高校工程热力学实验教学探索

黄晓璜 崔国民

摘要：工程热力学是能源与动力工程及相关学科的核心基础课程，工程热力学实验是该课程的重要组成部分。通过上海理工大学工程热力学实验教学过程中存在的问题，从重视实验教学、网络化选课模式、科学合理设置实验教学内容、互动式教学模式、科学合理的考核方式、及时了解教学效果等方面提出实验教学探索方案，努力提高实验教学质量，为创新型人才培养添砖加瓦。

关键词：工程热力学;实验教学;教学探索

中图分类号：G642.423 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）33-0100-02

实验教学是高等学校实踐教学环节的基本内容，是培养基础实、知识宽、能力强、素质高的创新型人才的主阵地，实验教学对于提高学生的综合素质、培养学生的创新精神与实践能力具有重要的作用。[1]实验教学是训练学生观察、分析、处理数据以及完成实验报告等各方面综合能力的保障，是培养学生实践性、创新型能力的重要教学组成部分。[2]通过实验教学，不仅可以有助于学生感受和理解理论课所讲授的知识，更重要的是培养学生的实验技能、综合实践能力、科学素养、独立思维及创新能力。[3]

一、工程热力学实验教学存在的问题

工程热力学是研究热能有效利用以及热能和机械能等其他能量转换规律及其应用的工程技术学科。[4]工程热力学以概念多、术语多、内容抽象难懂、系统性和工程性强等特点，造成学生缺乏学习兴趣，对很多概念似懂非懂。因此，工程热力学实验课的学习对于该课程的学习具有重要的意义。然而，工程热力学实验教学过程中存在一定的问题。

首先，由于多年来“重理论、轻实践”的思想影响，对实验教学的建设和管理重视程度不够;实验室建设和管理工作条块分割、分工不清;实验室体制过于分散;实验室技术队伍的建设不够重视，缺乏高素质的专业人员。其次，原有的实验课程设置不合理，实验学时太少，比如一个实验项目只有1个学时，仓促完成，实验训练不足，导致理论与实际应用脱节。再次学生对实验课的重视程度不够，导致学生在实验课上无兴趣，主观能动性不能发挥，教学效果不理想。然后，实验教学容量与学生人数不相适应，一台实验设备对应实验人数太多，使得一部分学生不能仔细观察实验，动手操作机会少;实验系统及设备陈旧与现代实验技术不相适应，打击学生学习积极性。最后，实验教学的实施与创新型人才的培养不相符合，学生模仿教师进行重复性实验，缺乏创新能力的培养。比如学生根据教师的安排，按部就班完成实验操作，这种机械代办的学习过程抑制了学生创新思维的培养，学习效果也不理想。

综上，由于实验教学存在的各种问题，直接导致中国当代大学生眼高手低、动手能力弱的问题，因此必须重视实验教学，同时在实验内容、实验形式、考核方式等方面深化实验教学改革。

二、实验教学探索

1.重视实验教学

传统的中国应试教育是重理论轻实践的教育模式，然而，随着实践教学的重视，应该从学校、教师、学生三方面对实验教学给予重视。

学校方面来讲，首先，应提高实验教学的学分比重。学生对于学分较低的实验课，对其上课不够重视，认为学得不好对其总成绩不影响，更愿意花时间在学分高的理论课上。其次，应提供充足的资金支持，用以实验设备的购入、实验条件的改善、实验项目的增加上。比如在学校的重视下，学院补充了原有工程热力学实验设备的不足。再次，应将实验课程落实到具体教师。本校以往的所有实验课是由一位教师担任负责人，在开课时，分配给其他教师。这样导致学生未能对实际实验教师评教，忽略了激励教师教学能力提高的评教作用。教师方面，应提高对实验教学重要性的认识，研究提高实验教学质量的方法，思考如何让学生在实验实践中收获最大。比如实验教师应经常修订教案、指导书，努力自制开发教学仪器设备，提出实验室建设等有利于实验教学发展的工作。比如以往实验教师一般为兼职教师，从2013年起，实验中心引进7名专职教师，设置专门办公室，实行办公统一化，这有利于学生便捷得找到实验教师进行实验答疑等事项，也有利于实验教师交流探讨教学方法、经验。另外，实验教师参与一系列的教师培训、教学方法活动、经验交流会、座谈研讨会，相互学习、了解自己的优势和缺点，增强信心，提高教学能力和水平，促进教学质量的提高。学生方面，应通过思想动员、制度奖惩等手段，使学生认识到实验的重要性。应采取各种办法让学生意识到实践动手能力训练的重要性，让学生能自觉主动珍惜实验课堂时间。

2.网络化选课模式

上海理工大学（以下简称“我校”）建立了能源动力工程实验中心网站，学生可以利用该网站进行自主实验学习。网站功能之一可以实现网上选课和教学信息的发布。在每学期开学之际，实验中心公布实验授课计划及选课通知，包括选课时间、内容、方法、成绩评定方法、选课注意事项及实验中心办公地点及电话，以应对学生的不明事宜或疑问。比如选课方法：登陆能源与动力工程学院实验教学中心网站学生预约窗口（http：//eplab.usst.edu.cn/index.php/Index/stulogin），输入本人的学号和密码（初始密码为000000），进入系统后点击“实验预约”即可进入选课;实验预约完成后，可在“我的预约”中查看已预约实验的课程名称、上课时间和上课地点等。该网上选课模式不仅可以有效实施开放性实验教学和资源共享，而且让学生有更多自由分配时间，更具开放性。

3.科学合理设置实验项目

工程热力学实验课程是按照课程理论教学日历排课，其包括6个实验项目，每个实验项目2个学时，共12个学时，分别为气体定压比热测定、饱和水蒸气压力和温度关系曲线测定、喷管流动特性实验、压缩机效率实验、制冷循环性能系数测定。每个实验安排2周，26组（可根据每届学生人数安排组数），一组16人（实验设备台数8套，可2人组队），可供400多人进行实验学习，学生可根据自己空余时间在这2周内选择合适的实验时间进行实验学习。比如“气体定压比热实验”安排在工程热力学第三章理想气体的比热容内容学习后进行，该实验持续2周时间;然后在第三章水蒸气的饱和状态和相图以及水蒸气图表内容后进行“饱和水蒸气温度和压力曲线的测定实验”。随着理论课程教学的进行同时开设实验课，让学生及时理论联系实际，加深基础理论理解，也培养实验技能、增强动手能力和解决问题的能力，避免了以往实验课安排在学期末或理论课后的下学期进行的弊端，避免的弊端包括比如好多学生理论课忘记了差不多，进行实验课时感觉很陌生，造成了走过场的现象;集中2或3周进行所有的实验，学生来不及消化，囫囵吞枣，造成瞬时记忆，做完即忘。另外，学生集中要处理多份实验报告，很多学生就抄袭实验报告;集中安排实验课还会造成设备不够用，或者一组实验人数过多的状态，使得实验效果大打折扣。

4.互动式实验教学方式

传统实验教学方法主要是注入式教学，教师对照实验目的、装置、步骤等进行讲解，并操作示范，学生习惯性按照教师的讲解，遵循实验指导书步骤重复，当在实验过程中发现实验结果与理论有差距时，总认为实验装置有问题或者尽力把实验结果与理论靠拢，根本不进行思考。该教学模式下，学生被动学习，阻碍了学生主体性发挥和创新意识、创新能力的培养。而互动式教学是从现代教育理念出发，以满足学生的有效求知和市场经济条件下社会对人才的需要，以促进教师自身水平与教学效果的提高为目的，通过教与学全方位地相互促进和沟通达到上述目的的教学形式。[5]鉴于此，实验中心采取互动式教学方式并贯穿整个实验教学课堂。

首先，在学生签到时，以提问方式检查学生预习情况，并提示学生抓住上课前10分钟预习实验;其次，在实验课堂开始后，运用实验录像、CAI多媒体等现代化教学工具进行授课，这种现代化的教学工具产生图、文、声、像并茂的效果，以弥补传统实验教学手段的不足，提高教学效果。特别是对复杂的实验原理，如果只对着实验台介绍，学生不一定能接受。比如气体定压比热测定中，应用PPT示意实验装置系统，能更清楚实验系统内部连接情况，应用PPT推导公式去求解比热所涉及到的参数，思路更清楚，学生更明白。再比如喷管流动特性实验复杂，涉及公式多，通过实验去比较各工况下气流流经渐缩喷管和缩放喷管各个截面压力和流量变化规律，比较两种喷管的基本特性，确定工作条件对喷管中气体流动的影响，比较分析实际气流曲线偏离理想气流曲线等问题非常困难，因此必须借助多媒体教学。在授课中教师与学生、学生与学生互动，探讨实验方案、生活案例，引发头脑风暴，促进激烈讨论。比如在饱和水蒸气温度与压力关系曲线测定时，学生们会对为什么高压锅内的食物容易煮熟，而在高原上却不易煮熟进行探讨，提高了学生实践动手的兴趣。

再次，实验操作中，实验教师在旁巡视，适时提问、提示与帮助。布置每个小组2～3个问题，培养学生提问能力、思考习惯。该互动模式让学生和教师随时能沟通交流，提高学生的自主学习意识。如制冷循环性能系数测定实验中，学生需阐述制冷循环流程图、设备名称及作用、制冷剂在各设备进出状态。有思考题的督促，学生在实验过程中态度认真，对实验钻研，起到实验学习效果。同时，巡视中提示学生需要观察什么，思考什么问题，应用什么方法分析数据，通过实验可以得出什么结论或规律，询问是否有新的实验方法和改良步骤等以强化学生开拓思维。

最后，实验结束后，学生将统一将自己的实验成果给实验教师检查，检查确认方可离开实验室。若有学生成果不太理想，实验教师将安排学生在其他实验小组的时间里继续完成该实验课程的学习。

5.合理的实验考核方式

实验课考核，应坚持把学生实际技能和分析问题、解决问题的能力作为考核重点，力求对每个学生的成绩给出全面合理的评价。实验课考核体系不合理，则不能有效调动学生学习实验的主动性和创新性。以往由于学生人数多，实验人数500人/学年左右。一次实验课人数较多，学生在实验过程中走过场，平时成绩考核力度又不够，大多以实验报告为考核的唯一方式，导致学生不重视，实验报告存在大量的抄袭现象，不能真实反映学生实验水平，更无法体现实验教学的作用。鉴于此，实验中心建立更科学的考核体系，做了以下转变。

实验成绩评定方法：实验出勤20%，包括准时上课、迟到、早退、未出席四个层次;实验上课表现50%，包括预习情况、实验操作、实验结果、互动情况、问答表现等;实验报告成绩30%，包括实验报告数据及计算分析过程、结果正确性和整洁等。对于漏做实验、漏交实验报告的同学，所遗漏的平时成绩或实验报告成绩为零分。对于未选课、未上课的同学，无论何种理由，均不予补实验，无成绩。

6.及时了解教学效果

为了深入了解教学效果，在实验教学结束后，实验中心设计了调查问卷“实验课教学质量调查问卷”“我最喜欢的实验教学模式调查问卷”。实验课教学质量调查问卷涉及实验教师教学态度、教学能力、教学效果等3个方面，给实验教师评分。笔者最喜欢的实验教学模式调查问卷中，涉及内容包括：你对本学期实验课的整体印象如何？你认为上课人数安排是否合理？你认为此次实验课程的实验设施条件怎么样？你认为实验课程考核形式应该是怎样？你认为好的实验教学方式/模式应该是怎么樣？你心目中好的实验教学模式是怎样？你对我们的实验教学有什么好的意见，等等。通过真实的反馈情况，可以使实验教师认识到教学过程中存在的不足，深入了解学生对实验教学的需求，从而可以及时完善实验教学内容、改进教学方法、提高实验教学质量。

三、结束语

工程热力学实验教学是巩固该课程理论知识、培养学生的实践能力、开拓学生创新思维的重要途径。本文通过改变实验教学现状中存在的不足，希望建立科学的实验教学体系，提升实验技术水平和实验教学管理实效，充分发挥实验在教学中的重要作用，使实验教学更好地适应现代教育和现代人才培养的需求。

参考文献：

[1]吴世华，杨光明，王秋长.加强实验教学示范中心建设，提高人才培养质量[J].实验技术与管理，2012，29（1）：4-6.

[2]钟金明，李苑玲.基于CDIO理念的工程教育实践教学改革探索[J].实验科学与技术，2009，（6）： 67-69.

[3]苏枋，刘维忠，高务龙.优化实验教学体系，着力培养农科类学生的创新能力[J].实验技术与管理，2010，27（7）：19-21.

[4]杨玉顺，张昊春，贺志宏.工程热力学[M].北京：机械工业出版社，2009.

[5]吕爱民，姚军.高校工科互动式教学探讨[J].中国石油大学学报（社会科学版），2006，22（6）：100-104.

（责任编辑：王意琴）