改进大型火电机组运行与事故分析课程教学质量的方法研究

崔晓波 赵丹 王金平 刘志远

[摘 要]针对大型火电机组运行与事故分析课程知识点多、杂、难的问题，结合能源与动力工程方向课程体系，通过实际课堂教学实践，探讨如何提高学生理论联系实际以及如何综合运用所学知识分析解决现场实际问题的能力。提出了先系统后局部再系统的教学方式，同时有机融合仿真机机炉实训上机操作同步教学，这样可以调动学生学习的积极性，从而加深学生对该课程的理解深度与广度。

[关键词]火电机组；事故分析；机炉实训；仿真机；能源与动力工程

[中图分类号] G642 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2018）06-0078-03

大型火电机组运行与事故分析为电力类高等院校能源与动力工程专业开设的核心专业课程，该课程与生产实际紧密联系，已成为学生毕业后进行火电机组集控运行工作的关键中间纽带环节[1][2][3]。能源与动力工程专业学生在学习本门课程之前，虽已学习过基本的理论课程与专业课程，但对电厂全系统的认识仅仅局限在认知实习的参观，对火电机组的实际生产过程理解不全面，理论与实践脱节，学生缺乏系统观念。

目前，我国火电机组的技术水平发展迅速，高参数、大容量超临界以及超超临界火电机组已成为当前电网的主流机组，而随着机组容量和参数的提高，其工艺过程更加复杂、庞大[4][5][6]。这一方面进一步加重了学生对该课程学习的难度；另一方面，在工艺过程日益复杂的趋势下，为了保证火电机组生产的安全高效运行，运行人员不仅要熟练掌握设备的原理与构造，还需重点加强对各设备以及各系统之间相互关系的掌握程度。这势必会加剧该课程的学习难度与掌握程度需求间的矛盾。现代大型火电机组要求能源与动力工程专业毕业生必须全面掌握热能、电气、自控、测量、化学、机械及外语等领域的相关知识，为将来真正达到称职值班员奠定扎实基础。

因此，结合上述火电机组发展现状及对人才培养的要求和标准，本文以南京工程学院能源与动力工程学院开设的大型火电机组运行与事故分析课程为实施主体，通过在实际教学过程中的教研教改实践，总结并探讨了如何提高该课程的教学质量，从而全面提升学生理论与实践的结合能力以及对知识的综合运用能力。

一、课程的教学内容及特点

大型火电机组运行与事故分析课程主要包含以下几部分内容：火电机组工艺流程与组成；DCS集散式控制系统功能与操作方法；火电机组启动与停机、运行调整、负荷控制以及常见事故分析与处理。本课程具有以下三个特点。

（一）知识点多而杂

火电机组包含了基本的炉机电三大主机以及多种辅机设备，与其相关的系统多达上百个。部分系统间联系紧密，如制粉系统与燃烧系统；部分系统间相互独立，如锅炉侧的喷水减温系统和汽轮机的抗燃油系统。上述设备与系统所涉及的基础课程以及专业课程多达十几门，课程中即使一个小节的内容可能也需要多门理论课程的综合，并且基本可以作为单独专题进行讲解。

（二）纯理论内容少

大型火电机运行与事故分析课程中几乎没有理论公式的推导运算，课程表面上几乎用不到流体力学与工程热力学等专业的基础知识，学生学习起来不会感觉特别“难”，但是要想做到课程的融会贯通，却比一些理论基础课程要难得多。

（三）课程系统综合性强

大型火电机组运行与事故分析课程几乎涵盖了能源与动力工程专业课程体系中的所有专业基础课、专业课以及相关的专业选修课内容，如传热传质、工程热力学、工程流体力学、锅炉原理、汽轮机原理、热力发电厂、泵与风机、热工测量及仪表、热工自动控制、电厂金属材料、脱硫系统、脱硝系统、静电除尘与湿式除尘、化学水处理等大量先修课程基础。在学习该课程过程中需要将上述多门课程进行有机融合，这样才能实现火电机组集控运行知识的系统综合，达到预期的教学效果。

（四）课程理论与工程實践结合性强

大型火电机组运行与事故分析课程的教学目标是达成基础理论教学与将来集控运行工作的衔接。教师在授课过程中需要紧密结合基础理论与工程实践，一方面通过理论指导学生集控运行的学习；另一方面通过实际工程实践反向加深对基础理论理解的深度与广度。

从上述该课程内容与特点的分析看，无论从该课程的教学角度还是从学生的学习角度均较难把握好“尺度”，从而难以提高该课程的教学质量。另外，该课程大多在本科大四阶段开设，该阶段的学生一部分忙于寻找工作，另一部分在进行硕士研究生入学考试的准备，大多数学生在学习精力与重视程度方面投入不够。

二、目前教学中普遍存在的问题

大型火电机组运行与事故分析课程在国内电力类院校普遍开设，通过与兄弟院校的走访与调研以及对学生的调查问卷，并结合教学体会，笔者发现该课程的教学存在诸多普遍性问题，具体体现在以下几个方面。

（一）课程知识点掌握零散，不能系统化

由于该课程内容知识点多而杂，在授课过程中，容易造成学完一节忘记上节，各个环节之间很难有机联系起来，课程前后连续性较差，缺少贯穿整门课程的主线，这导致学生对知识的掌握零散，不能系统化。

（二）教学方式是教师一言堂

该课程的教学多以教师课堂讲授为主，与传统基础课程的教学基本相同。然而对于该课程若采用与基础理论课程相同的教师一言堂的教学方式，会导致学生的实际运行操作能力与工程实践能力的锻炼严重不足，大量的教学内容与系统只能以“走马观花”的方式在短时间内灌输给学生。

（三）理论教学与实践教学脱节

该课程的理论教学与实践教学严重脱节。国内开设该课程的高校一般通过两种方式进行实践教学：一是通过学期末的电厂运行实习；二是通过仿真机运行模拟实践。通过电厂运行实习学生可体验在真实环境中学习，但考虑到安全因素，接收学生实习的电厂不会让学生参与运行，而仅仅是让他们进行简单的参观，这就失去了运行实习的意义。而仿真机运行模拟实践提高了学生参与工程实践的灵活性。由于仿真机没有安全性的问题，所有学生都可以在教师的指导下，大胆地去尝试自己的想法，提高所学知识的综合应用能力。但纯仿真机运行模拟缺少真实的工作环境，学生只能通过流程图与说明去理解生产过程，对真实的设备以及工艺运行中需要注意的问题不能深刻体会。

（四）青年教师工程实践经验严重缺乏

为了缓解招生数量增加的问题，满足学科建设要求，目前国内本科院校大量引进的教职员工博士比例最大，而新进的青年博士教师大多以理论研究为主，缺乏实际工程实践经验，甚至有个别教师非本专业出身，缺乏对企业工作流程和岗位实际工作过程的深入了解，这造成该课程的教学内容与实际岗位需求不完全吻合。另外，青年教师在授课过程中更加偏向自己熟悉的理论领域，这进一步造成了该课程的教学存在更大的片面性与局部性。

（五）企业支持力度不够

随着国民经济的增长，电力企业发展迅速，这导致其对相关技术人员的需求增加。虽然国内电力类院校招生数量逐年增加，但相应的教学设备与教学规划设置却并没有同步提高，这就造成在学生在实习过程中，实习单位与学生数量的严重失配。考虑到安全性因素与学生管理问题，发电企业接收学生实习的压力逐年增加。另外，学生在电厂里实习不能创造经济效益，导致发电企业对于接收学生实习积极性不高。

（六）教学资源严重不足

虽然学校的招生数量在不断增加，但相应的配套教学资源并没有同步增加，特别是学生进行实践教学的重要教学平台——仿真机数量严重不足。由于火电机组仿真软件价格较高，且一套软件最多支持的客户端远小于学生人数，这导致用于实践教学训练的仿真机数量偏少，加上上机时间较短，教学中往往是2～3个学生同时使用一台客户机，教学资源远远无法满足教学要求。

上述问题的存在，致使该课程在教学过程中存在种种困难与不便，这导致培养的本科毕业生的知识、能力、素质结构与发电企业人才需求不能完全吻合，无法满足现代电力企业对毕业生“零距离”上岗的要求。

三、提高教学质量的方法

针对上述教学过程中普遍存在的问题，笔者分别从对应的具体问题提出了相应的解决方法，具体解决措施与方法如下。

（一）系统—局部—系统三步教学法，实现知识系统化

首先，对于该课程建议采用先系统后局部再系统的教学方式，即首先从电厂整体系统进行介绍，该部分可以以系统总貌为主，不需要过度关注具体的局部系统，能让学生对火电机组集控运行有一个整体的把握，让学生掌握大系统中包含哪些局部系统与工艺即可。其次，基于上述课程铺垫，进行“抽丝剥茧”细化局部系统与工艺学习，按照一定逻辑顺序详细讲解局部系统的具体内容以及操作方式，同时注重局部系统与设备间的连接关系与影响关系。最后，将局部内容逻辑连接与大系统综合回顾，实现火电机组完整系统的串联与系统化。

（二）将仿真机引入课堂教学，改变教师一言堂的教学模式

火电机组集控运行课程是对组成火电机组的众多设备与系统进行启动、停止以及与运行调整等内容的学习，对学生基本理论的扎实程度与综合运用能力的要求较高，教学重点在于让学生对系统组成、工艺流程、设备配置与特点等达到一定的熟悉程度，在此基础上掌握机组运行操作过程的基本步骤原理，学生在教师的指导下需要进行自主学习，以加深对课程的熟悉程度与理解程度。因此，在该课程教学中将仿真机引入，用以培训在校学生，加强学生基于仿真机的自主学习，使其从直观上学习和掌握电厂设备和系统特性、物理过程、介质流程及故障的原因和结果，加深学生对设备及设备原理的理解。

（三）仿真机与专业课程融合，实现理实一体化教学

仿真机平台的建设使能源与动力工程专业主要专业课程实现一体化教学成为可能，除该课程外，其他理论课程如锅炉原理、热工自动调节、泵与风机、热力发电厂与顺控与保护等内容均可与仿真机结合进行，从而达到专业课程与该课程的有机融合，实现学生理论学习与实践训练相结合，实现理实一体化教学。

（四）加大对青年教师的工程实践培养力度

针对当前青年教师企业实践经验缺乏的问题，学院积极与发电企业联系合作，建立青年教师定期挂职锻炼和顶岗工作的机制，联合设立挂职或顶岗工作岗位，并出台相关鼓励与奖励政策，提高青年教师到企业一线进行锻炼的积极性。

（五）加强高校与实习单位的联系

发挥高校科技创新能力方面的优势，加强高校与发电企业在科研、生产、培训等方面的合作，通过各种科技项目攻關合作，全方位地开展互惠互利的校企合作机制。高校可以通过科技服务、人才培养、技术服务与咨询以及理论培训等方式帮助企业排忧解难，从而建立良好的校企互动与依赖关系，为学生的实习打下坚实的基础。

（六）建立仿真机辅助学习网站系统

针对教学资源缺乏的问题，建议设计一个仿真实训的辅助学习网站，在网站中提供发电厂的相关管理制度，设备的真实图片、视频和动画，机组的运行规程和操作票，火电机组仿真操作画面和部分操作流程的动画演示。网站的建立可以方便学生熟悉发电厂的生产过程、制度标准，学生通过网络学习机组冷态启动过程中的主要操作步骤和方法、主要设备的相关知识，可以进行模拟操作练习。

上述所提出的解决方法与措施，部分已在笔者教学过程中进行了教改实施，在学生对集控运行的掌握程度以及知识点的关联综合程度方面取得了一定的成效。另外，上述改进方法的顺利实施，需要学校、学院、教研室以及课程组的大力支持与推动，与之相关的鼓励与支持政策需要出台，这样才能保证该课程与发电企业的良好衔接，减小发电企业对毕业生“零距离”上岗要求的距离。

四、结语

根据大型火电机组运行与事故分析课程教学内容以及教学过程中存在的问题，提出了系统-局部-系统的教学方式，另外重点提出了将仿真机与课程教学结合的教学方式。仿真机为发电类相关专业提供了重要的实践实训教学平台，对增加学生现场设备与系统的熟悉程度，提高学生操作技能，加深学生火电机组运行理论的理解能力具有不可替代的作用。通过将相关课程与仿真机以及实践教学相结合、相融合与相渗透，能实现教、学、练一体化，让学生学以致用，从而系统性掌握该课程的内容。

[ 参 考 文 献 ]

[1] 赵星海，刘洪宪，周振起，等.“单元机组集控运行”课程建设与改革[J].中国电力教育，2014（32）：104，108.

[2] 张立茹，郭茂丰.火电厂传真系统用于实践教学改革的探索[J].中国电力教育，2009（22）：134-135.

[3] 张辉，潘宁.独立学院热动专业电厂仿真实训教学探究[J].中国电力教育，2011（15）：171-172.

[4] 谢新，叶海军，林文孚，等.基于仿真系统的教学模式研究[J].中国电力教育，2010（6）：107-109.

[5] 赵星海，周振起，魏春明，等.在“集控运行”课程教学中培养学生综合能力的研究[J].中国电力教育，2013（22）：119-120.

[责任编辑：陈 明]