能源动力产业既是国民经济的基础产业，又在各行各业中有普遍的应用，也是国家科技发展方向之一。能源动力领域人才教育的成败关系到国家的根本利益。随着我国市场经济的建立，社会需求和经济分配状态的变化，科技发展的趋势等，都对本专业的生源、就业等形成了挑战。本期我们着重向大家介绍能源与动力工程专业，以及与其相关的一些信息，以供考生参考。
李学文，太原市48中高中语文高级教师，太原市优秀教师，太原市优秀班主任，太原市十佳百优教师，太原市语文学科带头人，太原市名师培养对象。
专业介绍・能源与动力工程
【历史沿革】能源与动力工程，2012年前称为热能与动力工程。该专业涉及传统能源的利用、新能源的开发和如何更高效地利用能源。能源既包括水、煤、石油等传统能源，也包括核能、风能、生物能等新能源，以及未来将广泛应用的氢能。动力方面则包括内燃机、锅炉、航空发动机、制冷及相关测试技术。
【专业缘起】热能与动力工程专业形成于20世纪50年代。当时受苏联教育体制的影响，专业分割很细，比如热能与动力工程专业中就包括锅炉、电厂热能、内燃机、涡轮机、风机、压缩机、制冷、低温、供热通风与空调工程、冷冻与冷藏、水能动力工程、水电站动力装置、水电站动力设备、水能动力及其自动化、机电排灌工程、水能动力与提水工程以及工程热物理等几十个小专业。但随着能源动力科学技术的飞速发展和新问题的出现，浙江大学率先将热能与动力工程专业改成能源与环境系统工程专业，得到广大青年学子和社会各界的认同。不久后，清华大学也将热能与动力工程专业改成能源动力系统及自动化专业。
【培养目标】（1）以热能转换与利用系统为主的热能动力工程及控制方向（含能源环境工程、新能源开发和研究方向）；（2）以内燃机及其驱动系统为主的热力发动机及汽车工程，船舶动力方向；（3）以电能转换为机械功为主的流体机械与制冷低温工程方向；（4）以机械功转换为电能为主的火力火电和水利水电动力工程方向。
【培养要求】本专业学生应具备宽广的自然科学、人文和社会科学知识，热学、力学、电学、机械、自动控制、系统工程等学科的理论基础，热能动力工程专业知识和实践能力，掌握计算机应用与自动控制技术方面的知识。
【毕业生应获得以下的知识和能力】（1）具有较扎实的自然科学基础，较好的人文、艺术和社会科学基础及正确运用本国语言、文字的表达能力；（2）较系统地掌握本专业领域宽广的技术理论基础知识，主要包括工程力学、机械学、工程热物理、流体力学、电工与电子学、控制理论、市场经济及企业管理等基础知识；（3）获得本专业领域的工程实践训练，具有较强的计算机和外语应用能力；（4）具有本专业领域内某个专业方向所必要的专业知识，了解其科学前沿及发展趋势；（5）具有较强的自学能力、创新意识和较高的综合素质。
【主干学科】动力工程与工程热物理、机械工程、流体力学。
【主要课程】工程力学、机械设计基础、机械制图、电工与电子技术、工程热力学、流体力学、传热学、控制理论、测试技术、燃烧学等。
【主要实践性教学环节】包括军训、金工、电工、电子实习、认识实习、生产实习、社会实践、课程设计、毕业设计（论文）等，一般应安排40周以上。
【主要专业实验】传热学实验、工程热力学实验、动力工程测试技术实验、流体力学实验等。
西安交通大学能源与动力工程学院的前身为创建于1921年的机械工程科动力组，1952年全国大规模院系调整时，脱离机械工程系变为动力机械系，1956年随学校主体迁往西安，是当时交通大学整体西迁的科系之一。
学院师资力量雄厚，荟萃了国内外能源与动力工程、工程热物理、核能科学与工程等学科领域享有盛誉的教授、专家和学者。现有教职工258名，其中教师172人，实验技术人员62人，行政管理人员24人。其中中国科学院院士2名、中国工程院院士1名、国家级教学名师2名、国家级有突出贡献专家8名，教授75名、副教授59名。教师队伍中博士学位获得者占73.3 %。
学院拥有动力工程及工程热物理、核科学与技术等2个一级学科博士点和博士后流动站。拥有包括工程热物理、热能工程、动力机械及工程、流体机械及工程、制冷及低温工程、化工过程机械、核科学与工程、核技术与应用、化学工程等在内的9个二级学科博士点以及2003年增设的能源环境工程、后续能源与能源新技术、航空动力与空间环境工程3个博士备案点，其中动力工程及工程热物理一级学科，热能工程、流体机械及工程、动力机械及工程、制冷及低温工程、工程热物理、核能科学与工程6个全国重点学科，热能工程、流体机械及工程2个二级学科是我国最早批准的首批全国重点学科。下设热能工程系、制冷及低温工程系、流体机械及工程系、动力机械及工程系、化工过程机械系、核科学与技术系、化学工程系、环境工程系等8个系和热与流体中心、教学实验中心。完成了大量国家和省部级科研项目以及与企业的合作项目，作为首席科学家和主持单位主持国家973重大项目2项，并与多个国家与地区的研究机构和企业建立了合作关系，承担了与美、英、日、韩、希腊、香港等国家和地区的多项合作项目。
在有史以来的多次国家级评估中，该院热能工程、流体机械及工程2个二级学科的评分均始终名列全国第一，动力工程及工程热物理一级学科博士点的评分也始终在全国名列前茅。
有问必答・关于报考
问题1：能源与动力工程专业的学生应有怎样的知识和能力？
（1）具有较扎实的自然科学基础，熟练掌握高等数学、工程数学、大学物理、工程化学等基础性课程的基本理论和应用方法；具有较好的人文、艺术和社会科学基础及正确运用本国语言、文字的表达能力。
（2）掌握一门外国语，具有较好的听、说、读、写能力，能较顺利地阅读本专业的外文书籍和资料。若外语为英语应达到国家四级以上水平（含四级）。
（3）系统地掌握本专业必需的技术基础理论，主要包括力学理论（理论力学、材料力学、流体力学），热学理论（热力学、传热学等），机械设计基本理论，电工与电子基本理论，自动控制理论，能源动力工程基础理论等。
（4）熟悉本专业领域内1～2个专业方向或有关方面的专业知识，了解其学科前沿和发展趋势。
（5）具有本专业必需的制图、计算、测试、调研、查阅文献和基本工艺、操作、运行等基本技能。
（6）具有一定的计算机知识和较强的计算机应用能力，较熟练使用计算机工具，解决工程中的有关问题。
（7）具有较强的自学能力、分析能力和创新意识。
问题2：能源与动力工程专业的学生就业方向？
根据专业方向不同，毕业生可在大型企业、相关公司以及相关的研究所、设计院、高等院校和管理部门从事热能工程、动力工程、制冷工程方面的研究与设计、产品开发、制造、试验、管理、教学。或发电厂、内燃机厂、汽车制造厂、物流调控、锅炉厂、大型机械厂、造船厂、空调厂、制冷设备厂、暖通工程等领域工作。也可从事能源与动力工程及相关方面的研究、教学、开发、制造、安装、检修、策划、管理和营销等工作。还可在本专业或其他相关专业继续深造，攻读硕士、博士学位。
问题3：能源与动力工程专业人才培养目标和培养规格，专业方向的不同有差异么？
根据专业人才培养目标和培养规格，因专业方向的不同而有所差别。
（1）热能动力及控制工程方向（含能源环境工程方向）
主要掌握热能与动力测试技术、锅炉原理、汽轮机原理、燃烧污染与环境、动力机械设计、热力发电厂、热工自动控制、传热传质数值计算、流体机械等知识。
（2）热力发动机及汽车工程方向
掌握内燃机（或透平机）原理、结构、设计、测试、燃料和燃烧，热力发动机排放与环境工程，能源工程概论，内燃机电子控制，热力发动机传热和热负荷，汽车工程概论等方面的知识。
（3）制冷低温工程与流体机械方向
掌握制冷、低温原理、人工环境自动化、暖通空调系统、低温技术学、热工过程自动化、流体机械原理、流体机械系统仿真与控制等方面的知识。掌握该方向所涉及的制冷空调系统、低温系统，制冷空调与低温各种设备和装置，各种轴流式、离心式压缩机和各种容积式压缩机的基本理论和知识。
（4）水利水电动力工程方向
掌握水轮机、水轮机安装检修与运行、水力机组辅助设备、水轮机调节、现代控制理论、发电厂自动化、电机学、发电厂电气设备、继电保护原理等方面的知识，以及水电厂计算机监控和水电厂现代测试技术方面的知识。
问题4：能源与动力工程专业的学生需要系统掌握哪些知识？
掌握高等数学、大学物理、工程化学、生命科学、环境科学等方面的知识。
掌握工程制图、工程数学、理论力学、材料力学、机械设计基础、金属工艺学、电工学、电子技术基础、工程流体力学、工程热力学、传热学、计算机原理与应用、自动控制原理等方面的知识（对水利水电动力工程方向，工程热力学、传热学知识要求可适当降低）。
问题5：能源与动力工程中的能源动力系统及自动化专业主要研究什么？
研究将煤炭、石油、天然气等一次能源转化为电力、热能等二次能源的生产和利用过程；研究人工环境、制冷空调、低温生物医学等领域的科学技术问题；还研究风能、太阳能、生物质能等新能源的开发利用。能源转换与利用过程排放的有害物质将造成环境污染，因此能源的生产必须高效、清洁。能源与环境系统专业不仅对自动化控制十分依赖，而且是一个复杂系统工程，集合了热科学、力学、材料科学、机械制造、环境科学、计算机科学、自动控制科学、系统工程科学等高新科学技术。能源与环境系统工程专业具有很宽的专业知识面，是一个能源、环境与控制三大学科交叉的复合型专业。
【意林散文】
羞 涩
文/刘心武
在我的艺术世界里，羞涩几乎无处不在。
我羞涩地画水彩和油画，不仅是因为我没受过扎实的基本功训练，也不仅是因为我害怕别人对我的画作鄙薄，而主要是因为我对色彩、明暗、笔触、韵味等充满了虔诚。对于我来说，那相当于宗教信徒走进了教堂。
我更常常羞涩地面对着大自然。
更具体地说，是常常羞涩地面对着大自然中最琐屑的细部。
关键词：热能；培养体系；修订
作者简介：孙文卓（1983-），女，辽宁抚顺人，辽宁石油化工大学教务处，研究实习员；李焱斌（1981-），男，湖北黄冈人，辽宁石油化工大学教务处，助理研究员。（辽宁 抚顺 113001）
中图分类号：G642?????文献标识码：A?????文章编号：1007-0079（2012）30-0037-02
近年来，高等教育在不断地改革与发展，以求适应我国快速发展的经济建设，努力实现人才培养模式的多样化、专业化，满足市场人才需求。因此，辽宁石油化工大学（以下简称“我校”）从热能专业实际需求及专业面临的行业特色，以培养高级应用型人才为培养目标，要求学生具有创新精神和实践能力。基于此，制定了体现我校办学特色和石油行业企业对人才需求定位的热能专业人才培养体系。鉴于此，本文将对本校热能专业培养体系进行探讨分析，并对现有培养方案进行了优化修订，以便完善和促进该专业培养体系的健康发展，制订符合行业特色和我校高级应用型人才培养目标的需求。
一、热能工程专业人才培养体系
1.基本思想和基本原则
热能专业培养体系是以落实学校的专业办学特色，实现专业高级应用型人才的培养目标，适应市场经济快速发展和高级技术人才需求为基本指导思想。基本原则包括专业教育的基础性原则；课程体系整体优化的原则；加强专业技能训练、注重理论与实践相结合的原则；培育学生创新思维和创新能力的原则；优化培养体系、加强专业特色建设的原则；培养学生综合能力的原则。热能专业的培养要求学生是在能源、石油、化工等行业从事设计、制造、生产、研究、运行、维护等方面的应用型高级工程技术人才，并能在其他行业从事动力机械与热能设备的设计、运行、产品开发及实验研究等科研工作。
2.基本要求
该校热能专业培养体系的基本要求是要求学生应获得以下几方面的知识和能力：具有一定的人文科学和自然科学基础理论知识；整体掌握该专业所需要的专业基础课程，例如流体力学、工程热力学、传热学、理论力学、材料力学、燃烧学、锅炉原理等专业基础课程；掌握本专业领域的专业课理论知识和专业技术，例如内燃机原理与设计、设备换热设计与计算，石油行业所需专业技术；具备本专业实践动手能力，充分利用实验教学、金工实习、毕业实习、课程设计、毕业设计等为依托积极开展生产实践活动；具备本专业所必需的研究、计算、科研开发、调研、查阅文献等科研技能；建立学校与用人单位相结合的培养体系，使教学计划与用人单位需求相适应，以求学生所学能与当前就业环境和经济发展相适应，培养目标与就业相结合，以达到学校培养高级应用型人才的目标要求。
二、培养体系存在的问题
21世纪的工程技术人才应该对某一学科深入了解的同时能够对该学科领域科学也有所了解，从而能适应当今社会多学科、多技术交叉的社会发展特点。因此，高校人才培养应该实行增强学生专业素养、增强学生动手实践能力的现代化培养模式。传统的热能专业培养方案包括素质教育课程、基础课程、专业课程、集中实践教学环节四个模块。其中素质教育课程77学分，基础课程33学分，专业课程28.5学分，实践性教学环节40学分，这种传统的培养方案显然与当今市场所需求的人才不适应。[1]现有培养体系所存在问题主要体现在五个方面。
1.知识体系不健全
以往学校按专业统一招生，且按照统一的教学计划上课，所有方向的学生一起上课，并接受一样的专业课技术，学生不能自主选择专业课，造成热能专业的人才培养只有一个方向。因此，所培养出来的学生涉及到的业务知识太窄、与石油化工类院校教学的要求相冲突，使得学校教学特色形如虚设，不能满足石油化工类企业对多元化人才的需求。
2.专业课教学计划安排不合理
在课程课时分配上存在非常不合理现象，基础课程所占比重较大，其中政治、英语、数学比重非常大，虽然这三门课程是基本的基础课程，但是却别于之前的高中教育。大学是以培养高级应用型人才为目标，在基础课程的基础上实现学生专业化、技术化，而真正培养学生专业技能的专业课程寥寥无几。在学分硬性要求下，被削减课时的只能是专业课，这样容易导致学生理论基础扎实，但不会实践，只适合考试，这都远远与大学培养目标相违背。
3.教学内容笼统化
在课程设置和课程内容取舍时，不能做到取舍恰当。对于不必要的公式推导和经验公式，可简单介绍即可，对于专业核心理论基础一定做到详细讲解，使学生能充分理解，而不是按照教材系统的讲解，不区分重点，没有针对性地对学生进行灌输。对于辅助知识，可作为重点部分参考资料简单概括或让学生自学。
4.教学方法单一
多采取“灌输”式教学，同时在教学过程中忽视学生的综合素质和实践能力的培养，使学生在实际生产中难以发挥所学，难以适应社会发展需求，存在高分低能现象，这种传统教学方法是失败的。
5.教学与实践不能结合
根据本校该专业行业背景特点要求，学生的实习基地需要选择石油化工类行业，而这类企业最注重的是要求生产过程安全。由于学生实习会影响企业正常的生产秩序，对企业的管理也带来了许多不便。因此，企业往往会把学生的实习当做是额外负担，不愿意接受实习生，即使勉强接收，由于现场繁重的工作量，也很少有师傅会单独抽出时间和精力向学生讲解，再加上学校也不太重视，导致学生的实践教学形同虚设。
三、培养体系修订研究
为了落实学校的办学指导思想，实现学生培养目标。笔者根据热能专业培养体系所存在的问题，结合本校该专业就业特点，对热能专业培养体系进行了整体优化，加强了专业技能训练、注重理论联系实践的原则，培育学生实践能力和专业技能，为加强专业培养体系建设奠定基础。
1.基础知识体系和教学内容优化
基础知识体系包括素质教育类课程和专业所需基础类课程。素质教育类课程可包括思想道德修养与法律基础、马克思主义基本理论、思想概论、邓小平理论和“三个代表”重要思想概论、中国近代史纲要、高等数学、线性代数、大学英语、大学计算机基础、形势与政策等教育课程，共75学分。基础类专业课程应包括大学计算机语言、大学物理、工程制图、工程力学、工程热力学、传热学、电子技术基础，传热学、工程流体力学、自动控制原理、电机学和专业英语等，共54学分。专业基础课程强调扩宽学生专业领域教学，以满足不同专业方向教学培养的需要。
从这几年的课程教学安排中可以看出，热能专业课程在内容设置和前后衔接、互补等方面亟需完善。课程内容可从以下几个方面进行优化：课程的安排时间具有一定的递进关系，专业课程应安排在素质教育课程和专业基础课程后，这样使课程教学的内容具有层递关系；不同专业课程内容在相互联系的基础上应该有所轻重取舍。例如热工基础中流体力学、工程热力学、传热学之间有非常大的关联性，某些内容在三门课程中都是重点，有些内容只是其中一门课程的重点。因此，这样处理的目的是可以使课程相关内容融会贯通，以加深学生对知识的理解掌握；应该使各课程在专业人才培养中安排合理到位，并突出重点，分清内容主次。因为专业课程的设置是围绕学校对热能专业的培养目标而安排的。
2.专业课程体系优化
如何在有限的课程计划中完成学生专业技能的培养是课程设置的难点。所开课程除了基础课程外，主干专业课程有锅炉原理、锅炉结构设计与计算、汽轮机原理、热力发动机构造、热力发动机原理、热力发动机动力学、热力发动机设计、热力涡轮机原理、热能与动力机械测试技术、制冷与低温技术等。工程热力学、流体力学、传热学是本专业最重要的专业基础课程，即所有专业课程的掌握都是建立在对这三门课程熟练掌握的基础上。锅炉是工业生产中主要的热动力设备，主要用于热动力企业，这些企业通常都离不开锅炉设备的运用。汽轮机是一种原动力机，是锅炉设备配套使用的主要热动力设备，主要用于火力发电、驱动风机、水泵、船舶等。热力发动机详细介绍了发动机原理、构造、设计等。制冷与低温技术主要介绍了制冷的基本原理。随着科学技术的快速发展，计算机普遍应用于各行业中，因此，热能专业还开设了计算机应用等课程。其中，考虑企业对专业人才的实际需要，对专业课程的设置进行优化、整合和充实，根据方向不同分别对专业课程进行整合，有所侧重。[2]
3.教学实践
为了使培养的学生具有扎实的专业基础和良好的动手实践能力，对培养体系的修订应对原有培养体系实践环节进行改观，注重对专业课程设计、实验、实习、专业认识和工程实训等实践环节的加强，以解决热能专业多方向领域专业人才培养与我国企业对专业人才技术需求专门化之间的矛盾。[3]在培养方案中可设计校内与校外实践相结合的培养方式，充分利用校内外教学资源，营造良好的培养环境，形成热能专业高级应用型人才培养的新模式。对学生专业技能、实践能力的培养主要通过实践性教学环节来完成。实践性教学环节分布在各个学期中，所占学分比例可为20%～30%。设计性实验和综合性实验贯穿于主要专业基础课和专业课程中，在专业基础课程中开设了热能基础实验。该课程综合了流体力学、传热学、工程热力学课程的实验内容，将其中的几个相关实验可进行适当的组合，专业课实验主要以加强学生专业技能为目的。
四、结论
在对原有热能专业培养体系认真剖析的基础上，根据在学生日常教学中所反映出的问题，提出了新的学生培养修订措施。新的培养体系体现了重基础、宽专业的基本思想，将会使热能专业教学更加完善，同时注重学生实践能力的培养，有机地将教学内容与生产实践相结合起来，实施多元化热能专业人才培养。这种改进后的培养体系将会更好地培养出适应社会发展并与现代科学技术相适应的热能专业技术人才。
参考文献：
[1]战洪仁，张建伟，等.热能与动力工程专业人才培养模式及课程体系探讨[J].化工高等教育，2008，（1）：19-21.
关键词：油田；高含水；原油脱水；原油联合站；节能；热力能耗
1 概述
国内多数油田已进入开发中后期，采出液含水高。联合站原油脱水处理过程中，多数采用加热工艺，加热原油含水量高，稠油、特稠油比例越来越大，原油脱水温度要求高，加热系统能耗大。降低原油处理站热力能的消耗，可有效地降低成本，从而提高油田开发整体的经济效益。随着油田的不断开发，稠油、特稠油（原油相对密度0.92以上）比例越来越大。由于处于油田开发中后期，所有处理站进站来液含水高达90%以上，最高达到96%。联合站脱水过程中，多数采用加热工艺，含水量高，加热系统能耗大。
原油联合站站内能耗主要包括燃料的热能消耗、电能消耗和化学能消耗三个方面，主要是热力能的消耗，并且所涉及的方面较多，系统复杂。通过现场调研，只对加热系统热能消耗进行研究，分析节能潜力，旨在降低生产成本。
2 原油脱水流程节能潜力分析
联合站原油脱水处理系统能耗大小与被加热原油含水率高低有关。通常采用三相分离器游离水预脱除技术来降低站内热能能耗。根据进站原油油品性质及其加热工艺不同，结合油田原油进站脱水处理实际，将原油脱水处理流程分为四类并分别进行能耗分析。
2.1 流程I类：一级加热+大罐多级沉降化学脱水
普通稠油（原油相对密度0.92～0.95）、特超稠油（原油相对密度大于0.95）开发比例逐步增加。
对于该类进站高含水稠油、特稠油，可采用一级加热+大罐沉降化学脱水流程进行处理。
2.2 流程II类：二级加热+大罐多级沉降化学脱水（或加电脱水）
采用三次采油或聚合物驱开发的油田稠油，这类原油共同特点是原油黏度高，油水密度差缩小，原油脱水难度比较大，脱水流程长，原油脱水温度高。通常采用二级加热+大罐多级沉降化学脱水流程，或采用二级分离+二级加热+大罐多级沉降化学脱水流程。
2.3 流程III类：三相分离器预分水+电脱水+原油稳定
这类流程主要适应于油品密度（原油相对密度低于0.9）较低中质油。进站原油经过三相分离器、大罐沉降预分水后，加热炉仅仅对电脱水器处理后的低含水原油进行加热，加热系统能耗相对较低。
2.4 流程IV类（脱水站）：一次加热+大罐沉降化学脱水
进站原油油品相对密度较小，站内将含水油进行加热沉降后，输送到联合站处理，不直接外输合格原油。
综合来看，随着稠油油田开采及三次采油、注聚合物等影响，普通稠油、超稠原油相对密度大、黏度高，站内原油脱水温度要求高，加热水负荷（超过60%以上）比例大，原油脱水系统能耗大。
根据对油田现场调研，吨油处理耗能折算耗油平均高达8～14kg，有很大的节能潜力（第I、II类流程）。
对于相对密度较小、黏度略低的原油，直接采用三相分离器预分水后，进行加热脱水处理，系统能耗较低（第III类流程），吨油处理耗能折算耗油平均为2～4kg，节能潜力不大。对于处理原油相对密度低的脱水站（第IV类流程），站内吨油处理耗能折算耗油平均为1kg左右，系统能耗低，基本没有节能潜力。
3 设备不保温热能能耗分析
设备、管道的散热是热力系统中热量损失的重要组成部分，选择性价比较为合理的保温材料对降低热能损失，提高效益非常重要。通常，站内油气处理系统的管线及处理设备多数进行了保温。现场调研发现，部分油田储油罐没有进行保温。每个罐由于原油的停留时间不同，温降是不同的，最高温降达12℃，存在一定的热能损耗。
对于站内油罐具体保温工程，须根据不同的气候及站内工艺流程及参数进行大罐传热计算、节能分析、合理选择保温材料及厚度，进行经济效益分析比较。当其他条件相同时，沉降罐的罐容越大，则每经过一次沉降过程，节约的原油就愈多，节能效果越明显；而当其他条件相同时，气候条件越恶劣，则保温的效益就越好。通常，在计算其经济效益时，影响因素较多，如罐的外型尺寸、罐的充满程度、进罐温度、停留时间、保温形式等。
4 站内原油脱水系统节能对策
低油价条件下，中国石化紧紧围绕经济效益这个中心，地面工程节能减排、降本增效任重道远。
中国石化老油田开发进入中后期，随着稠油油田开采及三次采油、注聚合物等影响，稠油或超稠原油相对密度（0.90以上）大、黏度高，脱水温度要求高，站内加热能耗大。因此，这类站（I类、II类流程）原油脱水处理能耗节能潜力很大，是油田联合站脱水系统节能改造的重点。
4.1 积极推广预分水技术
中国石化勘探开发研究院地面所目前已经成功研制出国内首套一体化预分水装置，预分水的分水比达到50%，大大降低加热负荷。在原油处理站采用先脱水后加热流程，降低加热原油的含水率，实施节能改造。
4.2 优化控制加热炉运行
近些年，最新的传热、换热和燃烧技术在加热炉制造中得以应用，新产品主要有真空加热炉、常压高效节能水套加热炉、分体相变加热炉等，设计效率最高可达到90%。通过测试，热效率达到约89%，高于此前在用水套炉13个百分点。
4.3 加强站内流程换热改造，提升热能利用效率
在联合站原油稳定后净化油直接外输。通常，原油稳定塔出口原油稳定高达90℃以上，在原油外输之前使其与进加热炉的含水原油进行换热，又能提高加热炉的进油温度，减少了燃油量。
4.4 加强稠油、特稠油脱水专项技术研究
许多老油田的原油综合含水高达90%以上，注聚合物开发使液体性质变差，油水分离效果差，原料油进加热炉含水高，消耗掉大量燃料。
稠油、高含水含聚合物原油和含盐原油等所占的比例越来越大，需要地面工程进一步创新原油处理技术。如何提高稠油、特稠油处理站的分水率还应开展一系列破乳、分水专项技术研究工作，节能潜力巨大。
参考文献
[1]吴斌贤.孤东油田一号联原油处理工艺简析[J].内江科技，2014（11）.
[2]李琛，白帆，王燕.濮阳原油蜡沉积特性实验[J].油气田地面工程，2014（11）.
[3]杨英，张春刚，蓝冰冰.中七联改造后应用效果评价[J].油气田地面工程，2014（11）.
[4]阮少阳，于兵川.酸化返排液对原油破乳脱水的影响研究[J].石油天然气学报，2014（12）.
关键词：科研；教学；化工原理；教学质量
中图分类号：G642.41 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）15-0151-03
教学与科研是高等教育的两大核心内容，早在19世纪初，教育家威廉・冯・洪堡就提出“教学与科研统一”的大学理念，从而赋予大学新的职责，使得大学肩负起传播科学和发展科学的双重职能[1]。从总体上说，教学是培养社会所需人才的重要手段，科研则是在一定领域内促进人才成长的摇篮，两者相辅相成，互相依赖，相互促进，共同发展。高水平大学不仅体现在高水平的科研成果上，而且体现在高水平的本科教学中[2]。将科学研究融入教学过程，以科研促进教学，提高本科专业教学质量是培养社会所需人才的一个重要途径[3，4]。化工原理课程是化工类及其相关专业本科生学习的一门重要技术基础课，本课程涉及的各种单元操作来自化工生产实践，又面向化工生产实践，具有显著的工程性。它是运用数学、物理、化学等基础知识，研究实际化工物理过程中的客观规律的学科，本课程担负着承前启后、由理及工的桥梁作用。熟练掌握化工原理课程涉及内容，对学生后续各专业课程的顺利学习和加强学生的工程素质发挥着非常重要的作用[5]。因此，如何培养学生的工程观念，使学生快速接受工程学科的学习方法，激发学生学习化工原理的兴趣，提高化工原理教学质量，这是每位讲授这门课程的教师必须思考的问题。根据我们课题组多年从事化工原理课程的教学体会，本文阐述了以科研促进教学，提高化工原理教学质量的重要作用和做法。
一、科研与教学的关系
1.科研可以提高教师的教学水平。教师教学水平的提高是保证教学质量的基础，因为教师直接面向学生，是知识的直接转播者，更是学生行为的影响者，只有好的师资力量才能提高教学质量[6]。一个优秀的教师应该有着渊博的理论知识和丰富的工程实践经验，这一点对于工程学科的教师来说尤为重要。教师通过查阅大量文献资料，能够了解本学科最新的知识和发展动向，可以不断更新专业知识结构，从而拓宽教师的教学内容，提高自身的业务水平。通过科研，教师能够进一步强化自己的创新意识，不断提高自己的科学思维能力和分析问题的方法。对于工科教师，教师可以把科研活动与工厂企业合作，为企业解决实际存在的问题，进一步强化教师的工程意识和工程实践能力。教师具有一定的科研积累后，才能在教学过程中把“创新意识”和“工程观念”潜移默化地传递给学生，教师把理论知识和身边的实际工程有机结合起来，用风趣的语言讲授教学内容，不断激发学生的学习兴趣和创新意识，才能有效地提高教学质量。
2.科研可以充实教学内容，改进教学方法。工程类课程大多内容繁杂，难度较多，有基本的概念描述，也有枯燥的公式演绎，更有实践经验公式的选择等问题。要提高工程学科的教学质量，科研活动无疑就是一个最好的手段，因为科研本身就是一个不断探索、不断修正、不断分析和完善的过程，也是科研者对事物了解不断深入和认知的过程。如果没有老师对工程过程亲身实践的体会和理解，就很难达到一定的深度和广度，也不容易从中提炼出自己独到的见解，就容易变成教师简单照本宣科的教学模式，这种教学注定是不能引起学生的兴趣的。通过相关的科研实践，教师对教材有更深入的理解，能更准确地把握教学内容，做到深入浅出地教学。教师也能把自己在科研中遇到的问题在教学过程中让学生分析讨论来尝试着解决，使教学成为学习和科研的保证。教学中发现的疑难问题，也可以成为教师进行科学研究的课题。通过科研实践，老师的教学内容得到及时的补充和更新，老师把自己的科研思维转化为教学新方法，学生能够获得本学科前沿的新知识。这种教学模式让整个教学过程能够做到教学中有科研，科研中有教学，教学中有思考，科研中有答案，很容易提高学生的学习兴趣，使学生的学习模式由被动性向探索性和自主性转变，在教学中培养学生发现问题和分析问题的能力。
3.科研可以提高学生的学习兴趣和创新能力。本科教育的目标是培养学生“不仅要掌握扎实的基础知识，还要具有学习新知识的能力，创新能力和实践能力[7]。”这些目标的实现仅靠课堂上教师采取“灌输式”的教学方法难以完成。年轻学生最大的特点是好奇心强，求知欲旺盛，对于书本上抽象的理论论述往往缺乏兴趣。科研使教师的知识得到更新，本科教学内容得到充实，抽象的理论就可能变成一个个鲜活的工程实例出现在学生的眼前。凭借抽象的工程原理解决实际的工程问题，这会给学生留下很深的影响，对所学的理论就很容易吸收和消化。教师在科研过程中形成的独特的科研创新思维，分析解决问题的方法都会通过教学过程有形无形地传递给学生，从而使学生也具有了科研素质。同时，经过科研积累后，教师身上具有的热爱科学的态度和对科学问题积极求真的精神，也会在教学过程中反射到学生的身上，激发学生对科学的热爱和对科研者的敬意，提高学生对本课程的极大兴趣。多年教学实践证明，科研能力强的教师，教学水平相应的也比较好，在学生中间的认可度普遍也较高。
二、以科研促教学提高化工原理教学质量的措施
1.教师重视科研，将科研成果引入教学。化工原理课程具有很强的工程性，所涉及的许多设备会随着行业的发展而不断地更新，是和本学科最新研究动态密切相关的一门课程。根据化工原理课程特点，培养学生的工程观念和创新能力是化工原理教学承担的一个主要任务。因此，理论和具体实践结合将是提高化工原理教学质量的一个关键手段。教师是知识的转播者，也是科研的主导者，在理论教学过程中，教师必须加大学科理论和最新实践相结合的力度，引导学生学会跟踪学科前沿，树立和强化工程观念。大部分教师都有科研任务，这也是教师获得最新知识的最佳途径，授课老师可以把自己的最新科研内容与课程有关内容结合起来，通过实际案例进行教学来启发引导学生。如果学生在课堂中充分感受到所学知识有很大的用武之地，就会表现出更高的学习热情，收到意想不到的学习效果。例如，在研究“海泡石黏土处理有机废水的研究”项目里，我们以海泡石为吸附剂吸附有机废水中的有机物。海泡石具有良好的吸附性能，但海泡石颗粒极细，过滤较困难，使得再生成为一个新问题。经过努力，课题组通过加入硫酸钙晶须作助滤剂，使吸附剂容易过滤和再生，从而实现了吸附剂的循环使用，这个过程包括助滤剂选择、絮凝沉降、脱色沉降、废渣过滤等问题。合成氨生产工艺是化工类学生极其熟悉的一个工艺过程，在传热单元操作学习时，我们结合教师在研的项目和淮化集团的生产工艺过程，通过对工艺流程中换热器所在工艺位置的确定，让学生更深地了解传热单元操作在化工生产中的重要性，合成氨工艺流程中换热器是如何选型和设计的，整个工艺过程中为降低能耗而采取的进行热量回收利用的方法。把教师的科研融入教学，使枯燥的单元操作原理变成了一个个生动的实际问题，学生在解决问题的同时，学会了分析问题的思维方法，对化工原理课程产生了浓厚的兴趣，使得学生从“要我学”变成了“我要学”，极大提高了化工原理课堂的教学质量。
2.实行导师制，让学生参与教师的科研项目。爱因斯坦曾经说过：“兴趣是最好的老师，兴趣永远胜过责任感。”为了让学生能切身感受到科研的无穷魅力，提高学生学习和科研的积极性，学校让本科生参与到老师的科研项目中，这对提高教学质量和学生的科研创新能力都有很大的帮助。本科生导师制，已经在许多高校实施，并且显现出许多的优势，作为化工专业的学生深入到老师的科研活动中来就显得尤为重要。化工老师所承担的研究项目基本都能涉及到化工原理课程中的各种单元操作。学生利用课余时间，可以在导师的指导下参与完成部分或一个科研项目，这期间老师应该把项目中涉及的化工原理单元操作作为重点，有意识地引导学生进行实践、分析和总结，通过学生的亲自动手，把课程教学中较为抽象的理论变成易于理解和直观的实际过程，加深学生对所学概念和原理的掌握。同时，学生在科研过程中，也会遇到一些实际问题，通过查阅相关资料进行分析总结，制定合理的实施方案，进行多次反复的实际操作，最终解决所遇到的问题，甚至在解决老问题之后又有新的问题出现，再进行新的方案设计。通过这些步骤的训练，学生会对所学书本知识从实践上又有更深层的体会和理解，进一步加深对课程理论精髓的认识，从而提高对化工原理课程的兴趣。目前，我校应用化学专业已实行了科研实践周活动，让学生在科研实践周内熟悉所学课程的实际应用。学校还根据我校煤化工的特点，以讲座形式聘请知名人士做客座教授为学生授课，列举典型生产过程进行讲解和分析。实践证明，导师制的实施使学生在学习过程中具有很强的针对性，对提高化工原理教学质量起到了很大的辅助作用。
3.整合化工原理实验，培养学生工程观念和综合能力。实验环节是进行科研活动最好的途径之一，学生通过动手实验可以树立工程观念，了解工程问题，从而激发学习化工原理课程的兴趣，这是提高化工原理课程教学质量的一个有效手段，教师应该在这方面多下功夫。由于化工原理实验装置费用一般都较高，部分学校存在实验设备套数有限，学生动手机会少等问题，弱化了实验课的重要性。如果能对化工原理实验室中现有的各个实验进行全面整合，形成对于某一问题的综合性实验，则能达到事半功倍的良好效果。例如，在讲述流体流动机械关于离心泵章节中，要求学生掌握离心泵的工作原理、气缚现象和灌泵、气蚀现象和允许安装高度、离心泵的启动和流量调节等一系列问题。而实验室对这问题的讨论所对应的实验只有“离心泵特性曲线的测定”，单靠这一个实验远不能让学生深刻地领会这些概念。由于其他实验中也都有涉及到离心泵的应用，为此，我们在实验中把“流体阻力的测定”、“机械能转化的演示实验”和“离心泵特性曲线的测定”三个实验整合起来，加深学生对离心泵特性的理解。做实验前我们让学生先自行观察，找出各泵的安装位置，让同学们分析各泵为什么安装位置不同及安装高度如何确定。通过几个实验的对比，学生更清楚地认识到防止“气缚”现象才是灌泵的真正原因。通过这三个实验的整合，学生很快掌握了课堂上讲授的关于离心泵章节的内容，而且记忆深刻。在讲授传热章节时，为了让学生掌握不同类型的传热效果，我们实验室引进了两组传热实验装置，一组是有相变的“水蒸气―空气给热系数的测定”，一组是无相变的“冷―热空气给热系数的测定”。通过水蒸汽―空气这组实验，学生知道冷凝水在管道存在的原因和危害，实验过程要及时排除冷凝水管道里的冷凝水的重要性。通过实验操作弄清楚冷凝给热系数对总传热系数的影响可以忽略，在有相变传热实验里并、逆流对传热效果没有影响的原因。而在冷―热空气这组实验中，我们要求学生重点掌握总传热系数与冷热流体给热系数的关系，逆流和并流换热对传热效果的影响，以及实验过程中逆流和并流热换操作切换时应注意的事项。通过对两组实验的比较，学生很快对这两类传热问题有了正确的认识，对课程中涉及到的复杂繁多的给热系数经验公式的选择有了清晰的思路。通过对实验室现有实验的整合，不仅提高了化工原理理论教学，更能提高学生综合实验的能力，而且对学生树立事实求实、正确的科研观有很大的帮助。
4.科研引入课程设计，重视化工原理课程设计教学环节。化工原理课程设计是学生综合应用化工原理所学知识去完成一项设计任务的实践性训练，通过课程设计环节，学生可以学会如何运用化工单元操作的基本原理、基本规律及常用设备的知识去解决工程上的实际问题，培养学生正确树立工程观念和严谨的科学作风。目前，市面上有很多关于化工原理课程设计的参考书可以参考，有些学生就把它看成是一个简单的综合性大作业，不是很重视。针对这一现象，除部分传统的保留设计题目外，我们尝试着课程设计从教师的科研课题中选择确定。目前有部分设计题目来源于教师正在承担的纵向和横向科研项目中的其中一部分，如：“PVC厂废酸回收技术”、“生物质液化油分馏技术的研究”、“硫铵石灰石法烟气脱硫”及“氨法脱硫联产硫酸钙晶须的研究”等项目。我们把这些项目中涉及的相关换热器、精馏塔、干燥器、吸收塔及泵等部分内容作为学生化工原理设计课题，学生需要首先了解整个科研项目内容，根据项目内容选择所需设计的设备的大致类型，然后根据科研过程选择设计所需的有关参数和数据。比如在精馏塔的设计课题中，是应该选择板式塔还是填料塔，在板式塔设计中是用筛板塔还是浮阀塔，在换热器的设计中是用套管换热器还是列管换热器，都需要学生根据具体科研项目来确定。通过这样一个训练过程，学生能够进一步把所学理论和工程实践结合起来，在真实的课题研究中得到锻炼。许多同学在后面的研究生入学考试中，化工原理科目都能得到较好的成绩。
化工原理是一门工程性很强的课程，让学生在短时间内很快掌握并灵活运用并非易事。采用科研与教学相结合的方式，选择形式多样且适合化工原理课程教学的方法，以科研促进教学，以教学带动科研，教学科研共同发展，这些举措极大激发了学生学习化工原理课程的兴趣和创新能力，提高了我校化工原理理论教学质量。这种教学形式在化工原理教学活动中初步尝试并且取得了一定的效果，今后我们将进一步深化以科研促教学，提高化工原理课程教学质量改革的探索，为国家培养更多合格的有创新能力的化学工程人才。
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论文关键词：锅炉原理 实践训练 教学
论文摘要：为适应创新型国家发展战略，教育创新应贯穿大学课堂理论教学和课程实践训练教学。针对“锅炉原理”课程实践训练教学，重点探讨了华北水利水电学院“锅炉原理”课程实践训练的目标定位、教学内容的设计和实施方法，以期对电厂热能与动力工程专业实践能力训练方面起到一定的推动作用。
锅炉是用以生产热水或蒸汽的设备，在国民经济中具有异乎寻常的重要作用，电站锅炉是火力发电系统三大主机之一，对火电的高效、洁净和安全生产及其重要，因此，“锅炉原理”是热能与动力工程专业最核心专业课程之一。“锅炉原理”课程主要讲授锅炉的基本工作原理，包括锅炉的炉内燃烧原理及燃烧设备、锅炉的传热过程、锅内水动力、受热面外部工作过程和先进锅炉技术的发展等内容，要求学生掌握锅炉工作过程的基本理论及锅炉设备的相关知识，并培养学生分析工程问题、锅炉设计计算和锅炉试验的实践能力。
为适应创新型国家发展战略，高等教育要实现从知识型向创新型培养目标转变，具体到“锅炉原理”的课程教学中，创新应贯穿课堂理论教学和课程实践训练教学。对“锅炉原理”课程的理论教学内容设计、教学手段、教学方法等方面已有较多的探讨和实践研究，[1-4]本文从“锅炉原理”课程实践能力的培养出发，重点讨论华北水利水电学院（以下简称“我校”）“锅炉原理”课程实践训练的目标定位、教学内容的设计和实施方法。
一、“锅炉原理”课程实践训练教学的定位
“锅炉原理”课程实践训练教学的定位必须符合我校热能与动力工程专业定位，应全面贯彻党的教育方针，遵循大学教育教学规律，秉承我校办学理念，实施“基础、实践、创新”三位一体的培养模式，在教育教学中，坚持夯实基础、强化实践、注重创新的思想，培养吃得苦、下得去和用得上的专业技术人才。应以“宽基础、强能力、高素质”为培养人才的宗旨，注重学生的动手能力、创新意识与能力的培养，加强实践性教学环节，优化教学方法与教学手段。专业实践能力培养始终围绕“强化实践教学、提高学生素质、培养创新意识、重在实际应用”的教学指导思想，从人才培养目标、实验教学体系、实验教学内容和方法、实验教学队伍、实验环境条件和实验室管理体制等方面进行了全方位的改革与建设，探索实现基础性验证实验、测定试验、创新性科研训练实验和拓宽知识面的演示实验的“四级实验”教学体系，实现教育创新。“锅炉原理”课程实践训练教学应实施从理论到实际、从传统到创新、从课堂到工程项目的工程化实践教学思想，围绕动脑想方案、动手做试验、动嘴讲成果、动笔写报告等“四动”能力，达到加深理论知识的掌握和应用，在实践训练中切实培养学生处理工程问题，进行锅炉设计计算和锅炉试验的实践能力。
二、“锅炉原理”课程实践训练教学内容的设计
“锅炉原理”课程实践训练教学内容尚无可参考材料，根据我校热能与动力工程专业人才培养和“锅炉原理”课程大纲的要求，基于我校的专业师资、实验室和实习资源以及用人单位和历届毕业生的建议，科学制定“锅炉原理”课程实践训练教学内容。
1.“锅炉原理”课程实践训练教学内容设计原则
对我校“锅炉原理”课程实践训练教学内容进行设计时，实行“工程化”设计思路，并遵循四个原则，即实践训练内容以“锅炉原理”为中心、内容进程科学有序化、内容设计层次化和实施方式多元化。
（1）以“锅炉原理”为中心，多课程之间紧密联系化。鉴于“锅炉原理”是热能与动力工程专业的最重要专业课，处于前期的专业基础课程以及后续课程之间的中心地位，因此在设计“锅炉原理”课程实践训练教学内容之前，先对我校“流体力学”、“工程热力学”、“传热学”和“燃烧学”等基础课以及后续专业选修课程比如“大型锅炉运行”、“单元机组集控运行”和“循环流化床燃烧技术”等课程的教学大纲、实验大纲、知识点讲授情况以及实践实验训练情况进行详细调查、分析和总结，做到了然于胸，确保“锅炉原理”课程实践训练教学内容设计与前期专业基础课程及后续专业选修课程的紧密联系，力求通过该课程实践训练，既可以巩固和加深学生对前期专业基础课的理解，加强对所学基础知识的实践应用，将所学的热工学知识、燃烧学知识在电站锅炉中加以应用，达到学生对锅炉原理中炉内燃烧、锅内传热及水动力和烟风阻力知识融会贯通、举一反三，为灵活应用打下坚实基础，又能激发学生学习后续专业选修课程的欲望和热情，培养学生学习后续课程的好奇心、主动性和积极性。
（2）实践训练课程内容进程科学有序化。“锅炉原理”课程本身知识点之间的顺序决定了课程实践训练教学内容的设计次序，要由浅入深、层层推进、由易到难，脉络清晰。因此，训练内容应严格按照锅炉原理本身的发展进行设计。内容主要包括客观认识实践、原理性演示验证实践和工程实践训练三大内容。
客观认识实践主要是对锅炉实物、锅炉机组整体模型、锅炉重要设备的直观认识，如在开设“锅炉原理”课程前进行电厂认识实习，对锅炉的实物直观认识，在“锅炉原理”课程第一节绪论课和锅炉组成课讲解后进行模型实验，通过模型参加实验、拆装模型和动画模型模拟巩固加深锅炉机组系统及组成知识。
原理性演示验证实践。笔者通过几年的“锅炉原理”教学发现，锅炉的水循环内容是该课程的难点之一，学生往往难以理解和掌握，通过课程原理性演示和实践可以帮助学生理解和掌握水循环等难点。该部分主要是对自然循环原理、直流锅炉原理等的演示验证实践内容。
工程实践试验主要是对锅炉的三大计算能力的训练实践，包括锅炉辅助计算、热力计算、水动力计算、烟风阻力计算和强度计算的实践训练、锅炉热平衡的实验和锅炉机组运行仿真实验训练。
（3）实践训练课程内容设计层次化。内容设计要贯穿层次化的思路，内容的难易程度要进行层次化设计，对训练中的每一个内容根据其在课程中的总体地位和重要程度按照“了解、理解、掌握”等不同层次进行分级定位；同时，根据学生个体水平的差异，对同一内容也要进行层次化设计，在满足分级定位要求和大部分学生学习基础上，对那些学有余力的学生进行进一步的拓宽设计。比如锅炉的计算，对于普通的学生则只要会进行锅炉的辅助计算、各受热面热力计算和简单的水循环计算即可，而对于部分学有余力的学生，则可更进一步进行较复杂的水动力计算、强度计算和烟风阻力计算，并完成一些计算程序的编制。 转贴于 （4）实施方式多元化。课程实践训练教学是实践性课程，因教学学时、实验室资源等多方面的因素，决定教学实施的方式必须多元化，即课堂、实验室和企业生产三位一体，课堂演示、实验室参观验证实践和电厂实践构成全方位多层次的实践训练。传统与现代先进技术结合，实践训练中采用比如计算机程序模拟、动画设计模拟实践、锅炉事故仿真模拟等先进技术手段实施实践训练。
2.“锅炉原理”课程实践训练教学具体内容设计
我校“锅炉原理”课程计划学时64学时，其中实验6学时。其前期基础课程包括“流体力学”、“工程热力学”、“传热学和燃烧学”，还开设了后续课程“锅炉运行”和“单元机组集控运行”。“锅炉原理”课程内容多、难点多、实践性强，“锅炉原理”课程通常设置有锅炉原理课程设计，我校“锅炉原理”课程设计时间为1.5周。实际上，仅靠课程设计和6学时的实践训练难以达到学生牢固掌握锅炉原理理论知识、灵活运用所学解决实际问题的目标。“锅炉原理”课程实践训练教学包括锅炉原理6学时实验课、1.5周课程设计、16学时单元机组集控运行实验，但主要利用学生的课余时间进行。教学过程贯穿第5至第8学期，延续2年时间，实践训练教学包括13个内容，90小时。具体内容和建议学时如下。
电站锅炉机组实物模型和虚拟模型实践，2学时。标准煤样工业分析验证性实验，4学时。混合煤工业分析测试实验，4学时。煤的发热量测定实验，2学时。自然循环锅炉工作原理实验，1学时。多管水循环验证实验，1学时。直流锅炉工作原理实验，1学时。锅炉综合测试项目设计实验，13学时。锅炉原理课程设计训练，32学时。锅炉水循环计算训练，10学时。锅炉烟风阻力计算训练，6学时。锅炉启停仿真训练，8学时。锅炉运行仿真训练，8学时。
三、“锅炉原理”课程实践训练教学实践
我校“锅炉原理”课程实践训练教学课题在2008提出，在2006、2007和2008年级开始实施，实践证明，通过“锅炉原理”课程实践训练教学，激发了学生学习专业知识的热情，巩固和加深了锅炉原理知识的理解，提高了学生的专业素质，培养了学生动脑想方案、动手做试验、动嘴讲成果、动笔写报告等“四动”能力。我们对2006和2007年级的学生进行锅炉实践能力的调查分析发现，无论是研究生复试（锅炉及锅炉相关知识的笔试和面试），还是就业面试（热工学和锅炉等口试）过程中，学生对锅炉相关考题从容自如，安之若素。当然，在教学内容设计方面还需进一步改进，实施的方式还需更科学合理。
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关键词：能源与动力工程；实验教材；节能环保
一、引言
《能源与动力工程实验》作为能源与动力工程专业学生的实验参考用书，其既与本专业的基础理论紧密相关，又是一本独立的实验教材，其是本专业学生实验和工程实践能力培养的基础，在本专业的教学过程中占有重要的地位。
目前，能源与动力工程实验教材使用非常广泛。全国有上百所学校开设了能源与动力工程实验课程，每年有几万名大学生及相关工程技术人员都使用能源与动力工程实验教材，大部分学校只有临时内部讲义，并未有正式出版发行的教材，能源与动力工程实验教材的出版发行将受到很多高校及企业的青睐。武汉科技大学能源与动力工程专业自成立以来，三个班级共一百余名学生一直在使用本校教师编写的内部讲义，他们亦急需正式出版的教材。同时，此教材将涵盖冶金工程、材料学、矿物加工专业开设的冶金传输原理、热工基础、冶金炉原理等课程相对应的实验课。此教材的编写出版既能解决本校师生的燃眉之急，又能在其他高校及企业发挥重要作用。
目前，国内能源与动力工程专业的实验教材比较单一分散，如流体力学实验、传热学实验等，没有全面综合的实验教材。本教材涵盖了传热学、流体力学、工程热力学、燃料及燃烧、制冷原理与装置等专业基础课程，以及锅炉原理、火焰炉等专业课的实验内容，同时增加了编者科研团队的科研成果。其主要目的是通过完成对一些理论的验证，增强学生的动手能力，让学生学会对实验数据的处理方法，巩固理论课程知识，培养学生辩证思维能力和逻辑推理能力，为今后其他专业课程的学习打好基础，也为毕业生今后从事与能源动力有关的工作提供一定的基础知识。
二、教材编写
1.工作基础
本教材的依托单位是武汉科技大学材料与冶金学院能源与动力工程系。该专业从2008年起开始招收本科生，目前该校的能源与动力工程专业毕业生就业前景良好，得到用人单位的一致好评。其下属的能源与动力工程实验室自成立以来，经过校、院、系教师的努力，已经成为集科研、教学于一体的实验室。目前实验室专职管理教师四名，实验室面积超过500平方米，拥有一百余台科研与教学设备，可进行热工检测、流体、热工、燃烧、炉窑等相关专业的实验。目前编者团队已经为本校能源与动力工程本科生、冶金工程本科生、矿物加工本科生的热工基础实验、热工综合实验、冶金基础实验、冶金炉原理实验、CAD技术等课程，共计56学时编写了教材，此教材也是在这些实验课的基础上编写的。
编写团队就实验教学问题先后承担了“热能与动力工程专业实验教学体系改革研究与实践”“跨学科宽口径节能环保型人才培养的改革与实践”等教学研究项目，对实验室及实验教学进行了系统的研究与建设。其已与国内知名大学取得紧密合作，此教材即是与东北大学共同编写完成的。
2.教材特色
目前国内能源与动力工程实验教材多偏重于汽轮机、锅炉、流体机械、空调制冷实验，适用于火力发电、发动机及汽车工程、流体机械及低温制冷专业方向。而我校设置的能源与动力工程专业是以冶金为背景的学科，偏重于冶金热能方向，其对专业实验有自己特殊的要求。本教材结合本校专业特色，同时注重与其他高校本专业的相同与相近，增加了编者科研团队的科研成果，使整合后的教材既能满足本校师生的需求，又可适用于其他高校及企业人员。
（1）结合专业特色，优化知识结构
在教学实践中，整合教学内容，拓宽专业口径，不仅可以作为能源与动力工程专业学生的重要专业基础课程应用教材，也可以作为其他冶金、流体、C械和暖通工程类专业本科生必修的专业基础课教材。本教材是在武汉科技大学《能源与动力工程实验》讲义的基础上重新编写出版的，其已在能源与动力工程专业以讲义形式试用了七年，从该校毕业的本专业及相关专业毕业生，都具备了热工、能源相关实验技能，在社会就业岗位上发挥了重要作用。
（2）简明、易读和突出实用性
本教材按照简明、易读和突出实用性的原则，归纳总结了能源动力类专业实验课程的内容，编写过程中注重对基本概念、基本理论的描述，始终贯彻理论联系实际、学以致用的原则；注重实践创新，结合开放实验的特点，力求教材内容符合学生的认识规律，便于学生独立操作。教材内容精练，符合教学特点，文字简明，深入浅出。为适应教学改革需要，教材针对部分教学内容进行整合，尤其适用于不同专业和不同教学内容的选择，便于教师的取舍。
（3）理论联系实际，体现学术价值
教材要有自主知识产权的内容，努力做到把本领域的最新科研成果引入实验教学中，不仅包括国内外知名学者的研究成果，也要体现编著者的科研成果。
3.编写方案
本书主要设置工程热力学实验、流体力学实验、传热学实验、燃料与燃烧实验、制冷原理实验、热工综合实验、流体综合实验等七章。每个章节包括2～8个不等的实验，涵盖了传热学、流体力学、工程热力学、燃料及燃烧、制冷原理与装置等专业基础课程，以及锅炉原理、火焰炉等专业课的实验内容，还增加了编者科研团队的科研成果。每个实验下设实验目的、实验原理、实验装置、实验方法与步骤、实验数据及处理、实验分析与讨论、注意事项等部分，每个实验会略有调整。
三、结束语
能源与动力工程实验教材的编写是在武汉科技大学内部实验讲义的基础上编写的，已经得到七届师生的验证试用，培养的毕业生均得到用人单位的认可。本教材结合本校专业特色，同时注重与其他高校本专业的相同与相近，增加了编者科研团队的科研成果，使整合后的教材既能满足本校师生的需求又适用于其他高校及企业人员。
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关键词：锅炉原理；教学研究；实验
作者简介：凡凤仙（1982-），女，河南项城人，上海理工大学能源与动力工程学院热能与环保工程研究所，副教授。（上海 200093）
基金项目：本文系“2009年上海市教委重点课程建设项目”的研究成果。
中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2012）01-0023-02
锅炉是火力发电厂三大主机之一，是工业企业的动力之源，在国民经济发展中发挥着极其重要的作用。“锅炉原理”是为热能与动力工程专业本科生开设的主要专业课程之一。“锅炉原理”的教学目标是让学生全面和系统地认识锅炉本体和辅助装置的构造，掌握锅炉工作原理的相关知识，并培养学生分析工程问题、进行锅炉设计计算和锅炉试验的实践能力。该课程工程性强、内容多、难点多，仅依靠理论教学难以实现教学目标，与工程实际紧密结合的实验、实习、课程设计等实践环节是锅炉原理教学中不可或缺的部分。
高校的实验室是理论与实践相结合，培养大学生工程实践能力和创新能力的重要场所[1]。加强并改进实验教学，是对大学生进行能力培养的有效途径之一[2]。实验在锅炉原理实践教学环节中占有重要地位。笔者作为从事锅炉原理实验教学的教师，在教学过程中对传统的教育理念进行改革，从教学目标、教学内容、教学和考核方法上全方位引入现代的教育理念，使教学效果得到明显改善。
一、锅炉原理实验的教学目标
锅炉原理实验教学的基本出发点是通过提供大量模拟锅炉有关现象的装置和系统，以帮助学生更好地理解课程内容，掌握锅炉的基本原理、常用测试方法和运行技术，加强锅炉设计计算和锅炉试验的实践能力。传统的教育以传授知识为教学目的，教师考虑的是如何把知识灌输给学生，而忽视学生能力的培养。现代社会的发展需要高校培养一批高知识、强能力的创造型人才。为适应这一需求，高校应注重学生能力的培养。
锅炉原理实验教学中，应发挥教师在教学中的主导作用和学生在学习中的主体作用，使学生在预习实验指导书，动手操作实验设备和仪器，动脑思考实验现象，通过团队合作解决实验中出现的问题，记录和整理实验数据，撰写报告，完成实验思考题的过程中，自身的学习能力、实验技能、动手能力、独立思考能力、团队合作精神、组织能力、分析和解决工程实际问题的能力、自主创新的能力得到全面地锻炼和提高。
利用精心设计的实验内容，将“锅炉原理”课程的知识点与专业基础课程“工程热力学”、“传热学”、“流体力学”、“热工测试技术”，以及专业课程“大气污染监测技术”、“大气污染控制工程”、“洁净煤发电技术”相结合，通过对多门学科知识的有效迁移和综合，以达到举一反三、融会贯通的教学效果，既可以巩固和加深学生对前期专业基础课的理解，又加深了学生对所学专业知识体系的认识，激发了学生学习后续课程的兴趣和积极性，培养了学生科学思维的能力，从而为后续课程的学习和将来从事工程设计、科学研究奠定坚实的基础。
二、锅炉原理实验的教学内容
实验课程的教学内容关系到实验教学的组织实施，是规范实验教学过程、检查实验教学质量和进行实验室建设的基础。鉴于锅炉原理涉及内容多、实践性强，相关课程多，我们将实验部分剥离出来，单独设课，同时确保实验教学内容设计与前期专业基础课程及后续专业课程的密切联系。在教学内容上，力求从本课程实际出发，不失时机地向其他课程渗透和综合，为学生创建一个系统的热能与动力工程知识体系平台，改变了只从单个课程传授分散知识的传统教学模式。
结合“锅炉原理”理论教学的授课主线“燃料―燃烧及热平衡计算―受热面―自然循环锅炉水动力学―锅炉的启停与运行―锅炉污染物排放监测与控制”，建立了“煤质分析”、“并联管组流量分配”、“自然循环锅炉水动力特性”、“燃烧与环境监测”、“燃烧源污染物排放控制”五个实验室。
“煤质分析”实验室开设了“煤的工业分析”、“煤的发热量测定”两个实验，使学生能够掌握煤质分析、发热量测定的原理和方法，认识煤的质量对锅炉性能的影响。
“并联管组流量分配”、“自然循环锅炉水动力特性”实验室各配备有两套自行设计搭建的实验系统。前者能够使学生对电站锅炉中过热器、再热器管组的进、出口集箱的引入与引出方式布置不当引起的流量分配不均问题有清晰的感性认识；后者使学生对自然循环锅炉水动力特性及提高水循环安全性的措施有更深刻的理解。
“燃烧与环境监测”实验室基于自主研发的“能源岛热电联产系统”，开设了“程序点火及火焰监测显示”、“燃烧调整及燃烧效率测定”、“锅炉热平衡”、“锅炉烟尘测定”、“烟气成分分析”、“气态污染物排放监测”六个实验。“程序点火及火焰监测显示”实验能够使学生了解锅炉安全操作程序及燃烧过程；通过设在锅炉的观察孔，直接观察到火焰形状以及运行参数对火焰形状的影响，大大加深了对书本知识的理解。“燃烧调整及燃烧效率测定”实验使学生对各种因素对燃烧效率的影响有直接的感性认识，同时学到测取锅炉效率有关数据、计算燃烧效率的方法。通过“锅炉热平衡”实验，加深学生对锅炉热平衡原理的理解，培养学生的锅炉热平衡实验测试技能，使学生能够分析造成各项热损失的原因，学会诊断锅炉存在的问题。“锅炉烟尘测定”实验使学生熟悉国家标准、掌握固定污染源排气中颗粒物的排放浓度、折算浓度和排放总量的测定原理和方法。“烟气成分分析”实验使学生掌握奥氏烟气分析仪的工作原理和使用方法。“气态污染物排放监测”实验使学生掌握气态污染物排放测量的电化学法的原理和EUROTRON MK2 8851烟气分析仪的使用方法。通过这一系列的实验为学生从事锅炉设计、运行和研究打下基础。
“燃烧源污染物排放控制”实验室配有四台除尘装置（旋风除尘器、袋式除尘器、电除尘器、湿式除尘器）和一台喷射鼓泡式烟气脱硫装置、一台选择性催化还原烟气脱硝装置，可进行除尘器性能测定和气体污染净化两大类型、六个项目的实验教学，可使学生系统地了解并掌握污染控制的基本知识、基本原理、主要设备和典型工艺等，培养学生分析和解决日益严重的燃烧源污染物排放问题的基本能力，为学生从事相关的工程设计、技术管理等工作提供必要的基础。
三、锅炉原理实验的教学和考核方法
1.教学方法
为便于组织教学，将参加实验的学生分成8至10人的小组，排出实验教学安排表，安排充足的师资力量，指导学生在两周内完成所有实验室的各个实验。在教学过程中，改变传统的灌输式教学方法，不断探索实验教学的新办法，如探究式教学、归纳式教学、换位教学等。
在探究式教学模式下，教师依据学习过程的客观规律，引导学生积极主动、自觉地掌握知识。例如，在进行锅炉热平衡实验教学时，教师提出“什么是锅炉热效率？什么是锅炉热平衡？”在学生明白这些基本概念问题的基础上，设置问题“锅炉正平衡热效率的计算公式是什么？”引出计算锅炉正平衡效率需要测定的参数及测量方法，继续提问“锅炉热损失发生在哪里？锅炉反平衡效率的计算公式是什么？”逐步引导学生积极思考，最后提出“为什么既要进行锅炉正平衡实验，又要进行锅炉反平衡实验？如何有效提高锅炉效率？”教师通过这些涵盖了实验的目的、实验原理、实验方法的探究型问题，激励学生的创造性思维，培养他们应用理论知识分析和解决问题的能力。
在进行演示性实验教学时，采用归纳式教学方法，将“观看”实验转变为“观察”实验。例如，在“自然循环锅炉水动力特性”实验中，不去讲解，也不提出任何问题，只是告诉学生要仔细观察。在每个实验现象出现时，再引导学生归纳实验现象、分析产生这种现象的原因。受知识水平、观察能力的影响，学生难免会遗漏掉某些实验现象，这时通过重复性实验，教师指导学生进行有针对性地观察，对实验现象再次进行归纳和分析。采用这种教学方法，使学生对实验过程充满兴趣，对水循环的形成过程、工质的流动与传热过程、蒸汽的产生过程，上升管中汽水两相流的各种流型（泡状、弹状、环状流动），锅炉水循环的常见故障（停滞、倒流、自由水面、汽水分层、下降管带汽）从现象到本质都有非常深刻的认识。
在实验教学中，还尝试了师生角色换位教学法。例如，在“烟气成分分析”实验教学中，进行了“让学生做老师”的换位教学实践。每组学生经过讨论，选出一位同学，由其充当教师的角色，讲解奥氏烟气分析仪的工作原理，演示其使用方法，并带领本组的同学完成烟气成分及含量测定实验，引导学生思考、提问、讨论。实践证明，这种方式加强了学生之间的交流、师生之间的互动，活跃了实验教学的气氛，收到很好的效果。
2.考核方法
实验考核是对学生实验能力的全面检查，也是对教师教学效果的检查。同时，考核能够给学生以压力和动力，促进学生对实验课的重视。传统的实验考核方法，主要是依据实验报告的好坏来评定成绩，这种方法在一定程度上滋长了学生抄袭实验报告的现象。为减少传统考核方法的弊端，我们采取实验表现、实验报告、实验考试相结合的方法进行实验考核，三者依次占实验总评成绩的30%、30%、40%。实验表现和实验报告采取每个实验单独给分，取各自的平均分作为这两项的成绩；实验笔试则由每个实验设置2～4道基本知识和基本技能试题组成试卷，统一安排考试。实验表现由教师依据实验预习、实验操作、回答问题情况，以及发现和提出问题的能力当场给出成绩；实验报告按照是否按要求撰写实验报告，按时交实验报告，数据、结论是否正确，分析是否透彻评分。通过这种考核方式给出实验综合成绩，实现了对学生的学习态度、观察能力、动手能力、思维能力、综合分析能力等的全面考查。
四、结语
实验教学是将书本知识与实验能力培养相结合、基础理论与工程实践相结合的教学活动，是培养学生能力的重要环节，是培养创新型人才的关键。为提高锅炉原理实验教学的效果，需要承担实验教学的教师关注教学过程的各个方面，对教学目标、教学内容、教学和考核方法等进行顺应时代潮流的改革和创新，不断总结教学实践中的经验和教训，提高业务素质和水平，为提高教学质量、培养适应当今社会发展的创新型人才做出应有的贡献。
参考文献：
关键词：热质交换原理与设备;教学改革;教学实践
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）07-0256-02
一、课程教学改革的必要性分析
热质交换原理与设备是建筑环境与能源应用工程专业主干的专业基础课之一，起着连接本专业理论课与技术课的桥梁作用。本课程主要用于增强学生的专业理论水平，为学生的专业学习储备必要的基础知识，同时训练学生在实际工作中理论联系实际的能力。从热质交换原理与设备的知识体系与本专业课程之间的关系看，热质交换的知识占有相当重要的基础地位。建筑环境与能源应用工程专业培养的是具备从事建筑环境控制与能源供给系统以及建筑设施智能化工程的规划、设计、施工、安装、设备调试、运行管理、设备研发、产品营销等工作所需的基础理论、专业技术知识和实践与创新能力，能在设计研究院、工程公司、设备制造企业、管理部门等从事设计、研发、生产、施工、管理等岗位工作的应用型工程技术人才。在长期的教学实践中发现了一些问题：（1）教材中知识点多相对独立，内在规律性知识的融合力度不够，对于该领域的新技术和新设备的更新较慢。（2）由于教学条件限制，教学手段相对单一，课堂教学环节与实践教学环节结合不够，学生往往学完课程对具体设备仍然一知半解，出现到现场不识设备的现象，对于学生今后的专业课的学习和生产实习非常不利。（3）实验室建设滞后，现有实验设备陈旧老化，实验场地严重不足，实验教学也过于传统，不能调动学生的积极性和创造性。（4）热质交换原理与设备课程的考核方法主要采用传统的闭卷考核方式，实验和平时作业考核比重偏小，导致学生忽视实验环节、忽视平时对课程的学习和总结，造成期末突击复习、应付考试的局面。（5）教师的理论水平和科研能力直接影响课程的授课效果和学生对课程掌握的深度与广度，所以提高教师的科研能力，加强教师的培训，避免教师知识结构单一、理论水平不高和工程实践经验太少的问题，是课程改革的又一关键。
二、课程教学改革的内容
本着教学改革必须遵循教学客观规律的原则，在不断吸取先进的教学经验的基础上，循序渐进、有条不紊地进行探索实践，不断进行改革创新。
1.教学内容的优化整合。热质交换原理与设备这门课程知识点多且相对独立，内在规律性知识的融合力度不够，如何突出重点，优化教学内容，突出新平台课的作用，以培养服务于社会的应用型人才，是本课程教学改革的一大关键。在教学改革中，应从教材内容和课堂教学内容两方面加以实施整合教学内容，突出重点，优化教学内容，强化热质交换原理和设备的工程应用。结合当前高校教学改革的需要，对课程内容进行认真梳理。精讲基本概念，如传质、分子扩散传质、对流传质、扩散通量、费克定律等一定要讲清讲透。删去教学难度大但实用性不强的内容或只简单提及与先前课程重复的内容。淡化公式、定理的推导过程等。课程中涉及的比较抽象的概念较多，知识点繁复，名词术语比较枯燥，所以学生学习的主动性和兴趣会受到影响。如何提高学习的积极性，使枯燥的理论知识变得生动形象起来，学生乐于接受是非常重要的。为此，教师在教学中应着力强化以应用为目的的原则，要实现把教学内容中涉及的概念、知识点、技术名词置于实际工程中，突出理论知识在工程中的实用性、先进性和趣味性，调动学生的学习积极性。
2.课堂教学与工程实践有机结合，培养学生的工程应用的概念。建筑环境与能源应用工程专业培养的是具备从事建筑环境控制与能源供给系统以及建筑设施智能化工程的规划、设计、施工、安装、设备调试、运行管理、设备研发、产品营销等工作所需的基础理论、专业技术知识和实践与创新能力，能在设计研究院、工程公司、设备制造企业、管理部门等从事设计、研发、生产、施工、管理等岗位工作的应用型工程技术人才。因此，为社会培养应用型工程技术人才，培养学生的工程应用能力尤为重要。在课堂教学中，应首先介绍课程中所涉及的热质交换设备的工程应用背景，让学生知道所学到的热质交换设备的适用场合、在工程项目中的应用情况以及设备的应用和发展前景。利用学生已经完成了认识实习的有利条件，引导学生回忆在实习过程中参观过的热质交换设备，激发学生的学习热情，帮助学生建立工程应用的概念。学院已经建立了长期的专业实践教学基地，利用这一有利条件，教师可以结合当前教学内容的具体情况，适当的增加现场教学环节，如在讲解课程的设备部分，带学生去生产厂家，现场认识表冷器、风机盘管等常用设备;带学生去校内的空调制冷机房参观制冷机、板式换热器和冷却塔等，加深学生对专业设备的认识，提高学生实际应用能力，为后续的空调用制冷技术、供热工程、暖通空调系统等专业课程的学习打下良好的基础。
3.实验教学环节的改革。根据教育部本科教学水平评估标准的要求，坚持“与教学计划修订相结合、与实验教学资源整合相结合与构建实践教学体系相结合”的原则，科学合理地设置综合性、设计性实验项目，优化实验教学资源，创新实验教学机制。实验教学是热质交换原理与设备课程教学的重要环节之一。通过实验教学，不仅可以培养学生的动手操作能力，而且还能锻炼学生组织实验、记录和整理数据及编写实验报告的能力。目前，学院的实验教学场地严重短缺，实验设备数量不足且比较陈旧，这都给实验教学带来了很多困难。针对实验设备陈旧的问题，任课教师和实验人员在实验设备间歇周期内对实验设备进行必要的改造和维护，如更换水箱、更换加热电阻和调整测量仪表等，以确保实验课期间不发生设备故障问题，保证实验教学的顺利进行。根据课程教学大纲的要求，本课程共计设置了两个实验项目，分别为空气加热器的热工性能实验和散热器的热工性能实验。两个实验均为验证性实验，实验内容设置比较有局限性。为此，设计研制了热质交换设计性实验方案，增加自主设计性实验，让学生分组独立设计实验过程，参与试验台的调试、维修和改造，参与实验步骤的设计，使学生有充分独立研究和动手实践的条件和机会，加深基础理论理解的同时，培养实验技能、增强动手能力和解决问题的能力。在以往的教学中，教师讲授实验，由指导老师提前进行调试，学生根据实验指导书做实验，处理实验数据，学生往往带着完成任务的思想，参与性不够，这种做实验的方式大大降低了学生对实验课的积极性，也没有发挥出实验课的作用。为此，在教学中，要求学生提前预习实验，做到实验之前心中有数。实验过程中，减少每组学生的人数，要求每个学生都参与到实验操作中，真正参与实验的每一环节，并对学生实验中的表现记录考评。实验之后要求学生及时整理实验报告并总结实验收获，严禁学生抄袭实验报告，对于抄袭现象，实验成绩评定为不及格。
4.完善课程考核方法。为了开拓学生专业视野，培养学生的创新能力，改革课程的考试方法和完善考试制度势在必行。平时成绩的考核包括：出勤率、课后作业、期中考试等，做到从开课到结课，从课内到课外全过程考核。针对热质交换原理与设备的课程特点，期末成绩的考核采用闭卷与开卷相结合的考核办法。闭卷考试侧重于基本理论和基本概念的考查，利用已建立的题库以客观题的形式上机考核;开卷考试主要考核学生综合运用专业知识的能力。实验考核包括三部分：课前预习部分考核、实验过程中动手能力的考核、课后处理实验数据的能力和书写实验报告能力的考核。这样才能准确地、客观地实现对学生全面质量的考核，可以调动学生自主学习的积极性，有利于培养学生利用所学知识解决实际问题的主动性和创造性。
5.教学与科研相结合，培养学生的创新思维。科研成果应用于教学可以将实际的科研课题搬上讲台，帮助学生自主学习和应用知识解决实际问题，提升学生自主学习能力，培养学生科研兴趣，丰富课堂教学手段。在教学过程中，要增加传热传质学研究的前沿研究成果、研究课题的介绍，帮助学生了解传热传质学的发展状况和实际工程的发展趋势，初步掌握科学研究的方法。同时，在教学中结合教师的科研课题，鼓励学生参加科研工作，培养学生的前沿思想、创新思维和能力，课堂反馈很好，教学质量显著提高，取得了预期效果
热质交换原理与设备是一门实践性和技术性很强的课程，其教学内容和方法改革以及课程的建设是一个长期而艰巨的任务。教师在教学过程中需要不断地进行探索、实践并且逐步完善课程体系。因此，通过热质交换原理与设备课程的教学改革，使热质交换原理与设备的教学不仅在基本概念和基础理论上循序渐进，而且在培养学生的工程应用能力上达到精益求精，以培养出适应现代社会人才市场需要的应用型工程技术人才。
参考文献：
[1]连之伟.热质交换原理与设备[M].第三版.北京：中国建筑工业出版社，2011.
[2]倪美琴，刘光远，杨卫波，等.更新教育理念，培养创新人才[J].制冷与空调，2012，26（2）：191-193.
关键词：化工原理；教学；工程观念
“化工原理”课程包括教学、实验、设计三个环节，是化工类专业的基础必修课之一，是学生专业知识构建中的一门“承前启后”的重要课程，也是学生从“化学”到“化工”认知过程中的纽带与桥梁。近20年来，全国许多工科高校包括一些林业院校纷纷开设了“化工原理”课程。由于“化工原理”课程涉及范围广、内容多，加上相关实验与设计对学生的动手能力和计算能力的要求较高，因此如何与专业发展方向相衔接开展教学，是一项非常重要、难度颇大的研究课题。
“化工原理”是一门以典型的单元操作为主要内容，以传递过程和研究方法论为主线的工程技术基础课。它不同于物理和化学等基础学科，因为基础学科以简单的、理想的模型为研究对象，采用的是严密的数学分析法；而工程学科面临着真实、复杂的实际生产问题，加上待处理物系千变万化、影响因素多而复杂、操作条件各不相同，除了少数简单的问题可采用数学解析法以外，大多数问题需要依靠理论指导下的工程化方法来解决。
“化工原理”实验和课程设计更是强调学生运用工程方法和工程手段将书本知识实现应用的环节，即是强化学生将理论的感性认识上升到理性认识，达到“学以致用”的目的。这就要求学生尽早建立工程意识，树立工程观念，培养工程思维，最终能用工程观念分析、解决工程实际问题。本文拟从“化工原理”理论教学、课后实验、课程设计三个角度来探讨学生工程观念培养的问题。
一、教学中提炼工程观念
教学活动是在教师指导下学生积极参与学习的过程，其中教师的引导显得非常重要和关键。教学中应有意识地让学生建立起一种工程意识，用工程的价值观念来分析解决工程实际问题。其中，注意引入一些有效的工程应用方法，可达到事半功倍的效果。
(一)联系实际法
在课堂教学中，可以采用集体讨论、教师点评等形式，调动学生的参与意识，尽量选择一些与现实生产、生活联系紧密的工程问题进行引导、分析、讨论和归纳总结。例如，在流体流动章节的教学中，引导学生留心观察宿舍在用水高峰期与非高峰期出水量的大小来理解分支管路中流量分配的特征，并可结合家庭装修中如何合理选择和铺设水管等具体问题来理解流体流动阻力的概念，深入浅出地加以引导和启发。每次讨论时，要注意引导学生从生产技术性、经济合理性方面进行系统的“工程”考虑，要对不同的方案进行“工程”比拟，深入剖析问题，得出结论，从中提炼工程意识，形成工程观点，强化工程思想。
再比如，在传热学的教学过程中，可就家庭热水器的安装和热水管的布置，家用电暖炉的工作原理、传热方式等与人们密切相关的生活事例来分析传热的原理，讨论如何有效地传热以及如何防止在传热过程中的热损失等相关的工程实际问题。这不仅能充分调动学生的洞察、想象和思维能力，强化对工程观念的检验和应用，同时也能培养学生对“化工原理”课程的兴趣，有利于工程观念的建立和提升。
(二)数学模型法
数学模型法是在对研究的问题有充分认识的基础上，将复杂的问题作合理又不过于失真的简化，提出一个近似实际过程且易于用数学方程式描述的物理模型，并对所得到的物理模型通过物料衡算、热量衡算、平衡计算等找出模型参数之间的关系，进而建立数学模型，然后确定该方程的初始条件和边界条件，求解方程，最终通过实验对数学模型的合理性进行检验并测定模型参数。
在“化工原理”课程中，最著名、最实用的模型当属膜模型，它普遍适用于动量、热量和质量三种传递。此外，还有许多其它问题的求解也可采用建模来解决。例如，在讲授非均相体系分离中的沉降过程时，以求取流体通过固定床的压降为例，可用实物图片告知学生固定床中颗粒间的空隙形成许多可供流体通过的细小通道，这些通道是曲折的而且是互相交联的，同时，这些通道的截面和形状又是很不规则的，流体通过如此复杂的通道时的压降自然很难进行理论计算，引导学生借用数学模型法来解决。即，将床层中复杂的不规则的通道简化成许多管径为d。、长度为L。的平行细管，简化后的模型通过引入模型参数结合范宁公式计算阻力，最后通过实验来确定模型参数和检验数学模型的有效性。这样，就把一个复杂的实际工程问题简化为一个简单的流体流动问题。学生在其中经历了提出问题、分析问题、解决问题的过程，既加深了对公式的理解和认识，又掌握了一种实用的工程问题解决方法。
(三)因次分析法
许多工程的实际问题，涉及的变量较多，过程较复杂，一般很难从理论上进行描述，通常采用因次分析法。该法不需要对过程机理有深入的理解，只需尽可能地分析并正确列出影响过程的主要变量，通过无因次化减少变量的数目，再通过实验确定具体的函数关系。因次分析法用无因次数群代替单个变量，大大地减少了实验的工作量，并且实验中不需要采用真实的物料、真实的流体或实际的设备尺寸，只需借助模拟物料，由一些预备性的实验或理性的推断得出过程的影响因素，进而加以归纳和概括，形成经验方程。
以流体流动章节中获得流体在管内流动的阻力和摩擦系数入的关系式为例。根据摩擦阻力的性质和有关实验研究，得知由于流体内摩擦而出现的压力降Pf与管径d、管长1、液体黏度u、液体密度p、流速u、管壁粗糙度ε等6个因素有关，但无法写出具体的函数表达式。将问题写明摆在学生面前，并适时地传授给学生一种实用的工程方法——因次分析法，即根据因次一致性原则和白金汉的7c定理，引导学生将上述6个参数对压降Apf的影响转化为dup／u(雷诺数)、1／d、ε／d 3个无因次数群对Pf／pu2(欧拉数)的影响，使得实验研究可从原来考察7个参数之间的关系减少为4个无因次数群之间的关系，大大减少了实验的工作量，让学生切身体会到该法的方便性与实用性。
因次分析法另一个重要的特性是，可将水、空气的实验结果通过无因次数群类比法推广应用于其它流体，将小尺寸模型的实验结果应用于大型实验装置。让学生明白实验前的无因次化工作是规划实验的一种有效手段，在化工中应用广泛。这样，学生今后遇到类似的实际问题，就可大胆地应用已学过工 程方法，达到解决问题的目的。
(四)近似估算法
一般来说，影响工程问题的因素众多，在处理工程实际问题时考虑所有影响因素是很难的，所以在处理实际工程问题时只要保证结果在允许的误差范围内，工程上是可以接受的。因此，学生有必要掌握工程上近似处理、近似计算的思想和方法。例如，在传热计算中总传热系数K是评价换热器性能的一个重要参数，也是换热器的传热计算所需的基本数据。在忽略换热器污垢热阻的前提下，K的表达式为：1／K。=1／ao+(b／λ)(do／dm)+(1／ai)(do／di)。可以看出，总传热系数的倒数，即总热阻由三部分组成：管外传热热阻、管壁导热热阻、管内传热热阻。当ao>>ao时，Ko=ai成立。即，总热阻是由热阻大的那一侧的对流传热所控制。而在工业上换热操作中，通常都是由饱和热蒸汽加热冷流体，其中水蒸气的对流传热系数ao相当大，因此可将总传热系数K作近似处理，其值约等于冷流体的对流传热系数ai值。同时在实际操作中，欲提高K值，关键在于提高对流传热系数较小一侧的a。
可见，在教学中应让学生逐步掌握工程上近似处理的思想和方法。在课堂上的例题与习题讲授过程中，应经常穿插一些工程实际问题，要求学生大胆快速地进行近似估算。这样，不仅能使学生深化对理论教学内容的认识，而且还可使学生做到举一个“例题习题”而反思三个“工程问题”，进一步完善对工程意识的建立，巩固工程观念。
(五)过程分解法
在处理工程实际问题时，将一个复杂的过程(或系统)分解为联系较少或相对独立的若干个子过程(或子系统)，分别研究各子过程(或子系统)的特有规律，然后将各个子过程(或子系统)联系起来，探求各子过程(或子系统)之间的相互影响及总体效应，再分别采取各自合适的研究方法，这就是过程分解法。
例如，在设计填料塔时，把填料层高度计算公式表示为传质单元高度HOG或HOL和传质单元数NOG或NOL之积，表面上看起来只是变量的分离和合并，但实质上却是对过程的分解。NOG、NOL与物系的相平衡及进、出口浓度有关，受工艺条件控制，反映了吸收过程进行的难易程度；而HOG、HOL则与设备形式及设备的操作条件有关，反映了设备效能的高低。这样，在选择设备之前，可以根据给定的分离任务，计算出NOG或NOL，如果NOG或NOL太大，则表明吸收剂性能太差或分离要求过高，必须选择高效设备去适应。因此，在讲授填料层高度计算时，不能简单地引入NOG、NOL及HOG、HOL等符号的定义，还要说明这样处理的优点，让学生了解如此分解的内在含义。
(六)当量处理法
当量处理法是指用一个已知的过程(或参数)代替另一个较为复杂的待定过程或参数，使该事物在过程特征的某一方面与另一较为简单的已知事物等价。在“化工原理”课程中，用当量法处理工程问题的例子很多，例如：通过引入当量直径将圆管内流动的研究结果推广于非圆管；引入当量长度计算管件、阀门的局部阻力；引入当量滤饼厚度(或当量滤液量)计算滤布阻力；引入体积当量直径和形状系数表征非球形颗粒等。这种“化繁入简”的处理手段，可直接解决工程中很多复杂的问题，应用广泛。
二、实验中确定工程观念
化工原理是人们通过长期实验总结和工程实践验证了的实验学科。我校先后从天津大学、浙江大学、南京工业大学购入全套化工单元实验装置，设备先进，自动化程度高，实验硬、软件条件齐备。我校的化学工程实验中心于2004年获中央与地方共建高校基础实验室的资助，2005年被授予“江苏省基础实验示范点”。
以往“化工原理”实验一般采纳的是“学生预习—教师讲解—学生操作—写报告”的教学模式，这种模式教学方法单一，其任务只是验证理论知识中的一些现象、结论，在这种教学模式下学生缺乏创造性，对其工程观念的培养帮助并不大。因此，我们利用实验条件的优势，大胆地进行了新的教学模式的探索，实行开放式实验教学模式。其根本目的就是真正体现以学生为教学的主体，将更多的主动权和选择权交给学生，激发学生的学习兴趣和主动性，为学生自主学习提供一个平台。在开放式的教学模式下，教师不再对实验原理、操作步骤、仪器使用等进行详细的讲解，这些内容由学生自己去学习，教师只起到督导的作用，对学生的实验过程仅提供一些指导性意见。为了很好地完成实验，学生必须做好实验前的准备工作，熟悉实验内容，查阅相关的文献资料。这样，就调动了学生学习的积极性，效果明显优于以前。虽然学生在实验过程中遇到的问题比以前更多，但在处理这些问题过程中，学生分析和解决问题的能力得到了实际的锻炼，这正是我们所期待的，有助于培养学生解决工程问题的能力。
三、设计中实践工程观念
“化工原理”课程设计是一个总结性的实践教学环节，是对学生综合应用本课程及其它相关课程的基本知识，独立完成某单元操作设计的训练。通过选题、资料的准备、化工单元过程设计和总结等相关程序，使学生真正体验解决工程问题的思路和方法，切实地感受理论知识与工程观念的结合和应用。通过课程设计的训练，营造学生模拟解决实际工程问题的场景，以达到对整个“化工原理”课程知识认识上的升华。
例如，学生做“苯一甲苯混合体系的分离”设计时，首先面临过程的选择，可以选择蒸馏或萃取这两种化工单元操作，也可选择一些新型的化工单元操作，如膜分离等。在一般情况下，首先考虑采用蒸馏，它最适合于分离大部分的液体混合物，尤其适合于大规模、自动化控制的工业分离。只有不适宜用蒸馏分离的物系，才考虑用其它的分离手段。在过程确定以后，就必须进行设备的选择。如果确定用板式塔，则还要确定用什么样的塔板。如果确定用填料塔，则还要确定用整装填料，还是用散装填料，用什么材质，等等。这些问题即为设备选择。
在确定了过程和设备之后，就要进行过程的计算和设备的设计。在这个过程中，通常必须利用物料衡算方程、热量衡算方程、操作线方程、热力学方程、传热速率方程、传质速率方程等关系式，根据所处理物系的性质和操作条件进行设计计算。设计计算过程通过各种物性数据手册和化工手册查取所需的设计数据，且经常采用一些适用的经验方程计算有关参数值。在缺乏数据的情况下，有时候则要组织实验以取得必要的设计数据。这样，既锻炼了学生查阅文献的能力，也使学生掌握了遇到实际工程问题时可以采用的各种方法。
课程设计完成后，让学生模拟面对实际的工业场合可能出现的各种设计型问题和操作型问题进行答辩。前者主要就设备参数条件选择的依据给出合理详尽的解释说明；而后者的一般表现方式是：当某一个操作参数发生变化时，通过分析判断，该参数的变化将会引起其他哪些参数发生变化以及变化的方向(变大还是变小)、变化程度的大小。只要参数变化在允许的范围内，操作仍可视为正常。而参数变化超出允许的范围时，就要进行调节。同时若设备发生故障，则要求通过分析判断发生故障的原因，并排除故障。通过上述的训练，既加深了学生对“化工原理”课程相关知识的理解和巩固，又使学生在设计中实践了工程观念。
