热工专业综合实验改革的实践

夏家群，李沪萍，罗康碧

(昆明理工大学 a. 冶金与能源工程学院;b. 化学工程学院，昆明 650093)

专业综合实验是近年来高等学校实验教学改革的重要内容之一，建立专业综合实验教学模式，发挥学生的创造性，强调以学生教学活动为主体的教育理念已成为高等学校实验教学的主流［1］。过去高等学校专业实验教学一直存在以下不足:实验设备一次性投资大，更新周期长，开出实验单一;生均实验设备保有量明显不足;实验设备缺乏足够的灵活性;专业实验全是演示性和验证性的，缺少主动性和创新性;专业实验课时较少，没有设置专门的实验学分等［2］。昆明理工大学根据多年来的教学实践，在综合考查教师的教学与科研、学生的基本素质与综合能力、师生的协同配合、专业教学计划与教学管理等诸多因素后，针对当前高校专业实验教学环节中存在的诸多问题［3］，提出了专业实验教学的改进方法，进行了相关的专业综合实验改革的探索，旨在改进和完善现有的专业实验教学模式，为提高高校专业实验教学质量提供新的思路，培养出更具创新性的高层次人才。

1 专业综合实验改革的思路

2007 年开始进行专业综合实验改革的探索工作。当时，在传统的《热工仪表及检测》课程实验中，我们尝试开设了一些有别于常规的实验。具体做法是:事先将几名学生分成1 组，有意识地让学生分工合作，在考查专业已有实验设备的基础上，利用课外时间商量提出不同于传统验证实验的综合实验，完成实验题目、目的、实验仪器(表)、实验步骤、数据处理方法与计算、结论分析等全过程的拟定与实验报告的编写工作。然后与指导老师商量、修改并完善。在这个过程中，学生必须积极动脑筋、查资料、反复讨论和不断完善。在指导教师最后认可以后，各实验组就开始进行相关的专业综合实验，最终写出综合实验报告。这样的实验变过去的被动学习为主动学习。

为了加强专业实验教学环节，2009 年我院对实验室资源进行了整合，成立了实验中心，同时对热能与动力工程专业的教学计划进行了修订，把原隶属于各专业课的实验统一整合到实验中心独立设课，实现了实验中心资源共享、人尽其才的作用，充分调动了实验课指导教师的积极性。由于综合性实验独立设课、单独考核，使学生从原来对实验敷衍了事到认真完成，真正达到了提高实践性教学质量的目的。同时组织有经验的教师编写了热能与动力工程专业综合实验的实验大纲和实验指导书。

2 专业综合实验的搭建

传统的教育体系虽然有利于发挥教师的主导作用，便于教学的组织、管理与运行。但由于学生自始至终都处于被动学习状态，因而在很大程度上扼杀了学生主动学习的积极性和创新思维能力［4］。传统的实验课教学模式在很大程度上限制了学生的学习积极性，缺乏实验的设计和准备等，不利于学生分析问题、解决问题和创新思维能力的培养。因此，改革实验教学方法，在专业实验教学中体现学生的主导作用势在必行［5］。

2.2 专业综合实验新模式

(1)在专业教学培养计划中，打破原来传统的实验教学模式，将专业实验课程分为专业基础实验和专业综合实验两部分并独立设课。在专业基础实验中，主要验证几门学科基础课程的基础知识，而专业综合实验教学模式则全面改革专业基础实验教学模式，旨在充分发挥学生的主动性，让学生自己选定综合性实验。具体的做法是:首先由专业指导教师对学生集中介绍本专业实验室现有的实验设备和仪器(仪表)并列出相关清单;(2)根据自愿的原则，在指导教师的引导下由学生自由组合成立3 ～5名的实验小组;(3)在实验小组内，各学生充分讨论确定综合实验的名称、内容等;(4)在专业老师的指导下分工合作、反复讨论和不断完善，共同进行实验的方案设计、准备、实验、分析、计算和实验报告编写等工作。在综合实验的整个过程中，最大限度地放手让学生去做相关工作，让学生自行分析综合实验所涉及的课程内容，进行综合实验总结分析。但指导老师要对学生实验全过程把关，对不合理或不恰当的地方进行讨论，找到更合理的解决方案。实验完成后还要继续分析实验存在的不足，并提出相应的解决方法，以培养学生发现问题、分析问题和解决问题的能力，达到将各门专业课的理论知识相互联系、相互融合，初步形成综合基础理论分析思维模式的目的。

2.3 专业综合实验的搭建

为充分利用实验室现有实验设备和相关资源，(1)将专业所有实验设备等分类汇总;(2)将所有测试仪器(表)分类并将量程、精度等汇总以供学生选择;(3)根据专业综合实验教学大纲的要求，在实验过程中，让学生利用以前已经掌握的学科基础课和专业课等基础知识，对每一步的实验过程进行分析，分析实验中涉及的基本概念、定义、主要方程和基本计算方法等，综合运用过去学过的多门课程完成相关综合实验。(4)利用专业课所学的知识，对实验进行分析、补充、解释等，达到各课程充分融合的目的，以进一步提高学生综合分析问题和解决问题的能力。在专业基础实验的基础上，完成专业综合实验平台的搭建。

3 专业综合实验案例

3.1 热电偶校验炉温度场综合实验

热电偶校验炉在完成热电偶校验基础实验后，学生们利用现有的热电偶校验炉，结合传热学、热工仪表和计算机语言等知识，设计实施了热电偶校验炉温度场计算及验证综合实验。在该综合实验中，经学生反复讨论后拟定了热电偶校验炉温度场综合实验的实验题目、目的、实验仪器(表)、实验步骤、数值编程计算方法及数据处理方法、结果分析等。在此基础上:(1)查得热电偶校验炉的用电功率、炉内空间基本尺寸和炉体材料等相关参数;(2)根据传热学辐射换热的知识，将炉内圆柱形空间划分成N 段(N 足够大且可根据需要调整)并建立起其辐射传热基本方程;(3)利用差分方法将微分方程转变成差分方程;(4)运用计算机语言VC 对差分方程进行编程并在计算机上进行求解，得到炉内温度场分布规律;(5)利用热工仪表的基本知识，测出热电偶校验炉内几个主要位置的实际温度，并将其与计算结果进行比较;(6)分析计算与实测值之间的差异，找到可以进一步改进的地方。该专业实验使学生在传热学、热工仪表、数值计算方法和计算机语言等多方面得到了综合训练。

3.2 箱式电阻炉等热平衡测定综合实验

本专业有10 余台不同大小的箱式电阻炉和烘烤电炉，它们在本专业基础实验中已反复使用过。为了充分利用现有实验设备，同学们经反复琢磨后，决定在这些不同的电阻炉上进行热平衡测定综合实验。(1)找到各电炉的说明书，查得电炉的基本资料(如功率、额定电流、电压，炉体材料及相关尺寸等);(2)根据所学的《工业炉热工与构造》等专业知识，分析各电阻炉中各能量收入和支出项目，找出切实可行的测定和计算方法;(3)制定电阻炉的热平衡测定方案，并讨论同学们如何分工配合以共同完成电炉的热平衡测定;(4)利用《工程热力学》《传热学》和《工程流体力学》等专业知识，计算电阻炉的热平衡收入和支出项目，并画出电阻炉的热流图;(5)根据电阻炉热平衡测定计算结果，分析电阻炉节能的有效途径，并提出电炉节能的具体措施。在该综合实验中，主要运用了《传热学》《工业炉热工与构造》《耐火材料》《热工仪表》和《余热利用》等课程的相关知识。

3.3 风机电能利用率综合实验

对《工程流体力学》等课程已用过的风机等设备，学生继续在相关风机上进行电能利用率综合实验。(1)查清风机和配用电机铭牌参数和测定风机进出管子基本尺寸(如直管、弯管长度和内径，阀门类型及数量等);(2)分析风机系统电能利用率的关联部分，找出各主要参数的测算方法;(3)制定最佳的风机电能利用率综合实验方案，确定具体的分工与配合方式;(4)综合实验方案经反复讨论确定后完成相关综合实验的实验内容;(5)根据《泵与风机》等专业知识进行风机系统电能利用率计算;(6)对测算结果进行分析和讨论，得出提高风机电能利用率的有效方法。在该综合实验中，主要运用了《工程流体力学》《泵与风机》《热工仪表》和《热能转换与系统分析》等课程的知识。

4 综合实验的考核与完善

4.1 综合实验的考核

对学生专业综合实验的考核，指导教师主要根据专业综合实验全过程中学生的表现及实验报告编写等进行全面考核后，得出相关成绩与评价。此外，在关注专业综合实验成绩的同时更重视发现和拓展学生的潜能，使之成为教学中间环节而不是教学的终结环节，成为了解学生学习效果、学习需求、价值取向的渠道之一。教育学生了解自我、约束自我，引导学生完善自我、发展自我，帮助学生学会自学、建立自信。积极探索形式多样、内容灵活的考核方式。与此同时，我们对专业综合实验教学不断进行研究，对出现的问题进行适时的调整、改进和完善，努力形成研究靠科学、开展有计划、实施有依据、监督有制度、考核有目标的一整套保障体系。

4.2 综合实验的完善

在综合实验教学中，先进的实验条件和全新的教学内容是培养具有创新思维的高素质专业人才的重要保证。因此，一方面我们投入大量财力更新仪器设备，另一方面根据保持特色、突出综合、加强创新的指导方针设计编写了全新的专业综合实验指导书。将原来的专业实验项目进行整合，精选出具有综合性、先进性的综合实验，同时又不完全固定综合实验，让学生充分发挥他们的主动性，与指导老师一起共同开发出新的综合实验，从专业综合实验中体现特色、突出综合，达到全方位锻炼学生的目的，为培养高素质人才奠定基础。

5 结束语

通过专业综合实验，使学生认真思考和分析，自行完成综合实验的实验准备、设计、实施和结果的分析。这样既加深了学生对各专业知识的掌握和理解，拓宽了知识面，同时又引导学生团结协作，取长补短，提高了他们团队协作的能力。由于专业综合实验没有现成的实验方案模板等，这就大大调动了学生主动学习的积极性和热情，激发了他们自主学习的兴趣，变过去被动实验为主动实验，收到了更好的教学效果。综合实验能够合理利用校内的教学资源，充分发挥图书馆、实验室、现有实验设备和网络资源的作用。实验课不再是仅仅验证理论课结论的配角，而是自成体系、独立设课的主角。通过专业综合实验教学的训练，既提高了学生的综合实验技能，又锻炼了学生灵活应用所学知识和独立从事科研的能力，改变了过去专业实验涉及知识单一的局面。

［1］庄启听，承建军，韩哲文. 高分子化学实验改革的探索［J］. 化工高等教育，2005，86(4):69－70.

［2］郑春龙，邵红艳. 以创新实践能力培养为目标的高校实践教学体系的构建与实施［J］. 中国高教研究，2007(4):85－86.

［3］孙纯学，白德成，高若字. 高校文科跨专业实验教学中心的建设［J］. 实验室研究与探索，2009，28(3):174－177.

［4］张雅君，周宇，韩英，等. 建立实验室开放平台培养学生的创新精神与实践能力［J］. 实验技术与管理，2008，25(2):23－25.

［5］隋向军. 推进教学实验改革加强创新型人才培养［J］.内蒙古农业大学学报:社会科学版，2007，9(1):230－231.