、防護熱板法導熱系數測試裝置、準穩態法非金屬材料熱物性測定、材料表面法向熱發射率(黑度)測定儀等實驗。通過這些實驗,使學生學會常用儀表的使用方法,掌握熱工實驗測量基本量的方法以及數據處理的方法。加強實踐環節的教學內容,通過開放性實驗和在實習基地的學習,使學生具備一定的實際操作技能,如空調機的拆裝,制冷壓縮機、空壓機、水泵、閥門等的組裝。2、綜合性實驗則能夠體現多門專業基礎課程和專業課程的知識點,通過選設具有綜合性、先進性、應用性的實驗來集成專業展的新知識、新技術和新方法,激發學生求知欲,培養學生綜合把握和運用知識的能力。如我們開設的熱泵系統、制冷機主機、冷水機組性能試驗、風機盤管性能試驗、水)水換熱器性能試驗、水泵性能試驗、太陽能蓄熱系統、自動控制系統、熱力循環實驗等等。這些實驗的目的是提高學生綜合實驗的能力,使學生盡可能接近工程實際,而且通過理論聯系實際,加深對理論知識的理解和應用,為學生畢業設計、畢業后就業打下良好的基礎。
3、創新性實驗主要是設計型實驗和研究型實驗,是基于綜合性實驗平臺的開放性,是在此基礎上進行多項制冷與空調的研究與開發工作,比如強化傳熱、空調器控制方式對空調器性能的影響、制冷空調設備的優化設計等。通過設計新的系統、研究新的方法來解決工程實際問題。創新性實驗的目的是鼓勵學生從科研項目中、從教學環節中尋求研究課題,獨立設計、自擬實驗方法進行探索性、創造性實驗,培養學生的創新能力與實踐能力。
小結:能源和環境問題是目前世各國所面臨的重大社會問題,我國高等教育如何培養適應21世紀初我國工業發展需要的能源動力類專業人才,更好地解決所面臨的能源與環境問題,對可持續發展戰略具有重要意義。
參考文獻:
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關鍵詞:風能與動力工程專業;認識實習;拆裝實習;風電場仿真實習;畢業實習
中圖分類號:G642.44 文獻標識碼:A 文章編號:1007-0079(2014)29-0084-03
風能與動力工程專業是適應當前風電等戰略性新興產業發展的良好形勢、準確把握當今能源和環境等熱點問題的發展方向、適應建設“兩型”社會和發展“低碳”經濟要求而戰略性開設的新興專業。實習模式是現代高等教育中的一個重要組成部分,是將理論課程中的二次經驗知識轉化為學生個人的直接實踐認識的一個重要手段,是理論教育和生產實踐相結合的一個重要方式。[1-2]開展實習模式的研究與實踐是“風能與動力工程”專業建設的核心內容之一。通過開展對風電場、風電制造企業、國內相關專業的發展現狀、人才需求、人才培養的調研與分析,針對風能與動力工程專業實習教學中存在的問題,結合培養“寬口徑、多層次、強能力”應用型專業人才的要求,為提高學生的創新實踐能力,課題組從實驗室建設、實習基地建設、實習教學內容、實習教學方式等方面對專業實習模式進行了研究與實踐,構建了具有特色的“四層次、四結合”的風能與動力工程專業實習模式。
一、風電產業的快速發展迫切需要大量風電專業人才
為了保障國家能源安全、保護生態環境、促進社會和經濟的可持續發展,實現“2020年非化石能源消費比重提高到15%、單位國內生產總值二氧化碳減排40%~45%”的目標,近年來我國風電產業迅猛發展,2013年我國風電累計裝機容量已達9142萬千瓦,占世界累計裝機總量的28.7%;新增裝機容量已達1610萬千瓦,占世界新增裝機總量的45.1%,兩項指標均已居世界第一位,目前風電已經成為我國的第三大能源,開始引領世界風電發展。[3,4]
根據我國規劃,2020年中國風電裝機將達到1.5億kW~2.5億kW,形成每年4000多億的工業附加值,提供約50萬人的就業崗位。今后幾十年,風力發電產業將持續、高速發展,亟需大量的風動專業人才。但由于我國風電是近幾年發展起來的新興產業,之前缺乏這方面的專業教育資源,我國從事風電的技術骨干大多數是從其他行業轉行過來的,他們普遍缺少風電方面的系統專業培訓和技術學習。實踐創新能力強的高級風電專業人才尤為短缺,已經影響了我國風電產業的健康發展。從風電企業新需求的職位來看,風電企業對現場工程師、維護工程師等工程類人才、電氣研發設計人才和復合材料專業人才十分需要。[5,6]
二、風電專業人才需要具備過硬的意志和創新實踐能力
經過大量調查發現,風電行業與火電行業不同,風電場現場的運行維護人員很少。經過在內蒙古華電輝騰錫勒風電場、江西長嶺風電場、湖南郴州仰開湖風電場、湖南邵陽南山風電場、湘電風能、南車時代風電、浙江運達等風電企業實地調研的結果表明,裝機容量在5萬千瓦左右的風電場,整個風電場的運行、巡檢及管理人員總共只需要15~30人;而100萬千瓦火電廠一般需要500~1000人,且主要集中在集控運行與設備維護領域。風電行業最大的人才需求在裝備制造環節,以及風電場的規劃、設計、施工與維護及風力發電機組設計與制造、風能資源測量與評估、風力發電項目開發等風電相關的技術與管理方面。我國風資源主要分布在“三北”(東北、華北、西北)地區、東南沿海及其島嶼地區,主要包括東北三省和內蒙古、甘肅、青海、、新疆、河北等省區;海上風能豐富,我國海上風能資源豐富,海上風速高,很少有靜風期;內陸湖泊和特殊地形等只有局部有風能豐富地區。幾乎所有風電項目都遠離都市,工作環境比較惡劣,風電人才需要具備到邊遠艱苦地方工作的身體素質和意志品質,大多數風電技術人員都要到現場去。這些特點也導致目前一部分人才不愿轉行到風電行業,導致目前風電人才更加緊缺。[5,6]因此,風電人才的需求面雖然很廣,但風電專業人才需要具備過硬的意志和創新實踐能力。
三、風電專業人才需具備多學科、強實踐的知識結構能力
近年來盡管我國風電產業迅猛發展,但由于風電產業是新興產業,之前沒有這方面的技術儲備,我國風電產品的自主知識產權和核心技術非常缺乏,導致很多企業都是從國外購買圖紙和技術進行生產制造,風電行業人才需要具有較強的國際交流能力;而且,風電是一門涉及機械、流體、材料、電氣和控制等多學科的新興行業,風電產品的開發需要具備多學科的知識體系;另外,風電產品在風電場運行時還面臨很多并網控制、安全可靠性、結構優化、制造成本等方面的難題,需要不斷研究創新予以解決;此外,風電設備制造和風電場設計、施工、運行與維護是一項集空氣動力、機械制造、發電技術、電子控制和高可靠性設計為一體的綜合性高新技術工作。風電產業需要有設計、制造、安裝、調試及運營管理的系統化的人才培養體系。[5]所以,風電專業人才需具備多學科、強實踐、國際化等多方面的知識結構能力和創新意識,給風電專業人才知識結構的設計和實踐能力的培養帶來很大挑戰。
四、風能與動力工程專業實習模式應當遵循的原則
1.符合風能與動力工程專業培養計劃要求
長沙理工大學“風能與動力工程”專業實習模式的設置應當以符合“風能與動力工程”專業人才培養目標和就業需求為指導原則。“風能與動力工程”專業人才培養目標:風能與動力工程本科教育是以培養德、智、體、美等全面發展,基礎扎實,知識面寬,有較高的綜合素質、一定的工程實踐能力和創新能力,能勝任風電場的規劃、設計、施工、運行與維護及風力發電機組設計與制造、風能資源測量與評估、風力發電項目開發等風能與動力工程專業的技術與管理工作,并能從事其他相關領域的專門技術工作的高級工程技術人才。
2.滿足風電專業人才就業領域的行業需要
風能與動力工程專業本科學生的就業主要集中在風電場、風電制造企業、考研深造等領域,風電專業人才需具備機械、流體、材料、電氣和控制等多學科知識結構和復合型工程技術創新實踐能力的需要。所以,風能與動力工程專業實習模式的設置應當遵循“寬口徑、多層次、強實踐”的原則進行具體設置。一方面為風電領域培養高級工程技術人員,另一方面能為風電研究生、風電高層次研究人才的培養提供強有力的支持。
五、風能與動力工程專業實習模式的研究與實踐
針對風能與動力工程專業學生實習中遇到的“山高路遠坑深、不便實習”、“實習費用昂貴、難以承擔”、“實習中只能看、不能動”的難題,通過“校內與校外結合、虛擬與現實結合、學校與企業結合、集中與分散結合”的四結合原則,探索建立了“認識實習、拆裝實習、風電場仿真實習、畢業實習”共四個層次的專業實習模式。
1.認識實習模式的研究與實踐
“認識實習(風動)”是風能與動力工程專業學生在完成基礎理論課程學習后進入專業理論課程學習之前的一個實踐教學環節,讓學生在學習“電機學、風力機空氣動力學、風資源測理與評估、風力發電原理、風電場電氣工程、風電機組設計與制造”等專業理論課程前大致了解風電機組的總體構成、控制方式和風電場的運行管理,建立初步概念和認識,為深入理解和掌握專業理論課程知識打下基礎。
鑒于湖南省風電場一般位于多風的偏遠山區,面臨“山高路遠坑深、不便實習”、“實習費用昂貴、難以承擔”、“實習中只能看、不能動”的難題,本課題組提出了“充分利用多媒體、校內與校外結合”的風能與動力工程專業認識實習模式,即在學生校外參加認識實習之前,在校內精心組織實習動員,除了為學生講解風電場應注意的安全知識和紀律要求,還播放精心制作的風電視頻文件,并邀請風電領域的資深教師為學生講解有關風電專業知識,讓學生在校外參加認識實習之前就對風電有了一個大致的了解;到達風電場以后,再請風電場的專職人員為學生詳細講解風電機組、集中控制室、功率因數補償、變電站等部分的結構和功能。實踐證明,采用這種認識實習模式后,學生在有限的實習經費和有限的實習時間內,大致了解風電機組的總體構成、控制方式和風電場的運行管理,激發了探究式學習的興趣,取得了良好的學習效果。
2.拆裝實習模式的研究與實踐
“拆裝實習”是風能與動力工程專業學生在學習完“電機學、風力發電原理、風電機組設計與制造”等專業核心課程之后,加深學生對風電機組零部件內部結構及功能與作用的理解、并提高學生的實踐動手能力的一個關鍵實踐教學環節。
風電場運行的風電機組的關鍵零部件(如葉輪、主軸、齒輪箱、發電機、剎車系統、偏航系統、控制系統等)主要位于機艙內,而機艙位于聳立在70~100m高空的塔筒的頂端,并且這些關鍵零部件一般都體積龐大,拆裝與檢修都非常困難,學生在現場幾乎是不可能進行拆裝與檢修的。針對這種情況,本課題組提出了“充分利用CAD軟件及實驗設備資源,虛擬與現實結合”建設風能與動力工程專業拆裝實習實驗室,形成了獨具特色的虛實結合的風動專業拆裝實習模式。
課題組組織專業老師利用CAD軟件,在第一階段開發設計了MW級風力機葉片三維模型、風電齒輪箱三維模型、風電塔筒三維模型等CAD模型,使在實驗室條件下不可能以實體尺寸建設、也不可能在現場進行實體拆裝的龐大實物得以在實驗室內進行內部結構展示和拆裝練習,增強了學生對整體結構的認識。
另外,課題組還組織專業老師建設了“風動專業拆裝實習實驗室”,配置了TRM-JX3型風光互補移動實驗臺、Z-300W(A)小型風力發電機、異步電動機、行星齒輪箱、設備點檢故障診斷儀、軸承診斷振動分析儀、粗糙度儀、數字存儲示波器等拆裝與檢修實習設備及儀器,克服了虛擬仿真實驗難以反映實際故障的弱點,提高了學生解決實踐問題的能力。
3.風電場仿真實習模式的研究與實踐
針對風電場建設成本昂貴、風電場地處偏遠不便實習、以及實驗室建設困難的問題,本課題組提出了“廣泛吸引社會資源、學校與企業結合”共建校內風電場仿真實驗室,形成產學研良性循環的風電場仿真實習模式。
課題組在建設風能與動力工程專業實驗室的過程中,充分發揮我校在能源動力領域的辦學優勢,廣泛吸引社會資源支持新興產業專業辦學,與北京木聯能軟件技術有限公司簽訂了《產學研合作協議》和《WEPAS教學版軟件贈送協議》,北京木聯能軟件技術有限公司向我校捐贈19套WEPAS教學軟件,總價值為205.2萬元,對本專業“風電場建模與仿真”、“風電場仿真實習”課程的教學起到了良好的促進作用。同時,專業師生將軟件使用中的一些體會反饋給企業,并開展一些相關研究,促進軟件的改進與推廣,形成了產學研的良性循環。
另外,課題組還爭取中央財政項目支持,購置了35臺計算機、1套PH-1移動式氣象站、1套PH-1車載氣象站、2臺PH450手持式氣象站、1套氣象數據采集軟件系統和1套用于復雜地形風電場資源分析的WINDSIM軟件,方便學生將實測數據輸入計算機,完成真實風電場的仿真實習,提高學生分析實際問題的能力。
4.畢業實習模式的研究與實踐
畢業實習是學生在畢業之前進行的一個歷時最長的實踐環節,也是綜合運用所學專業知識、啟發畢業設計(論文)工作思路、積累實踐工作經驗的一個重要環節,讓學生在進入企業工作之前進一步提升創新實踐能力。
針對風電產業鏈極度分散分布、多學科的風電專業知識結構需求、風電企業容納學生實習能力有限以及學生就業需求主要集中在風電制造企業和風電場的特點,本課題組提出了“多學科領域拓展,集中與分散相結合”的風動專業畢業實習模式,允許學生提早聯系就業單位實習,實現風動專業學生“寬口徑、強能力”培養。
課題組牽頭與大唐華銀城步南山風電場、華電郴州仰天湖風電場、中電投江西長嶺風電場等建立了穩定的風電場實習基地,為專業學生到風電場的集中實習提供了保障;還與湘電集團有限公司、湘潭興業太陽能科技有限公司、北京木聯能軟件技術有限公司等簽訂了產學研合作協議,為部分優秀學生到風電生產企業實習提供了條件;也有部分學生自主聯系了福建六鰲風電場、華儀風能有限公司等單位分散實習,有效緩解了風動專業學生集中實習面臨的難題。
六、教學效果
在本課題的研究與實踐過程中,已將研究成果轉化為風能與動力工程專業人才培養計劃的修訂、完成了“風能與動力工程”(現已按教育部目錄統一修改為“新能源科學與工程”)專業人才培養計劃2013版的修訂工作;研究成果已指導風電專業課程教學大綱的制訂、風電專業實習教學環節和實驗室條件建設等方面的工作,具有較好的指導意義。
通過本項目研究,針對風能與動力工程專業學生實習中遇到的“山高路遠坑深、不便實習”、“實習費用昂貴、難以承擔”、“實習中只能看、不能動”的難題,探索提出了“四層次、四結合”的風動專業實習模式,取得了良好的教學效果。
參考文獻:
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關鍵詞:工程燃燒學;教學實踐;教學改革
作者簡介:金晶(1963-),女,山東濟南人,上海理工大學能源與動力工程學院副院長、熱能工程研究所副所長,教授;胡曉紅(1980-),女,浙江麗水人,上海理工大學能源與動力工程學院,講師。(上海 200093)
基金項目:本文系2011年度上海市教委重點課程建設項目(項目編號:1K12301001)、2011~2012年度上海理工大學研究生核心課程建設項目(項目編號:11000050)研究成果。
中圖分類號:G642.0?????文獻標識碼:A?????文章編號:1007-0079(2012)33-0053-02
“工程燃燒學”課程是熱能與動力工程專業一門十分重要的專業基礎課程。自1999年以來,“工程燃燒學”一直是上海理工大學(以下簡稱“我校”)能源與動力工程學院熱能與動力工程專業的必修主干課程之一,面向能源與環境工程、動力機械工程、制冷與空調工程以及工程熱物理四個專業方向,同時面向環境工程(大氣污染控制工程)專業。
“工程燃燒學”是一門內容豐富、發展迅速、實用性很強的學科。由于燃燒過程實質上是耦合了流動、傳熱以及熱力相變的復雜化學反應過程,所以其內容涉及傳熱學、工程熱力學、工程流體力學等多門學科知識,是一門具有復雜性和多學科交叉性的課程。“工程燃燒學”的學習既需要學生首先掌握較為深入的其他專業基礎課程,也需要教師在教學過程中采用深入淺出、易于理解的教學方法進行講授。[1]多年來我校“工程燃燒學”教學團隊,不斷的改進教學方法,提升培養學生的創新能力,探索培養卓越工程師的教學途徑。
一、更新教學內容
上海理工大學熱能與動力工程專業是國家級的特色專業,得到了“國家本科教學質量工程”的支持,同時也是上海市教學高地。經過多年來的積累和精煉,形成了鮮明的教學結構和特色,這種特色也保持到了“工程燃燒學”教學中。
目前,無論是燃燒理論還是燃燒技術,仍然處于不斷發展的狀態。本課程立足專業特色,重新修訂了教學大綱、對教學內容進行了不斷的完善和更新。本教學團隊在我校張松壽主編教材《工程燃燒學》(上海交通大學出版社,1987)的基礎上,結合我校熱動專業的培養目標,綜合考慮清華大學、浙江大學、西安交通大學、哈爾濱工業大學、東南大學、上海交通大學和上海理工大學等院校1999年以前相類似的按照二級學科劃分的能源動力類專業結構體系特點,以及新的本科熱能與動力工程專業逐漸淡化原有的二級學科色彩、強調拓寬專業口徑的特色,對教材進行充實和改編,并于2008年重新出版了普通高等教育“十一五”國家級規劃教材《工程燃燒學》。此教材已在我校多屆學生中使用,反應良好。
能源與動力工程中的主要設備,如鍋爐、燃氣輪機、內燃機、吸收式制冷設備等均涉及燃燒技術方面的問題。該課程從工程實際出發,系統介紹燃燒的基礎理論,著重講述各種燃料的燃燒現象及機理,為學生提供理解、分析和控制各種熱力設備中燃燒過程所必需的基本知識,了解燃燒學的工程應用,同時也為以后從事燃燒系統及設備的設計、運行和控制,防治和減少燃燒排放物對環境污染等方面的工作打下了必要的基礎。“工程燃燒學”課程的重點是燃燒的基本理論、基本計算以及運用燃燒學的知識及方法解決工程實際問題。運用燃燒學的基本知識及方法解決工程實際問題也是教學的難點,涉及學生能力和素質的培養,對教學內容的選擇和講課藝術都有較高的要求。
授課內容既著重于系統地闡述與燃料燃燒過程有關的基本概念和基本理論,又重點介紹固、液、氣燃料燃燒技術的基本原理和方法,使學生在掌握扎實的理論基礎的同時,能夠獲得相關的理論知識和工程應用背景知識,并通過相應的配套實驗教學獲得感性認識和實踐機會,強調“工程燃燒學”課程的工程應用性,培養學生學以致用、理論聯系實際的能力和素養。
目前,科學技術飛速發展,燃燒技術也不例外。如利用先進的激光技術,現代質譜、色譜等光學,化學分析儀器,研究了燃燒過程的各種機理,改進了燃燒試驗方法,提高了測試精度,使燃燒學在深度和廣度上都有了飛躍的發展。近年來計算機的迅猛發展,提供了可以求出各種理論數學模型解的可能性,從而把燃燒理論與錯綜復雜的燃燒現象有機地聯系起來,使燃燒學科上升到系統理論的高度。[2,3]因此,在授課過程中應適時對于一些最新的燃燒技術(如富氧燃燒技術、化學鏈燃燒技術等)和燃燒理論的發展動態進行介紹,力求追蹤當代科技的最新成果,將當代燃燒學科發展過程中的新成就、新思想和新發展及時傳授給學生,不斷開拓學生視野。
鑒于該課程的重要性,在專業培養計劃中一方面安排了較多的課堂教學學時,另外,還安排了教學實驗。目前,我校“工程燃燒學”理論教學學時為64學時,實驗教學內容共16學時。
二、強化教學實踐環節
“工程燃燒學”是一門實驗性科學,高校的實驗室是鍛煉學生動手能力、培養學生創新精神的良好場所。學生親自參與教學實踐環節,可以進一步加深對本課程重點、難點的理解與掌握。
我校能源動力實驗教學中心是國家級實驗教學示范中心,其中建有熱能與動力工程模型館,陳列包括燃燒器、各種電站和工業鍋爐等燃燒設備教學模型幾十余件,供學生現場觀摩、研究,進一步加深了學生對燃燒設備結構和工作原理的認識。
隨著教學改革的深入和教學建設的發展,我校對專業主干課程愈來愈重視。2011年我院借助“十二五”內涵建設契機,投入100多萬元用于“工程燃燒學教學實驗室”建設,先后購置了元素分析儀、熱重分析儀、工業分析儀、灰熔點儀、自動量熱儀等設備。目前,已建成的“工程燃燒學教學實驗室”可開設“煤的元素分析及工業分析”、“發熱量測定”、“程序點火、火焰監測及顯示”、“煙氣分析”、“燃燒調整及燃燒效率”、“灰熔點測定”、“火焰傳播速度測定”、“可燃氣體爆炸極限測定”、“鍋爐熱平衡實驗”等多學時教學實驗。
學院還配備了機房,開發了“火焰傳播實驗”、“爐內過程實驗”、“流化床原理實驗”等部分計算機輔助教學實驗,以解決“工程燃燒學”實驗裝置投資高且不可能達到實驗臺套數要求的問題,并利用動力工程實驗中心CFD實驗室資源開發出“工程燃燒學”計算機輔助教學實驗課程,作為相應實驗課程的有力補充,有利于學生提高學習興趣,加深對燃燒物理現象和物理過程的理解。
在實驗教學方面,為了加強學生創新和實踐能力的培養,采用了個性化教學方法,建立了學生課外學習的第二課堂,組織學生在導師的指導下進入實驗室學習和參加導師的科研實踐;同時注重科研實驗向教學實驗轉化,實現了開放式、多元化教學,并與科研、工程實踐有機結合,切實提高了學生的綜合素質、工程實踐與創新能力。
按照基本型、先進型(本科意義上)、綜合型、設計創新(開放)型四部分設計實驗內容和組織實驗設備。實驗室全天開放,學生可以事先進行實驗預約,采用專職實驗人員與研究生相結合的方式,為研究生提供了很好的教學實踐機會。
積極與行業中典型企業建立產學研聯合體,延伸了大學生實習和社會實踐的實驗教學空間,豐富了學生的實踐知識和對最新科學技術發展的了解;積極進行校企技術合作、學術交流、工程項目聯合開發及科研成果的生產力轉化,培養了學生創新精神和團隊意識,提升了學生實踐技能和就業競爭力。學院先后與上海電氣集團、上海鍋爐廠有限公司、上海汽輪機廠有限公司、上海工業鍋爐研究所、上海發電設備成套設備研究院、上海外高橋發電廠等30多家企業建立了長期的教學實踐基地。
三、結論
針對“工程燃燒學”課程內容涵蓋面廣、抽象難懂、實用性強、教學難度大等特點,開展了教學方法的改革與探索。近幾年來的教學實踐表明,“工程燃燒學”課程通過合理安排、及時更新教學內容,強化教學實踐環節的教學改革,取得了良好的效果。從目前企業反饋的情況來看,我校在相關部門工作的畢業生以較強的動手能力、出色的適應能力、勤奮的工作態度獲得了良好的口碑,這充分體現了我校“工程燃燒學”課程教學改革的成效。
參考文獻:
[1]曹玉春,吳金星,焦森林.熱能動力工程專業“燃燒學”課程的教學改革與創新[J].中國電力教育,2010,(4):69-71.
關鍵詞:課程群;能源動力類專業;課程建設;卓越工程師計劃
中圖分類號:G642.3 ; ; ; ; ;文獻標識碼:A ; ; ; ; ;文章編號:1007-0079(2014)17-0079-03
近年來,關于高校課程建設與改革的話題受到持續關注,因為“課程”是大學整個教學活動的基礎和核心,同時高校的課程建設也是一個相當復雜的系統工程,如課程內容的選擇與界定、課程之間的合理組合等,都會直接受到培養目標、教育目的、教育觀以及認識論等因素制約。此外,高校課程的結構是否合理、教學內容是否適當,反過來又會影響到高校人才培養質量和水平的高低。“課程群”的概念正是在這樣的背景下被提出來的,它既是世界范圍內科學和教育的發展之需,也是我國高等教育改革的現實要求。
一、課程群及課程群建設的發展現狀
關于“課程群”是什么,教育界有著不同的看法,概括起來主要有四種。第一種認為“課程群”是由在內容上緊密相承、相互滲透、互補性較強的幾門同系列課程組合而成的有機整體,各自配有相應的課程大綱,并按照大課程框架組織課程建設,以獲得課程體系的整體優化,是具有學科優勢的課程。第二種認為“課程群”是某一學科內多門課程的集合,通過學科來劃分群與群間的界限。第三種認為“課程群”是指多門彼此互相獨立但是又密切聯系的課程,課程群建設的目的是為使各門課程能協調發展、齊頭并進,追求整體效益,以達到最佳的效果。第四種認為“課程群”是由承擔不同的任務,在課程內容上各有不同特點,但為完成同一個教育目標而形成的多個子課程組成的有機系統。
目前,一般高校傾向于第一種觀點,因為它首先是將“課程群”看成是相互聯系,相互滲透的有機整體,其次認為“課程群”是一個具有整體優化效果并且有一定學科優勢的課程群體。總體來說,“課程群”是本學科或與之相近的學科的幾門聯系緊密的課程間進行有機的整合,以達到預定的教學目標和適應社會發展的需要為標準,建設出的使整體效果最大化的課程群體,是一種與單門課程相對應的課程建設方式。因此,“課程群建設”實際上就是根據高校人才培養目標及培養模式的要求,研究分析課程與課程體系間在邏輯和結構上的相互關系,通過破除課程間的壁壘,優化整個課程體系,進一步融合和更新教學內容、教學方法等的過程。隨著高校專業課課程門類與學時數的壓縮,“課程群”的建設顯得尤為必要,它順應了網絡時代教育和人才培養的發展趨勢。
“課程群建設”是近年來高等院校課程建設實踐中出現的一項新的課程開發思路,其基本思想是把內容聯系緊密、內在邏輯性強、屬同―個培養能力范疇的同一類課程作為―個課程群組進行建設,打破課程內容原有的歸屬性,從學生培養目標與層次把握課程內容的分配、實施、保障和技能的實現。
我國高校以多門課程組合的方式進行課程建設, 至今已有近二十年的歷史。北京理工大學1990年開始,在課程建設中應以教學計劃的整體優化為目標的方針指導下,首先提出要注重“課群”(課程群的早期稱謂)的研究與建設。隨后,一批高校相繼開展了一系列雖名稱相同或相似但差異較大的課程群建設和改革實踐。[1-4]
二、課程群相對于“獨立課程”的優勢比較分析
相對于“獨立式”的課程觀,“課程群”在教學設計上獨具特色和優勢。主要體現在以下三個方面:第一,“課程群建設”與學科建設相結合,充分發揮相關學科建設力量強、基礎好的優勢,將學科建設與課程群建設有機結合。一些高校還把科研能力強、學術水平高的教師集中到教學一線具體參加課程群的建設工作,以“教學團隊”的形式進行攻關,鍛煉了高校教師教學和科研的整體協作能力。第二,以系統科學為指導,注重整體效果,將內在聯系緊密的相關課程納入“課程群”中統籌考慮,注重相互間的有機結合與互相促進,達到了整體優化的目的,同時提高了課程建設的效率和效益。第三,區別于過去的“獨立式課程”,“課程群”把理論教學與相關實踐環節通盤考慮,不僅對理論教學開展系統研究,對實踐教學環節也進行了相應的改革,實現了全方位、多途徑提高教學效果。[5,6]
三、課程群與課程體系的對比分析
國內有關學者高校課程群及課程體系進行了比較,研究指出:高校課程體系的建設主要是針對課程結構、所占比例、模塊設置等進行宏觀指導,明確課程的教材、大綱以及教學計劃等,雖然能夠較好地促進教學質量的提高、達到國家的教育目的、高校的人才培養目標, 對于指導課程建設的原則、方法、目標具有重要意義, 但是難以實現不同學校的辦學特色、專業建設與特色課程建設。近些年來實施的重點課程建設主要是針對某一門課程的教學內容、體系結構、教學方法、評價方法等來開展的,體現在對某門課程的“點”――教學大綱、教學計劃、內容結構等的建設,有力地保障了課程教學目標的實現,但高校的人才培養目標不是由一門課程就能實現的,各門課程在學生的知識傳授、能力培養中只占一小部分。此外,由于每一門課程都強調其系統性和完整性,在教學實踐過程中容易產生內容多與課時少的矛盾。
“課程群建設”屬于中、宏觀層面意義上的課程建設,主要針對某一受教育群體,將相關的課程進行整合,刪減其中重復和過時內容,增加提高人才培養素質和提高競爭力的新內容,以提高教學效率及教學質量;通過對原課程群的進一步整合,可產生新的課程群,具有更新的人才培養目標,實現課程建設的規模效益,具有很強的可操作性及實用性。
通過對比分析可知,課程體系建設以整個人才培養計劃中的課程體系為對象,其主要工作是調整各課程模塊的比例。課程群建設則是以課程群為對象,對課程群內的有關課程教學內容進行有機融合,是對課程的重新設計,并將課程群的宏觀設計與課程教學實踐有效地結合起來,以提高整體教學效果。[7,8]
四、優秀課程群的建設方法及啟示
課程群內相關課程的選擇與設置,是當前課程群建設中的關注焦點和建設難點,同時也存在諸多爭議。從專業教學角度看,目前課程群主要有兩種界定方法:一是“以專業方向劃分的專業課程模塊組成的課程群”,對于該種模式,國內高校已有相關專業達成了共識,并已在學生專業知識、創新能力及綜合素質培養等方面發揮了重要作用;另一種是綜合考慮多學科的交叉與融合,培養寬口徑人才,即“依托學科組建的課程群”,這種模式有助于增強學科實力,提高學科的建設水平。
對于優秀課程群的建設,方法是關鍵。建設過程中,要充分發揮課程群的特點與優勢,一要注重群內課程內容的整合與新知識的更新。在充分融合孤立課程的內容、挖掘相關學科和領域最新知識的基礎上,將相關學科的最新研究成果融入教學和科學研究過程,優化教學資源,注重學生的能力與素質培養。二是要分清群內課程建設的主次。從專業人才培養目標出發,根據專業知識在人才素質培養中的不同要求,可緊密依托專業辦學特色和創新人才培養目標,在課程群內以專業主干課程為突破,抓住主要矛盾,分主次進行建設,避免因精力的均分而影響課程群的整體建設效果的提高。三是要充分考慮課程群內課程的關聯性及在支撐專業人才培養上的協同作用,應在課程群建設實踐中注重群內課程要彼此依托、相互促進、共同提高。這樣的課程群組織建設,有利于群內教師間的交流溝通、課程與課程間的交叉融合,可及時反饋教學信息與教學效果,建立起有效的專業教學調控與響應機制,同時也可以通過對課程群規范的過程管理和質量評估,進一步促進群內課程教學質量的共同提高。[9]
五、卓越工程師培養背景下“熱能與動力工程”專業的課程建設與發展
截止2010年,我國開設工科專業的本科院校有1003所,占本科院校總數的90%,高等工程教育的本科在校生達371萬,研究生47萬。[10,11]而目前工科專業畢業生還存在諸多問題,主要有:缺乏工程實踐能力和工程創新意識、專業面狹窄、動手能力差、綜合素質低下、所學知識陳舊等。[11]提高工科專業人才培養質量,對實現國家走新型工業化道路,建設創新型國家和建設人力資源強國三大戰略有著十分重要的意義。
“卓越工程師教育培養計劃”是高等教育針對《國家中長期教育改革和發展規劃綱要(2010-2020年)》實施的重大改革項目,是提高我國高等工程教育質量、促進我國由工程教育大國邁向工程教育強國的戰略舉措。傳統的課程體系、教學內容和教學環節已經不能適應“卓越計劃”對工程人才培養的要求,必須通過重新設計課程體系、更新教學內容和重新組織教學活動來實現卓越工程師的培養。教育部日前的教高[2011]1號《教育部關于實施卓越工程師教育培養計劃的若干意見》文中明確要求:大力改革課程體系和教學形式。依據本校卓越計劃培養標準,遵循工程的集成與創新特征,以強化工程實踐能力、工程設計能力與工程創新能力為核心,重構課程體系和教學內容。
能源動力廣泛應用于各行各業,是國民經濟的基礎產業,也是國家科技發展的重要基礎方向之一,關系到國家的根本利益和經濟社會的健康持續發展。
我國能源動力類的熱能與動力工程專業形成于20世紀50年代。由于受當時的歷史條件限制,專業分割很細,形成了以工業產品生產引導高等學校能源動力類專業人才培養目標的基本格局,也在一定程度上適應于我國當時的經濟社會發展。隨著改革開放及經濟社會發展,社會對能源動力類專業人才的培養提出了新的要求。為了適應社會的要求,能源動力類專業歷經多次教育部的多次調整,已由原來的幾十個小專業,逐步合并為一個大專業熱能與動力工程專業。2003年,隨著能源動力科學技術的飛速發展和能源動力領域新問題的提出,浙江大學率先將“熱能與動力工程專業”改造成“能源與環境系統工程專業”,得到廣大青年學子和社會各界的認同;2004年,清華大學將“熱能與動力工程專業”改造成“能源動力系統及自動化專業”。國內還有一些高校也陸續地根據專業辦學特色,進行了熱能與動力工程專業名稱的調整。在教育部新頒布的《普通高等學校本科專業目錄(2012年)》中已將能源動力類專業統一整合為能源與動力工程專業。
經過一系列的專業教育改革,本專業的人才培養口徑大大拓寬,體現在學生的基本知識面得到拓展,對市場需求的適應性大大加強,就業市場更為廣闊。但是因各高校的專業定位、地域分布、歷史繼承及國家和社會需求等的不同,形成了開設本專業的高校間課程設置、專業重點及特色、培養模式多樣化的態勢。
由教育部啟動的“卓越工程師培養計劃”,旨在為我國各行各業培養優秀工程師的后備軍。它要求高校轉變辦學理念、調整人才培養目標定位以及改革人才培養模式等。國內開設了熱能與動力工程專業(現能源與動力工程專業)的相關高校,也相繼加入熱能與動力工程專業的“卓越工程師培養計劃”行列。相關高校結合自身專業重點和辦學特色,在專業課程建設及課程群建設方面進行了一些有意的探索和實踐,主要體現在:面向學生綜合素質的培養,開展了“能源清潔利用技術”課程群建設;[12]針對專業方向的培養特點,構建了“熱能與動力工程”大專業多方向課程體系;[13]進行了熱能與動力工程專業課程設計教學改革的探索與實踐;[14]進行了基于精品課程建設為平臺的汽輪機系列課程改革與實踐;[15]進行了高職高專熱能動力裝置專業課程體系的改革與創新[16]等工作。這些課程改革與研究實踐,尚未涉及到能源動力類專業卓越工程師培養的課程群建設,相關研究需要開展。
六、結論
第一,作為一種新形式的課程建設模式,當前開展的課程群建設不同于單門課程改革以及課程體系建設,既適應高校教學改革和人才培養的要求,也反映了課程教學改革的新趨勢。
第二,熱能與動力工程專業按照傳統的以產品為導向的課程設置和體系建設,不太適合當前卓越工程師培養目標及要求,特別是存在一些課程的教學大綱和教材內容明顯老化,課程內容呈現較多重復,導致培養出來的學生存在知識面狹窄、知識內容陳舊、動手及實踐能力不強等弊端,制約了能源動力類專業卓越人才的培養。
第三,在已開展的能源動力類專業的課程建設與改革中,尚未在卓越工程師培養視角下組織實施能源與動力工程新專業的專業核心課程群的建設與改革。需要結合新專業的調整以及專業卓越人才培養要求,修訂新專業人才培養計劃,改革現有課程體系及結構,研究并構建適合新形勢下能源動力類專業卓越人才培養要求的課程群。
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關鍵詞:燃燒;燃燒技術;教學內容;熱能與動力工程
中圖分類號:G642.0 文獻標志碼:A 文章編號:1674-9324(2016)21-0055-02
目前,化石燃料在世界各國能源中占有主導地位,約占全球能源消費的87%,而且在未來可以預見的時期內,全球能源結構仍是以化石燃料為主,其他新型能源為輔的格局。隨著社會和科技的發展,對能源的需求越來越多,能源短缺已成為一個全球各國共同面臨的現實問題。由于化石燃料的大規模使用,其所帶來的環境污染問題也日趨嚴重。目前,節能減排已成為世界各國當前和未來的重要發展目標。研究和開發高效、低污染燃燒裝置,提高燃料燃燒能量利用率,減少對環境的污染,是目前世界各國迫切需要解決的重大關鍵技術。
哈爾濱工程大學基于當前對節能減排的迫切需求,自2006年起,在動力與能源工程學院熱機專業本科教學計劃中,開設了“燃料與燃燒”課程;自2007年起,分別在碩士研究生和博士研究生相關專業培養計劃中開設了“高等燃燒學”和“燃燒學的理論方法及應用”等課程。
一、“燃料與燃燒”課程定位
哈爾濱工程大學作為工業和信息化部直屬學校,其動力與能源工程學院熱能與動力工程專業是國家級特色專業,同時擁有工信部教學中心和黑龍江省級教學示范中心。作為燃燒機械的基礎,“燃料與燃燒”與大學普通物理、工程熱力學和流體力學等多門基礎課程密切銜接,課程在科學理論指導下,密切聯系實際工程應用。通過課程學習,可以拓寬學生專業眼界,了解燃燒學科發展前沿和發展重點,培養學生綜合運用知識的能力和動手能力。“燃料與燃燒”課程對于培養學生的獨立思考能力、創新能力和團隊合作能力具有重要作用[1,2]。自2006年設課以來,“燃料與燃燒”一直作為本科熱能與動力工程專業的骨干基礎課程。
“燃料與燃燒”課程的教學水平直接影響我校熱機各專業方向的學生素質和教學質量。對“燃料與燃燒”課程進行教學內容改革,提高其教學質量,對于提升哈爾濱工程大學熱能與動力工程專業在國內的影響和地位具有重要意義。
二、“燃料與燃燒”課程教學內容設計
除基礎理論部分外,“燃料與燃燒”課程中工程應用部分教學內容更新很快。隨著科學技術的不斷發展,燃燒技術不斷進步,燃料及燃燒裝置不斷推陳出新,相應教學內容也需不斷隨時更新,要求授課教師有堅實和廣闊的理論基礎,掌握國內外燃燒理論和技術的最新發展。
哈爾濱工程大學是我國進行船舶動力裝置研究和培養該領域高層次創新人才的重要基地,近年來對高性能船舶動力裝置進行了大量深入的研究,承擔完成了包括工信部高技術船舶項目、省市部委項目和各級基金項目等多項課題研究,對發動機預混燃燒、擴散燃燒、均質燃燒、稀薄燃燒和低溫燃燒等燃燒模式均有深入的研究,取得了多項具有國內外先進水平的研究成果,發表了大量的相關論文和專利。這些科研成果為“燃料與燃燒”課程教學和師資平臺搭建提供了豐富的資源,對“燃料與燃燒”的教學改革起到了很大的推動作用。
隨著燃料技術、燃燒技術和燃燒裝置的不斷發展和進步,為滿足教學需求,及時反映燃燒技術的最新進展,我校教學團隊編寫了《燃料與燃燒》本科教材。該教材是根據船舶動力裝置燃燒的特點,基于我校“三海一核”教學和學科的研究特色編寫的。《燃料與燃燒》教材系統闡述了燃燒的基本原理和理論;詳細講述了燃料動力學燃燒的計算方法,詳細論述了燃燒熱力學和燃燒化學反應動力學,著重介紹了船舶動力裝置涉及的預混燃燒和油滴蒸發控制的擴散燃燒;最后,為及時反映燃燒技術的研究進展,增添了新型船舶動力裝置所采用的高效低排放燃燒技術[3]。在教材的編撰過程中,大量引用了我校燃燒理論和燃燒裝置研究領域相關教師及碩博研究生的研究成果和國內外最新研究進展。教材內容豐富新穎、專業針對性強,可為我校及其他院校熱能與動力工程專業各研究方向本科生奠定系統的專業理論知識。通過課程學習,使學生在掌握扎實理論知識的同時,獲取燃料與燃燒相關工程應用知識。教材強調了“燃料與燃燒”課程教學內容的系統性、理論性以及工程應用性,編寫過程中注重了教學內容的易懂性,和培養學生應用所學知識、實際動手實驗以及團隊合作的能力。
通過“燃料與燃燒”課程的教學,使學生對燃料性質、燃燒現象的本質以及燃燒基本理論有一定的認識,進而掌握燃燒技術中所必須的熱化學、燃燒動力學及燃燒過程的基本知識與基本理論。掌握動力機械中氣態、液態和固態燃料的相互關系和區別,以及它們的特性、燃燒特點和規律,包括閃點、著火點和自燃點,不同燃料閃點、著火點和自燃點的變化規律,以及著火的形式和條件、火焰的傳播、燃燒產物的生成機理等。課程側重預混氣的爆震、層流預混燃燒、氣體擴散燃燒和燃料液滴燃燒等與動力機械密切相關的燃燒理論[3]。
國內外對動力裝置節能減排的要求實質上推動了燃料、燃燒理論及燃燒裝置的快速發展,為確保“燃料與燃燒”課程教學內容能充分反映相關理論和技術的發展,最新國內外燃料技術、新型燃燒技術及燃燒裝置應作為課程教學的重點更新內容。“燃料與燃燒”課程先后介紹了燃料及燃料特性、化學反應動力學、燃燒理論和燃燒裝置等,涵蓋了燃料、燃料的燃燒計算、燃燒化學動力學、燃燒反應系統的守恒方程、著火理論和燃燒界限、預混燃燒、擴散燃燒、液體燃料的燃燒、固體燃料燃燒、燃燒排放控制和燃燒裝置等方面的教學內容。課程各教學模塊內容主要包括:(1)燃料,主要包括燃料的來源、種類、組成,燃料性質、參數及變化規律,燃料物性計算方法;(2)燃燒過程的物質平衡與熱平衡,包括生成焓、反應焓、燃燒焓,固體燃料、液體燃料和氣體燃料的理論空氣需求量,實際空氣供給量和空氣過量系數,完全燃燒產物生成量、成分和密度,不完全燃燒產物及燃燒過程的質量檢測,燃燒溫度和熱離解對燃燒溫度的影響;(3)燃燒與化學平衡,重點為化學反應速度及化學平衡,反應度與平衡常數的關系;(4)化學反應動力學,內容包括基元反應、質量作用定律、反應級數,化學反應速率及其影響因素、各種級的單步化學反應,鏈鎖反應;(5)燃燒系統守恒方程,分子傳輸方程,基本守恒方程,流動邊界與熱邊界層;(6)著火和燃燒界限,熱自燃理論、強迫著火、熄火、著火爆炸與熄火現象為化學動力學控制的燃燒問題,燃燒界限的影響因素;(7)預混氣的燃燒,重點為燃燒波及其區別、瑞利公式、雨果尼奧曲線、雨果尼奧曲線上熵的分布、爆震波后已燃氣的速度與當地聲速的比較、查普曼-焦格特爆震波速度的確定、爆震波的速度、開爆震性和化學反應動力學決定的爆震極限;(8)層流預混火焰,主要包括熱理論,參數對火焰傳播速度的影響,火焰駐定原理,火焰淬熄;(9)層流擴散燃燒,主要內容為伯克和舒曼理論的基本假定和求解方法、燃料射流的唯象分析(層流火焰高度和湍流火焰高度)和層流擴散火焰射流(層流射流的混合和有化學反應的層流射流);(10)氣體湍流燃燒,重點為湍流火焰的唯象方法;(11)液體燃料的擴散燃燒,主要包括單油滴的蒸發及質量燃燒速度,氣流中的燃料液滴,火焰的位置、燃料蒸汽、氧氣、產物及溫度的分布、噴霧燃燒及油滴群燃燒;(12)固體燃料的燃燒,內容包括固體燃料的燃燒過程、固體碳粒的燃燒(擴散燃燒、動力燃燒和過渡燃燒)、碳粒燃燒的化學反應(碳和氧的反應、碳和二氧化碳的反應、碳和水蒸汽的反應、一氧化碳的分解反應)、多孔性碳粒的燃燒、二次反應對碳粒燃燒的影響、碳粒燃燒速率及燃盡時間、灰分對碳燃燒的影響、固體燃料的燃燒方式和燃燒裝置;(13)燃燒排放控制,包括燃燒過程中NOx、SOx和顆粒等污染物的生成機理,影響污染物生成的因素,控制污染物排放的技術措施(改變燃燒途徑的措施和后處理措施);(14)液體和氣體燃燒技術及燃燒裝置,主要包括船舶動力裝置(船舶柴油機、船用鍋爐和船用燃氣輪機等)的燃燒技術。
三、結論
“燃料與燃燒”是當今國內能源動力類本科專業前沿課程之一。作為哈爾濱工程大學動力與能源工程學院熱機專業方向的一門核心基礎課程,“燃料與燃燒”在我校熱能與動力工程本科教學體系中扮演著重要角色。通過對““燃料與燃燒”課程教學內容設計的探討,確定了以船舶動力裝置共性燃燒理論作為基本的教學內容,用國內外最新燃料與燃燒技術的發展更新課程教學內容,以期夯實學生的專業理論知識、擴展學生的眼界、提高學生的綜合素質。根據燃料和燃燒應用技術的發展,尤其是船舶發動機行業燃燒技術的發展,及時更新、豐富和優化課程教學內容,是實現課程教學目標、培養創新型人才的關鍵。通過教學內容的設計和改革,我校近幾年的教學實踐表明,“燃料與燃燒”課程教學取得了良好的效果。
參考文獻:
[1]蘇磊.《燃燒學》教學有感[J].中國科教創新導刊,2009,(34):134.
[關鍵詞]熱能 動力工程 熱電廠
中圖分類號:TK 文獻標識碼:A 文章編號:1009-914X(2014)11-0245-01
能源動力工程是涉及國家多個領域高新技術的集成性產業,同時也是我國國防建設和國民經濟發展的支柱型產業和重要基礎,在我國社會的發展與國家經濟建設中占據著相當重要的地位。熱電廠不僅能夠發電,還能在發電的同時進行供熱,實現“電熱聯產”。熱電廠的這種“電熱聯產”形式在節能、環保方面有著相當重要的意義。本文從以下幾個方面闡述了熱能與動力工程在熱電廠中的巧妙運用,希望能給予相關人士一些參考性意見或者建議。
一、減少濕氣的損失
熱電廠能耗損失的重要組成部分之一則為濕氣損失,熱能與動力工程在熱電廠中的有效運用必須以減少濕氣損失為前提。經過分析發現,引起濕氣損失的主要原因包括:蒸汽的流動速度要遠遠大于部分水珠的流動速度,在這些水珠的牽絆下,許多動能被消耗掉,造成濕氣損失,或者濕蒸汽過冷;在濕蒸汽開始產生膨脹現象的過程中,蒸汽會產生部分凝結作用,使得濕氣量損失。濕氣損失的直接影響就是會損傷動葉進氣的邊緣,尤其是葉頂端背弧處,所受到的沖蝕更為嚴重。因此,必須采取措施減少濕氣損失情況。在熱電廠中,可以采取以下措施減少濕氣在運行中的損失:可以運用帶有吸水縫的噴灌,也可以提高機組的抗沖蝕能力,還可以運用中間再熱循環,或者運用去濕裝置等等,以上措施都能夠很好地減少在熱電廠運行過程中濕氣的損失。在運行汽輪機的過程中,除外要克服支撐軸承與推力軸承之間的摩擦力,還應該啟動主油泵和調速器,以上動作的實現都需要消耗一定量的能力,即機械損失。在這種情況下,就可以考慮應用軸流式汽輪機,從一端將高壓蒸汽引入,從另外一端將低壓蒸汽排除出去,無形中就實現了高壓向低壓的指向力,減少了能量的消耗,確保了熱能與動力工程在熱電廠中的運用的可靠性。
二、降低調壓調節的損失
調壓調節不僅增加了機組對自身運行的可靠性,同時還增加了機組對負荷的適應性,實現了機組在部分負荷之下經濟性的提高,是熱能與動力工程在熱電廠中運用的基礎條件。但與此同時,調節調壓本身也存在一些問題,比如在高負荷壓力之下實行滑壓調節違背了經濟性要求,在動葉柵內的大機組蒸汽做功之后,就會轉化機械能,會導致斥氣損失、鼓風損失與余速損失等。在調節調壓過程中產生的這些損失,也即是熱能與動力工程在熱電廠中的運用損失,需要我們加以關注,采取措施盡量降低。分析后可以發現,這部分損失并不是簡單的由人為失誤或者系統故障產生的,在很大程度上是由于機組的運行機理而造成的。由此,若想降低調壓調節的損失,就必須引進較為先進的工藝技術,依靠技術上的突破來盡量降低這部分損失。
三、開展較為有效的節流調節工作
在節流調節中沒有調節級一說,通常情況下,在第一級就可以實現全周進汽,在工況出現變化時,由于各級的溫度變化較小,這種現象使得其具備較好的符合適應性,適用于小容量機組和基本負荷大機組。但變工況會產生節流損失,使得熱能與動力工程在熱電廠中的運用的經濟效益不高。因此,必須在熱電廠的運行中展開較為有效的節流調節工作,減少節流損失。在熱電廠的實際運行中,可以運用弗留格爾公式確保熱能與動力工程在熱電廠中的運用的可靠性。結合弗留格爾公式的運用條件,就以同流量之下各級的壓差和焓降加以推算,進而確定相關零部件的功率效率和受力的基本情況,同時監視汽輪機是否正常流通,也即在已知流量的前提下,將運行汽輪機時組前的各級壓力的公式的符合度作為依據,判斷流動部分的面積的相應變化情況。
四、恰當的工況變動與調配選擇
1、恰當的工況變動。汽輪機工況的變化和焓降的變化有著密切的關系,當全開第一閥工況的流量增加時,其壓力也會隨著增大,調節級與焓降相比較要減小;而當流量減少時,其壓力也會隨著減小,調節級與焓降相比較則會增大。在全開第一閥,關閉第二閥時,跟焓降相比,調節級要達到最大中間級,如果在這種情況下工況發生恰當的變動,那么各中間級的焓降不會發生變化,各中間級的壓力比也不會發生變化。實際工況的調節就有了現實性的依據,我們可以在結合所需要得到的焓降的變化的基礎上,展開恰到好處的工況變化,實現熱能與動力工程在熱電廠中的運用的需求。
2、恰當的調配選擇。除此之外,由于外界負荷的變化導致并網運行機組在遇到不斷變動的電網頻率時會依據自身的差異動態特性自動啟動增減負荷,維持電網周波,這個過程被稱作一次調頻。一次調頻負荷的增量由負荷功率隨頻率的下降而自動減少和調速器作用使發電機有功出力增加兩個方面共同調節來平衡。一次調頻是有差調節,只能將頻率控制在一定范圍內。一次調頻的主要特點就是頻率的調速非常快,然而發電機組會隨著不同的調整量而存在特定的差異性,且這個調整量較為有限,這就給值班調度控制人員帶來了工作難度。且當負荷存在比較大的變化或者在電力系統發出電力時,選用一次調頻很難恢復常規頻率,在這種情況下,就需要選用二次調頻的方法。通常情況下,二次調頻包括兩種調頻形式,一種為自動調頻方式,另外一種為手動調頻方式。在熱電廠運行中,對提高其自身的運行效率與水平方面來說,選擇恰當的調頻方式十分有必要且相當重要。因此,恰當調配方式的選擇要立足于正確認識并掌握并網運行機組,以防因選擇了錯誤的調配方式而導致熱能與動力工程在熱電廠中的運用效率的低下。
五、合理、科學利用重熱現象
在多級汽輪機內上一級損失中的一小部分可以在以后各級中得到利用,這種現象被稱之為多級汽輪機的重熱現象。將各級的理想焓降之和比汽輪機理想焓降部分多出來的值所占汽輪機理想焓降的比例叫做重熱系數。由于合理、科學利用重熱現象能夠使得整體的效率要大于各級的平均效率,但是它的實現是以降低級效率為前提的,因此只能回收熱損失的一部分,所以重熱系數并不是越大越好,通常重熱系數維持在0.04-0.08之間為最佳。基于此,在熱電廠中要想實現合理、科學利用重熱現象,則必須選取恰當的重熱系數。在實際運用中,要在結合自身動力工程與熱能的基礎上,確定較為合理、科學的重熱系數,進而確保機組的最佳運行狀態,在熱電廠中實現更加完美的運行服務。
結語
在熱電廠中利用、轉換能量除了風能、潮汐能和水力等極少數能源之外,大部分都是直接利用熱能或者將熱能轉化為其它形式的能量進行多種形式的間接利用。本文主要從減少濕氣的損失、降低調壓調節的損失、展開較為有效的節流調節工作、恰當的工況變動與調配選擇以及合理、科學利用重熱現象等五方面論述了熱能與動力工程在熱電廠中的巧妙運用,僅供參考。
參考文獻
[1] 沈曉艷.論熱電廠中熱能與動力工程的有效運用[J].黑龍江科技信息,2013(01).
關鍵詞:新能源科學與工程;實踐教學;遠程監控
中圖分類號:G642.0 文獻標識碼:A 文章編號:1002-4107(2017)07-0004-02
近年來,能源科技日新月異,風電等新能源快速發展,新能源領域的人才培養日益受到政府、高校和社會各界的廣泛重視[1]。2011年教育部批準設置新能源科學與工程專業本科專業(080503T),全國許多高校紛紛增設新能源科學與工程專業,2012年原有的風能與動力工程和新能源科學與工程合并統一調整為新能源科學與工程,如何辦好戰略性新興產業背景下的新專業是一項全新而艱巨的課題。作為傳統能源特色高校的風電等新能源學科和專業發展面臨著許多新的挑戰,由風能與動力工程專業調整轉變過來的新能源科學與工程專業人才面臨諸多現實和復雜的研究課題[2],正在進行中的新能源專業人才培養應該予以及時解決。本文將結合校企共建遠程監控中心建設項目的實踐,探索一種新型的實際教學模式。
一、新能源專業校外實習面臨的挑戰
新能源專業的實踐教學模式的探索和實踐是一項十分緊迫的F實任務。新能源專業直接面對新能源產業的生產一線,具有很強的工程實踐性,實踐教學必須與生產實踐相結合,需要有良好的實驗環境和實踐基地[3]。學校辦學應與企業需求緊密結合,加強校企雙向調研,優化新能源專業設置及相關課程設置,修訂專業教學計劃,共同培養出更多符合企業需要的高素質的實踐型人才。在長沙理工大學的新能源專業的培養方案中,有兩次校外集中實習和兩次校內集中實踐教學環節,探索有效可行的實踐教學模式是一項重要的任務。
風電專業校外實習面臨較大的實際困難。長沙理工大學開設的“新能源科學與工程”專業主要面向風力發電生產一線,實習單位主要為建成運行的風電場,而當前周邊的風電場大都建在遠離市區的山頂,風電專業學生實習路途遙遠、費用高、費時長、交通不便、安全隱患重重,而且風電場一般不能為集體實習的師生提供住宿和飲食條件,生活極為不便,給校外實習的經費、實習時間、安全、住宿和生活帶來很大困難,很大程度上影響了實習效果。為了破解這一難題,結合智能風場和互聯
網+行動計劃,學校在產學研合作的基礎上,開創性地探索校企共建遠程集中監控平臺,探索校企聯合人才培養的新模式。
二、校企共建風電遠程集中監控平臺建設的
可行性分析
遠程監控技術成熟。現代遠程監控與診斷模式是隨著通信、計算機和網絡技術發展而產生的[4],其特點是現場的采樣設備將各種傳感器獲得的設備狀態信息轉變成數字信號后,通過網絡傳送給遠程診斷工程師[5]。基于計算機網絡技術的遠程實時監控系統不僅可以實現異地控制,也可實現多風場大范圍的資源共享。采用無線通信技術為安裝具有開通快捷、維護遷移方便、造價低等優點的監視控制和數據采集系統已經運行使用多年,技術成熟、性能穩定可靠[6]。
校企共建遠程集控平臺和校企雙方經濟效益顯著。將新能源發電遠程監控中心建在學校校區,企業可以節省房屋建設或租賃費用;企業可以充分利用學校的相關資源和校區內完善的生活設施,降低運行成本和員工的生活成本。另外,企業投資建設新能源發電遠程監控及仿真中心,學校則可節省新能源發電遠程監控中心的建設成本;新能源發電遠程監控中心由企業對其進行運行維護,學校還可節省新能源發電遠程監控中心的運行維護成本。
這種模式能充分發揮新能源發電遠程監控示范效益、人才培養效益、科研效益、社會效益。學校在全國電力行業特別是中南地區電力行業有一定優勢,為企業的相關業務向中南地區電力行業推廣有一定較好的作用。人才培養效益主要是為學校能源類本科生提供認識實習、風電場運行與維護實習、風電機組遠程監控實習基地;為研究生提供新能源技術領域的課題研究機會,特別是風電場遠程監控和故障診斷的機會。在新能源發電遠程監控建設和運行中開展科研合作能使校企雙方共同受益;新能源發電遠程監控與仿真中心建成后,可以對湖南省新能源發電進行監控和故障診斷,對相關人員技術提供培訓服務,還可作為示范中心向全國相關單位推廣。
三、新能源校企共建共享新模式的構建
學生在校內能借助“遠程監控”完成運行跟班實習,充分利用多風場、多機型和多種風資源狀況的實時運行情況,全面提高實習效果。建立一套具有統一軟、硬件架構平臺的集中監控系統,滿足新能源自身監控需求及企業對所轄風電場、光伏電站的集中監管、調度控制,為新能源領域相關教師及工程技術人員提供科研平臺。
隨著裝機容量的快速增長,以及電網公司對風電場、光伏電站調度規劃的需求,企業在借鑒國內外風電集中監控系統建設經驗的基礎上,建立了一套具有統一軟、硬件架構平臺的集中監控系統,可以滿足新能源自身監控需求,同時公司可對所轄風電場、光伏電站的集中監管、調度控制,實現湖南區域風場群、光伏電站群的遠程監控和管理。企業還充分利用學校能源動力學科的優勢,合作開展新能源發電領域科學技術研究,以及開展下屬企業新進員工開展業務培訓。
這種模式能很好地破解實踐教學難題,全面提升專業辦學水平。在整合學校特別是能源動力工程類學科現有技術機構、設施設備、人才隊伍的基礎上,建成新能源發電遠程監控與仿真中心、新能源發電遠程監控與仿真產學研基地,以及“新能源發電遠程監控與仿真大學生實踐教學基地”,實行統一的運行管理機制,從而大力提升學校新能源發電遠程監控與仿真中心水平,推動學校新能源發電技術領域科學研究、學生實習、社會服務等方面的健康、協調和可持續發展,保障學校新能源發電技術大學生校內實習基地目標的順利實現。
四、新能源遠程監控中心建設的內容
根據項目建設目標,擬建的“新能源發電遠程監控與仿真中心”建設內容主要分為“新能源發電遠程監控平臺、新能源發電實習實訓平臺、新能源發電關鍵技術研究與開發平臺、學術交流與培訓中心”等四個主要部分。
1.新能源發電遠程監控平臺。主要由企業負責建設。根據公司的發展規劃,該平臺將納入該公司下屬十余個能源開發項目,總規劃容量達1000MW以上。具體建設內容分為軟件、硬件兩大部分。軟件部分包括大容量實時/歷史數據庫、報表系統等;硬件部分包括采集設備、存儲設備、傳輸設備、互聯互通設備等。
2.新能源發電實習實訓平臺。主要由學校負責建設。利用該平臺可對在校學生開展各項實踐教學活動(包括認識實習、運行實習、仿真實習、畢業實習、新能源綜合實驗、創新性實驗、課外科技活動等),年均達1000人次以上。具體建設內容包括場地建設、相關設備及儀器儀表建設、師資隊伍教室、文檔資料建設等。
3.新能源發電關鍵技術研究與開發平臺。校企合作共建科研和實驗平臺,對新能源發電的關鍵技術難題(如新能源發電并網技術、先進控制技術、狀態監測與故障診斷技術、風資源評估及風功率預測技術等)聯合攻關,合作開發科學研究項目,建設內容包括場地建設、專用工具和儀器儀表、測試及分析軟件等。
4.學術交流與培訓中心。主要由學校負責建設,可承接企業員工培訓、相關教師的工程化鍛煉及業內學術交流等,培訓人工年均人次數達50人次以上,每年教師赴企業進行工程化鍛煉3―5人次,每年不定期舉行多場次以上學術交流活動。建設內容包括培訓教室、會議中心等場地建設、培訓計劃制訂、培訓教材編寫、工程案例準備等。
五、新能源專業多環節實踐教學的效果
在中心建設和運行過程中,研究新能源實驗課程、核心R悼緯痰目緯躺杓啤⒎掄媸迪啊⑷鮮妒迪啊⒃誦惺迪昂捅弦瞪杓頻然方詰牡髡,實驗室和實習條件的建設方案等。這主要包括以下方面內容:新能源專業實踐教學內容和環節的研究、省部共建風能與動力工程專業實驗室功能的調整與改造、新能源實驗和實踐教學環節教學質量標準的研究、新能源新增實踐教學條件的建設方案研究。利用筆者所在高校“電力生產與控制國家級虛擬仿真實驗教學中心”的優質資源,高標準建設新能源發電過程仿真實驗室。
產學研結合不僅是新能源這樣的工科專業人才培養的必然要求,能使學校學科和教學受益,同時也應做足做實讓企業獲利,實現雙贏,這樣的產學研合作模式才能真正發揮其應有的效能。本文不僅為高校新能源專業人才培養模式提供一種新思路,也為企業的校企合作提供有用的參考。
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熱能與動力工程專業實踐性教學體系由實驗、認識實習、課程設計、生產實習和畢業設計等環節組成,其中認識實習、生產實習和畢業設計構成相互銜接、逐步擴展深入的重要實踐教學環節。根據教學計劃的安排,認識實習安排在二年級暑假,此時基礎課程基本學完,即將開始專業課程的教學。組織學生到一些發電企業和相關熱力設備制造企業進行實地參觀,可使學生對火電廠生產過程、熱力系統有一定的認識,并對熱力設備的結構、組成及其在電力生產過程中的作用進行系統的了解,為后續理論課程的學習打下一定基礎。因此,認識實習是學生接受專業教育的啟蒙,對學習和掌握專業知識起到重要的作用。
一、存在問題
作為非電力系統的地方院校,在聯系認識實習單位和實習安排過程中遇到一定的困難。認識實習的最佳時期是火力發電廠建設或機組大修期間,而發電廠的大修計劃與學校教學安排不可能一致。即使時間接近,企業考慮到安全生產等問題,也不愿意接受學生實習。即使接受了,企業一般安排學生在集控室或生產車間走馬觀花,不允許學生在現場過多停留,對熱力過程和設備的講解也流于形式,實習效果不佳。同時,城市化進程的加快,學校和企業都遷往郊區,增加了實習的交通費用等。學校下撥的實習教學經費沒有相應增長,教師在安排實習教學時捉襟見肘,只能相應縮短實習時間和減少實習企業,一定程度上影響了認識實習的效果。為保證學生在認識實習過程中對熱工設備、熱工過程有基本的了解,實習指導教師應該具有豐富的專業實踐知識,熟悉生產現場,能為學生講解電力的生產過程和設備、原理、特點等相關內容,及時解答學生提問。學校熱能與動力工程專業作為新辦專業,專業教師隊伍主要為近幾年從高校引進的博士,這些教師具有比較扎實的專業理論知識,但缺乏在電力相關企業的工作經歷,實踐經驗相對較弱,無疑會影響對學生的指導。
二、認識實習改革
根據熱能專業認識實習實施過程中存在的問題和專業建設的實際情況,提出了認識實習的改革設想,即將熱能與動力工程專業的認識實習分成三個模塊進行:一是利用發電廠的模型和燈光演示板進行熱工過程、系統及設備的講解,二是應用多媒體技術觀摩火電廠的生產、檢修等過程,三是組織學生去電廠及相關的制造企業參觀實習。校內實習基地的建設得到了學校和分院的大力支持,共投入80余萬元購置了模型、教學錄像和仿真系統;購置了較全面的電廠設備模型,包括300MW火力發電機組整體模型、300MW鍋爐模型、300MW凝汽式汽輪機模型、汽輪機沖動演示儀,以及火力發電廠生產過程、鍋爐生產過程、300MW機組凝結水處理系統、300MW機組發電廠全面性熱力系統、300MW機組汽輪機調節系統、水蒸氣焓熵圖等燈光演示;購買了國家電力部電教中心發行的《300MW火力發電機組運行技術———集控運行》《鍋爐本體》《汽輪機本體》等多媒體教學錄像和南京工程學院開發的實習軟件。這些影像資料比較全面地提供了火電廠的生產過程、主要熱力過程、主要熱力設備的結構及零部件以及機組集控運行等方面的內容。考慮到熱能專業畢業生進入大型電力企業的人數不多,主要就業于本省一些熱電企業和相關能源環保企業的現狀,學校分別購置北京恒和大風軟件技術有限公司同清華大學熱能動力仿真與控制研究所合作開發的300MW電站系統仿真系統,北京夏商科技有限公司開發的135MW循環流化床仿真機組系統。配備了投影機、電腦、服務器等硬件設備,組建了電廠仿真系統實驗室,用于熱能專業認識實習、專業實驗和生產實習。針對校外實習基地實際情況,編制了電力企業、鍋爐制造及汽輪機制造等實習指導書和多媒體課件,使學生事先對實習企業有一定了解,有利于后續的現場實習。同時,注重青年教師的培養,鼓勵和支持教師參加電廠仿真系統培訓,輪流安排青年教師到產學研合作的能源相關企業鍛煉,增強教師的實際工程經驗和動手能力。