線上線下教學模式在《單元機組集控運行》教學中的應用

馬昕霞，王渡，陸劍鋒，丁紅蕾，劉曉靜，閆庭

（上海電力大學 能源與機械工程學院，上海）

一 引言

上海電力大學是高水平地方應用型高校建設單位，能源與動力工程學院開設的本科課程——《單元機組集控運行》已經開設多年，是一門專業核心課程?！秵卧獧C組集控運行》課程與電力生產緊密結合，實踐性強，是理論與實踐之間連接的橋梁，注重突出電力特色?！秵卧獧C組集控運行》課程于2017年入選校級重點課程建設項目，經過多年建設，已經創造了良好的教學條件，已制定了《單元機組集控運行》教學大綱、教學計劃、教案等必要的教學文件；開發了多媒體教學課件，引進了火電廠生產過程CAI課件，并成功應用于課程教學；制作了網上教學網站用于和學生互動答疑；建立了《單元機組集控運行》試卷庫，撰寫了典型教學案例；搜集整理4個機組啟動規程和6個電廠故障的視頻。

學習《單元機組集控運行》課程對培養電廠一線運行工程師、培養學生能力以及促進學生就業具有重要的作用。在“互聯網+”“新工科”、課程思政、5G 時代的到來等背景下，高校的教育教學模式發生了日新月異的變化[1-2]，高校教育生態的進一步發生變革和重構。社會的發展推動了數字化、信息化、智能化技術的應用，同時倒逼大學形成新一輪科技革命的氛圍。這種知識信息的變革進一步影響著大學專業課的課堂教學，使得高校的教學模式以及人才培養模式發生變革，以順應時代的變化。為此，教育部提出了打造全面的“金課”以及建設面向未來的“新工科”的號召[3-5]，尤其是2020年1月以來，疫情迅速在全世界蔓延，為了維持教學的正常進展，實現停課不停學。同時也為了保證廣大師生的身體健康，全球各大高校都在利用網絡平臺，進行線上教學。因此可見，傳統的課堂教學授課模式已不能滿足目前的新形勢下青年一代學生的需求。

本課題組提出線上線下混合教學課程建設，線上線下混合教學模式具有很多優勢且具有很多挑戰，給廣大師生帶來很多的便利，但是，便利的同時也帶來一些問題，對廣大師生也是一次重大的考驗和挑戰。從具體優勢上看，線上線下混合式教學模式能夠充分發揮線上教學的優勢，是一種行之有效的教學模式。然而，如何充分利用網上教學資源，如何通過線上結合線下的模式，調動學生對知識的渴望，激發學習的潛能，是目前眾多教師關注的熱點。本文針對《單元機組集控運行》線上線下混合教學模式中，在教學隊伍的培養、教學內容、教學理念、考核方法怎樣進行改革以及如何調動學生的積極性等方面進行了探討。

二 打造一支雙師型且具有豐富的電廠運行經驗教學團隊

上海電力大學《單元機組集控運行》課程的教學團隊是一支雙師型且具有豐富的電廠運行經驗的隊伍，共有7名教師，其中4名教師是雙師，3名教師是電力行業仿真培訓高級指導教師（含脫硫運行）。課程教學團隊建設了“火電廠典型故障虛擬仿真綜合實驗”基地?！痘鹆Πl電廠典型故障虛擬仿真綜合實驗》入選上海市首批上海市虛擬仿真實驗教學項目，該基地設有目前國內最先進的超超臨界火電機組（1000MW）全方位仿真，對各個系統內設備的運行調節實現模擬仿真；可仿真故障的觸發及觸發后的機組一系列變化過程。利用該仿真系統對學校的動力專業的學生及火電廠運行人員進行相關培訓，包括機組的冷態啟停、變壓運行和RB故障觸發及處理。受訓人員身臨其境、獨自處理相關故障以及機組的運行中負荷升降的調節效果顯著。

該實驗基地的工作核心是給學生工作崗位提前適應的機會，并培養學生處理問題、冷靜思考的能力。該實驗基地培訓內容是圍繞實際運行的火電廠，選取電廠運行中較典型的容易遇到的故障案例，利用先進的虛擬現實技術，設計和完成實驗教學的整個過程。通過學生在仿真虛擬平臺上反復操作和演練，使學生學到的專業知識和工程實際操作能力完美結合，使學生的動手操作能力迅速得到訓練和提高。目前能源動力類專業的學生去現場實習時，電廠要求學生只能看、只能聽、不能動手操作，通常電廠實習期短，一般不會遇到電廠發生故障的情況。因此，該實驗基地可有效彌補這類問題，通常在仿真機上的培訓，可大大加快學生對今后工作環境的適應，有效提高適應能力。

三 切合電廠實際運行，引入行業先進主力機組，提高教學效果

上海電力大學能源與動力專業依托電力，注重理論聯系實踐，《單元機組集控運行》課程已經開設很多年，是本專業的核心課程之一，本課程在國內同類專業中被認為是師資雄厚，課程內容突出電力特色，理論應用于實踐非常緊密。學習《單元機組集控運行》課程，對于培養電廠運行工程師是一個極其重要的環節，課程的教與學是將課程的理論內容應用于電廠的生產實際的載體[6]。因此，課程的教學內容必須緊密結合當今電力工業的快速發展需要，不斷更新教學內容和教學方法，著眼于學生綜合素質和知識應用能力的提高，主要以培養工程生產第一線所需的高等技術應用型人才為主。

近年來，雖然新能源和核電造成了一些沖擊，然而火電機組目前仍占70%左右，其中絕大部分為燃煤機組，而且超臨界已經成為主力機組，超超臨界機組也在逐步興起。根據這種形勢要求，我們必須對《單元機組集控運行》《熱能動力工程課程設計》以及能動專業的《仿真實習》的授課內容做一些調整，主要以先進的大容量超臨界機組（660MW和600MW）和超超臨界機組（1000MW）的冷態啟動、變負荷運行中的調節及RB故障觸發以及引起的響應進行分析講解[7-8]。這樣既可以使學生的知識趕上時代的步伐，又使學生的視野得到進一步的開闊，做到學以致用?！秵卧獧C組集控運行》課程的教學中會涉及較多的閥門的調節及轉動機械設備的原型，采用Flash動畫演示，可使學生對各個流動過程有更加直觀的認識與理解；對于設備的組成及內部結構等實踐性強的教學內容，可采用三維建?；蛱摂M現實等技術實現虛擬仿真，可使學生更好地理解講授的內容，有效提高學生積極性和主觀能動性，提高課堂教學質量，保證教學效果。

四 修訂教學大綱、教學內容以及教學體系和考核機制的改革

《單元機組集控運行》課程是學生走向工作崗位的最后一門重要的專業課，是理論聯系實際的橋梁。教學內容主要包括：火力發電廠單元機組工作過程，其中包括單元機組的冷態啟動、熱態啟動及事故停運和正常停運、單元機組的工作過程中的參數調節、單元機組的控制方式、參數超限時機組的各種保護、輔助系統運行過程、單元機組事故預測與對策等。由于該課程在培養學生能力以及促進學生就業方面具有重要的作用，在新的要求下，修訂教學大綱、增加教學內容以及編寫教學PPT等教學相關的文件是刻不容緩的事情。在教學內容上，單元機組的啟動是本課程的核心，圍繞該部分增加一些環節，使學生更好地掌握機組啟動的相關知識。同時，機組的調節和監控也相應的增加教學內容。

根據教與學的主客體關系的相關研究成果，教學過程是作為主體的教師和作為客體的學生反復交流、反復互動的過程，作為客體的學生，如果一味地被動接受，久而久之學生會產生厭倦情緒，不能取得較好的學習效果。為了提高教學效果，應建立“以學生為主體”的教學體系，以培養學生的自主學習和激發學生的學習動力為目的，使線上學習和課堂教學有機結合。培養學生的學習能力，同時學生有疑問的內容可及時得到引領。目前網絡教學資源較多、學生可利用這些資源提高學習效率，使得課程教學水平和效率得到空前的提高，同時課堂的空間和時間得以拓展，學生可隨時進行仿真訓練和測試，學生之間可在線討論，學習情況也能得到及時溝通和分享，形成一個相互促進、你追我趕的積極向上的學習氛圍。因此形成了線上線下及課內課外相結合的教學模式，該模式使枯燥的課堂教學變得有趣味且立體，激發了學生學習的積極性和主動性，促進學生的深度學習。如針對“汽輪機的運行監視”教學，教師首先在課前發布“主蒸汽溫度、壓力”“再熱蒸汽的溫度”等學生熟悉的概念并提出相關問題，學生帶著疑問在線上查找相關資料，自行學習火電機組的監視參數的意義及調節的基本原理。課堂上，學生首先匯報學到的知識，并將自己的疑問提出。教師針對學生提出的問題進行分析，對于有爭議的問題開展討論?？傊?，線上線下相結合的教學活動使得學生主動地來學習，發揮學生的主觀能動性，學習氣氛輕松且收效較好。

對于考核機制，線上線下相結合的教學模式也進行了改變。將以期末卷面考核為主的傳統考核方式改變為過程化考核，即為過程化評價與期末卷面考核相結合。傳統的考核方式只反映了學生對部分內容的理解程度或記憶能力，造成部分學生采用考試前突擊的方式也能獲得不錯的成績，不能反映學生的學習過程的情況。針對線上線下相結合的教學，建立了一套過程化評價體系，把過程評價與期末卷面考核有機結合起來，綜合反映課程的學習過程中學生的整個情況，包括學生的打卡、視頻的參與度、課堂的參與頻次等，體現出教學的整個過程。過程化評價體系全面反映教學活動中學生的情況，全方位地評價學生，記錄了課程教學中完整的教學活動。

五 注重課程的銜接，強化實踐環節

《單元機組集控運行》課程的教學以培養電力行業及其相關企業的一線工作人員為主線，以工程能力的實訓為核心，與電力行業緊密相關，從理論學習和實踐實訓兩方面來構建本課程教學計劃。

在課程學習前，安排學生參加電廠認識實習增加學生感性的認識，在學生完成理論教學和考核后，安排學生進行“火電廠仿真實習”和開展“熱能動力工程課程設計”，在“火電廠仿真實習”中，學生一人一機，進行300MW亞臨界凝汽式機組或660MW超臨界凝汽式機組的冷態啟動的整個過程，使學生可進一步鞏固所學的專業知識，要求學生對機組的啟動過程有幾個重要的操作節點反復練習，對火電廠機組的啟動過程加深理解，提高學生的專業技能。在“熱能動力工程課程設計”基于660MW凝汽式機組仿真平臺，結合《單元機組集控運行》第五章電廠運行過程中的典型事故，將事故在仿真平臺中觸發，使學生記錄事故觸發后機組的參數變化，并進行分析。重點引導學生掌握機組常見事故、惡性事故產生原因、觸發后的后果、如何處理以及如何預防等。使學生具備大型火電機組運行基本理論基礎和處理運行問題的能力，以適應國內電力行業對一線職工的基本能力的需求。

六 課程教學內容的優化改革

在課程教學過程中，為了達到能動專業的培養目標，有機結合傳道、授業、解惑，從多層次、多維度、兼具個性發展來培養學生，以使學生掌握基礎理論和專業知識，并能較快適應電力行業的工作，可在國家電力行業及相關企業從事熱能工程以及新能源技術等方面的相關工作，適應當今電力行業快速發展的需要。

教學過程中，邀請火電廠有實際工作經驗的工程技術人員為學生做“遠程專題講座”，介紹火電廠主要設備的運行調節、常見的故障處理以及當前形勢下能源審計等問題，這樣可以使得學生掌握來自生產一線的實戰理論知識以及了解當前能源的形勢，緊跟時代的步伐，同時激發學生為國家興旺而發憤努力的信心和決心，這種方法還可幫助學生順利完成從學生到值班員的角色轉換。

七 教學方法與手段改革，滿足“新工科”的需要

課題組將積極加強多媒體教學軟件和仿真軟件的制作與引進，改革教學方法與手段，提高多媒體授課質量?！秵卧獧C組集控運行》課程的講授中牽涉到大量的火電機組運行的知識，只是一味地采用講授的方式，學生不能有一個感性的認識，而且教學效果也不理想。為此，課題組打算利用網絡資源，建立一套多媒體輔助教學小視頻，對于原理和系統的介紹，采用Flash技術實現了動畫演示，實現三維建模和仿真，使學生對各個設備的組成及內部結構有更加深刻的認識，便于學生更好地理解設備的工作原理；對于實踐性強的教學內容，采用Visual C++及虛擬現實等技術分別實現虛擬仿真。在講課過程中將這些動感的視頻穿插在其中，這種生動活潑的教學方式可使學生對課程產生濃厚的學習興趣，使學生形象地接受感性認識，又能使學生較好地掌握教授的知識。線上線下結合的教學方式可以提高學生學習的動力，提高教學質量，保證教學效果，實現理論學習與課程實踐的深度結合，以滿足“新工科”背景下高素質卓越工程科技人才的培養要求。

八 結語

本文針對線上線下教學模式在《單元機組集控運行》課程的實施，在教學隊伍的培養、教學內容、教學理念、考核方法怎樣進行改革以及如何調動學生的積極性等方面進行了探討。主要從四個方面實施：打造一支雙師型且具有豐富的電廠運行經驗教學團隊；切合電廠實際運行，引入行業先進主力機組提高教學效果；修訂教學大綱、教學內容以及教學體系和考核機制的改革；注重課程的銜接，強化實踐環節。通過此次改革，使得學生更加透徹理解《單元機組集控運行》的相關基礎知識，激發學生的學習主動性，提高學生的動手實踐能力，熟悉今后與工作息息相關的仿真軟件的操作，可提前適應將來工作的環境，學生普遍感覺效果很好。