宋福元++張國磊++馬修真++孫寶芝++譚曉京
摘要:文章基于國家級實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心內(nèi)涵建設(shè),對熱工實(shí)驗(yàn)課程建設(shè)進(jìn)行了研究與探索,遵循實(shí)踐教學(xué)規(guī)律,進(jìn)行熱工實(shí)驗(yàn)課程建設(shè)研究與探索,通過梳理實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、完善實(shí)驗(yàn)體系,引進(jìn)國外的先進(jìn)教學(xué)設(shè)備、開發(fā)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)課件,實(shí)驗(yàn)結(jié)果評價(jià)軟件等工作,建立了強(qiáng)化預(yù)習(xí)環(huán)節(jié)、注重實(shí)驗(yàn)過程,突出學(xué)生主體,注重自主實(shí)驗(yàn),現(xiàn)場考評的實(shí)踐教學(xué)模式,培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力。
關(guān)鍵詞:熱工實(shí)驗(yàn);實(shí)踐教學(xué);教學(xué)改革
中圖分類號:G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A 文章編號:1674-9324(2017)16-0121-02
熱工實(shí)驗(yàn)是工程熱力學(xué)、傳熱學(xué)理論課的實(shí)踐環(huán)節(jié),工程熱力學(xué)與傳熱學(xué),是能源動(dòng)力類領(lǐng)域重要的專業(yè)基礎(chǔ)課,課程內(nèi)容知識點(diǎn)多、聯(lián)系緊密、概念抽象、理論性強(qiáng)。熱工實(shí)驗(yàn)教學(xué)可以通過基本理論在實(shí)際熱力過程、能量傳遞工程中的應(yīng)用,明確理論的應(yīng)用對象及理論的具體應(yīng)用,將抽象的理論通過實(shí)際工程表現(xiàn)出來,有助于學(xué)生理解工程熱力、傳熱學(xué)基本理論。熱工實(shí)驗(yàn)作為熱工類基礎(chǔ)課程教學(xué)的重要組成部分,在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立工作能力、創(chuàng)新精神、鞏固和驗(yàn)證所學(xué)理論知識方面的重要性日益凸現(xiàn)。以《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要》指出的創(chuàng)新人才培養(yǎng)的“三個(gè)注重”:注重學(xué)思結(jié)合,注重知行統(tǒng)一,注重因材施教,為理論指導(dǎo),遵循實(shí)踐教學(xué)規(guī)律,進(jìn)行了熱工實(shí)驗(yàn)課程建設(shè)研究與探索[1]。
一、梳理實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,完善實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系
通過調(diào)研清華大學(xué)、浙江大學(xué)、上海理工大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)等知名院校能源動(dòng)力類國家級實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心及熱工實(shí)驗(yàn)課程建設(shè)現(xiàn)狀,對比我校熱工實(shí)驗(yàn)建設(shè),梳理實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,完善熱工實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系。結(jié)合調(diào)研及新的人才培養(yǎng)方案修訂,對熱工實(shí)驗(yàn)應(yīng)開設(shè)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行梳理,將實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目分為基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)和綜合性設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn),其中基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)分別必做8學(xué)時(shí)(2個(gè)工程熱力學(xué)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目4學(xué)時(shí)、2個(gè)傳熱學(xué)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目4學(xué)時(shí)),選作計(jì)劃內(nèi)8學(xué)時(shí),綜合性設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)8學(xué)時(shí)(引進(jìn)國外實(shí)驗(yàn)臺),課外選作4學(xué)時(shí)(引進(jìn)國外實(shí)驗(yàn)臺),形成了新版熱工實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱[2-3]。通過以上梳理,豐富了實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,增加了學(xué)生選擇實(shí)驗(yàn)的余地,滿足不同學(xué)生的需求。
二、引進(jìn)國外的先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)平臺,更新陳舊實(shí)驗(yàn)設(shè)備
從英國和美國引進(jìn)了先的熱交換實(shí)驗(yàn)平臺、傳熱基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)平臺,內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)、蒸汽輪機(jī)發(fā)電系統(tǒng)等綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)備。
1.熱量交換基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)平臺。該實(shí)驗(yàn)平臺主要由通用換熱器實(shí)驗(yàn)平臺、10種換熱器選件及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)組成。
多種形式的換熱器選件可共用一個(gè)實(shí)驗(yàn)平臺。測量儀表能檢測多達(dá)12個(gè)溫度測點(diǎn)和冷熱流體流量,可以進(jìn)行所有相關(guān)的傳熱計(jì)算;學(xué)生可以在無人監(jiān)督的情況下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。
2.傳熱基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)平臺。包括通用傳熱實(shí)驗(yàn)臺,15種實(shí)驗(yàn)?zāi)K,數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等??蛇M(jìn)行傳導(dǎo)、對流、輻射實(shí)驗(yàn),穩(wěn)態(tài)和非穩(wěn)態(tài)傳熱實(shí)驗(yàn),液體和氣體傳熱實(shí)驗(yàn),自由對流和強(qiáng)迫對流情況下,平板、針板、翅板傳熱實(shí)驗(yàn)等。
3.內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。內(nèi)燃機(jī)實(shí)驗(yàn)臺在不同燃料噴射量的情況下,可研究內(nèi)燃機(jī)的扭矩和轉(zhuǎn)速、功率和轉(zhuǎn)速、熱效率等性能參數(shù);各內(nèi)燃機(jī)模塊化設(shè)計(jì),可快速拆卸和安裝;可選配件包括計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。
可進(jìn)行在不同的燃料噴射量的情況下,測量并繪制內(nèi)燃機(jī)輸出扭矩和轉(zhuǎn)速、功率和轉(zhuǎn)速曲線;在轉(zhuǎn)速不變時(shí),測量在不同輸出功率時(shí)的燃料消耗率;在不同的燃料噴射量的情況下,測量燃料空氣配比和內(nèi)燃機(jī)的熱效率;研究在不同轉(zhuǎn)速時(shí)內(nèi)燃機(jī)的摩擦損失等4項(xiàng)實(shí)驗(yàn)。
4.蒸汽輪機(jī)動(dòng)力發(fā)電試驗(yàn)系統(tǒng)。該套設(shè)備可進(jìn)行熱力學(xué)第一定律及能量轉(zhuǎn)換關(guān)系研究;熱力學(xué)第二定律及熱力循環(huán)分析研究;控制量大小分析研究;熵分析研究;等熵分析及透平/噴嘴效率研究;傳熱分析及鍋爐效率研究等實(shí)驗(yàn),使學(xué)生掌握蒸汽動(dòng)力系統(tǒng)燃燒過程,蒸汽能源系統(tǒng)基本原理,發(fā)電基本原理,實(shí)驗(yàn)與數(shù)據(jù)采集技術(shù)等[4-5]。以上實(shí)驗(yàn)設(shè)備可以開發(fā)出新的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,如熱交換器換熱性能實(shí)驗(yàn)、熱平衡實(shí)驗(yàn)、輻射強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)、反射強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)、斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)原理實(shí)驗(yàn)、內(nèi)燃機(jī)性能實(shí)驗(yàn)、朗肯循環(huán)原理實(shí)驗(yàn)、蒸汽輪機(jī)發(fā)電系統(tǒng)性能實(shí)驗(yàn)等發(fā)綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,該實(shí)驗(yàn)設(shè)備做成模塊化設(shè)計(jì),學(xué)生可根據(jù)不同的實(shí)驗(yàn)選擇不同的通用設(shè)備、采集系統(tǒng)及實(shí)驗(yàn)?zāi)K進(jìn)行實(shí)驗(yàn),充分發(fā)揮學(xué)生的自主能力,培養(yǎng)了學(xué)生的動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力。引進(jìn)國外先進(jìn)的教學(xué)試驗(yàn)設(shè)備后,學(xué)生對新的實(shí)驗(yàn)設(shè)備及實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目產(chǎn)生濃厚的興趣,爭相選做新的實(shí)驗(yàn),取得良好的教學(xué)效果。
三、多媒體與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)教學(xué)
開發(fā)了熱工實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理系統(tǒng),建設(shè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)網(wǎng)站,通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行教學(xué)和管理。同時(shí)開發(fā)了實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源,如開發(fā)了熱電偶綜合訓(xùn)練、噴管實(shí)驗(yàn)、沸騰換熱實(shí)驗(yàn)等虛擬仿真實(shí)驗(yàn)軟件,錄制了相關(guān)教學(xué)視頻、開發(fā)了熱工實(shí)驗(yàn)多媒體教學(xué)課件等,豐富了網(wǎng)上教學(xué)資源,使學(xué)生在做實(shí)驗(yàn)之前在網(wǎng)上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)原理學(xué)習(xí),設(shè)備儀器使用,虛擬實(shí)驗(yàn)操作等,完成預(yù)習(xí)任務(wù),使學(xué)生在做實(shí)驗(yàn)之前掌握了實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及儀器設(shè)備使用方法,能夠獨(dú)立快速完成實(shí)驗(yàn),并獲得準(zhǔn)確的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
四、加強(qiáng)過程監(jiān)控、注重自主實(shí)驗(yàn)
通過教學(xué)管理系統(tǒng)結(jié)合網(wǎng)站教學(xué)資源,通過過程監(jiān)控強(qiáng)化預(yù)習(xí)環(huán)節(jié)。注重實(shí)驗(yàn)過程,突出學(xué)生主體,變教師輔導(dǎo)為教師巡查監(jiān)督,幫助解決主要問題,實(shí)現(xiàn)自主實(shí)驗(yàn)。開發(fā)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理軟件,注重實(shí)驗(yàn)結(jié)果考評,現(xiàn)場評定實(shí)驗(yàn)結(jié)果的對錯(cuò)、實(shí)驗(yàn)結(jié)果誤差。對于必做的熱工實(shí)驗(yàn)的4個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目先后開發(fā)了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理軟件,可對學(xué)生測試的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行現(xiàn)場處理,及時(shí)發(fā)現(xiàn)學(xué)生實(shí)驗(yàn)中的問題,直至全部解決為止。
五、改革熱工實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式與考核方式
采用學(xué)生自主選擇實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,自主預(yù)習(xí),自主進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的教學(xué)模式。學(xué)生充分利用教學(xué)課件、虛擬實(shí)驗(yàn)、教學(xué)視頻等網(wǎng)絡(luò)資源進(jìn)行課前預(yù)習(xí),然后預(yù)約實(shí)驗(yàn),自行組成實(shí)驗(yàn)小組,到實(shí)驗(yàn)室相互協(xié)作共同完成現(xiàn)場實(shí)驗(yàn),分發(fā)揮學(xué)生積極性、主動(dòng)性,重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生實(shí)際操作、發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力。改變以往單一的只以實(shí)驗(yàn)報(bào)告定成績的考核方式,采用1+5+4考核方式,注重實(shí)驗(yàn)過程的考核,其中預(yù)習(xí)占總成績的10%,現(xiàn)場操作占總成績的50%,實(shí)驗(yàn)報(bào)告占總成績的40%。
六、結(jié)論
通過不斷地進(jìn)行熱工實(shí)驗(yàn)課程建設(shè)研究與實(shí)踐,逐步形成了加強(qiáng)過程監(jiān)控強(qiáng)化預(yù)習(xí)環(huán)節(jié);注重實(shí)驗(yàn)過程,突出學(xué)生主體,實(shí)現(xiàn)自主實(shí)驗(yàn);注重實(shí)驗(yàn)結(jié)果考評,現(xiàn)場評定實(shí)驗(yàn)結(jié)果的熱工實(shí)驗(yàn)教學(xué)特色。研究成果已應(yīng)用于熱工實(shí)驗(yàn)教學(xué)中,每年使得我校四個(gè)學(xué)院相關(guān)專業(yè)二十多個(gè)本科生班受益,經(jīng)過實(shí)踐,教學(xué)效果良好。
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