基于双碳背景下“锅炉原理课程设计”教学改革探索

摘要：根据南京工程学院以应用型人才培养为中心的办学定位，结合目前双碳目标下能源低碳绿色转型对学生能力和素质培养的需要，突出学生在教学中的主体地位，有必要对“锅炉原理课程设计”进行不断的探索和改革。本文分析了目前本课程设计存在的问题，并从教学内容、教学方式、产教融合和课程思政等方面进行了改革。结果表明，通过将实际案例和应用场景融入教学中，注重教学模式创新和思政教育与实践有机结合，满足学生个性化学习需求，使学生能够将理论知识与实际应用相结合，提升了教学质量和实践能力培养效果，为新时期双碳背景下推动能源与动力工程专业的实践教学发展提供参考和借鉴。

关键词：能源与动力工程；锅炉原理；课程设计；教学改革

“锅炉原理”课程是能源与动力类专业的核心专业课之一，为学生进一步学习“锅炉原理课程设计”和实践提供了坚实的理论基础。自2000年南京工程学院合并组建以来，能源与动力工程学院锅炉课程组历经了23年的持续发展。为了更好地适应电力行业的需求和推动学生的综合能力培养，针对本校的办学特色和行业的发展趋势，本课程组对“锅炉原理”和“锅炉原理课程设计”课程进行了不断的探索和改革。本校“锅炉原理”课程于2021年被认定为省级一流本科课程，于2022年被评定为省级产教融合课程。本课程组也将继续推进“锅炉原理”及其相配套的实践课程“锅炉原理课程设计”的建设，为电力行业培养输送优秀的高质量应用型工程技术人才。

1教学现状和教学改革背景

极端天气变化和气候事件对全球社会经济和自然环境有持续破坏性影响，为应对气候危机，中国在2021—2023年的政府工作报告中均提出有序推进碳达峰碳中和工作。火力发电作为我国最重要的发电方式之一，具有可调度性强、供应稳定等优势，在保障能源供应和满足经济社会发展需求方面发挥着重要作用。火力发电是碳排放的最主要来源，在应对气候变化和推动碳减排的背景下，我国传统火力发电行业面临着巨大的挑战和机遇。火力发电行业的清洁化改造是实现绿色低碳转型的关键［1］，目前，我国在超超临界和超临界火力发电技术上已取得重要进展，煤炭清洁高效利用水平不断提升。在火力发电的灵活性改造方面，通过提高机组的调峰调频能力，灵活调整发电功率和运行模式，可提供持续稳定的电力供应，充分发挥了火力发电的兜底保障作用［23］。

为了贯彻党的二十大报告和2022年全国教育大会提出的要求，我校传统专业能源与动力工程专业积极响应国家战略需求，紧密结合区域性地方企业的需要，以优势化差异化发展为方向，努力培养能解决电厂关键重大技术问题和技术攻关的高质量应用型人才。在新一轮科技革命和产业变革的背景下，实践类课程成为提高应用型人才培养质量的关键环节。通过实践类课程提供的锻炼平台，学生能够更好地理解所学理论知识在实际工程项目中的应用，培养创新思维、团队合作意识、沟通协作能力和工程实践能力，为未来从事电厂关键技术工作打下坚实基础。

当前青年学生成长于急剧变化的社会环境中，接受网络信息量大，思想变化快。应结合实践类课程特点，关注学生对知识和能力的真实需求，及时做好学情分析，如上图所示，了解新时代大学生的所思所想所求。针对学生学习动力不足、学习效果不好和学习能力欠缺三方面，重构教学内容，改善教学方式。

目前，我院“锅炉原理课程设计”选题为教师指定选题：HG—220/9.8—10型煤粉锅炉校核热力计算，学生依据不同负荷进行分组，同组同学分配不同的煤种数据，确保一人一题。教学方式以教师授课为主，根据教学进度安排，教师首先进行集中讲解，学生根据教师授课内容进行相应部分的热力计算。通过对以上我院教学内容和教学方式的分析和总结发现，设计选题锅炉容量为220t/h的高压锅炉，此种炉型由于效率低、污染高，早已被电厂淘汰；教学方式为以传统的课堂集中授课为主，这种授课模式限制了学生的主动学习和实践能力的培养［46］。选题内容老旧，教学方法低效，已不能适应新时代国家对高质量应用型人才的需求。针对以上问题，以我院能源与动力工程专业学生为例，本文对“锅炉原理课程设计”实践课程的教学进行探索和改革。

2教学改革和实践具体方法

2.1选题和教学内容改革

我院“锅炉原理课程设计”教学进程安排在第5学期14～18周，设计周数为2周。通过完成本实践课程，学生能够深入了解锅炉系统的运行原理、关键技术以及相关的热力计算方法。在新工科应用型人才培养和电力行业双碳背景下，我院在能源与动力工程专业5个平行班级中选用了600MW等级超临界燃煤锅炉炉型为计算模型。其中一个班级的设计参数表见下表。本班级同学分为9组，每组同学的设计煤种数据不同，同组同学分别在100%、95%、90%和85%负荷下进行校核热力计算。2021年国家发展改革委和国家能源局印发的《全国煤电机组改造升级实施方案》要求新建的煤电机组原则上采用超超临界且供电煤耗低于270克标准煤/千瓦时的机组。国家能源局数据显示，2021年我国超临界和超超临界机组占比已经超过50%。2021—2023年的政府工作报告中均指出有序推进煤炭清洁利用。以上国家和政府关于燃煤电厂政策的发布表明，超临界、超超临界机组在未来燃煤电厂已是发展的主流方向。因此，本次课程设计教学改革采用了600MW超临界机组燃煤锅炉，并更新了与超临界机组适配的计算方法和计算标准，解决了教学内容与燃煤电厂实际发展脱节、落后的问题。在完成规定的校核热力计算的基础上，学有余力的同学可对本组不同负荷下的计算结果进行横向对比，加深了学生对变负荷下锅炉运行参数调整的理解。由于未来燃煤电厂将更多地承担起调峰保供任务，这对学生毕业后在电厂从事运行检修等工作有重要的实际意义。

在计算方式上采用前期部分手算，后续计算机Excel表格计算和调整的整体思路。前期通过人工计算，重点掌握热力计算的思路和相关线算图表的查取等。如果只采用计算机Excel表格计算方式，由于表格中已经预先输入了计算思路、公式，并嵌入了相关函数等，学生在计算时容易忽略计算思路、图表的查取。比如，在计算三原子气体辐射减弱系数、灰粒辐射减弱系数和焦炭粒子辐射减弱系数时，很多学生并没有思考为何要计算以上三个参数，仅是根据表格里的公式，直接带入相关参数数值计算出结果，继而按照表格继续往下计算。虽然这部分同学根据已有表格也可最终算出炉膛出口烟温和炉内传热量，但为何这样计算却不知道。如果课程设计开始时，学生就理解炉膛校核计算的内容是根据合理布置的受热面积，核算炉膛出口烟气温度是否符合要求。计算炉膛出口烟温需要计算炉膛黑度，计算炉膛黑度又需要计算火焰吸收减弱系数，而通过计算三原子气体辐射减弱系数、灰粒辐射减弱系数和焦炭粒子辐射减弱系数可得到火焰吸收减弱系数。通过对以上计算过程进行抽丝剥茧递进式的思考，让学生不做人工计算器，不为了计算而算，而是在充分理解计算思路的基础上去做计算。热力计算过程不仅有力地提高了学生工程计算能力，也促使学生学会独立思考，助力高质量应用型人才的培养落实。

2.2教学方式改革

学生数字化素养能力的培养需求加速推进了高校教学方式的改革，从传统的线下课堂教学为主转变为线下线上混合式教学。我院锅炉课程组也积极响应国家关于数字化教学的战略性政策号召，为提升教学质量，利用好数字教学资源，努力探索应用型高校线上线下混合教学模式的现代化发展之路。当今社会科技发展日新月异，知识技术更新空前加速，如何在新的社会变革中保证教育高质量发展已是新时代高校教育改革的主题。在课程设计教学组织中，传统线下集中教学不能满足个体学生对知识的需求，不能充分体现因材施教、因人施教。通过在学习通平台提供丰富的教学资源，针对计算过程中的重点难点问题，录制并上传短而小的微课教学视频，真正发挥学生自主学习能动性。学生在计算过程中，有任何疑问都可自主地在学习通资源中找到相关材料，提高学习的灵活性和自主性，使学生从被动学习转变为主动学习，真正地体现以学生为中心的教育理念。

而在线下课堂中，采用翻转式教学可以更好地利用课堂时间，加强师生互动和学生参与。学生在自主学习的基础上，对于遇到的难题和疑问，可以在课堂上与指导教师进行深入讨论和解答，这种翻转式教学可以培养学生主动思考和分析问题的能力。

2.3产教融合

为落实高质量应用型人才培养方案和目标，产教融合和校企融合已经成为未来高效发展的重要举措。我校作为应用型人才培养高校，一直积极探索和实践，与一些企业开展了长期合作，取得了许多成功的经验和成果。通过将企业的工程实例引入课程设计教学，提高了学生的实践能力和就业竞争力，也为企业提供了优秀的人才储备和技术支持，促进了校企合作的深入发展。

2.4思政融入

大学阶段是学生塑造正确的世界观、人生观、价值观的关键时期。国际局势风云变幻，当代学生获取信息的方式多样化。高校应“立德树人”，解决好“培养什么人，为谁培养人”的教育根本问题，因此有必要将思政润物细无声地融入教学内容中。在本次课程设计教学过程中，教师在线上给学生分享推送了电力行业的榜样的故事。例如，20世纪70年代末期，国内最大的两台循环流化床锅炉面临不改造就报废的窘境，中国工程院院士秦裕琨潜心钻研、反复试验，提出播煤风技术理论，成功改造了这两台锅炉，为国家挽回了近亿元的经济损失，他和千千万万的电力人一起改变了我国电力发展受制于人的历史。从这些故事中，学生深刻体会到了关键核心技术的重要性，启发学生认识到自己在学习过程中的使命和责任，进一步提高学生的爱国主义精神和社会责任感。电力行业发展事关国家安全和人民幸福，新时代新征程上青年学生应以国家需求为导向，把个人发展同祖国的发展联系起来，学好真本领，为祖国伟大复兴贡献自己的青春力量。

结语

本文分析了我院“锅炉原理课程设计”教学过程中存在的问题，从选题和教学内容、教学方式、产教融合和思政融入等四个方面提出了教学改革的思路。结果表明，能动专业锅炉原理课程设计的改革效果良好，促进了理论课程与实践课程的有效融合，为培养适应新时代发展的高质量应用型人才做出了有效探索。根据本次改革结果，后续将继续更新线上教学资源，改进教学方法，用学生喜闻乐见的方式将教书和育人有机结合起来，真正做到“以学生为中心”，最终实现提升教学质量和育人水平。

参考文献：

［1］赵国涛，钱国明，王盛，等.“双碳”目标下火电企业绿色低碳转型的对策分析［J］.华电技术，2021，23（10）：1121.

［2］郝鑫，孔英.电力行业碳中和的实现路径与对策［J］.开放导报，2021（5）：2836.

［3］董美蓉，龙嘉健，陆继东.基于“新工科”理念的锅炉原理课程设计改革与实践［J］.高等工程教育研究，2020（4）：7174.

［4］雷鸣，马凯.高校能源动力类专业“锅炉课程设计”实践环节设置情况分析与探讨［J］.中国电力教育，2019（12）：6768.

［5］刘洪宪，牛晓娟，王禹晨，等.电厂锅炉原理课程建设与教学方法实践探索［J］.决策探索：中，2020（08）：6566.

［6］李志敏，孔祥强，王黙晗.基于专业认证的说课核心要素分析：以“锅炉原理”课程为例［J］.科教文汇，2021（35）：9597.

基金项目：南京工程学院校级教学改革与建设项目（JXJS2023042）；南京工程学院院级教学改革与建设项目（ndjyjg202204）

作者简介：张思文（1987—），女，汉族，山东临沂人，博士研究生，讲师，研究方向：碳减排、洁净煤燃烧。