能源動(dòng)力類(lèi)專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革研究與實(shí)踐

嚴(yán)大煒，鄒琳江，許詩(shī)雙

（安徽工業(yè)大學(xué) 能源與環(huán)境學(xué)院，安徽 馬鞍山243002）

實(shí)驗(yàn)教學(xué)不僅能直接培養(yǎng)學(xué)生的觀察、動(dòng)手以及操作能力，更重要的是能夠培養(yǎng)其分析與解決問(wèn)題、實(shí)踐應(yīng)用以及綜合創(chuàng)新的能力。［1］不管是社會(huì)科學(xué)還是自然科學(xué)，實(shí)驗(yàn)都是從事科學(xué)研究、發(fā)現(xiàn)客觀規(guī)律的重要手段和方法。對(duì)于能源動(dòng)力類(lèi)學(xué)科而言，實(shí)驗(yàn)的地位尤為重要。［2］如工程熱力學(xué)、傳熱學(xué)、流體力學(xué)這類(lèi)源于實(shí)驗(yàn)的學(xué)科，要想取得好的教學(xué)效果就必須重視實(shí)驗(yàn)教學(xué)。熱工實(shí)驗(yàn)課程的學(xué)時(shí)數(shù)在整個(gè)教學(xué)大綱中占了較大的比重，也說(shuō)明了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重要性。

一、熱工實(shí)驗(yàn)教學(xué)的現(xiàn)狀

安徽工業(yè)大學(xué)能源與環(huán)境學(xué)院能源與動(dòng)力工程專(zhuān)業(yè)是我校的特色專(zhuān)業(yè)。能源與動(dòng)力工程（熱工）實(shí)驗(yàn)室承擔(dān)本專(zhuān)業(yè)在校三、四年級(jí)本科生二百多人的實(shí)驗(yàn)教學(xué)任務(wù)，以演示性、驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主，另外還開(kāi)設(shè)研究性、創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)。其中熱流體科學(xué)的課程：流體力學(xué)、傳熱學(xué)、工程熱力學(xué)是能源動(dòng)力類(lèi)專(zhuān)業(yè)的專(zhuān)業(yè)基石，采用單獨(dú)設(shè)課方式，將三年級(jí)上學(xué)期開(kāi)出的流體力學(xué)、工程熱力學(xué)兩門(mén)課程所含的教學(xué)實(shí)驗(yàn)合并設(shè)置成熱工實(shí)驗(yàn)1，下學(xué)期所開(kāi)的傳熱學(xué)、燃料與燃燒、熱工測(cè)量?jī)x表所含教學(xué)實(shí)驗(yàn)合并設(shè)置成熱工實(shí)驗(yàn)2。由熱能教研室開(kāi)設(shè)的包含實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的專(zhuān)業(yè)必修課如鍋爐原理與設(shè)備、汽輪機(jī)原理、制冷原理與設(shè)備、工業(yè)電爐等，這些課程的實(shí)驗(yàn)包含在其總課時(shí)數(shù)之中，實(shí)驗(yàn)課時(shí)數(shù)一般占2～4課時(shí)不等。另外，在大四上學(xué)期開(kāi)設(shè)一門(mén)熱平衡綜合性實(shí)驗(yàn)，綜合訓(xùn)練學(xué)生各種實(shí)驗(yàn)儀器的使用能力以及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析處理能力。

近年來(lái)熱工實(shí)驗(yàn)室取得了若干教學(xué)成果，但仍存在一些問(wèn)題。一是實(shí)驗(yàn)室硬件條件落后，部分實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備老化嚴(yán)重，有的設(shè)備購(gòu)置于20世紀(jì)80年代，如燃料燃燒實(shí)驗(yàn)臺(tái)、對(duì)流換熱系數(shù)測(cè)定實(shí)驗(yàn)臺(tái)使用年限都超過(guò)10年以上，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與理論值之間的誤差很大，有些實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得出的結(jié)論甚至和基本理論背道而馳，嚴(yán)重影響了實(shí)驗(yàn)效果。二是實(shí)驗(yàn)設(shè)置模式上的不合理，例如對(duì)沒(méi)有單獨(dú)設(shè)課的實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)考核在教學(xué)大綱上沒(méi)有做出具體規(guī)定，只是表述為按比例記入期末考試成績(jī)，其結(jié)果必然導(dǎo)致學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)不重視如缺課、抄襲預(yù)習(xí)報(bào)告應(yīng)付檢查等現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，實(shí)驗(yàn)沒(méi)有取得設(shè)想的效果。三是實(shí)驗(yàn)時(shí)間安排上的問(wèn)題，如熱平衡實(shí)驗(yàn)的授課對(duì)象是畢業(yè)班學(xué)生，一方面學(xué)生需要該課程來(lái)完善知識(shí)結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)專(zhuān)業(yè)知識(shí)和技能，另一方面又有著就業(yè)、考研、出國(guó)考試的壓力，結(jié)果往往是學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)課沒(méi)有積極性，常常偷工減料、壓縮實(shí)驗(yàn)時(shí)間甚至直接逃課，實(shí)驗(yàn)效果差。四是傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法本身的缺限，實(shí)驗(yàn)過(guò)程以講解為主，直觀性差，不能很好地表現(xiàn)出各實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)間的相互關(guān)聯(lián)與配合，影響教學(xué)質(zhì)量。另外，實(shí)驗(yàn)條件和內(nèi)容被嚴(yán)格限定，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中只能被動(dòng)接受實(shí)驗(yàn)結(jié)果，制約了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和創(chuàng)造性，學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不高。目前，能源動(dòng)力專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課工程熱力學(xué)和流體力學(xué)分別獲得安徽省級(jí)質(zhì)量工程項(xiàng)目資助，傳熱學(xué)取得安徽省級(jí)精品課程立項(xiàng)建設(shè)，正在進(jìn)行國(guó)家級(jí)精品課程建設(shè)，因此本專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革也勢(shì)在必行。

二、實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革與實(shí)踐

（一）整合設(shè)備資源，改善硬件條件

實(shí)驗(yàn)室建設(shè)與“產(chǎn)、學(xué)、研”相結(jié)合，利用實(shí)際工程項(xiàng)目與科研課題大都需要實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的特點(diǎn)，引進(jìn)先進(jìn)實(shí)驗(yàn)設(shè)備；同時(shí)，科研成果又能在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中推廣和應(yīng)用，做到“產(chǎn)、學(xué)、研”相互促進(jìn)，共同提高。如利用企業(yè)橫向課題“熱管換熱器的開(kāi)發(fā)研究”和“加熱爐的熱工測(cè)試”整合而成的“熱平衡測(cè)試實(shí)驗(yàn)臺(tái)”在專(zhuān)業(yè)綜合型實(shí)驗(yàn)中發(fā)揮了重要作用。熱工實(shí)驗(yàn)室近年來(lái)利用各類(lèi)資源自研實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)備10余臺(tái)套，大大改善了實(shí)驗(yàn)室硬件條件。

（二）科學(xué)安排實(shí)驗(yàn)時(shí)間，合理設(shè)置實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

實(shí)驗(yàn)課時(shí)間安排是專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)的難題，而教務(wù)處下達(dá)的教學(xué)任務(wù)書(shū)中沒(méi)有固定具體上課時(shí)間。熱工實(shí)驗(yàn)室的做法是既遵循“先理論、后驗(yàn)證”的教學(xué)規(guī)律，考慮各專(zhuān)業(yè)課程知識(shí)內(nèi)容的承啟關(guān)系，又充分尊重學(xué)生的課余活動(dòng)計(jì)劃。在調(diào)研專(zhuān)業(yè)三個(gè)自然班級(jí)情況的基礎(chǔ)上分組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，特殊情況可組間相互調(diào)整，以保證每個(gè)學(xué)生都能參加實(shí)驗(yàn)。另外，在教學(xué)大綱的范圍內(nèi)對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行了優(yōu)化，對(duì)部分設(shè)備陳舊、內(nèi)容過(guò)時(shí)的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了刪減；對(duì)內(nèi)容相近、步驟有重復(fù)的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了合并；增加了部分綜合型、研究創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)的設(shè)置，積極將科研項(xiàng)目的研究成果引入實(shí)驗(yàn)教學(xué)，讓學(xué)生練習(xí)新的技術(shù)和方法，掌握新的知識(shí)與技能。

（三）嘗試多樣化授課方式，探索開(kāi)放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)

將計(jì)算機(jī)模擬、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等輔助教學(xué)手段運(yùn)用到實(shí)驗(yàn)教學(xué)中。［3］利用計(jì)算機(jī)制作視頻、課件以及各類(lèi)專(zhuān)業(yè)軟件的模擬來(lái)使一些抽象的理論變得形象直觀。如在傳熱學(xué)實(shí)驗(yàn)“大平板熱邊界層和流動(dòng)邊界層的測(cè)量”實(shí)驗(yàn)中，引入計(jì)算流體力學(xué)軟件FLUENT對(duì)整個(gè)流場(chǎng)進(jìn)行仿真模擬，便可得出大平板周邊溫度場(chǎng)和流場(chǎng)的分布情況，再制作成視頻課件在實(shí)驗(yàn)前進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)演示，能大大提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。將先進(jìn)測(cè)控手段、高精度測(cè)量?jī)x器以及數(shù)字顯示儀表用于實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)操作中熟悉現(xiàn)代化的測(cè)量技術(shù)和設(shè)備；逐步建立和完善網(wǎng)上虛擬實(shí)驗(yàn)室平臺(tái)，嘗試開(kāi)放式實(shí)驗(yàn)室建設(shè)：學(xué)生可線上預(yù)約實(shí)驗(yàn)時(shí)間、預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告，教師可網(wǎng)上與學(xué)生互動(dòng)交流，指導(dǎo)、評(píng)判作業(yè)等。

（四）創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)機(jī)制，完善實(shí)驗(yàn)考核方法

結(jié)合“大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃（SRTP）”、“大學(xué)生節(jié)能減排大賽”等各類(lèi)科技競(jìng)賽活動(dòng)，將創(chuàng)新思維引入實(shí)驗(yàn)教學(xué)中。在項(xiàng)目實(shí)施的過(guò)程中，實(shí)驗(yàn)室給學(xué)生提供合作搭建實(shí)驗(yàn)平臺(tái)、獨(dú)立設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)步驟、自主完成實(shí)驗(yàn)測(cè)量的條件，突破了傳統(tǒng)的大綱式的教學(xué)方式，充分發(fā)揮學(xué)生的能動(dòng)性，鍛煉其獨(dú)立思考問(wèn)題的能力、動(dòng)手能力和創(chuàng)新精神。［4］實(shí)驗(yàn)考核是檢查和評(píng)價(jià)教學(xué)效果的重要手段，熱工實(shí)驗(yàn)室根據(jù)不同性質(zhì)實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)，建立了多元化的實(shí)驗(yàn)成績(jī)考核方案。如對(duì)演示性實(shí)驗(yàn)和驗(yàn)證性基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)成績(jī)按百分制評(píng)定，其中演示性實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)成績(jī)占30%、實(shí)驗(yàn)過(guò)程占30%、實(shí)驗(yàn)報(bào)告及問(wèn)題解答占40%；對(duì)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，將實(shí)驗(yàn)操作成績(jī)提高至70%、包括準(zhǔn)備、規(guī)范操作、動(dòng)手能力、儀器使用、數(shù)據(jù)記錄和減小誤差等方面，而實(shí)驗(yàn)報(bào)告成績(jī)占30%，主要強(qiáng)調(diào)數(shù)據(jù)處理和誤差分析以及對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程與結(jié)果的思考和討論；對(duì)綜合型實(shí)驗(yàn)和創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)，則按“優(yōu)、良、中、合格、不合格”五級(jí)對(duì)其研究論文或報(bào)告方式進(jìn)行考評(píng)，這樣既能避免部分學(xué)生抄襲實(shí)驗(yàn)報(bào)告、又能提升其科研能力，使學(xué)生畢業(yè)后無(wú)論是就業(yè)還是繼續(xù)讀研深造都受益匪淺。

三、結(jié)語(yǔ)

筆者所在的熱工實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)室對(duì)實(shí)驗(yàn)室的硬件設(shè)備、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和教學(xué)手段、創(chuàng)新和開(kāi)放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)等方面進(jìn)行改革與實(shí)踐，取得了一定的效果。通過(guò)學(xué)生網(wǎng)上評(píng)教系統(tǒng)反饋的信息，對(duì)熱工實(shí)驗(yàn)教學(xué)的學(xué)生滿意度連續(xù)三年達(dá)到95%以上且有逐年提高的趨勢(shì)。教學(xué)改革永無(wú)止境，實(shí)驗(yàn)教學(xué)亦應(yīng)與時(shí)俱進(jìn)。在安徽省級(jí)教育質(zhì)量工程精品課程的建設(shè)過(guò)程中，熱工實(shí)驗(yàn)室正努力提升實(shí)驗(yàn)教學(xué)的水平，爭(zhēng)取實(shí)現(xiàn)本專(zhuān)業(yè)理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)的雙豐收。

［1］高成偉.大學(xué)理念與大學(xué)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)［J］.實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2007，24（6）：135－137.

［2］錢(qián)進(jìn)，龔德鴻，馮勝?gòu)?qiáng).熱能與動(dòng)力工程專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革研究［J］.中國(guó)電力教育，2008（18）：152－154.

［3］魏偉.加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心網(wǎng)絡(luò)化管理［J］.實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2009，28（11）：84－87.

［4］張紅光，馬國(guó)遠(yuǎn)，劉忠寶，等.注重培養(yǎng)創(chuàng)新精神的熱能與動(dòng)力工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心建設(shè)［J］.實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2011，28（3）：11－14.