工程教育背景下“汽轮机原理”教改探索与实践

［摘 要］ 汽轮机原理作为能源与动力工程专业的核心课程，具有很强的理论性，其工程应用也十分显著。然而，在教学过程中存在诸多难题，并且培养目标与社会需求存在脱节现象。首先对能源与动力工程专业的培养目标以及汽轮机原理的课程体系进行了阐述。接着从社会需求、工程教育、学生综合能力提升这三个方面对教学改革的背景与原则加以分析。在此基础上，明确了教学改革后的四个教学目标，分别是掌握专业知识技能、培养工程实践创新能力、塑造职业素养与社会责任感、激发爱国情怀与行业使命感。对章节内容进行重构，以支撑教学目标，并改变考核方式。教学改革之后成效显著，学生评价积极，用人单位感到满意，课程的出勤率、考试成绩、就业比例等均有明显提升。最后对教学改革的成果进行总结，肯定了其在教学内容、考核方式、学生能力培养等方面所取得的成效。

［关 键 词］ 汽轮机原理；教学改革；实践能力

［中图分类号］ G642 ［文献标志码］ A ［文章编号］ 2096-0603（2024）27-0０81-04

汽轮机原理是能源与动力工程专业一门极为重要的专业核心课程，其理论性颇为深厚，工程应用性也极为突出。该课程在教学实施的过程中存在诸如“讲解困难”“理解困难”“掌握困难”等众多问题。鉴于此，众多学者针对这门课程的教学手段进行了深入的研究和积极的改革[1-3]，并且取得了一定的成果。随着高等教育改革的不断深入，全面落实立德树人根本任务，助力学生树立正确的世界观、人生观和价值观，培养德才兼备的人才是高等教育的核心目标，也是能源与动力工程专业的首要目标，汽轮机原理课程更应奋勇当先，在课程设计和教学实践中深度融入德育元素，凭借具体的工程案例及实际操作，培养学生的严谨态度、创新思维以及社会责任感。

一、专业的培养目标

能源与动力工程专业主要致力于探究如何将各类能源（诸如煤炭、石油、可再生能源等等）高效地转化为动力，同时提升能源利用效率，并关注和减低在能量转换过程中对环境产生的负面效应。在能源转换的范畴，学生将会学习不同能源形式相互转换的原理及技术；在能源利用领域，重点聚焦于如何优化能源系统，提高能源利用效率。

山西大学的能源与动力工程专业立足山西，服务于国家能源发展战略，面向全国相关领域的企事业单位以及科研院所，旨在培养具备动力工程及工程热物理学科广泛而深厚的理论基础，能够系统掌握能源高效清洁转化与利用、能源动力装备等方面的知识，能够从事专业领域内能源动力、能源综合利用及节能环保等方面的研究、开发、测试、管理等工作，富有社会责任感，具有人文与科学素养、职业道德、社会责任感、创新意识和国际视野的高素质应用型人才。

二、汽轮机原理的课程体系

不同版本的《汽轮机原理》教材内容有所差异，但内容体系和主干内容基本一致。本教改研究以中国电力出版社的《汽轮机原理（第四版）》教材为例，内容体系如下：

1.绪论部分：介绍汽轮机在能源动力领域的地位和作用。

2.汽轮机的工作原理：主要体现了蒸汽在汽轮机级中的流动和能量转换过程；冲动级和反动级的工作原理；速度三角形及级热力过程线的绘制和分析；不同级的轮周效率和最佳速比的分析与应运；级内存在的损失、产生损失的原因及减小各项损失的措施；多级汽轮机的工作特点；重热现象和重热系数；汽轮机的轴向推力及其平衡方法。

3.汽轮机变工况：探讨了喷嘴变工况、级变工况和机组变工况规律；变工况时级理想比焓降、反动度变化规律；变工况时汽轮机轴向推力变化规律及分析引起汽轮机轴向推力变大的特殊工况及相应措施。

4.汽轮机的结构：分成了静止部分结构和转动部分结构，介绍了汽缸、隔板、汽封、叶轮、叶片、主轴等设备的结构和工作原理。

5.调节与保护：阐述了汽轮机的调节原理和系统；调速器和调节阀的工作原理；调节系统的静态特性和动态特性；汽轮机的保护装置和系统；超速保护、轴向位移保护等。

6.故障诊断与处理：介绍了常见故障的类型和原因；振动故障、叶片损坏等；故障诊断的方法和技术；振动分析、热力性能监测等。

7.新技术与发展趋势：展望未来汽轮机先进的设计理念和制造技术以及高效节能和环保技术的应用。

三、教改前课程讲授要点

教学目标：（1）使学生掌握汽轮机的基本工作原理、结构和热力特性；（2）培养学生对汽轮机性能的分析和计算能力；（3）让学生熟悉汽轮机的运行和调节方法。

课程内容：着重于汽轮机的物理原理、数学模型和理论推导；以教材中的知识体系为主，涵盖汽轮机的结构、工作过程、热力计算等纯技术方面的内容。

四、教改的背景、原则

（一）社会需求

1.能源行业的发展需求

随着全球能源需求的持续攀升以及对清洁能源的不懈追求，汽轮机在能源领域的应用不断延展和深化。举例而言，在新型高效火电、核电等领域，皆对汽轮机的性能与效率提出了更为严苛的要求；同时，也对汽轮机的宽负荷变动以及负荷快速变动方面有所要求。如此一来，就需要汽轮机原理的教学培育出兼具创新能力和实践能力的专业人才，从而适应能源行业的技术发展与创新需求[4，5]。

2.工业生产的高效化需求

现代工业生产中，高效、节能、稳定的生产过程是企业发展的关键所在。汽轮机作为重要的动力设备，其运行效率与可靠性直接关乎整个生产流程的成本与效益。故而，社会期望汽轮机原理的教学能够使学生深入领会汽轮机的工作原理和优化设计方法，进而为工业生产提供高效、可靠的解决方案[6]。

3.环保与可持续发展的需求

当前，全社会对环保和可持续发展的关注程度日益提高，需将环保技术和可持续发展理念融入教学中，培养学生的节能减排意识和能力[7]。例如，通过对汽轮机的轴封系统加以改进，减少水蒸气的泄漏，创造出更有益于人体健康和设备运行的环境，使之契合环保和可持续发展的要求。

（二）工程教育

1.以学生为中心的教育理念

工程教育专业认证强调以学生为中心，这要求在教学过程中更多地关注学生的学习需求和学习成果。例如，采用多样化的教学方法，如项目式学习、小组讨论、案例分析等，以激发学生的学习积极性和主动性。

2.成果导向的教育要求

成果导向意味着教学要明确学生在完成课程后应达到的能力和知识目标。对于汽轮机原理课程，这可能包括学生能够熟练掌握汽轮机的工作原理、结构设计、运行维护等方面的知识，并具备解决实际工程问题的能力。为了实现这些目标，教学改革需要优化课程内容，强化实践教学环节，设置具有挑战性的课程项目，让学生在实践中应用所学知识。

3.持续改进的质量保障机制

工程教育专业认证要求建立持续改进的教学质量保障机制。这就需要对汽轮机原理课程的教学过程和教学效果进行定期评估，收集学生的反馈、教师的自我反思以及行业专家的意见。根据评估结果，及时发现教学中存在的问题，并采取有效的改进措施。例如，如果学生在某一知识点的掌握上普遍存在困难，那么就需要调整教学方法或补充相关的教学内容。

4.智能化与自动化技术的应用需求

随着智能化和自动化技术在工业领域的广泛应用，汽轮机的运行监控、故障诊断和智能控制等方面也面临着技术升级。社会需要汽轮机原理课程的教学能够跟上时代步伐，让学生掌握相关的智能化和自动化知识，为实现汽轮机的智能化运维和高效管理提供人才支持。例如，利用大数据分析和人工智能技术对汽轮机的运行数据进行实时监测和预测性维护。

（三）综合素质提升

1.培养家国情怀和责任感

在汽轮机原理的教学中，通过介绍我国在汽轮机领域的发展历程，特别是从早期的引进技术到如今自主创新取得的显著成就，激发学生的民族自豪感和爱国情怀。让学生明白他们所学习的知识和从事的工作对于国家能源安全、工业发展的重要意义，从而培养他们的责任感和使命感。

2.弘扬科学精神和创新意识

课程中应强调科学家和工程师在汽轮机研究和发展过程中所展现的科学精神，如严谨的治学态度、勇于探索的创新精神。鼓励学生在学习和未来的工作中追求真理、敢于挑战传统观念，培养创新思维和解决实际问题的能力。比如，介绍汽轮机领域的科研先驱们如何在艰苦的条件下进行技术攻关，克服重重困难取得重要成果的故事，激励学生勇于创新。

3.树立环保意识和可持续发展观念

在讲解汽轮机的原理和运行过程中，融入环保理念和可持续发展的思想。让学生了解汽轮机在能源转换过程中的能耗和排放问题，以及如何通过技术改进和优化来减少对环境的影响，培养学生的环保意识和社会责任感。比如，探讨新型汽轮机技术在提高能源利用效率、降低污染物排放方面的作用，引导学生思考如何在工程实践中实现经济效益与环境效益的平衡。

4.培养团队合作和沟通能力

汽轮机的研发、制造和运行往往需要多个专业领域的人员协同工作。在教学中，可以通过设置小组项目、案例讨论等活动，培养学生的团队合作精神和沟通交流能力，使他们能够在未来的工作中与不同背景的人员有效地合作。例如，安排学生分组完成一个汽轮机系统的设计或故障分析任务，让他们在团队协作中学会分工合作、交流意见、共同解决问题。

五、教改后的内容

（一）教学目标

1.专业知识与技能掌握

学生能够深入理解汽轮机的工作原理、结构、热力系统、调节与保护、运行、故障诊断与处理以及新技术发展趋势等方面的专业知识；熟练掌握汽轮机性能的分析、计算和优化方法，具备独立解决复杂工程问题的能力。

2.工程实践与创新能力培养

学生能够将所学的理论知识应用于实际工程情境，通过实践操作和项目经历，提升工程实践能力；培养创新思维，鼓励学生在汽轮机技术领域进行探索和创新，提出改进和优化的方案。

3.职业素养与社会责任感塑造

培养学生严谨细致、精益求精的工匠精神，在工作中遵循职业道德和规范；提高学生的团队协作和沟通能力，能够在团队中发挥积极作用；使学生具备可持续发展意识，在汽轮机相关工作中考虑环境和社会影响，履行社会责任。

4.爱国情怀与行业使命感激发

让学生了解我国在汽轮机领域的发展成就和贡献，激发民族自豪感和爱国情怀；激励学生为推动我国汽轮机行业的进步和发展努力学习，树立为国家能源动力事业贡献力量的使命感。

（二）课程内容的变化

在原有技术知识基础上，本课程增添了课程发展脉络元素，像我国汽轮机领域的发展成就以及科学家和工程师的奋斗精神，以培养学生的爱国情怀和职业素养；强化了工程实践部分，引入更多实际工程项目和现场案例，以便让学生更好地理解理论知识在实际中的应用；注重通过设置讨论环节、小组项目等方式培养学生的创新能力和解决实际问题的能力，激发学生的思考和创新；融入了可持续发展理念和环保要求，讲解汽轮机技术在节能减排方面的新进展和挑战；还增加了前沿技术和发展趋势的介绍，让学生了解行业最新动态以拓宽视野，同时加强了与其他相关课程和学科的交叉融合，从而培养学生的综合应用能力。

六、教改的实施

（一）章节内容对课程教学目标支撑的重构（见表1）

（二）考核的变化

1.教改前

考试成绩占主导，通常期末闭卷考试的成绩在总成绩中占比较高，一般为 70%～80%。

平时成绩主要依据作业完成情况和考勤，占比相对较低，一般为 20%～30%。

作业形式较为单一，多为书面练习题，侧重于对理论知识的考查。

2.教改后

形成性评价比重增加，例如增加课堂表现、小组讨论参与度、课堂测验等方面的考核，占总成绩的 30%～40%。

期末考试形式更加多样化，除了传统的闭卷考试，可能会有开卷考试、案例分析等形式，重点考查学生对知识的综合应用和创新思维，占总成绩的 50%～60%。

实践环节纳入考核，如实验报告、课程设计等，占比10%～20%。

平时作业不仅有书面作业，还可能包括小论文、调研报告等，注重培养学生的自主学习和研究能力。

引入互评机制，例如小组项目中组员之间的相互评价，培养学生的团队协作和评价能力。

七、教改效果

（一）学生的评价

“课程内容更加丰富有趣，不再是枯燥的理论讲解，让我对汽轮机原理有了更深入的理解和兴趣。”

“考核方式更加多元化，让我能够全面展示自己的学习成果，而不仅仅是靠期末一次考试定成绩。”

“实践环节让我真正感受到了汽轮机在实际中的应用，对未来的工作很有帮助。”

（二）用人单位的评价

“新毕业的学生不仅专业技能过硬，而且具有良好的团队协作精神和创新意识，能够更快适应工作环境。”

“学生在工作中表现出更强的社会责任感和职业道德，这对于企业的长期发展非常重要。”

“他们能够将可持续发展的理念融入工作中，为企业的节能减排和技术创新提供了新的思路。”

“毕业生在解决实际问题时，思路更加开阔，方法更加灵活，这得益于教学改革对他们综合能力的培养。”

（三）教改效果

通过教改，学生在出勤率、平均成绩、课程满意度、毕业从事相关工作等各个方面均有较大的提高。例如，出勤率从75.3%提高到88.7%；期末考试的平均成绩从69.7分提高到84.7分（百分制），学生在相关学科竞赛中的获奖数量较教改前增加了15.1%。

八、总结

教改后的汽轮机原理课程融入工程实践和综合素质培养，丰富教学内容。考核方式多元化，激发学生兴趣。学生参与度提升，专业知识掌握更扎实，就业竞争力增强。

汽轮机原理教改成效显著。增加实践环节和前沿技术介绍，培养学生创新能力。优化考核，注重过程评价。学生成绩提高，对行业发展认识更深刻，职业素养提升。

此次汽轮机原理课程教改，强化知识应用，改变教学方法，提升课堂活跃度。调整考核比重，更全面评估学生。学生综合能力提高，获用人单位好评。

参考文献：

［1］ 李勇，曹丽华.汽轮机原理［M］.北京：中国电力出版社，2015.

［2］ 王新军，杨建蒙.工程教育专业认证背景下的课程教学改革探索：以“汽轮机原理”课程为例［J］.教育教学论坛，2020（32）：198-199.

［3］ 张素香.课程思政融入“汽轮机原理”教学的探索与实践［J］.教育现代化，2021，8（57）：138-141.

［4］ 刘辉，周兰欣.基于成果导向教育理念的“汽轮机原理”课程教学改革［J］.中国电力教育，2019（8）：62-63.

［5］ 陈荐，任延杰.“汽轮机原理”课程教学改革的研究与实践［J］.中国电力教育，2013（28）：78-79.

［6］ 杨涛.新工科背景下“汽轮机原理”课程教学改革探索［J］.科教导刊，2022（14）：117-119.

［7］ 黄树红，李建兰.能源动力类专业“汽轮机原理”课程的建设与改革［J］.中国电力教育，2012（13）：52-53.

编辑 马花萍