熱工專業實驗課程可視化教學初探

一、引言
熱工專業作為工科類高等教育，專業課程十分重要，專業課程既是知識性課程，更是實踐性、能力性課程；專業課教學質量如何，直接影響或決定著學生的就業和未來的發展。而作為熱工專業實踐性教學的重要組成部分，熱工實驗課程的效果更是決定了學生動手能力、實操能力、綜合分析能力、綜合實踐能力的高低，對全面實施創新教育、培養創新人才具有十分重要的意義。同時熱工專業設備復雜、熱工過程繁多，增加了學生理解、記憶、設計、分析等實際應用中的困難，在此，我們對過去的實驗教學模式進行改革，將可視化教學引入熱工實驗教學課程，以此作為突破設備、時間、空間限制，進一步提高學生的實踐創新能力的有力工具，取得了良好的實踐教學效果，為提高專業課程教學質量提供了又一保障，以培養提高學生自身的創新能力。
二、熱工實驗可視化教學方案
針對現有課程存在的學生無法從形象上認識熱工設備及部件結構、學生缺少動手實踐的機會、學生難于理解課堂內容、學生缺少接觸工程實際的機會、實際工程設備難于理解的平面化和抽象化的傳統教學模式不足，在熱工實驗教學過程中引入可視化教學，以期解決以上存在的教學不足，從而達到提高教學效果的目的。
1.基礎實驗可視化?；A實驗包括演示實驗和驗證實驗。演示實驗是針對基礎知識的介紹，內容較為簡單，但對學生深刻領會相關知識起到一定的促進作用。驗證實驗是針對基礎知識的驗證，使得學生對基礎原理、定義、方程等加深了解、深刻記憶。因此，針對基礎實驗內容較簡單的特點，利用基礎實驗臺將實驗內容具體化、細化、綜合化、豐富化，盡可能多的展示基礎實驗內容。并將一些實際應用的簡單熱工材料、熱工設備、熱工模型、熱工設備掛圖擺放在實驗室內作為基礎實驗的一部分，由學生自行參觀、拆卸、組裝，以提高學生的自主學習能力和學習興趣。從而使得學生能夠從形象上認識熱工設備及部件結構。
2.綜合實驗可視化。針對現有實驗場地有限，實驗時間有限等問題，遵照注重理論基礎、優化實驗內容、注重學生興趣的培養等原則，明確實驗課程主線，優化實驗，精簡內容，削枝強干，為更好的幫助學生在較高的自然科學的層次上理解與掌握課程內容，我們開發了一套與現實存在的基礎實驗與綜合實驗課程相對應的虛擬實驗系統。采用多媒體手段對真實實驗進行再現和模擬，為學生提供逼真的實驗環境，并將虛擬實驗放到學習網絡上，由學生自己進行觀看，借助虛擬實驗的交互性，學生對實驗儀器進行操作，在虛擬實驗中，學生可以反復對同一步驟、同一過程進行多次實驗，針對自己不懂的實驗設備部件進行反復研究，觀察實驗現象、記錄實驗數據，使得學生大大的發揮其主觀能動性，突破了實驗場地與時間的限制，便于學生的自主學習與創新。從而使得學生能夠從深層次理解課題內容。
3.創新實驗可視化。在實際教學過程中，利用現有大型設備，在科研大型設備上開設創新實驗，由學生自主設計實驗過程，實驗方案，完成實驗操作，對實驗結果進行分析、判斷，終得出結論。并相互對比，分析優劣，良性競爭，相互促進，充分調動學生的自身積極性。例如針對蓄熱式多功能教學研究實驗平臺，讓學生自行拆裝、組建實驗設備，自行選擇實驗測量設備與部件，自行設計檢測安裝與自控系統，使學生將本學科的專業基礎課知識和實驗課程內容聯系在一起，使學生建立起工程的概念，強化熱工過程狀態檢測和過程控制等概念和實踐，并進一步鍛煉學時的綜合分析能力，綜合動手能力以及綜合應用能力，得到實際動手操作的機會，鍛煉學生的實際能力，增加了學生的工程實際機會。
4. 自主設計實驗可視化。在實驗教學中積極促進學生的自主設計與創新意識，針對現有實驗臺，提倡學生分析思考實際實驗臺所存在的問題，尋找解決問題的方法，并根據學生的學習興趣，由學生自主設計實驗臺，并將自主設計的實驗臺可視化，做出實驗臺圖形，同時將自主設計的實驗臺與實際實驗臺進行對比，從而找出兩相對比下的實驗臺的優劣以及自主設計的優勢，從而進一步提高學生的創新能力與改進意識。終使得工程實際設備在學生的理解中更加形象化、具體化，從而達到實驗教學輔助課程教學，提高教學質量的目的。
三、可視化教學效果
在現實的教學過程中，充分體現出了可視化教學方法所具有的傳統教學方法*的優點?？梢暬虒W具有直觀性、科學性、感知可視化等特點?？梢暬虒W的過程中，教師利用直觀手段，將現場實際工業設備與部件的內部結構良好的呈現在學生面前，生動的解釋了部件與設備的運動原理、使用原則、適用場合等內容，使學生對以前沒有接觸過的熱工裝置有形象化的感知，能使學生觀察、體驗各種熱工裝置實質細節，并了解觀察熱工設備的本質，在學生對現有設備、過程、原理充分理解并掌握的基礎上，通過學生的自我設計實驗，讓學生放開自己的思維，發揮自己的主觀能動性，協調合作，進一步對整體學習與知識的總體應用進行完善，從而能夠更好的理解現場實際的應用內容，通過開展多種形式的可視化感知，豐富學生的感性認識，發展學生的觀察力和形象思維，為學生形成正確而深刻的理性認識奠定了基礎，同時大大增強學生學習的積極性，縮短認知過程，加深學生對知識的理解記憶，將基礎知識在學生的腦海中打下深深的烙印，同時在實驗設計與模型搭建過程中，自我發現問題，對問題進行深度分析，全面了解，提出完整的解決問題的可執行方案，并對執行方案不斷的進行補充與完善，后得到切實可行的、性能先進的完整設計方案和執行方案，提高學生的自身實踐能力，讓學生能夠愛上自己的專業，并樂于發明創造，增強學生主動學習的能力，提高教學質量。
四、結束語
近年來，正確認識創新意識和創新能力的培養在高等教育中的地位，尋求對大學生進行實踐能力和創新能力的培養的有效途徑，成為我國高等教育推進素質教育的核心課題。應用可視化教學是對傳統實驗課程教學的一種提升，一種新的嘗試和改革。應用可視化教學不僅改變了傳統實驗教學枯燥無味的局面，讓實驗課程的學習變得生動活潑，而且增強了教與學的互動，讓學生學有所思、學有所得。