基于學(xué)分機制的工程熱物理課程實驗教學(xué)研究

歐陽莉

[摘 要]工程熱物理課程通常包括傳熱學(xué)和工程熱力學(xué)兩門課程，是高等學(xué)校本科課程中重要的專業(yè)基礎(chǔ)理論課程，其所涉及的專業(yè)領(lǐng)域也較多，如航空、水利、機械、動力、航海、冶金、建筑、環(huán)境等。實驗教學(xué)是其教學(xué)過程中的一個重要環(huán)節(jié)。針對學(xué)分機制條件下的實驗教學(xué)目標(biāo)、內(nèi)容和方法，可以進行探討性的研究，主要基于實驗條件合理的改善和高效的利用方面，圍繞學(xué)分機制條件下特殊的要求，從教學(xué)內(nèi)容和方法方面探討性地提出相應(yīng)的方法。

[關(guān)鍵詞]工程熱物理課程；學(xué)分機制；實驗教學(xué)

[中圖分類號] G642 [文獻標(biāo)識碼] A [文章編號] 2095-3437（2016）09-0168-02

工程熱物理課程通常包括傳熱學(xué)和工程熱力學(xué)，是高等學(xué)校本科課程中重要的專業(yè)基礎(chǔ)理論課程，其所涉及的專業(yè)領(lǐng)域也較多，例如航空、水利、機械、動力、航海、冶金、建筑、環(huán)境等，對各專業(yè)的多門后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)都有著重要的作用。工程熱物理課程的實驗教學(xué)是其重要的環(huán)節(jié)，國內(nèi)外高校也非常重視這一教學(xué)環(huán)節(jié)。[1] [2] [3]例如，基于MATLAB語言開發(fā)的工程熱物理課程虛擬實驗在教學(xué)中已起到了輔助作用。[4]我國華中科技大學(xué)許國良教授則開發(fā)了Saints2000的傳熱學(xué)虛擬實驗。[5]目前，PDCA循環(huán)已在工程熱物理實驗質(zhì)量管理中得到應(yīng)用。[6]

一、實驗教學(xué)與研究現(xiàn)狀

（一）實驗教學(xué)現(xiàn)狀

目前國內(nèi)工程熱物理領(lǐng)域的專家，以及教學(xué)人員對傳熱學(xué)、工程熱力學(xué)實驗教學(xué)從不同的角度和目標(biāo)進行了研究，對此問題的研究情況主要有以下幾個方面。

1.高校實驗室可以在完成計劃內(nèi)的教學(xué)和科研任務(wù)的前提下，利用現(xiàn)有的師資、儀器設(shè)備、設(shè)施條件等資源向?qū)W生開放，為學(xué)生提供實驗條件。但目前存在的問題是，真正面向?qū)W生的全天候開放的實驗室還很少。

2.完善實驗設(shè)備，增加可開設(shè)的實驗數(shù)量。例如，傳熱學(xué)課程中熱量傳遞有三種基本方式：導(dǎo)熱、熱對流、熱輻射。為了鞏固和加強對這三種基本熱傳遞方式的理論理解，應(yīng)分別開設(shè)相應(yīng)的三個驗證性實驗。但由于學(xué)時、實驗場地、學(xué)生人數(shù)較多等限制，很多高校往往沒有提供必要的實驗條件。

3.對實驗教學(xué)進行改革，打破原實驗課程、原實驗室界限、壓縮傳統(tǒng)經(jīng)典的驗證性實驗內(nèi)容，增加綜合性、設(shè)計性和研究性實驗內(nèi)容。例如：（1）LabVIEW在工程熱力學(xué)遠程實驗教學(xué)平臺的應(yīng)用。（2）信息和多媒體技術(shù)與傳熱學(xué)實驗教學(xué)的整合。（3）以節(jié)能減排意識培養(yǎng)為導(dǎo)向的工程熱力學(xué)教學(xué)研究。但這種實驗教學(xué)的改革受到軟件應(yīng)用和開發(fā)的限制，在一定程度上限制了對學(xué)生實際動手能力的培養(yǎng)。

（二）學(xué)分機制與實驗教學(xué)內(nèi)容

高校學(xué)分機制的實施，強化了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和個性化培養(yǎng)。學(xué)生可以根據(jù)自身特點選擇學(xué)習(xí)內(nèi)容和學(xué)習(xí)時間。這也對實驗教學(xué)提出了更高的要求：1.實驗設(shè)備的先進性和前沿性；2.實驗內(nèi)容的多樣性；3.教學(xué)對象的特殊性；4.國際化程度；5.與現(xiàn)代實驗教學(xué)理論的融合性；6.與傳統(tǒng)文化的相關(guān)性。

二、實驗教學(xué)方法手段

基于學(xué)分機制條件下實驗教學(xué)的需求，本文探討性地提出了以下幾個方面的途徑。

（一）實驗設(shè)備的先進性

滿足實驗設(shè)備的先進性是一個首要和關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，特別是對于研究性高等學(xué)校的建設(shè)和研究創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)來說。例如：新聞《去國家實驗室打工，武漢理工大4人同獲名校保研》，應(yīng)該得益于此環(huán)節(jié)。保障實驗設(shè)備的先進性也是一個最困難的環(huán)節(jié)：其需要更多的資金、更短的更新周期。對于工程熱物理課程實驗教學(xué)而言，應(yīng)該從教學(xué)管理方面來解決這一問題。首先，應(yīng)對學(xué)校先進的設(shè)施進行調(diào)研；其次，統(tǒng)計與工程熱物理課程教學(xué)相關(guān)的實驗臺架；最后，基于本科生實驗教學(xué)的安全性和可操作性的角度進行選擇，并作為綜合性實驗臺架。這也提高了學(xué)校先進實驗設(shè)備的利用價值?；趯嶒炘O(shè)備先進性環(huán)節(jié)的實施，實驗內(nèi)容的前沿性才得以體現(xiàn)。滿足前沿性的實驗內(nèi)容通常具有較強的綜合性。

（二）實驗內(nèi)容的多樣性

實驗內(nèi)容的多樣性是學(xué)分機制條件下實驗教學(xué)的重要特點。通過調(diào)研，我們了解到學(xué)分機制條件下，學(xué)生對實驗的選擇性空間更大、更靈活，包括實驗探究的興趣性、實驗操作能力、自主培養(yǎng)目標(biāo)、實驗時間安排等。可行的解決方法：1.基于一套實驗裝置，設(shè)計多個探究性問題來滿足學(xué)生對實驗多樣性的要求；2.采用多種形式的實驗來解決實驗內(nèi)容的多樣性需求。例如，設(shè)計性實驗、安裝性實驗、調(diào)查性實驗、演示式實驗、動畫制作實驗、仿真實驗等。

（三）教學(xué)對象的特殊性

學(xué)分機制條件下教學(xué)對象的特殊性主要體現(xiàn)在教學(xué)對象的主動性上。實驗內(nèi)容多樣性是滿足教學(xué)對象特殊性的最基本環(huán)節(jié)。教學(xué)對象的特殊性雖如宋朝文學(xué)家歐陽修在《歸田錄》（卷一）所描述的“補仲山之袞，雖曲盡于巧心；和傅說之羹，實難調(diào)于眾口”，但采用實驗內(nèi)容的多樣性能夠達到“眾口能調(diào)”的境界。

（四）國際化程度

實驗國際化程度的衡量標(biāo)準(zhǔn)：一流的實驗設(shè)備；一流的實驗數(shù)據(jù)記錄、整理和分析技術(shù)；一流的實驗成果報告和交流寫作水平。例如，在實驗報告的撰寫中，可采用雙語或全英文的形式。

（五）與現(xiàn)代實驗教學(xué)理論的融合性

工程熱物理課程實驗是本科實驗教學(xué)中的一部分。實驗教學(xué)方法是各相關(guān)專業(yè)專家和教學(xué)人員一直探討的內(nèi)容，例如，《續(xù)議物理演示實驗教學(xué)》[7]一文，強調(diào)物理實驗教學(xué)中演示性實驗的重要地位，即演示性實驗憑借其形象、直觀的特點，能喚起學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素質(zhì)觀的支撐。本文也認為對于學(xué)生人數(shù)較多的高校而言，這也是一種很好的實驗教學(xué)方式。眾所周知，通常的演示實驗是針對經(jīng)典問題，利用實驗裝置，由教師向?qū)W生演示。而本文強調(diào)：現(xiàn)代的演示實驗應(yīng)該是針對經(jīng)典問題，利用現(xiàn)代的技術(shù)，由學(xué)生來演示。例如，可利用先進的多媒體技術(shù)，制作動畫演示經(jīng)典實驗。

（六）與傳統(tǒng)文化的相關(guān)性

工程熱物理實驗與傳統(tǒng)文化的相關(guān)性表現(xiàn)在其理論和應(yīng)用來源于客觀物質(zhì)世界，貼近我們的生活。例如，在傳熱學(xué)導(dǎo)熱、熱對流、熱輻射教學(xué)中，要求學(xué)生探討性地觀察和設(shè)計實驗：如何測量湖北特色小吃“歡喜坨”的溫度？這類實驗內(nèi)容擺脫了實驗室場地和空間的限制，也是啟發(fā)式實驗教學(xué)的途徑之一。

三、結(jié)語

實驗教學(xué)是工程熱物理課程教學(xué)的一個重要環(huán)節(jié)，也是研究創(chuàng)新型、實施學(xué)分機制且學(xué)生人數(shù)較多的高校的“瓶頸”問題。本文基于調(diào)查融合在實驗理論教學(xué)中的思考，探討性地提出了解決方法。

[ 參 考 文 獻 ]

[1] 鄒艷芳.“傳熱學(xué)”實驗教學(xué)與思考[J].中國電力教育，2014（17）：106-107.

[2] 黃曉璜，崔國民.高校工程熱力學(xué)實驗教學(xué)探索[J].中國電力教育，2014（33）：100-101.

[3] 孫寶芝，宋福元，張鵬.美國熱工課程教學(xué)對我國熱工課程教學(xué)法改革的啟示[J].教育與職業(yè)，2011（14）：106-107.

[4] 姜昌偉，傅俊萍，趙李鐵.基于Matlab的傳熱學(xué)虛擬實驗開發(fā)[J].中國電力教育，2008（S2）：316-317.

[5] 許國良.SAINTS2000在傳熱學(xué)課程虛擬實驗中的教學(xué)與實踐[C].2004年全國熱工課程發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃學(xué)術(shù)研討會，2004.

[6] 嚴(yán)大煒，鄒琳江.PDCA循環(huán)在工程熱力學(xué)實驗教學(xué)中的應(yīng)用[J].赤峰學(xué)院學(xué)報，2015（7）：10-11.

[7] 劉國松.續(xù)議物理演示實驗教學(xué)[J].劍南文學(xué)，2013（7）：332-334.

[責(zé)任編輯：陳 明]