熱能與動力工程專業實驗教學方式改革探討

摘要：北京石油化工學院熱能與動力工程專業為實現培養高素質應用型人才培養目標，嘗試對獨立設置的“熱能與動力工程專業實驗”課程進行實驗教學方式改革，從開放式實驗教學、合理安排實驗內容、豐富實驗教學手段、參加科技競賽培養學生創新思維等方面提出了一些切實可行的方法。

關鍵詞：實驗教學；熱能與動力工程；教學方式；改革

作者簡介：張璟（1979-），女，湖北黃岡人，北京石油化工學院機械工程學院，講師；吳小華（1978-），男，湖北襄陽人，北京石油化工學院機械工程學院，講師。（北京 102617）

基金項目：本文系2010年北京市屬高等學校人才強教深化計劃項目（項目編號：RHR201008362）、2011年北京石油化工學院教改項目“完善熱能與動力工程專業實驗教學體系的研究與實踐”的研究成果。

中圖分類號：G642.423 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2013）20-0090-02

能源動力類專業的許多研究進展都是通過實驗得來的，因此實驗教學對于能源動力類專業人才培養具有十分重要的意義。[1]相對于理論教學，實驗教學具有直觀性、綜合性、探索性、客觀性等特點，[2]不僅可以使學生的理論知識得以鞏固并加深理解，而且完整的實驗過程是培養學生成為具有創新意識的高素質工程技術人員，使學生理論聯系實際、掌握科學方法和提高動手能力的重要平臺。[3，4]北京石油化工學院作為一所以工科為主的地方普通本科高等學校，“以培養高素質應用型人才為己任”，并于2010年6月成為全國首批實施“卓越工程師教育培養計劃”試點院校之一，在專業教育中強化“實踐育人”就是學校的特色，[5]實驗與實踐教學的作用和地位日益凸顯。

一、熱能與動力工程專業實驗現狀及實驗教學方式改革的必要性

2006年北京石油化工學院熱能與動力工程專業將零散設置在課程中的實驗獨立出來，合并開課。學生在實踐過程中都要經歷由表面到內部、由簡單到復雜、由單項到綜合的技能形成過程，因而該實驗教學體系從學習的認知規律出發，分成“系統、部件結構認識”、“施工、運行及測試”、“故障分析與故障處理”三個層次，每一層次又由不同實驗對象的若干模塊組成。

這幾年專業實驗的實際教學取得了一些教學成果，但是仍存在諸多不足之處。本門實驗課授課對象是大四學生，對于本科高年級學生而言存在一些矛盾：一方面學生需要這些課程來完善知識結構，增強專業知識和技能；另一方面該階段又有著考研、找工作、出國考試等壓力，結果往往是學生對實驗課沒有學習積極性，學習效果非常差。實驗教師仍較多采用傳統實驗教學方法，教學過程中即使教師苦口婆心的反復講解，但由于直觀性差，仍不能很好地表現出各零部件之間的相互聯接、配合、運動關系以及實驗條件的限制，影響了教學質量。實驗內容被嚴格限定，學生在實驗教學過程中只能被動地接受實驗結果，制約了學生學習的主動性和創造性，學生學習興趣不大。許多制冷及空調方向實驗臺使用了8年以上，實驗數據與理論值之間的誤差很大，嚴重影響了實驗效果。而隨著現代工業技術的飛速發展，學生不僅需要掌握實驗要求的傳統測試方法，還要了解新材料、新工藝、新技術在實驗測試技術中的應用。

為此，傳統的實驗教學方式已無法適應創新教育的需求，提高實驗效果的教學方法改革勢在必行，改革將提高本專業的實驗教學質量，形成本專業實驗教學的特色，實現素質教育和創新人才培養目標。

二、改革方案

1.變封閉式實驗教學為開放式實驗教學

為減輕大四學生的學習壓力，提高實驗質量，首先從實驗時間安排上著手。實驗教師在學期初給出實驗項目的時間，實驗項目的個數及學時總數要大于學生要求的總學時數，每個實驗項目規定人數上限及下限，學生根據實驗教學大綱要求自行選定實驗時間、內容，寫出實驗計劃書交實驗教師審閱同意后實施。

在實踐教學中注重培養學生的主體意識，激勵學生進行自主學習，由“要我學”轉變為“我要學”，以取得較好的實驗效果。鼓勵教師充分相信學生、尊重學生個性，發揮學生的主觀能動性，改變“填鴨式”的知識傳授方式，引導學生學會學習并進行研究性學習，將教學目標由知識的轉移和傳授轉變為能力的激發與提高。

2.合理安排實驗內容

對內容相近的實驗進行合并，有效的避免重復實驗。淘汰設備陳舊且不能適應社會發展與技術發展要求的驗證性實驗，增加設計性的實驗內容，嘗試將科研課題的研究成果引入到實驗室，讓學生更好地掌握新技術與新方法，讓他們能夠更快地適應社會，為以后的工作打下良好的基礎。設計一些綜合實驗，培養學生綜合運用理論的能力，從而掌握新的知識和技能，達到實驗課教學的預期目的。另外，在實驗設備上注重新技術的引進，開拓學生的視野，擴大學生的知識面。如綜合性實驗“制冷機組性能實驗”中采用計算機數據采集系統，要求學生結合Agilent系統的監測曲線，微量調節低溫箱中電加熱器的電壓、暖風機的風量大小來穩定蒸發溫度，使系統處于平穩運行狀態。

3.豐富教學手段提高學生學習的積極性

將理論教學中廣泛使用的計算機輔助教學手段等新技術應用到專業實驗教學中去。結合實驗特點，利用計算機的繪圖、動畫技術、三維軟件對某些實驗設備建模，對于直觀性差，各零部件之間的相互聯接、配合、運動關系受到實驗條件限制的實驗，將其結構、原理、工作過程融于動畫之中，[6]使一些難以理解的靜止圖形變成栩栩如生的動畫圖形。

如綜合性實驗“制冷機組性能實驗”中，要求學生掌握蒸汽壓縮式制冷循環的組成和工作原理，但采用的是全封閉式壓縮機，其工作原理及內部運動關系很不直觀；要求學生掌握單級蒸汽壓縮式制冷循環性能測試方法，但是為保證實驗效果，管路及換熱設備多處保溫，弄清楚流體的走向及各部件間的聯接都會有些難度。為此采用三維建模軟件對此實驗臺建模，可以將整個實驗臺進行模擬拆裝，壓縮機內部運動也以動畫視頻展示。

4.通過參加科技競賽，培養學生的團隊精神、創新思維和解決實際問題的能力

傳統的實驗模式比較僵化，束縛了學生的思維，不利于學生創造能力的培養。北京石油化工學院熱能與動力工程專業非常重視科技競賽這一培養和鍛煉學生能力的平臺，積極引導學生以團隊形式參加科技競賽，凝練新概念，設計新方案，在教師的指導下綜合運用所學知識，利用實驗室提供的條件，自己動手將想法變成實物，使知識得到徹底的升華。

以自2007年開始舉辦的大學生制冷空調科技競賽為例，每一屆競賽北京石油化工學院都有許多學生踴躍報名參加，并獲得了良好的成績。其中2012年北京石油化工學院本科生王欣等3人設計的太陽能空調傘，為炎炎夏日在太陽傘下工作的人們提供了涼爽的工作環境，創新模塊得分很高，最終獲得了本次競賽團體一等獎。在上述活動中，教學突破了傳統模式，強化了能力訓練。[7]實驗室給學生提供了自主實踐、自主研究、自主探索的機會，有效激發了他們的專業興趣，充分調動了學生的學習積極性，切實提高了人才培養的質量。在此過程中，本科生充分領略和體驗了科研活動的酸甜苦辣，也學會了如何開動腦筋去發現問題和解決問題，拉近了書本知識和現場實踐的距離，動手能力得到了極大鍛煉，創新意識有了較具體的體現。

專業實驗教學注重學生動手能力的培養，注意結合生產實際設置與現場情況貼切的實驗，鞏固專業知識，培養學生解決問題的能力，完全實現了綜合性實驗和設計性實驗的培養目標。為了吸引學生更多的參加科技競賽，同時減輕學習壓力，可以嘗試性的將競賽項目成果替代一項設計性實驗或一項綜合性實驗成績，由于指導競賽的教師也參與專業實驗的教學，這種方式有了執行的便利。此外，這種方式增強了學生實驗動手能力和創新能力，培養了學生良好的科學素質，學生的綜合能力得到了很大的提高；豐富了實驗教師設計綜合性實驗和設計性實驗的內容；學生實踐積極性普遍提高，較好地貫徹了因材施教的方針。

5.實驗課程改革的成效

為了考察課程改革的成效，對已經修過本門課程的學生進行了隨機問卷調查。調查內容包括以下方面：

（1）課程本身：設置該課程的重要性、學生興趣度。

（2）授課教師方面：包括教師駕馭能力、教師教學方法靈活多樣性、教師課程內容熟悉度、教師講課清楚、重點突出情況。

（3）授課方式方面：包括綜合性與設計性實驗設置是否合理、多媒體使用是否合理、考核方式是否合理。

（4）教學效果方面：包括能否學到新的技能、能否提高綜合素質和創新能力、對該課程的滿意度。

（5）參加科技競賽項目取得的獎項替代設計性實驗或綜合性實驗成績是否可行。

三、結束語

近年來，我國教育體制不斷地進行深化改革，對本科生的素質教育、創新教育已經提到高校教育改革的首位。在充分調研一些高等院校實驗課程運行情況的基礎上，嘗試對北京石油化工學院熱能工程專業實驗課程教學方式從開放式實驗教學、合理安排實驗內容、豐富實驗教學手段、參加科技競賽培養學生創新思維等方面進行改革。通過問卷調查的方式了解了熱能工程專業實驗課程改革的成效，學生對課程的關注度是最為權重的要素。因此，應該注重教學方式的創新，應把先進的方法、手段引入到實驗中，有效調動學生的學習積極主動性，營造研究性學習的氛圍，提高教學質量，提高學生的全面素質，培養適合工業界需求的合格工程師。

參考文獻：

[1]錢進，龔德鴻，馮勝強.熱能與動力工程專業實驗教學改革研究[J].中國電力教育，2008，（18）：152-154.

[2]田禾，李俊瑞，王培勛，等.關于熱能實驗課程改革的探討[J].中國科教創新導刊，2008，（4）：58.

[3]孫歡，賈功利，侯其考.建設熱能與動力工程實驗教學中心的探索與實踐[J].實驗技術與管理，2010，27（8）：125-127.

[4]程清果，李東雄.熱能動力、暖通類專業基礎課實驗教學改革方案初探[J].中國電力教育，2008，（5）：101-103.

[5]蔡曉君，劉湘晨，王麗，等.發揮現代化企業優勢 提高生產實習質量[J].實驗室研究與探索，2009，28（12）：177-178.

[6]鄒同華.熱能與動力工程專業實驗教學方法與手段探討[A].制冷空調學科發展與教學研究——第六屆全國高等院校制冷空調學科發展與教學研討會論文集[C].武漢：華中科技大學出版社，2010.

[7]張紅光，馬國遠，劉忠寶，等.注重培養創新精神的熱能與動力工程實驗教學示范中心建設[J].實驗技術與管理，2011，28（3）：11-14.

（責任編輯：孫晴）