熱工類(lèi)教學(xué)實(shí)驗的實(shí)踐與探討

近年來(lái)，我國的高等教育基于“厚基礎、寬專(zhuān)業(yè)、強能力、高素質(zhì)”的培養原則，轉變教育理念，注重培養學(xué)生的創(chuàng )新精神和實(shí)踐能力。而實(shí)驗教學(xué)是其*的一個(gè)組成部分，其目的就是對學(xué)生進(jìn)行基本的科學(xué)實(shí)驗技能訓練，提高分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，擴展基礎知識，培養適應新時(shí)代發(fā)展的人才。

“熱工學(xué)”是研究機械能與熱能相互傳遞和轉換的基本規律，以及能量的合理利用的一門(mén)課程。所有熱傳遞過(guò)程基本規律的揭示首先要通過(guò)實(shí)驗測定來(lái)獲得，故實(shí)驗研究是熱工學(xué)zui基本的研究方法。實(shí)驗教學(xué)是“熱工學(xué)”教學(xué)中至關(guān)重要的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節，是學(xué)生了解各種儀器的結構、熟悉其基本原理和操作技能，加深理解和驗證有關(guān)理論知識，并通過(guò)實(shí)際操作，培養實(shí)驗技能和動(dòng)手能力的重要途徑。實(shí)驗教學(xué)效果的好壞直接影響到整個(gè)“熱工學(xué)”課程的教學(xué)效果，因此加強實(shí)驗教學(xué)效果，培養學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng )新能力，已成為任課教師必須面臨的重大挑戰。本研究針對河南科技大學(xué)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“我校”）“熱工學(xué)”實(shí)驗教學(xué)的一些問(wèn)題和現狀，結合教學(xué)經(jīng)驗談幾點(diǎn)體會(huì )。

一、突出熱工學(xué)的特點(diǎn)，科學(xué)合理構建分層次的實(shí)驗教學(xué)

實(shí)驗教學(xué)內容比較廣泛，涉及工程熱力學(xué)、傳熱學(xué)、傳熱規律及熱物性測量等方面的知識，將實(shí)驗分為以下三個(gè)層次：
（1）基礎類(lèi)型實(shí)驗。與理論課密切相關(guān)，按理論課學(xué)習的內容和進(jìn)度進(jìn)行設置，以演示驗證性實(shí)驗為主，主要配合理論課教學(xué)對某些難以描述和講解的基本現象和概念，進(jìn)行驗證性實(shí)驗，培養學(xué)生的觀(guān)察能力、理論實(shí)際的能力。
（2）專(zhuān)業(yè)基礎類(lèi)型實(shí)驗。以動(dòng)手測定性實(shí)驗為主，一方面為理論課教學(xué)服務(wù)，另一方面為了培養學(xué)生的實(shí)驗技能和嚴謹科學(xué)的實(shí)驗態(tài)度，包括常用儀表的原理和使用、實(shí)驗的規范操作、數據的記錄整理及實(shí)驗報告的撰寫(xiě)。
（3）綜合創(chuàng )新類(lèi)型實(shí)驗。實(shí)驗內容有一定的綜合性和工程背景，通過(guò)實(shí)驗使學(xué)生把所學(xué)到的理論知識進(jìn)行綜合訓練，提高學(xué)生的創(chuàng )新意識、創(chuàng )新觀(guān)念和動(dòng)手能力。這樣可按學(xué)科建設的要求，統一調度經(jīng)費、人員和實(shí)驗用房，有利于合理地配置資源，有目的更新軟硬件設備，解決了實(shí)驗用房緊張、設備老化等問(wèn)題。

二、改變傳統實(shí)驗講解的授課方式

以前給學(xué)生開(kāi)設實(shí)驗，一般將教學(xué)班分成許多小組，教師分別對每一個(gè)組的學(xué)生講解實(shí)驗原理、實(shí)驗步驟及注意事項。由于時(shí)間關(guān)系（一般1項實(shí)驗在2個(gè)學(xué)時(shí)之內），教師對實(shí)驗原理、實(shí)驗裝置等講得不深不透，學(xué)生做實(shí)驗也匆匆忙忙，來(lái)不及仔細思考和討論實(shí)驗內容，記錄數據也是匆匆忙忙的，起不到很好的實(shí)驗預期效果，同時(shí)也增加了教師講解的負擔（有時(shí)1個(gè)實(shí)驗需重復講解二三十次）。改分組講解為統一授課的方式，集中講解某項實(shí)驗，可以詳細地向學(xué)生講授該項實(shí)驗的起源、相關(guān)原理、物理模型的設計、數學(xué)模型的建立、應用性實(shí)例和發(fā)展趨勢。這樣從教室到實(shí)驗室，從物理模型到數學(xué)模型，從人工操作到計算機應用，學(xué)生很感興趣，開(kāi)拓了視野，也有更多的時(shí)間來(lái)做實(shí)驗。在分組做實(shí)驗階段，教師主

要講解該實(shí)驗的裝置及實(shí)驗注意事項，通過(guò)提問(wèn)來(lái)檢查學(xué)生對該項實(shí)驗的預習效果和理解情況，回答學(xué)生在預習實(shí)驗時(shí)遇到的不解地方，解決學(xué)生在實(shí)際操作中遇到的問(wèn)題，能和學(xué)生產(chǎn)生良好的教學(xué)互動(dòng)，增強實(shí)驗教學(xué)的效果。

三、開(kāi)放熱工實(shí)驗室，靈活地為學(xué)生提供實(shí)驗指導

“熱工學(xué)”教學(xué)內容廣泛，實(shí)驗項目較多，我校開(kāi)設的基礎類(lèi)型實(shí)驗和專(zhuān)業(yè)基礎類(lèi)型實(shí)驗有熱電偶制作與標定、活塞式壓力計標定實(shí)驗、畢托管的校正實(shí)驗、水蒸汽P-T關(guān)系演示實(shí)驗、CO2的P-V-T關(guān)系演示實(shí)驗、導熱系數測定、材料性能的穩態(tài)法測量實(shí)驗、伸展體傳熱特性試驗、空氣橫掠單管時(shí)平均換熱系數、大容器水的自然對流換熱系數等20多個(gè)實(shí)驗，按照教學(xué)計劃和實(shí)驗學(xué)時(shí)，學(xué)生只能從中選擇10來(lái)個(gè)實(shí)驗來(lái)做，不能使學(xué)生對理論知識*理解和滿(mǎn)足個(gè)別學(xué)生的求知渴望，因此開(kāi)放實(shí)驗室是必然的選擇。

開(kāi)放實(shí)驗要求在教師適當的指導下，開(kāi)放教學(xué)實(shí)驗室，由學(xué)生自主安排實(shí)驗時(shí)間、實(shí)驗內容、實(shí)驗進(jìn)度和實(shí)驗結果，這樣不僅可以提高實(shí)驗室的利用率，而且有利于培養學(xué)生自主學(xué)習意識，充分調動(dòng)學(xué)生學(xué)習的獨立性和積極性，也有利于培養學(xué)生的綜合能力。對于綜合創(chuàng )新類(lèi)實(shí)驗教學(xué)，由教師給出實(shí)驗課題名稱(chēng)并結合一定的工程背景（如特定條件下?lián)Q熱器性能的測定），學(xué)生根據自己的知識結構和專(zhuān)業(yè)方向自由選擇課題，構成課題實(shí)驗群（或個(gè)體），在教師的指導和管理下，完成實(shí)驗課題。這種實(shí)驗方式，在學(xué)生頭腦中不再是幾個(gè)互不相的實(shí)驗，而是一個(gè)較為完整的體系，成為方向明確、內在緊密的綜合實(shí)驗系統，有助于培養學(xué)生的綜合能力、創(chuàng )新意識以及團隊協(xié)作精神。

四、合理適當地利用多媒體進(jìn)行實(shí)驗教學(xué)

在熱工類(lèi)實(shí)驗教學(xué)中，有些實(shí)驗原理和過(guò)程比較抽象，用理論和文字解釋很難讓學(xué)生真正理解。隨著(zhù)多媒體技術(shù)的不斷發(fā)展，合理使用系列多媒體CAI課件進(jìn)行實(shí)驗教學(xué)，通過(guò)圖片、動(dòng)畫(huà)或視頻對微觀(guān)過(guò)程進(jìn)行模擬，對抽象事務(wù)進(jìn)行生動(dòng)直觀(guān)表現，對復雜過(guò)程進(jìn)行簡(jiǎn)化和再現，這都有助于學(xué)生對實(shí)驗原理和過(guò)程實(shí)質(zhì)的理解。還有一些實(shí)驗較為復雜、過(guò)程持續時(shí)間較長(cháng)或準備步驟較為繁瑣，在有限的時(shí)間內難以達到理想的教學(xué)效果。在使用多媒體課件后，可化復雜為簡(jiǎn)單，便捷地控制實(shí)驗過(guò)程時(shí)間，達到實(shí)驗預定的實(shí)驗效果。多媒體課件能夠容易根據教學(xué)實(shí)際效果，對教學(xué)內容的學(xué)習和使用提供良好的交互控制，進(jìn)行動(dòng)態(tài)組織和修改，具有很強的針對性，大大地提高了實(shí)驗教學(xué)的效果。

五、加強教學(xué)管理，進(jìn)行科學(xué)考核

對學(xué)生實(shí)驗課成績(jì)的給定，不能*依據實(shí)驗報告一項，因為它不能*反映出學(xué)生做實(shí)驗的情況和掌握實(shí)驗技能的程度。目前我校實(shí)驗室教師的做法是：將學(xué)生實(shí)驗課成績(jì)分為兩項，一項是實(shí)驗課上的表現，根據學(xué)生的實(shí)驗態(tài)度和實(shí)驗過(guò)程而定，包括回答問(wèn)題、動(dòng)手能力、創(chuàng )新意識、做實(shí)驗時(shí)的認真程度等，由實(shí)驗指導教師在檢查實(shí)驗原始數據時(shí)現場(chǎng)給出；另一項是實(shí)驗報告，包括數據處理、結果分析、討論和思考題的回答等，由實(shí)驗指導教師在批閱實(shí)驗報告后綜合給出。這種考核方式可以在很大程度上杜絕學(xué)生在實(shí)驗中不認真動(dòng)手做實(shí)驗，實(shí)驗報告做的好就能得高分的情況。對于綜合類(lèi)和創(chuàng )新設計類(lèi)實(shí)驗，著(zhù)重考察實(shí)驗方案的可行性、學(xué)生的實(shí)驗操作技能。對此類(lèi)實(shí)驗即使實(shí)驗失敗，如果能夠對結果進(jìn)行分析討論，給出合理解釋?zhuān)页鲈?，也能得到較好的分數。