基于能力本位论的《锅炉及锅炉房设备》课程设计改革与实践

李娟 孙志高 刘成刚

摘要：课程设计是《锅炉及锅炉房设备》课程必不可少的主要教学与实践环节之一，与课程教学、认知实习构成完整整体。针对建筑环境与能源应用工程专业《锅炉及锅炉房设备》课程设计中存在的教学模式单一、设计内容繁杂、学生积极主动性差、理论和实践脱节等问题，基于能力本位论进行分析，进而提出解决方案。新的教学模式经过实践运行效果良好，值得借鉴与推广。

关键词：能力本位论；《锅炉及锅炉房设备》；课程设计；教学改革

中图分类号：G642.3 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2018）17-0178-03

《锅炉及锅炉房设备》是建筑环境与能源应用工程专业的一门必修课，课程内容主要讲述锅炉工作过程、燃料特性、燃烧设备、热力与通风计算、水处理、脱硫脱氮技术等，与供热、供燃气、通风与空调课程关系密切。通过课程设计，学习设计计算方法与步骤，提高运算和制图能力并学习运用理论知识解决实际工程问题，同时初步掌握国家及行业规范、标准的检索和应用。基于能力本位论的教育核心是从职业岗位的需要出发，确定能力目标并强调以能力作为教学的基础，设置课程、组织教学内容，最后考核是否达到能力要求[1]。在本科阶段培养集专业知识、专业技能为一身的人才，对许多国家和地区的本科教育改革具有借鉴意义[2]。笔者基于能力本位论设计并改革《锅炉及锅炉房设备》课程设计教学过程，取得了良好的效果。

一、《锅炉及锅炉房设备》课程设计的特点

（一）课程设计的地位与作用

为了适应现代科技发展、培养适应社会需求的高科技人才，在应用型本科建设尤其是应用型工程本科的课程设置中扩充了实践环节，从而突出人才培养的应用性。课程设计是本科教学过程必不可少的实践环节之一[3]。建筑环境与能源应用工程专业《锅炉及锅炉房设备》课程设计的目的是提高学生对“建筑热源”的理解、巩固基础知识、培养学生初步掌握利用所学的专业基础课和本专业课的知识解决实际工程问题的能力及锅炉房工程设计的能力；同时，培养学生初步掌握各种相关资料（国家及行业规范、标准）的检索和应用，为将来从事锅炉与锅炉房设备研究、运行管理、工艺设计提供扎实的专业基础。

（二）课程设计内容繁多、对专业基础要求高

锅炉是一种结构复杂、系统繁多的大型能量转换设备，燃煤锅炉的工质及相关设备包括四大类：煤（贮煤场、运煤机、输送机、燃烧设备、除灰渣设备及灰渣场）、空气（送风机、空气预热器）、水（给水泵、给水箱、省煤器、水冷壁、水软化及除氧设备、蒸汽过热器）、烟气（引风机、除尘器、烟囱）。同时，改进燃烧设备性能的三大措施包括分区送风、炉拱、二次风。此外，还涉及各种阀门、管道、附属设备（压力表、水位计）及安全设备（安全阀、监测仪表）的设计与选型。可以看出，设计内容涵盖的知识点较多，而且其中涉及专业基础课的相关内容。例如，锅炉热力计算针对炉膛、水冷壁，基于《传热学》的导热、对流与辐射换热方式实现热力设计计算与校核计算；“锅炉设备通风计算”基于《流体力学》伯努利方程、沿程与局部阻力损失，分别针对风道、烟道流程和设备计算通风阻力，但最终风机选型时仅提及“应按风机比转速ns选定风机型式”，并未展开介绍，而相关内容需参考《流体输配管网》。因此，如果专业基础掌握不牢固，对于本课程设计尤其是设备选型具有很大负面影响。

二、《锅炉及锅炉房设备》课程设计现存问题

虽然不断借鉴其他院校的教学方式，有了一定的进展和成果，但仍存在以下问题。

（一）设计内容多但学时分配相对少

随着建筑环境与能源应用工程专业教学改革的推进，对空调制冷技术及工程更加注重，而与建筑热源相关的《锅炉及锅炉房设备》课程设计已缩减至1周完成，让学生在如此短的学时里掌握并设计四大系统变得十分困难。结果导致学生在设计过程中存在计算不严谨、参数选取错误、漏掉一部分设计内容等现象。

（二）教学模式单一导致学生实践少、“高分低能”

学生在课程学习时为了应对考试，考前突击、死记硬背；讲授内容在日常生活中缺少接触机会，感觉陌生（与本专业所学空调完全不同）；认知实习中由于锅炉设备庞大、系统复杂，學生无法对全部设备及系统获取详细的整体认知。这都导致学生课程设计思路不清、图纸理论正确但绘制不符合工程常规，甚至个别学生“高分低能”、无从下手。

（三）课程教学、课程设计与认知实习构成密切相关的整体，但实际上部分内容互相脱节

例如，《课程设计指导书》“热负荷计算”在教材前述章节中均未涉及，学生不了解其理论基础；热水管网补给水量、工艺生产需要软水量等数据在设计原始数据中均未提供，只可大致选定；各种参数和系数无从查找。诸如此类。此外，由于笔者所在院校处于亚热带季风气候的长三角地区，锅炉以电站锅炉为主，集中供热锅炉很少，受到教学条件的限制及安全方面的考虑，认知实习与课程设计（建筑热源燃煤锅炉）内容无法完全对应。

（四）学生主动性差、投机取巧

一方面，由于课程设计时间恰逢学生准备考研或出国、找工作，事情繁多，无法静心；另一方面，根据传统的教师演绎式教学法，学生过分依赖老师，缺乏独立设计能力。这都导致学生投机取巧、应付课程设计，不查找规范、标准而随意选取参数、从网上下载说明书模板而不主动思考、计算过程不校核、锅炉四大系统不齐全，甚至出现学生之间互相抄袭、说明书与图纸无法对应、热力系统图与定位图无法对应的严重现象！

（五）教学考核着重针对课程设计质量，而非学生个人能力

根据课程设计目标，应注重理论分析能力与工程实践能力的有效结合，把理论知识、专业技能、综合能力训练等多方面因素综合考虑进成绩考核体系。但是，在以往的课程设计考核中，学生最终成绩由说明书、图纸质量及平时成绩（出勤、参与答疑与阶段性成果检查）组成，主要基于教师的主观判断，导致成绩没有区分度或不能体现学生的真实设计水平。

三、基于能力本位论的《锅炉及锅炉房设备》课程设计改革

（一）能力本位论对课程设计的启发

基于能力本位论的教育核心是从职业岗位的需要出发，确定能力目标，设置课程、组织教学内容，最后考核是否达到能力要求[4]。强调以能力作为教学的基础，而不是以学历或学术知识体系为基础，打破了传統以学科为科目、以学科的学术体系和学制确定的学时安排教学；强调“能力至上的专业价值观、能力中心的专业形成观、能力主线的专业实践观”[5]。能力是人作为主体最引以为傲的一种本质力量，其中蕴含着人的创造性、能动性与内发性[6]。由此可见，《锅炉及锅炉房设备》课程设计若仅实施单一教学模式、不改革考核体系、不克服学生主动性差的问题，根本无法实现其终极目标——培养学生利用理论知识解决实际工程问题的能力。

（二）教学改革设计

针对《锅炉及锅炉房设备》课程设计的特点与现存的五大问题，基于能力本位论提出教学改革设计如下。

1.重视认知实习，提高学生的实践能力。认知实习的对象虽无法与课程设计对象完全吻合，但实习过程中应有针对性地学习主要设备、通过可见的进出口水管、风管、烟管学习各种设备之间的连接，并将所学内容、所看对象有效结合，获取整体认知。同时，对于认知实习的成果考核不再局限于实习报告，而应与老师面对面交流、沟通，使得学生的学习态度由被动接受转变为主动参与，并引导学生提出问题、思考问题并最终解决问题。

2.精简设计内容，化繁为简，着重针对系统流程与整体设计的合理性，提高学生整体认知能力。结合锅炉运行过程与原理，从整体上设计煤、空气、水、烟气四大系统及互相之间的连接、换热情况。针对单个设备例如省煤器、空气预热器等，可基于换热量、工质压力与流量简要计算其阻力并选型，而非着重内部设计、安装布置等细节问题。既可避免由于学时少导致学生囫囵吞枣、偷工减料，也可依据实际设计目标在一定程度上降低设计难度，提高实践性、趣味性。

3.在课程讲授初期下发《课程设计任务书》，并针对性地复习先修课程相关内容、实施考核，提高学生克服自身惰性的能力。在理论学习的同时将课程设计分为多个详细步骤与时间节点，使得理论学习与课程设计基本同步进行，相应考核也可同步实施。此外，在先修课程结束之后，部分学生认为“万事大吉”、学过即忘。为此，针对性地复习先修课程、回顾相关内容，其考核方式采取“预习+小结”模式。依据《教学进度表》下发预习内容，要求学生结合先修课程内容提交相关复习小结，克服其自身惰性、有的放矢。

4.分组设计、优势互补，实现“一带一路”，锻炼学生的团队意识和协作能力。依据学生的实际学习情况分组设计，平均5—6人一组，每组的设计题目、原始数据均不相同。每组划分出若干设计模块，根据工作量大小分配每名组员的设计任务。这样既可避免抄袭现象，学生之间也可互相探讨，每个学生得以充分发挥其特长，实现优势互补。

5.重视绘图能力、考核国家与行业规范与标准的检索和应用，提高学生的专业基础与实际应用综合能力。绘图是建筑环境与能源应用工程专业必备的基本能力，除了按照规定的图形符号和代号表示设备及管道之外，还应统筹考虑运行的可靠性、调度的灵活性、部分设备切出检修的可能性、建设和运行的经济性等问题。其次，工程设计均基于国家与行业规范和标准，各种数据均不可随意取值。通过考核《设计说明书》中数据的取值过程及计算结果，判断设计过程的正确性、规范性以及学生依据规范与标准进行实际工程设计的综合能力。

四、《锅炉及锅炉房设备》课程设计改革实践及成果

改革成果仅可通过课程设计考核进行检验。为此，笔者对改革前后建筑环境与能源应用工程专业两级学生的最终成绩进行了对比，其中，2013级共69人，2014级共71人。2014级实施教学改革，成果如表1和表2所示。

从表1可以看出，改革之后总分略有提升，但2014级学生不存在不及格现象，说明“一带一路”、团结协作、互帮互助效果良好。而且，2014级学生总成绩优秀与良好的比例明显大幅提升，人数总占比从49.2%提升至63.4%，说明大部分学生对于《锅炉及锅炉房设备》的概念清晰、设计步骤合理、计算准确、图纸规范。从表2可以看出，经过教学改革之后，学生的设计思路、严谨程度、主动获取知识的意识和能力、分析解决问题的能力均有较大提升，具备了团队协作能力，并最终提高了整体设计水平。

结果均表明，上述五个方面的教学改革基本解决了《锅炉及锅炉房设备》课程设计现存问题，实现了学生扎实掌握锅炉设备理论基础、主动获取相关知识和信息、利用科学的方法分析、处理锅炉设计、制造、运行和管理过程中的相关科技问题，为将来从事锅炉与锅炉房设备研究、运行管理、工艺设计提供扎实专业基础的目标。

参考文献：

[1]黄福涛.能力本位教育的历史与比较研究——理念、制度与课程[J].中国高教研究，2012，（1）：27-32.

[2]赵炬明，高筱卉.关于实施“以学生为中心”的本科教学改革的思考[J].中国高教研究，2017，（8）：36-40.

[3]谢忠东，丁晓非，尚振国，等.面向应用型人才培养的机械制造课程设计的改革与实践[J].教育教学论坛，2017，（32）：90-91.

[4]林怀满，陈亚晶.能力本位视阈下法学本科人才培养质量标准的构建[J].教育教学论坛，2015，（36）：108-111.

[5]杨洁.能力本位：当代教师专业标准建设的基石[J].教育研究，2014，（10）：79-85.

[6]马沁怡，董学祯，谢大鹏，等.“三进一出，内外兼修”的创新人才培养方式[J].教育教学论坛，2016，（17）：3-4.