燃气轮机发电装置课程项目化教学的建设与应用

王娟，葛晓霞，王毅林，顾海明，宋国辉

（南京工程学院，江苏南京 211167）

高校是国家创新体系的重要组成部分[1]。新工科建设自2016 年提出并实施以来，拓展了工程教育改革的新路径，培养了一大批卓越的创新型工程科技人才。高素质应用型人才应该是融入产学研协同培养的理论实践相统一的工程型人才[2]。为了应对新一轮科技革命与产业变革，支撑创新驱动发展战略、《中国制造2025》和《中国教育现代化2035》等一系列国家战略，满足新工科建设要求，必须对传统的工程教育进行深化改革和创新[3-7]。培养高素质应用型人才是科技兴国、科技强国的人才保障。

高等教育质量提升离不开高校学生学习质量的提高[8]，高校要推进产学研协同创新，着重培养创新型、复合型、应用型人才[9]。

燃气轮机发电装置是能源与动力工程专业广泛开设的一门专业课，主要讲述燃气轮机基本结构、基本理论、工作原理、运行特性、调节方式等内容，它涉及工程热力学、传热学、流体力学、汽轮机等相关专业知识，具有理论性强、知识点多、涉及面广、学习难度大、重实践应用等特点。目前燃气轮机发电装置课程采用传统教学模式，经过学校、学院、教师多方共同努力，教学成果有目共睹，但仍存在一些问题：学生基本概念、基本知识掌握情况较好，但灵活应用能力有待提高；学生有一定专业知识基础，但专业沟通与表达能力不强；专业教学过程中虽然已融入了实践环节，但学生解决实际问题的能力仍显不足。

针对这些情况，本文结合学校培养一流应用型本科人才的定位与要求，开展燃气轮机发电装置课程项目化教学的实践探索。

1 项目教学的指导思想

燃气轮机发电装置项目教学是一种新型教学模式，主要指导思想是：以学生为中心，以项目为载体，突出学生主体作用，培养学生理论联系实际分析问题、解决问题的能力。具体表现为：

1.1 激发学生学习兴趣

目前，燃气轮机发电装置教学仍以课堂教师讲授、学生听讲为主，学生学习主动性积极性不高，兴趣不浓。

开发项目化教学，学生可以全程参与。在项目教学过程中，结合项目任务点，学生与教师全程互动，课堂讨论的力度、频度与深度增加，学生实践体验感增强，理论知识掌握也更加牢固。

1.2 增强学生灵活运用知识的能力

在传统教学模式下，当学生面对企业生产或工程实践的具体实际问题时，难以快速运用所学知识点、准确判断问题所在，提出有建设性的解决方案。

项目教学，根据工程实际需求融合知识点、拓展知识面，而且接轨国际前沿科技动态，不仅做到了将不同章节、不同维度的知识综合应用，而且做到了不同学科、不同领域知识的融会贯通，对培养学生创新创业能力大有裨益。

1.3 培养学生合作与团队意识

燃气轮机发电装置以课堂教学为主的模式造成学生往往更关注自己的学习，学习行为主要围绕“作业”“复习”“考试”展开，与其他学生交流合作较少。

项目教学，需要学生组成小组，共同完成项目任务，每一位组员都有不同的分工，要想顺利并出色地完成项目任务，需要小组成员密切配合，形成合力。在完成项目任务的过程中，学生可以锻炼沟通交流能力，增强团队合作意识。

2 项目教学的目标与要求

2.1 项目教学目标

培养高素质应用型人才是应用型高校教学改革的方向之一。由于不同学校的学科、专业和方向存在差别，教学目标的制定应根据各自的实际情况。以燃气轮机发电装置课程项目教学为例，本项目教学设置“知识”“能力”“素质”三个教学目标。

知识目标：能牢固掌握压气机、燃烧室、透平等部件的基本结构、基本原理、工作特点以及运行调节方式等；熟练掌握燃气轮机热力循环、联合循环的热力过程及指标计算。专业知识理解扎实、深刻、灵活。

能力目标：具备将专业理论知识联系生产实际的能力；具备分析、解决实际问题的能力；具备良好的行业沟通和表达能力。

素质目标：具有能源与动力工程专业基本职业素养、敬业爱岗；面对问题具有挑战意识、创新意识和团队协作意识；具有家国情怀和社会责任感。

2.2 项目教学要求

为实现项目教学知识、能力、素养并重的教学目标，项目教学中不但要重视基础理论知识的学习，也要注重能力和素养的培养[10]。项目教学不是完全摒弃传统教学模式，而是多种教学模式的综合、优化与灵活应用，以实现教学目标为宗旨。

项目教学要体现层次性。项目教学一般将一门课程根据授课特点和工程需要分解成若干子项目，子项目之间既有独立性又有关联性。教学项目要体现学习层次的不断递进，从知识点应用，到知识点综合，再到知识点创新，各子项目涵盖知识点的广度和深度要不断拓展。

项目教学要具有开放性。教学项目的方案设计要能做到充分发挥每位学生的潜能和创造力；项目成果评价也要具有灵活性，体现创新意识，能够对学生的知识和能力进行多角度评价。

教学项目要具有真实性。所选择的教学项目必须来自生产实际，其内容均与生产、科研的实际问题或实际需求相关。真实且实用的教学项目才能使学生学以致用，有利于学生的后续学习和发展。

3 项目教学建设流程

3.1 教学团队建设

项目教学的建设与应用，需要转变传统的教学理念和教学模式，对教师项目教学的执行能力、带队能力及实践能力等都提出了更高的要求。为了促进项目教学的有效开展，需要加强项目教学教师队伍的建设，以实际的项目产品和技术为具体训练素材，并结合产业和行业的发展趋势构建产学研实训平台，创新教学模式[11]。

项目教学团队的教师均应从事相关专业的教学工作。

教学团队成员结构要完善，比例要合理，这样可全方位、多层次进行项目教学建设。

成员教师要有教研、科研经历。教学团队要邀请相关同行、专家加入项目课题咨询组，提供必要的技术指导与客观的应用评价。

3.2 教学项目开发

教学项目的选取不能脱离教学内容，且要具有实用性。项目依托行业和企业开展，能增强学生协同创新应用能力与水平，解决行业企业实际工程需求，培养满足行业实际需求的工程技术人才[12]。

为了确保教学项目的合理性，必须深入了解企业单位生产实际和学生的学习体验，广泛调研，立足教学大纲，对授课内容进行分析、归纳、整理，有效整合。

根据教学内容、生产实际和学生学习情况确定若干教学子项目后，还要分析提炼每个子项目的教学任务点。项目教学任务点要体现教学内容的重点和难点，任务点之间要层次递进，任务点要逐渐深入、综合。也可以将一个新技术作为一个项目，对技术中涉及的核心专业知识模块进行展示和分析。

根据燃气轮机发电装置课程教学大纲、燃气轮机的教学目标和广泛调研结果，对授课内容进行分析、归纳、整理，综合规划为三个项目：

项目一：“提高压气机增压能力的措施”，该项目在学习完压气机结构和工作原理后进行，授课时长最低要求为10 学时；

项目二：“环境温度对燃机安全经济运行的影响”，该项目在学习完燃气轮机结构和工作原理后进行，授课时长最低要求为8 学时；

项目三：“燃气轮机联合循环发电技术后置循环研究”，该项目在学习完燃气轮机整体知识点后进行，授课时长最低要求为8 学时。

以上三个项目如果课内教学学时不足，学生自行课后补充。

参考以往教学经验解析项目教学内容，确定子项目的教学任务点。如项目三“燃气轮机联合循环发电技术后置循环研究”的任务点为：探讨燃气轮机联合发电后置循环的形式，分析不同后置循环的特点，“双碳”目标下最有前景的后置循环，并给出自己的见解。

3.3 教学成果考核

高等教育工科类课程考核不仅要重视基础知识要点的掌握，更要突出对学生自主学习、知识综合应用及创新性思维等能力的评价，要从单纯检验知识掌握情况的考查转向创新能力的综合评价[13]。

项目教学成果的考核标准根据教学目标确定，对教学成果进行客观、合理评价也是项目教学的主要内容。项目教学内容是公开的，评价方法也是公开的。采用学生自评、生生互评、教师评价等方式，真正做到公平、公正、公开。

燃气轮机发电装置项目教学成果从知识、能力、素质三方面进行考核。教师应深入了解学生学习情况，借鉴以往教学经验，初步制定项目教学的考核评价标准。根据教学项目的应用执行情况和学生、教师、现场专家的反馈，自我评价，自我完善。

4 项目教学实施

项目教学的实施要保质保量完成教学项目的各个任务点，任务点与学时对应形成项目教学计划。项目教学计划应该是弹性的，这也是项目教学的特点之一。要根据学生各自任务点的完成情况，实时动态调整进度，使教学计划处于动态平衡状态。

教学计划实施是项目教学的关键。不同专业不同学科的项目教学方案、实施计划有所不同，必须根据其学科特点，结合授课内容和培养目标，制定合理的项目教学计划。以燃气轮机发电装置项目一为例，阐述实施过程。

4.1 项目教学准备

项目教学准备包括学生、教师知识与能力准备和硬件条件准备。

学生应掌握燃气轮机的基本结构和工作原理，了解燃气轮机发电装置的现状和发展动态；会运用工程热力学、传热学、热力发电厂等基本知识进行热力计算和经济性分析，会使用Word、Excel、MATLAB、CAD 等计算机软件进行计算结果分析、处理和绘图等。教师能够把握燃气轮机发展的前沿动态，了解目前燃气轮机发电厂的知识需求和亟待解决的技术问题，能够将教学内容与生产需求相结合，激发学生创新思维和合作意识，对燃气轮机及其联合循环发电技术具有较高的分析与评价能力。

4.2 任务划分

根据班级学生人数和学习效果等实际情况将学生分组，一般每组8 人左右，组内设组长1 人，负责总体规划、协调；2 人负责查找资料、方案调研； 2 人负责计算及校核；2 人负责结果分析及绘图；1 人负责撰写总结报告。小组成员分工合作，各项任务可交叉进行，也可根据实际执行情况进行角色调整。

4.3 实施环境

项目教学的实施地点分课内和课外。课内教学地点为教室，其方式为同组人员座位相对集中，以便于相互讨论以及与教师交流。课外教学地点为教室、图书馆或其他公共空间，方式为学生自行组织学习研究，可随时与指导教师或其他小组成员互动。

4.4 实施过程

项目教学实施过程较复杂，建议制作任务书，按任务书进行。任务书一般包括项目名称、项目研究的背景、项目原始资料及数据、项目的任务点及要求、进度安排及成果形式等。仍以燃气轮机发电装置项目一的任务书为例进行讲解。

项目名称：提高压气机增压能力的措施。

项目背景：目前燃气轮机发电厂的压气机采用多级轴流叶轮式，而燃机单机功率的提高对压气机的增压能力提出更高要求。压气机的出口压力不仅对燃烧室的燃烧性能有影响，而且关系到整个机组的安全、经济运行。目前提高压气机增压能力的方法主要有：增加叶轮级数与提高单级增压能力。

原始数据：压气机在ISO 环境条件下（1 个标准大气压，15℃，相对湿度60%）从大气中吸气；压气机增压比π 取16（14、18、20）。压气机的增压比是指压气机出口滞止压力与进口滞止压力比。工程上，增压比一般采用压气机出口与进口的静压比[14]。

任务点及相关要求：

任务点1：了解压气机的科技前沿与发展动态，深刻理解并熟练掌握压气机的基本结构和工作原理。要求：不局限于教材，查阅使用图书、期刊、网络资源中的相关文献；拓展学习流体力学的边界层理论，包括边界层分离条件、减小涡流损失的措施等。

任务点2：根据压气机工作原理，探索分析提高压气机增压能力的措施。要求：从压气机结构、能量转换过程角度进行分析，分析过程有理论依据且增压措施合理可行。

任务点3：分析气体在压气机叶轮内的流动情况，寻求提高压气机单级增压能力的途径。要求：绘制速度三角形、推导能量方程、能量方程分析，分析叶轮转速和叶轮外径对增压能力的影响，结合边界层理论，分析气流折转角对增压能力的影响，分析叶型与气流通道对增压能力的影响。

任务点4：在给定的压缩比下合理确定压气机级数。要求：初步计算、分析并确定压气机总级数，探讨压气机级数对结构、安全的影响。

进度安排：查阅资料，了解压气机现状及前沿（课后2 学时）、压气机单级增压能力分析（课内2 学时、课后4学时）、压气机多级增压（课内2学时、课后2学时），撰写分析报告（课后2 学时）。

成果：计算书、相关图纸、不少于1 000 字的分析报告一份。

项目教学考核：小组自评分占20%，组间互评分占20%，教师评分占30%，同行、专家评分占30%。

5 结语

（1）项目教学将理论与实践充分结合，学生全程参与，学习热情高涨。学生在项目学习过程中，需要自己动手查找资料、确定项目方案、制定实施计划、检验项目成果，该过程提高了学生的项目参与度、主观能动性和学习积极性。

（2）学生知识掌握得更灵活、更牢固。由于知识在实践中习得，体验更深刻、理解更透彻、掌握更牢固。项目教学可实现理论与实践并重。

（3）学生自学能力、分析问题能力、创新能力得到提高。在项目学习中，学生需要独立完成各自的任务点，来加强自学能力。由于项目来自实际生产过程，教材中没有答案，激发了学生的创新意识。通过项目化教学可以培养学生熟练查阅技术资料的能力、分析处理技术数据的能力和全面综合评判能力，学生思维的深度和广度也大大拓展。

（4）学生交流、合作意识增强。每名学生在项目中承担的任务不同，必须相互合作才能将各自任务点串联起来，必须相互沟通交流才能解决问题，因此有利于学生职业素养和团队意识的形成，为后续学习与工作奠定坚实的基础，同时也培养了严谨的作风和认真负责的态度。

（5）项目教学团队成员教师在项目中也可不断积累教学经验和课程建设经验，不断提升教学能力，实现了教学团队及教师的可持续发展。