《燃气轮机原理与应用》课程教学案例设计——以《离心压气机原理》课堂为例

张超炜

（上海理工大学能源与动力工程学院 上海 200093）

随着能源动力的迅速发展，燃气轮机作为“制造业皇冠上的明珠”，在飞机辅助动力装置、直升机、坦克发动机、分布式发电和军用移动电源等领域发挥越来越重要的作用[1-4]。在燃气轮机研制方面，欧美和日本等发达国家的起步较早，从二十世纪中叶便开始设计研发，并逐步掌握设计和制造的核心技术。世界三大燃气轮机巨头美国的通用电气、德国的西门子和日本的三菱日立电力系统公司，以雄厚的技术储备为保证，几乎垄断了世界燃气轮机市场[5]。然而，相比国外先进水平而言，国内的燃气轮机发展相对迟缓。以上海电气、东方电气和哈尔滨电气等代表的国内的燃气轮机生产厂商，由于缺少核心机设计技术，燃气轮机的生产依然只能停留在制造环节，与国外先进水平存在较大差距[5]。此外，以美国为首的发达国家，在燃气轮机研制技术方面对我国进行技术封锁。为进一步培养和储备燃气轮机领域人才队伍，能源动力类专业的本科生在修读完专业基础课后，有必要开展燃气轮机相关知识的学习。本文融入课程思政元素，并结合加涅九步法[6]，以节选自《燃气轮机原理与应用》的《离心压气机原理》课堂为例，提出该课程的教学设计，包括课程定位、课程思政、学情分析、教学目标以及教学方法。

1 课程定位

《燃气轮机原理与应用》是能源与动力工程专业本科三年级的核心专业课程，在修读完本课程后，学生需要掌握燃气轮机初步热力设计分析和解决燃气轮机工程应用问题的能力，并培养从事电厂热能工程、航天航空工程等领域的工程技术人才和研究人才。

2 课程思政

习近平总书记在全国高校思想政治工作会议上强调，要把思想政治工作贯穿教育教学的全过程[7]。对于非思想政治专业的专业课而言，这提出了更高的要求。课程思政不是生搬硬套地在课堂上给学生做思想政治工作，而是以润物细无声的方式，不知不觉地将思政元素融入教学过程。在本堂课开始之前，将采用播放视频的方式，让学生直观地了解中国燃气轮机以及离心压气机的国情，让学生明白中国燃气轮机研制技术与国外先进水平的差距，以及国外对中国的技术封锁，从而激发学生的爱国和学习热情。

3 学情分析

针对学情分析，本文主要对学生的知识储备和心理状况进行分析。

本课程的教学对象是能源与动力工程专业本科三年级学生。在修读本课程之前，他们需要具备流体力学、工程热力学和燃烧学的专业基础；在修读完本课程之后，本课程的相关知识可以为他们后续修读热力发电厂和燃气与蒸汽联合循环等课程做铺垫。

本科大三学生一般在20岁左右，以00后大学生为主要群体。他们自我个性强、行为自由性强且学习能力强，但是由于家庭保护的关系，00后学生往往缺乏较强的抗压能力和主动求助性[8]。针对学生的此类心理，教师需要在教学过程中给予学生积极的引导，而不是采用强硬的方式逼迫学生学习。在学生上课出勤和课后作业完成情况存在异常时，教师需要及时与学生沟通交流，帮助其解决课程学习或者生活中遇到的问题。

4 课堂教学目标

本文以《燃气轮机原理与应用》课程的第3.4节内容《离心压气机原理》为例，对课程所体现的教学设计方法进行说明。在完成本堂课的学习之后，学生能够达到对离心压气机进行应用分析的层面，具体如下：（1）掌握离心压气机的基本结构；（2）分析离心压气机的热力过程；（3）掌握离心压气机工作原理以及相关公式推导；（4）绘制离心压气机性能曲线；（5）了解离心压气机喘振原因和防喘措施。

5 教学过程和方法

本文主要采用加涅九步法，并融入课程思政元素对教学方案进行设计，包括引起注意、告知目标、回忆先前知识、呈现新的学习内容、提供学习指导、引出学习行为、提供反馈信息、评价学习行为和促进学习的保持和迁移。

5.1 引起注意

本文主要采用播放中国燃气轮机国情的相关视频的方式，引起学生对于燃气轮机和离心压气机的兴趣，并引发学生对于提升我国燃气轮机研制技术的热情和学习的兴趣，这也是本堂课课程思政的体现。

5.2 告知目标

在讲解本堂课的知识内容之前，需要告知学生本堂课的学习目标。这样既可以使学生有目的、有重点地进行学习，又能让学生把注意力更多地集中在课堂上，而不是漫无目的的听课。

5.3 回忆先前知识

在正式学习离心压气机原理之前，本课堂会进行课程回顾，回顾上节课关于轴流压气机原理方面的知识。这样既可以使学生更好地学习和巩固轴流压气机的知识，也有利于离心压气机相关的学习。轴流压气机原理和离心压气机原理两者具有相通之处，可以让学生对比学习。在呈现新知之前，提出问题：离心压气机原理与轴流压气机原理的异同是什么？这样可以使学生有目的地学习。

5.4 呈现新的学习内容

本堂课主要内容包括离心压气机的基本结构、离心压气机的热力过程、离心压气机工作原理以及相关公式推导、离心压气机性能曲线和离心压气机喘振。其中，重点部分为离心压气机的基本结构、热力过程和工作原理以及相关公式推导；难点部分为离心压气机工作原理部分的相关公式推导。

5.5 提供学习指导

在学习离心压气机原理相关知识之前，需要跟学生说明本堂课知识将来能够应用的场景，这样可以增加他们学习主观能动性。离心压气机原理相关知识将来主要用于离心压气机的设计、生产、科研、教学等工作。例如，开展离心压气机初步热力设计和分析、解决离心压气机工程应用中的一些问题等。

5.6 引出学习行为

本课堂主要采用讲授法的教学方法，辅以板书推导公式。讲授法可以更好地把握教学进度，提高教学效率，而板书可以帮助学生更好地理解公式的推导过程。在开始讲解之前，采用模型展示的方法，让学生近距离触摸离心压气机模型，使学生对离心压气机基本结构有更加直观的感受。在讲解过程中，对比轴流压气机原理进行讲解，中间穿插相关知识提问。这样既可以巩固学生的知识，又可以增加课堂互动的气氛，还可以提高学生上课的注意力，一举三得。最后，对先前提出的问题“离心压气机原理与轴流压气机原理的异同是什么？”，抽学生进行解答，并对学生解答内容进行评价和总结。

5.7 提供反馈信息

针对课堂学习内容，采用课堂提问和课后作业的方式，获得学生对于本堂课学习掌握情况的反馈，从而把握教学进度，及时调整教学方法，对难点和错点部分进一步细化讲解。

5.8 评价学习行为

采用课后作业的方式，评价学生对于本次课的掌握程度，并将本次作业的完成情况计入期末总成绩的平时得分。这样既可以使得学生认真对待每次的课后作业，同时教师也能获得学生对于知识掌握程度的正确反馈。

5.9 促进学习的保持和迁移

在本堂课结束之后，以课后作业的方式使学生能够课后巩固本堂课的相关知识，并向学生说明下堂课的知识内容，让学生做相关的预习准备，提高下节课的课堂效率。

6 结语

针对我国燃气轮机研制技术与国外先进水平存在差距的国情，开展《燃气轮机原理与应用》课程教学。本文将课程思政元素融入《燃气轮机原理与应用》课程教学，采用加涅九步法进行教学设计，使学生更加高效地学习燃气轮机的相关知识，为国家培养燃气轮机领域的人才做前期准备。