高校工程熱力學(xué)實驗教學(xué)探索

黃曉璜 崔國民

摘要：工程熱力學(xué)是能源與動力工程及相關(guān)學(xué)科的核心基礎(chǔ)課程，工程熱力學(xué)實驗是該課程的重要組成部分。通過上海理工大學(xué)工程熱力學(xué)實驗教學(xué)過程中存在的問題，從重視實驗教學(xué)、網(wǎng)絡(luò)化選課模式、科學(xué)合理設(shè)置實驗教學(xué)內(nèi)容、互動式教學(xué)模式、科學(xué)合理的考核方式、及時了解教學(xué)效果等方面提出實驗教學(xué)探索方案，努力提高實驗教學(xué)質(zhì)量，為創(chuàng)新型人才培養(yǎng)添磚加瓦。

關(guān)鍵詞：工程熱力學(xué);實驗教學(xué);教學(xué)探索

中圖分類號：G642.423 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）33-0100-02

實驗教學(xué)是高等學(xué)校實踐教學(xué)環(huán)節(jié)的基本內(nèi)容，是培養(yǎng)基礎(chǔ)實、知識寬、能力強(qiáng)、素質(zhì)高的創(chuàng)新型人才的主陣地，實驗教學(xué)對于提高學(xué)生的綜合素質(zhì)、培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神與實踐能力具有重要的作用。[1]實驗教學(xué)是訓(xùn)練學(xué)生觀察、分析、處理數(shù)據(jù)以及完成實驗報告等各方面綜合能力的保障，是培養(yǎng)學(xué)生實踐性、創(chuàng)新型能力的重要教學(xué)組成部分。[2]通過實驗教學(xué)，不僅可以有助于學(xué)生感受和理解理論課所講授的知識，更重要的是培養(yǎng)學(xué)生的實驗技能、綜合實踐能力、科學(xué)素養(yǎng)、獨立思維及創(chuàng)新能力。[3]

一、工程熱力學(xué)實驗教學(xué)存在的問題

工程熱力學(xué)是研究熱能有效利用以及熱能和機(jī)械能等其他能量轉(zhuǎn)換規(guī)律及其應(yīng)用的工程技術(shù)學(xué)科。[4]工程熱力學(xué)以概念多、術(shù)語多、內(nèi)容抽象難懂、系統(tǒng)性和工程性強(qiáng)等特點，造成學(xué)生缺乏學(xué)習(xí)興趣，對很多概念似懂非懂。因此，工程熱力學(xué)實驗課的學(xué)習(xí)對于該課程的學(xué)習(xí)具有重要的意義。然而，工程熱力學(xué)實驗教學(xué)過程中存在一定的問題。

首先，由于多年來“重理論、輕實踐”的思想影響，對實驗教學(xué)的建設(shè)和管理重視程度不夠;實驗室建設(shè)和管理工作條塊分割、分工不清;實驗室體制過于分散;實驗室技術(shù)隊伍的建設(shè)不夠重視，缺乏高素質(zhì)的專業(yè)人員。其次，原有的實驗課程設(shè)置不合理，實驗學(xué)時太少，比如一個實驗項目只有1個學(xué)時，倉促完成，實驗訓(xùn)練不足，導(dǎo)致理論與實際應(yīng)用脫節(jié)。再次學(xué)生對實驗課的重視程度不夠，導(dǎo)致學(xué)生在實驗課上無興趣，主觀能動性不能發(fā)揮，教學(xué)效果不理想。然后，實驗教學(xué)容量與學(xué)生人數(shù)不相適應(yīng)，一臺實驗設(shè)備對應(yīng)實驗人數(shù)太多，使得一部分學(xué)生不能仔細(xì)觀察實驗，動手操作機(jī)會少;實驗系統(tǒng)及設(shè)備陳舊與現(xiàn)代實驗技術(shù)不相適應(yīng)，打擊學(xué)生學(xué)習(xí)積極性。最后，實驗教學(xué)的實施與創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)不相符合，學(xué)生模仿教師進(jìn)行重復(fù)性實驗，缺乏創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。比如學(xué)生根據(jù)教師的安排，按部就班完成實驗操作，這種機(jī)械代辦的學(xué)習(xí)過程抑制了學(xué)生創(chuàng)新思維的培養(yǎng)，學(xué)習(xí)效果也不理想。

綜上，由于實驗教學(xué)存在的各種問題，直接導(dǎo)致中國當(dāng)代大學(xué)生眼高手低、動手能力弱的問題，因此必須重視實驗教學(xué)，同時在實驗內(nèi)容、實驗形式、考核方式等方面深化實驗教學(xué)改革。

二、實驗教學(xué)探索

1.重視實驗教學(xué)

傳統(tǒng)的中國應(yīng)試教育是重理論輕實踐的教育模式，然而，隨著實踐教學(xué)的重視，應(yīng)該從學(xué)校、教師、學(xué)生三方面對實驗教學(xué)給予重視。

學(xué)校方面來講，首先，應(yīng)提高實驗教學(xué)的學(xué)分比重。學(xué)生對于學(xué)分較低的實驗課，對其上課不夠重視，認(rèn)為學(xué)得不好對其總成績不影響，更愿意花時間在學(xué)分高的理論課上。其次，應(yīng)提供充足的資金支持，用以實驗設(shè)備的購入、實驗條件的改善、實驗項目的增加上。比如在學(xué)校的重視下，學(xué)院補(bǔ)充了原有工程熱力學(xué)實驗設(shè)備的不足。再次，應(yīng)將實驗課程落實到具體教師。本校以往的所有實驗課是由一位教師擔(dān)任負(fù)責(zé)人，在開課時，分配給其他教師。這樣導(dǎo)致學(xué)生未能對實際實驗教師評教，忽略了激勵教師教學(xué)能力提高的評教作用。教師方面，應(yīng)提高對實驗教學(xué)重要性的認(rèn)識，研究提高實驗教學(xué)質(zhì)量的方法，思考如何讓學(xué)生在實驗實踐中收獲最大。比如實驗教師應(yīng)經(jīng)常修訂教案、指導(dǎo)書，努力自制開發(fā)教學(xué)儀器設(shè)備，提出實驗室建設(shè)等有利于實驗教學(xué)發(fā)展的工作。比如以往實驗教師一般為兼職教師，從2013年起，實驗中心引進(jìn)7名專職教師，設(shè)置專門辦公室，實行辦公統(tǒng)一化，這有利于學(xué)生便捷得找到實驗教師進(jìn)行實驗答疑等事項，也有利于實驗教師交流探討教學(xué)方法、經(jīng)驗。另外，實驗教師參與一系列的教師培訓(xùn)、教學(xué)方法活動、經(jīng)驗交流會、座談研討會，相互學(xué)習(xí)、了解自己的優(yōu)勢和缺點，增強(qiáng)信心，提高教學(xué)能力和水平，促進(jìn)教學(xué)質(zhì)量的提高。學(xué)生方面，應(yīng)通過思想動員、制度獎懲等手段，使學(xué)生認(rèn)識到實驗的重要性。應(yīng)采取各種辦法讓學(xué)生意識到實踐動手能力訓(xùn)練的重要性，讓學(xué)生能自覺主動珍惜實驗課堂時間。

2.網(wǎng)絡(luò)化選課模式

上海理工大學(xué)（以下簡稱“我校”）建立了能源動力工程實驗中心網(wǎng)站，學(xué)生可以利用該網(wǎng)站進(jìn)行自主實驗學(xué)習(xí)。網(wǎng)站功能之一可以實現(xiàn)網(wǎng)上選課和教學(xué)信息的發(fā)布。在每學(xué)期開學(xué)之際，實驗中心公布實驗授課計劃及選課通知，包括選課時間、內(nèi)容、方法、成績評定方法、選課注意事項及實驗中心辦公地點及電話，以應(yīng)對學(xué)生的不明事宜或疑問。比如選課方法：登陸能源與動力工程學(xué)院實驗教學(xué)中心網(wǎng)站學(xué)生預(yù)約窗口（http：//eplab.usst.edu.cn/index.php/Index/stulogin），輸入本人的學(xué)號和密碼（初始密碼為000000），進(jìn)入系統(tǒng)后點擊“實驗預(yù)約”即可進(jìn)入選課;實驗預(yù)約完成后，可在“我的預(yù)約”中查看已預(yù)約實驗的課程名稱、上課時間和上課地點等。該網(wǎng)上選課模式不僅可以有效實施開放性實驗教學(xué)和資源共享，而且讓學(xué)生有更多自由分配時間，更具開放性。

3.科學(xué)合理設(shè)置實驗項目

工程熱力學(xué)實驗課程是按照課程理論教學(xué)日歷排課，其包括6個實驗項目，每個實驗項目2個學(xué)時，共12個學(xué)時，分別為氣體定壓比熱測定、飽和水蒸氣壓力和溫度關(guān)系曲線測定、噴管流動特性實驗、壓縮機(jī)效率實驗、制冷循環(huán)性能系數(shù)測定。每個實驗安排2周，26組（可根據(jù)每屆學(xué)生人數(shù)安排組數(shù)），一組16人（實驗設(shè)備臺數(shù)8套，可2人組隊），可供400多人進(jìn)行實驗學(xué)習(xí)，學(xué)生可根據(jù)自己空余時間在這2周內(nèi)選擇合適的實驗時間進(jìn)行實驗學(xué)習(xí)。比如“氣體定壓比熱實驗”安排在工程熱力學(xué)第三章理想氣體的比熱容內(nèi)容學(xué)習(xí)后進(jìn)行，該實驗持續(xù)2周時間;然后在第三章水蒸氣的飽和狀態(tài)和相圖以及水蒸氣圖表內(nèi)容后進(jìn)行“飽和水蒸氣溫度和壓力曲線的測定實驗”。隨著理論課程教學(xué)的進(jìn)行同時開設(shè)實驗課，讓學(xué)生及時理論聯(lián)系實際，加深基礎(chǔ)理論理解，也培養(yǎng)實驗技能、增強(qiáng)動手能力和解決問題的能力，避免了以往實驗課安排在學(xué)期末或理論課后的下學(xué)期進(jìn)行的弊端，避免的弊端包括比如好多學(xué)生理論課忘記了差不多，進(jìn)行實驗課時感覺很陌生，造成了走過場的現(xiàn)象;集中2或3周進(jìn)行所有的實驗，學(xué)生來不及消化，囫圇吞棗，造成瞬時記憶，做完即忘。另外，學(xué)生集中要處理多份實驗報告，很多學(xué)生就抄襲實驗報告;集中安排實驗課還會造成設(shè)備不夠用，或者一組實驗人數(shù)過多的狀態(tài)，使得實驗效果大打折扣。

4.互動式實驗教學(xué)方式

傳統(tǒng)實驗教學(xué)方法主要是注入式教學(xué)，教師對照實驗?zāi)康摹⒀b置、步驟等進(jìn)行講解，并操作示范，學(xué)生習(xí)慣性按照教師的講解，遵循實驗指導(dǎo)書步驟重復(fù)，當(dāng)在實驗過程中發(fā)現(xiàn)實驗結(jié)果與理論有差距時，總認(rèn)為實驗裝置有問題或者盡力把實驗結(jié)果與理論靠攏，根本不進(jìn)行思考。該教學(xué)模式下，學(xué)生被動學(xué)習(xí)，阻礙了學(xué)生主體性發(fā)揮和創(chuàng)新意識、創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。而互動式教學(xué)是從現(xiàn)代教育理念出發(fā)，以滿足學(xué)生的有效求知和市場經(jīng)濟(jì)條件下社會對人才的需要，以促進(jìn)教師自身水平與教學(xué)效果的提高為目的，通過教與學(xué)全方位地相互促進(jìn)和溝通達(dá)到上述目的的教學(xué)形式。[5]鑒于此，實驗中心采取互動式教學(xué)方式并貫穿整個實驗教學(xué)課堂。

首先，在學(xué)生簽到時，以提問方式檢查學(xué)生預(yù)習(xí)情況，并提示學(xué)生抓住上課前10分鐘預(yù)習(xí)實驗;其次，在實驗課堂開始后，運用實驗錄像、CAI多媒體等現(xiàn)代化教學(xué)工具進(jìn)行授課，這種現(xiàn)代化的教學(xué)工具產(chǎn)生圖、文、聲、像并茂的效果，以彌補(bǔ)傳統(tǒng)實驗教學(xué)手段的不足，提高教學(xué)效果。特別是對復(fù)雜的實驗原理，如果只對著實驗臺介紹，學(xué)生不一定能接受。比如氣體定壓比熱測定中，應(yīng)用PPT示意實驗裝置系統(tǒng)，能更清楚實驗系統(tǒng)內(nèi)部連接情況，應(yīng)用PPT推導(dǎo)公式去求解比熱所涉及到的參數(shù)，思路更清楚，學(xué)生更明白。再比如噴管流動特性實驗復(fù)雜，涉及公式多，通過實驗去比較各工況下氣流流經(jīng)漸縮噴管和縮放噴管各個截面壓力和流量變化規(guī)律，比較兩種噴管的基本特性，確定工作條件對噴管中氣體流動的影響，比較分析實際氣流曲線偏離理想氣流曲線等問題非常困難，因此必須借助多媒體教學(xué)。在授課中教師與學(xué)生、學(xué)生與學(xué)生互動，探討實驗方案、生活案例，引發(fā)頭腦風(fēng)暴，促進(jìn)激烈討論。比如在飽和水蒸氣溫度與壓力關(guān)系曲線測定時，學(xué)生們會對為什么高壓鍋內(nèi)的食物容易煮熟，而在高原上卻不易煮熟進(jìn)行探討，提高了學(xué)生實踐動手的興趣。

再次，實驗操作中，實驗教師在旁巡視，適時提問、提示與幫助。布置每個小組2～3個問題，培養(yǎng)學(xué)生提問能力、思考習(xí)慣。該互動模式讓學(xué)生和教師隨時能溝通交流，提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)意識。如制冷循環(huán)性能系數(shù)測定實驗中，學(xué)生需闡述制冷循環(huán)流程圖、設(shè)備名稱及作用、制冷劑在各設(shè)備進(jìn)出狀態(tài)。有思考題的督促，學(xué)生在實驗過程中態(tài)度認(rèn)真，對實驗鉆研，起到實驗學(xué)習(xí)效果。同時，巡視中提示學(xué)生需要觀察什么，思考什么問題，應(yīng)用什么方法分析數(shù)據(jù)，通過實驗可以得出什么結(jié)論或規(guī)律，詢問是否有新的實驗方法和改良步驟等以強(qiáng)化學(xué)生開拓思維。

最后，實驗結(jié)束后，學(xué)生將統(tǒng)一將自己的實驗成果給實驗教師檢查，檢查確認(rèn)方可離開實驗室。若有學(xué)生成果不太理想，實驗教師將安排學(xué)生在其他實驗小組的時間里繼續(xù)完成該實驗課程的學(xué)習(xí)。

5.合理的實驗考核方式

實驗課考核，應(yīng)堅持把學(xué)生實際技能和分析問題、解決問題的能力作為考核重點，力求對每個學(xué)生的成績給出全面合理的評價。實驗課考核體系不合理，則不能有效調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)實驗的主動性和創(chuàng)新性。以往由于學(xué)生人數(shù)多，實驗人數(shù)500人/學(xué)年左右。一次實驗課人數(shù)較多，學(xué)生在實驗過程中走過場，平時成績考核力度又不夠，大多以實驗報告為考核的唯一方式，導(dǎo)致學(xué)生不重視，實驗報告存在大量的抄襲現(xiàn)象，不能真實反映學(xué)生實驗水平，更無法體現(xiàn)實驗教學(xué)的作用。鑒于此，實驗中心建立更科學(xué)的考核體系，做了以下轉(zhuǎn)變。

實驗成績評定方法：實驗出勤20%，包括準(zhǔn)時上課、遲到、早退、未出席四個層次;實驗上課表現(xiàn)50%，包括預(yù)習(xí)情況、實驗操作、實驗結(jié)果、互動情況、問答表現(xiàn)等;實驗報告成績30%，包括實驗報告數(shù)據(jù)及計算分析過程、結(jié)果正確性和整潔等。對于漏做實驗、漏交實驗報告的同學(xué)，所遺漏的平時成績或?qū)嶒瀳蟾娉煽優(yōu)榱惴帧τ谖催x課、未上課的同學(xué)，無論何種理由，均不予補(bǔ)實驗，無成績。

6.及時了解教學(xué)效果

為了深入了解教學(xué)效果，在實驗教學(xué)結(jié)束后，實驗中心設(shè)計了調(diào)查問卷“實驗課教學(xué)質(zhì)量調(diào)查問卷”“我最喜歡的實驗教學(xué)模式調(diào)查問卷”。實驗課教學(xué)質(zhì)量調(diào)查問卷涉及實驗教師教學(xué)態(tài)度、教學(xué)能力、教學(xué)效果等3個方面，給實驗教師評分。筆者最喜歡的實驗教學(xué)模式調(diào)查問卷中，涉及內(nèi)容包括：你對本學(xué)期實驗課的整體印象如何？你認(rèn)為上課人數(shù)安排是否合理？你認(rèn)為此次實驗課程的實驗設(shè)施條件怎么樣？你認(rèn)為實驗課程考核形式應(yīng)該是怎樣？你認(rèn)為好的實驗教學(xué)方式/模式應(yīng)該是怎么樣？你心目中好的實驗教學(xué)模式是怎樣？你對我們的實驗教學(xué)有什么好的意見，等等。通過真實的反饋情況，可以使實驗教師認(rèn)識到教學(xué)過程中存在的不足，深入了解學(xué)生對實驗教學(xué)的需求，從而可以及時完善實驗教學(xué)內(nèi)容、改進(jìn)教學(xué)方法、提高實驗教學(xué)質(zhì)量。

三、結(jié)束語

工程熱力學(xué)實驗教學(xué)是鞏固該課程理論知識、培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力、開拓學(xué)生創(chuàng)新思維的重要途徑。本文通過改變實驗教學(xué)現(xiàn)狀中存在的不足，希望建立科學(xué)的實驗教學(xué)體系，提升實驗技術(shù)水平和實驗教學(xué)管理實效，充分發(fā)揮實驗在教學(xué)中的重要作用，使實驗教學(xué)更好地適應(yīng)現(xiàn)代教育和現(xiàn)代人才培養(yǎng)的需求。

參考文獻(xiàn)：

[1]吳世華，楊光明，王秋長.加強(qiáng)實驗教學(xué)示范中心建設(shè)，提高人才培養(yǎng)質(zhì)量[J].實驗技術(shù)與管理，2012，29（1）：4-6.

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[3]蘇枋，劉維忠，高務(wù)龍.優(yōu)化實驗教學(xué)體系，著力培養(yǎng)農(nóng)科類學(xué)生的創(chuàng)新能力[J].實驗技術(shù)與管理，2010，27（7）：19-21.

[4]楊玉順，張昊春，賀志宏.工程熱力學(xué)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009.

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（責(zé)任編輯：王意琴）