對供熱系統水力工況實驗教學的探討

藺潔 潘嵩 樊洪明 韓連茹

摘要：實驗教學是高校大學生培養過程中的一個重要環節，如何最有效地利用該環節實施對大學生綜合能力的培養是我們需要不斷研究的問題。本文通過建筑環境與能源應用工程專業中的一個實驗“供熱系統水力工況實驗”實施過程的變化來說明，當實驗條件不變時，通過改進實驗實施過程可以產生不一樣的教學效果。

關鍵詞：供熱系統水力工況實驗;能力培養;實驗教學

中圖分類號：G642.0 ? ? 文獻標志碼：A ? ? 文章編號：1674-9324（2016）05-0223-02

高等教育的任務是培養具有創新精神和實踐能力的高級專門人才，在這個過程中通過提高實驗教學水平來提高人才培養質量，是實施高等學校本科教學質量與教學改革工程的必行之路。通過實驗教學可以培養學生掌握基本實驗技能和科學研究方法，提高學生科學素養，提升學生創新意識、創新精神、創新思維和創新能力，因此實驗教學在高校創新人才培養中有十分重要的地位[1]。

實驗教學通常分三個層次：以驗證性為主的基礎層次教學，其特點是對理論課內容的實驗再現;以綜合性、設計性為主的提高層次教學，其特點是獨立的實驗教學，強調實驗獨立設課;以探索性為主的創新層次教學，其特點是強調科研、第二課堂等方面相互結合的教學[2]。實驗教學目標層次不同，教學培養目標就會差別很大。

供熱系統水力工況實驗是針對建筑環境與能源應用工程專業本科生開設的驗證性實驗，實驗目的通過在熱網水力工況實驗臺上進行水力工況變化，讓學生直觀地了解熱網水壓圖的變化情況，鞏固熱水網路水力工況計算的基本原理;掌握水力工況分析方法、驗證熱水網路水壓圖和水力工況的理論。

一、實驗簡介

供熱系統水力工況實驗是以熱水供熱系統為依托，該系統具有許多并聯環路，當一個環路流動狀況發生變化，必然會影響到另一個環路，這種環路中的實際流量不是所需流量時出現的問題稱為水力失調。在熱水供熱系統運行過程中，水力失調時有發生，造成一部分用戶室內溫度過高，需要開窗通風降溫;而另一部分用戶室內溫度過低，達不到所需溫度要求，影響人們正常生活。這種現象不但降低用戶熱舒適性，而且降低供熱系統效率、增加能耗。因此掌握供熱系統水力工況變化規律，獲得水力工況計算方法，并且能對水力失調狀況產生的原因進行正確分析，給出解決方法成為建筑環境與能源應用工程專業本科學生必須具備的一種專業能力。供熱系統水力工況實驗的開設就是為了實現該目標設定的一個環節。

供熱系統主要由熱源、管道、熱用戶等組成。在實驗室搭建一個供熱系統等比模型，由于條件限制通常很難實現，常見做法是建一個模擬實驗臺，系統中的熱用戶用閥門替代，供回水管道局部阻力也通過閥門實現。實驗裝置如下圖。

由圖看到，系統包含帶閥門的塑料管道、流量計、水泵及定壓裝置等，用來模擬由用戶組成的熱水管網。供回水管上裝有U型測壓計，可測量用戶水頭，且有標尺可以直接讀出其壓力。

過去進行該實驗，由于在發給學生的實驗指導書上給出了該實驗操作步驟，在實驗開始時指導教師也會進行內容講解，學生實驗過程只需要按照實驗步驟完成即可，之后交實驗報告。盡管要求學生在實驗報告中繪制不同的水壓圖，并就實驗現象給出分析，但整個實驗過程學生主動性并不強。針對現有實驗裝置，如何能夠通過改變實驗過程，提高實驗效果。論文作者對該實驗過程進行了嘗試性改變，希望通過改變使得學生專業知識和創新能力能得到更多地發展和提高。

二、實驗過程的改進

實驗改進主要包括：實驗預指導的改變，實驗實施過程的改變和實驗考核的改變。

實驗預指導的改變主要是改變實驗指導書內容。改進的實驗指導書包括：實驗背景介紹、實驗裝置和需要完成的實驗內容的說明，取消了原來的實驗方法和實驗步驟。對實驗實施過程的改變是取消了教師實驗講解。教師從實驗的準備階段就讓學生獨立設計、獨立操作，同時給出很多有關實驗的思考題，利用思考題引導學生積極主動的思考。思考題既有實驗中出現的問題，也有實驗現象的分析。實驗考核采取答辯方式，迫使學生對問題的思考變得深入細致。

例如實驗指導書給出一道思考題，如何對現有實驗裝置經過較小改動，獲得一個比現在正常工況水壓圖效果明顯的水壓圖？之前學生在進行實驗時，當把系統供回水管道及熱用戶上閥門全部打開，系統正常運行時的測壓管水頭值變化很小，實驗效果不明顯，不利于學生觀察，這是實驗臺的設計瑕疵。今年教師在實驗考核答辯中就針對如何解決該實驗現象不明顯問題對學生進行了提問。學生給出了很多有益的建議。如：1）用微壓計替代U行測壓計來測量管段壓差，測量結果會明顯;2）用絕對粗糙度較大的管段替代粗糙度小的塑料管;3）換一臺循環水泵，增大水泵揚程及流量，以此增大沿程阻力;4）換一種循環熱媒。這些答案的給出說明學生的主觀能動性被積極調動起來。因為沒有現成答案，在實驗過程中學生需要完全依靠自己的思考獲得答案。同時因為不同小組在實際操作過程中的步驟不盡相同，學生遇到的問題不同，用于解決問題的方法也不同。學生需要憑借自己的努力去分析、尋找問題的癥結，找出解決辦法。當然個別組也會向教師求助，或給出了錯誤答案。如有學生建議將熱用戶同一位置的閥門不同程度的關小，達到熱用戶供、回水測壓管壓力值變化明顯的目的。顯然通過調節閥門增大了局部阻力損失得到的供、回水壓力曲線，與實際運行改變沿程損失得到的水壓圖不符。這說明學生對相關知識掌握的不好，但通過教師與學生的討論，使學生查漏補缺了之前沒有掌握好的知識，實驗起到了對課程教學內容補充與延伸的作用。無論采取什么方式，這樣的實驗過程都有助于學生的主動學習、求知、探索。

盡管“熱水供熱系統水力工況實驗”并不復雜，論文作者也只是對實驗實施過程進行了一些改變，但是通過這種改變可以收到較好效果。過去做實驗學生花費時間較短，學生被動地完成實驗，對相關知識的掌握并不盡如人意。現在有的同學在答辯完之后，因為老師提的某些問題沒有弄清楚，還會主動要求重做實驗。現在學生盡管實驗時間增加，但學生對該實驗涉及到的知識有了更深刻的理解，整個實驗過程學生都很積極主動，學生自己也認為收獲很大。

三、對實驗教學的一點感悟

在同樣的實驗裝置上，采用不同的實驗方法去完成相同實驗，實驗效果差別很大。對比兩者總結如下：

1.實驗指導思想由傳遞知識為主變為提高能力為主。之前的實驗實施過程只是教會學生使用實驗裝置及相關測試設備，學生對實驗裝置構造及工作原理有所了解，掌握了相關實驗方法，鞏固了實驗過程所運用的相關專業知識，提高了學生動手能力;所有這些主要是完成了知識傳遞，而對學生能力的提高幫助有限;改進后的實驗實施過程不僅讓學生學習到一些實驗方法，而且通過該環節讓學生提高了分析問題、解決問題的能力，以及創新能力。實驗過程由原來教師講授、學生接受知識，變為現在的學生要在實驗前預習并完成實驗準備、制定計劃;實驗過程中要周密分析、仔細觀察、勤于思考;實驗完成后要善于總結，查漏補缺。整個實驗學生需要運用已學知識甚至自學某些知識完成實驗，并通過主動探究知識提升了創新能力，因此改進后實驗效果顯著提高。

2.實驗教學模式由以教師為主變為以學生為主。不同的教學思想、教學模式，產生不同的教學效果。通過在實驗實施中以教師為主體轉變為以學生為主體的教學模式后，指導教師的角色發生了變化，由原來的實驗指導者變為實驗輔助者。學生成為了實驗過程的主導者，這種變化對學生挑戰很大。

3.實驗教學方法由按部就班變為自主創新。為了在實驗課程中培養學生創新能力，對實驗課程的教學方法進行了改變。之前的實驗課程教師主要講授實驗內容，之后的實驗課程請學生自己組織實驗內容。教師只針對實驗提出問題，激發學生在實驗前、實驗中和實驗后的思考，鼓勵學生“從做中學”，通過“做”達到“學”的目的。學生在“做”的過程中發現問題后，經過思考而領悟到的道理，更容易在腦海中留下深刻的印象，同時學生的主觀能動性得到了最大限度的發揮。

4.實驗教學考核標準發生變化，對老師及學生的要求發生轉變。不同的實驗實施過程對教師的教學要求及學生知識、能力要求不同。之前的實驗對教師的要求就是熟悉整個實驗內容及過程;現在則要求教師不僅專業知識豐富、專業技能嫻熟，對學生提出的各種問題給予滿意地回答，而且還要求教師能根據每一個學生的不同特點加以正確引導，讓每一個學生的綜合能力都得到一定程度提高。同時實驗考核增加了答辯環節，教師可針對實驗過程涉及到的諸多問題進行提問，考核不再像過去只是提交實驗報告的方法，也敦促學生能更好的完成實驗。

綜上所述，在現有條件下，只要在實驗實施過程中進行一些有效改變，對學生能力的培養作用會變得更大。

參考文獻：

[1]潘清，王磊，張偉，等.創新實驗教學探索[J].實驗技術與管理，2010，27（8）：24-26.

[2]許家瑞，周勤，陳步云，等.構建創新實驗教學體系的探索與實踐[J].實驗技術與管理，2009，26（5）：1-4.