實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)在制冷專業(yè)教學(xué)的應(yīng)用

郭綺華

摘 要：實(shí)驗(yàn)教學(xué)法在制冷專業(yè)教學(xué)的應(yīng)用，就是根據(jù)教學(xué)需要，利用現(xiàn)有教學(xué)資源設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)輔助教學(xué)，通過實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析、內(nèi)在關(guān)系挖掘等將專業(yè)理論知識的難點(diǎn)、重點(diǎn)直觀地、簡單地展示，增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，改善教學(xué)效果，有效提高教學(xué)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：實(shí)驗(yàn)教學(xué)法；數(shù)據(jù)采集；教學(xué)質(zhì)量

制冷設(shè)備運(yùn)用與維修專業(yè)主要培養(yǎng)從事制冷設(shè)備安裝、運(yùn)行、調(diào)試、維修的技能人才，通過系統(tǒng)的專業(yè)教學(xué)，使得學(xué)生具備相當(dāng)?shù)闹评鋵I(yè)能力，能夠滿足崗位技術(shù)需求，完成專業(yè)崗位工作。

制冷專業(yè)教學(xué)圍繞專業(yè)技術(shù)發(fā)展和崗位要求開設(shè)理論課程和實(shí)訓(xùn)課題，但是由于就讀學(xué)生是初中或高中畢業(yè)生，欠缺相關(guān)理論知識的學(xué)習(xí)，如熱力學(xué)、流體力學(xué)等專業(yè)基礎(chǔ)知識，使得相當(dāng)一部分學(xué)生實(shí)際學(xué)習(xí)過程中，或多或少會出現(xiàn)對某些專業(yè)專業(yè)知識點(diǎn)不理解，造成學(xué)習(xí)困惑，嚴(yán)重的甚至對專業(yè)學(xué)習(xí)產(chǎn)生抵觸情緒。

如何提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高教學(xué)質(zhì)量，這是制冷專業(yè)教師必須要考慮的問題，而采用怎樣有效的教學(xué)手段和教學(xué)技巧授課，也是專業(yè)教師不斷思考、探索的課題。

在這里探討一下在制冷專業(yè)教學(xué)中引入實(shí)驗(yàn)教學(xué)法及合理設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的可行性和有效性。

所謂實(shí)驗(yàn)教學(xué)法，是指學(xué)生在教師的指導(dǎo)下，使用一定的設(shè)備和材料，通過控制條件的操作過程，引起實(shí)驗(yàn)對象的某些變化，從觀察這些現(xiàn)象的變化中獲取新知識或驗(yàn)證知識的教學(xué)方法。在物理、化學(xué)、生物、地理和自然常識等學(xué)科的教學(xué)中，實(shí)驗(yàn)是一種重要的方法。一般實(shí)驗(yàn)是在實(shí)驗(yàn)室、生物或農(nóng)業(yè)實(shí)驗(yàn)園地進(jìn)行的。有的實(shí)驗(yàn)也可以在教室里進(jìn)行。

我們知道：實(shí)驗(yàn)法是隨著近代自然科學(xué)的發(fā)展興起的?，F(xiàn)代科學(xué)技術(shù)和實(shí)驗(yàn)手段的飛躍發(fā)展，使實(shí)驗(yàn)法發(fā)揮越來越大的作用。通過實(shí)驗(yàn)法，可以使學(xué)生把一定的直接知識同書本知識聯(lián)系起來，以獲得比較完全的知識，又能夠培養(yǎng)他們的獨(dú)立探索能力、實(shí)驗(yàn)操作能力和科學(xué)研究興趣。它是提高自然科學(xué)有關(guān)學(xué)科教學(xué)質(zhì)量不可缺少的條件。

當(dāng)前技工教育教學(xué)中最為重要的就是培養(yǎng)學(xué)生具有獲取新知識、新技能的意識和能力，培養(yǎng)掌握專業(yè)技能并能適應(yīng)不斷變化的職業(yè)社會的高素質(zhì)技能人才。那么在專業(yè)教學(xué)中適當(dāng)引入實(shí)驗(yàn)，指導(dǎo)學(xué)生采集數(shù)據(jù)，分析數(shù)據(jù)，用理論知識分析具體現(xiàn)象和數(shù)據(jù)，得出相關(guān)結(jié)論，甚至是指導(dǎo)學(xué)生自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證理論或是通過獲取實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)歸納系統(tǒng)分析的教學(xué)過程是培養(yǎng)學(xué)生自行學(xué)習(xí)、培養(yǎng)專業(yè)核心能力和提高綜合素質(zhì)的有效教學(xué)手段。通過相對簡單、直觀的實(shí)驗(yàn)分析，將一些較為抽象、難理解的知識點(diǎn)融合在實(shí)驗(yàn)中，大大增強(qiáng)學(xué)生的感官學(xué)習(xí)，激勵(lì)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，有助學(xué)生對專業(yè)知識的認(rèn)知、理解，有效提高教學(xué)效果，達(dá)到教學(xué)目的。

那在制冷專業(yè)教學(xué)中如何有效應(yīng)用實(shí)驗(yàn)教學(xué)法，達(dá)到預(yù)期的改善教學(xué)效果呢？

實(shí)驗(yàn)法因?qū)嶒?yàn)的目的和時(shí)間不同，可分為：學(xué)習(xí)理論知識前打好學(xué)習(xí)基礎(chǔ)的實(shí)驗(yàn)；學(xué)習(xí)理論知識后驗(yàn)證性的實(shí)驗(yàn)和鞏固知識的實(shí)驗(yàn)。因進(jìn)行實(shí)驗(yàn)組織方式的不同，可分為：小組實(shí)驗(yàn)和個(gè)別獨(dú)立實(shí)驗(yàn)。在現(xiàn)代教學(xué)中，為了加強(qiáng)學(xué)生能力的培養(yǎng)，更加重視讓學(xué)生獨(dú)立地設(shè)計(jì)和進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

針對技工院校專業(yè)課程的特色和制冷專業(yè)理論課程和實(shí)訓(xùn)課題的需求，實(shí)驗(yàn)法運(yùn)用可以分為以下幾個(gè)類型：

一、驗(yàn)證理論概念的實(shí)驗(yàn)

由于技工院校制冷專業(yè)的學(xué)生缺乏系統(tǒng)理論知識作為專業(yè)理論知識學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)，對于某些概念往往無法清晰理解，適當(dāng)?shù)囊脤?shí)驗(yàn)，通過實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象印證理論知識，有助學(xué)生對抽象的概念形成直觀認(rèn)識，便于學(xué)習(xí)理解。

例如：在《制冷技術(shù)基礎(chǔ)》課程中有“顯熱”、“潛熱”的概念，且在熱傳遞的熱量計(jì)算中應(yīng)用，而學(xué)生對這兩個(gè)概念的定義及區(qū)別總是不能理解，在實(shí)際計(jì)算總會混淆。那么，在條件允許情況下，我們可以通過一個(gè)簡單的加熱實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生直觀地分清“顯熱”、“潛熱”的區(qū)別。

實(shí)驗(yàn)：用酒精燈對燒杯中的冰塊進(jìn)行加熱，觀察冰塊溶解情況，用溫度計(jì)測量燒杯中冰塊（冰水、溫水）的溫度，要求學(xué)生每隔3min記錄溫度計(jì)測量的溫度，同時(shí)記錄燒杯內(nèi)物質(zhì)的變化。

通過這個(gè)實(shí)驗(yàn)得出數(shù)據(jù)，學(xué)生可以看到：

1.隨著不斷加熱，燒杯內(nèi)冰塊會逐漸融化，但是在融化過程中溫度沒有改變；

2.待燒杯內(nèi)冰塊全部融化為水后，隨著加熱的繼續(xù)，溫度會上升；

3.不斷加熱，燒杯內(nèi)的水開始沸騰，溫度不變，水變成水蒸汽，液面不斷下降；

針對實(shí)驗(yàn)中溫度出現(xiàn)的階段性變化，老師可以通過啟發(fā)性的提問引導(dǎo)學(xué)生思考：為什么冰塊在溶解過程中和水在沸騰過程，即使不斷加熱，而溫度卻沒有明顯變化？熱量跑哪里去了？

綜合學(xué)生的數(shù)據(jù)記錄，老師指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，最后得出“顯熱”、“潛熱”兩個(gè)概念的區(qū)別就是：是否有物質(zhì)相態(tài)變化過程的存在。通過這個(gè)簡單的實(shí)驗(yàn)，學(xué)生直觀的看到冰塊溶解、冰水升溫、水沸騰等多個(gè)現(xiàn)象，也從溫度的階段性變化理解“顯熱”、“潛熱”的存在，相對于老師單純的課堂講課更有效幫助學(xué)生掌握基本概念。

這類型的實(shí)驗(yàn)主要是幫助學(xué)生對專業(yè)理論學(xué)習(xí)過程中一些抽象概念和理論的驗(yàn)證和認(rèn)知，多是演示實(shí)驗(yàn)，是培養(yǎng)學(xué)生的觀察力、思維能力和動手操作能力最好的教學(xué)手段之一，建議可結(jié)合實(shí)際理論授課和教學(xué)設(shè)施設(shè)備配置情況合理設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)輔助理論教學(xué)。

二、結(jié)合專業(yè)課程或?qū)嵱?xùn)課題重點(diǎn)設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)

制冷系統(tǒng)中各部件性能參數(shù)變化、電氣控制元件的數(shù)據(jù)采集、故障現(xiàn)象的判斷分析等等都是專業(yè)教學(xué)的重點(diǎn)和難點(diǎn)，由于實(shí)訓(xùn)設(shè)備所限，往往不能直觀地將制冷系統(tǒng)展現(xiàn)在實(shí)際教學(xué)中。很多的學(xué)校是通過仿真系統(tǒng)或是教學(xué)模型進(jìn)行專業(yè)教學(xué)和技能實(shí)訓(xùn)的。

利用現(xiàn)有教學(xué)資源和設(shè)備設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，通過學(xué)生自主觀察和數(shù)據(jù)采集，老師指導(dǎo)學(xué)生對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得出相關(guān)結(jié)論，驗(yàn)證專業(yè)理論知識，是一個(gè)較為有效解決學(xué)生學(xué)習(xí)困難的教學(xué)手段。

例如：在講述制冷系統(tǒng)水冷式冷凝器的冷卻水進(jìn)口溫度對冷凝器散熱效果的影響時(shí)，我們可以利用現(xiàn)有的中央空調(diào)實(shí)訓(xùn)設(shè)備設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)：通過調(diào)整冷凝器冷卻水進(jìn)水溫度，觀察冷凝器性能參數(shù)（冷凝溫度、冷凝壓力）的變化，驗(yàn)證冷卻水進(jìn)口溫度對冷凝器工作的影響。

實(shí)驗(yàn)：通過加熱器改變冷卻水塔出口的冷卻水溫度，記錄冷凝器冷卻水進(jìn)水溫度、出水溫度、冷凝器溫度、冷凝器壓力。

在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，老師向?qū)W生講述實(shí)驗(yàn)原理及基本操作，學(xué)生必須自行調(diào)整冷凝器冷卻水進(jìn)口溫度，完成每一階段的數(shù)據(jù)采集，其實(shí)這就是學(xué)生對以往基礎(chǔ)知識綜合運(yùn)用的過程。

數(shù)據(jù)分析：根據(jù)冷卻水進(jìn)水溫度的改變，對應(yīng)冷凝器的溫度、壓力變化，我們可以看到：隨著冷卻水進(jìn)水溫度的改變，冷凝器的溫度、壓力會隨之改變。冷卻水進(jìn)水溫度升高，冷凝器的溫度、壓力會隨之升高。

老師指導(dǎo)學(xué)生分析數(shù)據(jù)得出結(jié)論：冷卻水進(jìn)水溫度的高低反映的是冷凝器的冷卻效果，冷凝器的溫度、壓力反映的是冷凝器的工作情況。冷凝器冷卻效果好，冷凝器工作正常，制冷效果正常。

這類型的實(shí)驗(yàn)屬于多是結(jié)合制冷專業(yè)實(shí)訓(xùn)課題設(shè)計(jì)的，其應(yīng)用是加強(qiáng)學(xué)生對實(shí)際制冷系統(tǒng)管理、維護(hù)的直觀認(rèn)識，是在實(shí)際教學(xué)中應(yīng)用最多、最有效的輔助教學(xué)手段。

三、提高學(xué)生專業(yè)技能的綜合性實(shí)驗(yàn)。

當(dāng)學(xué)生完成專業(yè)基礎(chǔ)理論學(xué)習(xí)和實(shí)訓(xùn)進(jìn)入專業(yè)綜合技能培養(yǎng)階段時(shí)，老師可根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況和能力評估，設(shè)計(jì)綜合性的實(shí)驗(yàn)來輔助教學(xué)。

在上述的冷卻水進(jìn)水溫度對冷凝器工作影響分析的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，我們利用現(xiàn)有教學(xué)設(shè)備設(shè)計(jì)對整個(gè)制冷系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集和分析的實(shí)驗(yàn)。

實(shí)驗(yàn)：通過加熱器改變冷卻水塔出口的冷卻水溫度，記錄冷凝器冷卻水進(jìn)水溫度、出水溫度、冷凝器溫度、冷凝器壓力、蒸發(fā)器壓力，風(fēng)機(jī)盤管的出風(fēng)溫度。

數(shù)據(jù)分析：根據(jù)冷卻水進(jìn)水溫度的改變，對應(yīng)冷凝器、蒸發(fā)器、風(fēng)機(jī)盤管的工作參數(shù)變化，我們可以看到：隨著冷卻水進(jìn)水溫度的改變，冷凝器的溫度、壓力會隨之改變。冷卻水進(jìn)水溫度升高，冷凝器的溫度、壓力會隨之升高，蒸發(fā)器壓力升高，風(fēng)機(jī)盤管出風(fēng)溫度升高。

老師指導(dǎo)學(xué)生數(shù)據(jù)分析：冷卻水進(jìn)水溫度的高低反映的是冷凝器的冷卻效果，冷凝器的溫度、壓力蒸、發(fā)器壓力反映的是換熱器的工作情況，風(fēng)機(jī)盤管出風(fēng)溫度反映的則是直接的制冷效果參數(shù)。冷凝器冷卻效果好，冷凝器工作正常，制冷效果正常。

課外提升：學(xué)生根據(jù)采集的數(shù)據(jù)，繪制冷卻水溫度與冷凝器溫度、冷卻水溫度與風(fēng)機(jī)盤管出風(fēng)溫度的線型關(guān)系圖，從中了解冷卻時(shí)溫度變化對制冷系統(tǒng)制冷效果的影響。

這一類型的實(shí)驗(yàn)屬于設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)是對學(xué)生思維能力和操作能力的高層次要求，它要求學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識和一定的實(shí)驗(yàn)技能，通過分析、綜合、推理、聯(lián)想、想象等多種思維活動設(shè)計(jì)出實(shí)驗(yàn)的具體方案，并用實(shí)驗(yàn)加以驗(yàn)證。是學(xué)生專業(yè)綜合知識的運(yùn)用和理解，涉及多個(gè)環(huán)節(jié)參數(shù)采集的設(shè)計(jì)和分析，從多方面求證系統(tǒng)工作的完整性和關(guān)聯(lián)性，有助于提高學(xué)生的綜合分析能力和解決制冷系統(tǒng)實(shí)際綜合故障的能力，建議在專業(yè)實(shí)訓(xùn)中結(jié)合課題需要綜合運(yùn)用。

同時(shí)，老師可根據(jù)學(xué)生實(shí)際情況，指導(dǎo)學(xué)生自行利用現(xiàn)有實(shí)訓(xùn)設(shè)備自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，采集數(shù)據(jù)驗(yàn)證理論知識點(diǎn)，加強(qiáng)對專業(yè)知識的理解和掌握，也通過實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)，挖掘制冷專業(yè)各不同知識范疇的內(nèi)在聯(lián)系，提升解決綜合故障，提高自身學(xué)習(xí)能力。

教師結(jié)合教學(xué)實(shí)情設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，并在實(shí)際教學(xué)中應(yīng)用推廣，通過簡單、直觀或關(guān)聯(lián)性強(qiáng)的多個(gè)數(shù)據(jù)采集輔助專業(yè)教學(xué)，增強(qiáng)學(xué)生的直觀認(rèn)知，指導(dǎo)學(xué)生挖掘各知識點(diǎn)的內(nèi)在聯(lián)系，是提高教學(xué)質(zhì)量的有效手段，但同時(shí)我們也要注意：

1.教師事前做充分準(zhǔn)備，對儀器設(shè)備、實(shí)驗(yàn)材料要仔細(xì)檢查，先行實(shí)驗(yàn)，以保證實(shí)驗(yàn)的效果和安全。

2.充分利用現(xiàn)有教學(xué)資源進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)， 有條件的教師可根據(jù)教學(xué)需要自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)設(shè)備。

3.在學(xué)生實(shí)驗(yàn)開始前，對實(shí)驗(yàn)的目的和要求、依據(jù)的原理、儀器設(shè)備安裝使用的方法、實(shí)驗(yàn)的操作過程等，通過講授或談話作充分的說明，必要時(shí)進(jìn)行示范，以增強(qiáng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)的自覺性。

4.實(shí)驗(yàn)可操作性要強(qiáng)，必須以學(xué)生為主體，引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)。采用小組實(shí)驗(yàn)，盡可能使每個(gè)學(xué)生都親自動手。

5.在實(shí)驗(yàn)進(jìn)行過程中，教師要多巡視指導(dǎo)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和糾正出現(xiàn)的問題，對學(xué)生進(jìn)行科學(xué)態(tài)度和方法的教育。

6.合理設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)記錄表格，實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，由師生或由教師進(jìn)行小結(jié)，強(qiáng)調(diào)關(guān)鍵知識點(diǎn)及數(shù)據(jù)分析關(guān)聯(lián)性，并要求學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。