《熱能與動力工程測試技術》課程教學方法探討

茍秋琴+張翔+陳小明

【摘 要】《熱能與動力工程測試技術》課程與多學科交叉，教學難度大。筆者結合該課程的特點和傳統理論教學中的不足，對課程的教學內容、教學方法進行了探討。在教學內容上，結合“應用型”本科人才的特點精選教學內容；在教學方法上，提出以案例為主線的課程教學模式，提高了學生分析問題、解決問題的能力。經過不斷的教學實踐，證明該方法提高了學生理論聯系實踐的能力，達到了預期的教學效果。

【關鍵詞】測試技術 人才培養 課程建設 教學方法

一、課程特點及教學目的

《熱能與動力工程測試技術》是高等院校熱能與動力工程專業的一門專業基礎課。本課程集成了數學、電工電子學、信息科學、光電技術、計算機技術等多學科原理和技術，并且被廣泛應用于各個學科，具有涉及知識面廣、綜合性強、理論知識抽象、實踐性要求高、學時少等特點[1]。測量是水力發電廠生產不可缺少的組成部分。它能及時反映水力設備的運行情況，為運行、檢修人員提供操作依據，是保證設備安全、經濟運行的重要技術手段。同時也是從事大中型水力發電廠水輪發電機設備運行、試驗調試、技術改造等工作的基礎[2]。

《熱能與動力工程測試技術》課程屬于熱能與動力工程專業必修課程之一，開設在本科三年級下學期，該課程的教學目的是讓學生初步掌握現有的測試技術和方法，通過學習溫度、壓力、流量、流速、振動等參數的測量，以及測量過程中常用的儀器（如激光多普勒測速儀、熱線熱膜流速儀、粒子圖像測速技術、紅外熱像儀等）的工作原理和用途，了解現代測試儀器的工作原理及分析方法，培養學生根據研究對象和研究目的合理選用現代先進測試儀器的能力，使他們具備一定的科學研究分析能力，以適應社會對熱能與動力工程專業人才的需求。

二、課程內容的安排

《熱能與動力工程測試技術》課程是一門理論性和實踐性結合非常強的課程，單純的實驗教學或者理論教學都無法讓學生理解和接受。目前，高校開設現代測試技術課程通常存在以下三個問題：（1）隨著工程技術的快速發展，新技術不斷涌現，新教學內容越來越多，但新教學計劃的制定，使得總學時越來越少，教學時間緊任務重；（2）按傳統的教學方法，課程所講授的內容相對來說比較分散、雜亂，不利于學生建立完整的知識體系；（3）對本科生多以講授儀器的基本原理和測試方法為主，有時增加少量參觀方式的實驗教學，這種教學方法使學生缺少動手機會，動手能力和創新能力不強。

西華大學教育部重點實驗室擁有大量的現代測試儀器，如激光多普勒測試儀、粒子圖像測速儀、紅外成像儀等，同時也建有水輪機模型試驗臺和水泵試驗臺。因此，學校有充足的資源為學生提供實驗教學。

該課程分為課堂教學和實驗教學兩大模塊，共計50學時，其中，課堂教學安排40學時，實驗教學安排10個學時。結合水力機械的特殊結構，運行參數，將課堂教學分為3個學習單元：第一單元為緒論部分（2學時），介紹測試技術的分類和發展趨勢；第二單元為流量、流速、功率、振動、溫度等參數的測量（30學時），該部分為重點、分別介紹渦輪流量計、電磁流量計、超聲波流量計、三孔動力探針、五孔動力探針、熱線熱膜風速儀、激光多普勒流速儀、粒子圖像速度場儀、測功器、轉矩儀、紅外成像儀等設備的基本原理、應用范圍、儀器的優缺點和應用實例；第三單元為水輪機、水泵試驗技術部分（8學時），其中包括水輪機水泵試驗臺的介紹，具體模型試驗的實例講解。

實驗學時主要是學生參觀教育部重點實驗室的儀器，并對實驗室的儀器進行詳細的實驗操作教學，讓學生能夠獨立操作和使用儀器，完成水輪機、水泵的模型試驗，并對自己的實驗數據進行分析處理，完成實驗報告。

三、課程教學方法探討

《熱能與動力工程測試技術》課程由于理論性很強，通常會讓學生感覺測試原理難以理解，教學內容非常深奧、枯燥。如果按照常規的教學方法進行教學，難以理解和記憶，從而慢慢失去學習興趣[3]。

（一）教學側重點和方向的把握

《熱能與動力工程測試技術》該課程內容豐富，涉及的學科多且廣。主要包括：

1）溫度、壓力（壓差）、流量、流速、機械量、振動量等參數的測量、檢測和顯示；

2）測量儀器儀表的選擇和使用，測量結果處理以及測量誤差的分析。

針對“應用型”本科院校要求和本學科的特點，教師應該結合教學大綱要求，合理安排基本概念、基本原理教學與應用實踐的結合。熱能與動力工程專業學生學習的方向是傳感器和儀表的應用，而不是設計，所以筆者認為“熱能與動力工程測試技術”課程的重點應放在學生日后走上工作崗位能用到的傳感器和儀表選擇和使用上。

測量儀器和儀表的選型應本著節約的原則，考慮性價比的因素，即在滿足要求的前提下選擇低精度的儀表。儀表類型的選擇還應考慮被測介質的性質、使用的環境、安裝條件、對儀表輸出信號的要求等。如傳感器的選擇需要考慮使用的環境是否是易燃易爆的場所；比如測量天然氣或者煤氣等須選用防爆型傳感器；在強磁場的環境，則不能使用電磁傳感器。

由此，學生在了解測量儀器和儀表基本原理后，能根據具體測量參數、被測介質的性質、使用的環境、安裝條件等要求選擇最佳儀器儀表。

（二）以案例為主線的課程教學模式

案例教學法是由哈佛大學法學院提出的一種以學生為中心，致力于提高學生綜合素質的教學方法[4]。在案例教學中，教師根據教學要求，設計相應案例，組織學生針對案例內容，運用所學知識進行思考、分析、討論和交流等教學活動，以提高學生分析問題和解決問題的能力。將案例教學法運用到《熱能與動力工程測試技術》課程的教學過程中，學生能夠正確建立工程測試與應用的整體概念，一方面不用增加實驗學時，另一方面促使學生變被動學習為主動學習，引導學生運用多學科知識去分析和解決工程實際中的具體問題，從而提高教學效果。

案例設計實例：水輪發電機轉子溫升測量。案例來源于教師科研項目——漁子溪電站超出力運行可行性分析。該項目以水輪發電機轉子為研究對象，探索在超出力5%運行工況下轉子溫升情況，系統了解機組有關電氣一次、二次及機械附屬設備是否具有潛在風險，確認電站機組超出力運行的安全性和可靠性。endprint

案例教學時，首先向學生提出啟發性問題：目前我們了解的溫度測量有哪些方法？用什么方法才能檢測出轉子的溫度？在測量過程中我們應該考慮哪些影響因素？然后提醒學生高速旋轉的設備溫度測量可以用什么方法，傳感器可以如何布置等。帶著這些問題，學生應在課后搜集相關資料，相互討論這些問題，初步形成自己的觀點。

課堂案例教學時，先組織學生進行分組討論，學生小組分析結論逐一講解，綜合其中正確的結論觀點，剖析錯誤見解，給出案例分析的邏輯路徑。本案例中轉子溫升測量可以有三種方法：（1）電阻法測量，根據轉子繞組的電阻值隨溫度變化而相應變化的關系來確定轉子繞組的平均溫度。（2）轉子溫度分布在線監測系統，即把特制的滿足發電機轉子線圈耐壓要求的溫度傳感器直接安裝在勵磁線圈上需要測量的部位，通過安裝在轉子機架上的溫度采集記錄儀得到溫度傳感器的輸出值，從而得到發電機轉子線圈的溫度分布情況。（3）紅外熱成像測溫儀，即是通過接收物體發出的紅外輻射，經電子系統處理，得到與物體表面熱分布相應的熱像圖，從而給出物體表面的溫度分布情況。

本案例緊密結合工程實際，由最基本的測試方法開始，逐步引入我們最先進的測試設備，讓學生學會溫度測試方法的同時，了解該行業中的先進測試技術。這樣的教學可以激發學生的學習興趣，有助于培養他們遇到問題，查閱資料解決問題的能力。

四、結束語

測試技術是一種涉及面廣、技術性強的實用技術。本文根據專業特色和本課程的特點分別針對課程內容安排和教學方法提出了一些提高課程教學質量的途徑和方法：充分結合學生走上工作崗位后所需要的技能，優化教學內容，重點突出；以案例為主線的課程教學模式，培養學生遇到問題解決問題的能力；加強實踐環節，創造“開放性”的學習環境?！稛崮芘c動力工程測試技術課程》與多學科交叉，同時測試儀器設備在不斷更新，提高教學質量是一項長期的工作，需要不斷的探索。

【參考文獻】

[1]熊詩波，黃長藝.機械工程測試技術基礎（第3版）[M].北京：機械工業出版社，2011.

[2]趙雪峰.“熱工測量技術”課程教學研究探討[J].中國電力教育，2011（2）：64-65

[3]張潤蓮，張向利，葉進.案例教學法及其運用[J].桂林電子工業學院學報.2004（8）.endprint