熱工類教學實驗的實踐與探討

近年來，我國的高等教育基于“厚基礎、寬專業、強能力、高素質”的培養原則，轉變教育理念，注重培養學生的創新精神和實踐能力。而實驗教學是其*的一個組成部分，其目的就是對學生進行基本的科學實驗技能訓練，提高分析問題和解決問題的能力，擴展基礎知識，培養適應新時代發展的人才。

“熱工學”是研究機械能與熱能相互傳遞和轉換的基本規律，以及能量的合理利用的一門課程。所有熱傳遞過程基本規律的揭示首先要通過實驗測定來獲得，故實驗研究是熱工學zui基本的研究方法。實驗教學是“熱工學”教學中至關重要的實踐教學環節，是學生了解各種儀器的結構、熟悉其基本原理和操作技能，加深理解和驗證有關理論知識，并通過實際操作，培養實驗技能和動手能力的重要途徑。實驗教學效果的好壞直接影響到整個“熱工學”課程的教學效果，因此加強實驗教學效果，培養學生的實踐能力和創新能力，已成為任課教師必須面臨的重大挑戰。本研究針對河南科技大學（以下簡稱“我校”）“熱工學”實驗教學的一些問題和現狀，結合教學經驗談幾點體會。

一、突出熱工學的特點，科學合理構建分層次的實驗教學

實驗教學內容比較廣泛，涉及工程熱力學、傳熱學、傳熱規律及熱物性測量等方面的知識，將實驗分為以下三個層次：
（1）基礎類型實驗。與理論課密切相關，按理論課學習的內容和進度進行設置，以演示驗證性實驗為主，主要配合理論課教學對某些難以描述和講解的基本現象和概念，進行驗證性實驗，培養學生的觀察能力、理論實際的能力。
（2）專業基礎類型實驗。以動手測定性實驗為主，一方面為理論課教學服務，另一方面為了培養學生的實驗技能和嚴謹科學的實驗態度，包括常用儀表的原理和使用、實驗的規范操作、數據的記錄整理及實驗報告的撰寫。
（3）綜合創新類型實驗。實驗內容有一定的綜合性和工程背景，通過實驗使學生把所學到的理論知識進行綜合訓練，提高學生的創新意識、創新觀念和動手能力。這樣可按學科建設的要求，統一調度經費、人員和實驗用房，有利于合理地配置資源，有目的更新軟硬件設備，解決了實驗用房緊張、設備老化等問題。

二、改變傳統實驗講解的授課方式

以前給學生開設實驗，一般將教學班分成許多小組，教師分別對每一個組的學生講解實驗原理、實驗步驟及注意事項。由于時間關系（一般1項實驗在2個學時之內），教師對實驗原理、實驗裝置等講得不深不透，學生做實驗也匆匆忙忙，來不及仔細思考和討論實驗內容，記錄數據也是匆匆忙忙的，起不到很好的實驗預期效果，同時也增加了教師講解的負擔（有時1個實驗需重復講解二三十次）。改分組講解為統一授課的方式，集中講解某項實驗，可以詳細地向學生講授該項實驗的起源、相關原理、物理模型的設計、數學模型的建立、應用性實例和發展趨勢。這樣從教室到實驗室，從物理模型到數學模型，從人工操作到計算機應用，學生很感興趣，開拓了視野，也有更多的時間來做實驗。在分組做實驗階段，教師主

要講解該實驗的裝置及實驗注意事項，通過提問來檢查學生對該項實驗的預習效果和理解情況，回答學生在預習實驗時遇到的不解地方，解決學生在實際操作中遇到的問題，能和學生產生良好的教學互動，增強實驗教學的效果。

三、開放熱工實驗室，靈活地為學生提供實驗指導

“熱工學”教學內容廣泛，實驗項目較多，我校開設的基礎類型實驗和專業基礎類型實驗有熱電偶制作與標定、活塞式壓力計標定實驗、畢托管的校正實驗、水蒸汽P-T關系演示實驗、CO2的P-V-T關系演示實驗、導熱系數測定、材料性能的穩態法測量實驗、伸展體傳熱特性試驗、空氣橫掠單管時平均換熱系數、大容器水的自然對流換熱系數等20多個實驗，按照教學計劃和實驗學時，學生只能從中選擇10來個實驗來做，不能使學生對理論知識*理解和滿足個別學生的求知渴望，因此開放實驗室是必然的選擇。

開放實驗要求在教師適當的指導下，開放教學實驗室，由學生自主安排實驗時間、實驗內容、實驗進度和實驗結果，這樣不僅可以提高實驗室的利用率，而且有利于培養學生自主學習意識，充分調動學生學習的獨立性和積極性，也有利于培養學生的綜合能力。對于綜合創新類實驗教學，由教師給出實驗課題名稱并結合一定的工程背景（如特定條件下換熱器性能的測定），學生根據自己的知識結構和專業方向自由選擇課題，構成課題實驗群（或個體），在教師的指導和管理下，完成實驗課題。這種實驗方式，在學生頭腦中不再是幾個互不相的實驗，而是一個較為完整的體系，成為方向明確、內在緊密的綜合實驗系統，有助于培養學生的綜合能力、創新意識以及團隊協作精神。

四、合理適當地利用多媒體進行實驗教學

在熱工類實驗教學中，有些實驗原理和過程比較抽象，用理論和文字解釋很難讓學生真正理解。隨著多媒體技術的不斷發展，合理使用系列多媒體CAI課件進行實驗教學，通過圖片、動畫或視頻對微觀過程進行模擬，對抽象事務進行生動直觀表現，對復雜過程進行簡化和再現，這都有助于學生對實驗原理和過程實質的理解。還有一些實驗較為復雜、過程持續時間較長或準備步驟較為繁瑣，在有限的時間內難以達到理想的教學效果。在使用多媒體課件后，可化復雜為簡單，便捷地控制實驗過程時間，達到實驗預定的實驗效果。多媒體課件能夠容易根據教學實際效果，對教學內容的學習和使用提供良好的交互控制，進行動態組織和修改，具有很強的針對性，大大地提高了實驗教學的效果。

五、加強教學管理，進行科學考核

對學生實驗課成績的給定，不能*依據實驗報告一項，因為它不能*反映出學生做實驗的情況和掌握實驗技能的程度。目前我校實驗室教師的做法是：將學生實驗課成績分為兩項，一項是實驗課上的表現，根據學生的實驗態度和實驗過程而定，包括回答問題、動手能力、創新意識、做實驗時的認真程度等，由實驗指導教師在檢查實驗原始數據時現場給出；另一項是實驗報告，包括數據處理、結果分析、討論和思考題的回答等，由實驗指導教師在批閱實驗報告后綜合給出。這種考核方式可以在很大程度上杜絕學生在實驗中不認真動手做實驗，實驗報告做的好就能得高分的情況。對于綜合類和創新設計類實驗，著重考察實驗方案的可行性、學生的實驗操作技能。對此類實驗即使實驗失敗，如果能夠對結果進行分析討論，給出合理解釋，找出原因，也能得到較好的分數。