热能与动力工程测试技术课程教学浅析

肖 超，龚德鸿，钱 进

（贵州大学电气工程学院 贵州 贵阳 550025）

热能与动力工程测试技术在热工过程状态检测、过程控制及工程分析方面发挥了重要作用，同时热能与动力工程测试技术是动力工程及工程热物理学科科学研究、技术开发和生产检验等过程的关键环节[1]。该课程要求学生掌握有关热工过程参数测量技术的基本理论，常用测量仪表的工作原理、结构和使用方法等。该课程对动力工程及工程热物理学科毕业生从事工业生产和科学研究等方面具有重要意义，是动力工程及工程热物理相关学科的专业必修课程。

掌握热能与动力工程测试技术课程的特点对实施教学方法有重要的理论指导作用。该课程涉及流体力学、传热学和电工学等专业基础课程，具有较强的综合性；该课程涉及的测量参数包括温度、压力、流量和液位等与热力发电厂及其动力机械运行密切相关，具有较强的应用性；该课程章节之间相对独立，涉及的测量参数及仪表种类繁多、仪表工作原理各异，其内容具有多而杂的特点。另一方面，“因材施教”是教育学的重要原则。该课程教学的主要对象是大学生，只有充分了解当代大学生的特点，才能够制订与之相适应的教学方法，从而提高学生的综合素质、取得良好的教学效果。当代大学生思想前卫、崇尚自由、社交方式网络化，使得他们反感传统的“填鸭式”教学方法，拒绝被动地接受知识或理念；同时，他们具有强烈的好奇心和求知欲，愿意主动地尝试和探索[2]。恰当的热能与动力工程测试技术课程教学方法对学科建设和高素质人才培养等方面具有重要的推动作用。在该课程教学方法的研究方面，刘立衡等[3]从细致全面的备课、使学生明确学习目标、详细讲解重点难点内容、更新与优化教学内容、加强实践环节和改进考核环节等方面提升热工测量技术课程教学质量。然而目前结合热能与动力工程测试技术课程特点和当代大学生特点的教学方法的研究尚未见报道。因此，本研究针对该课程的特点和当代大学生的特点提出：①加强与专业基础课的联系；②理论教学与工程实践相结合；③多媒体教学与传统教学相融合的教学方法。以期培养学生对该课程的学习兴趣，满足学生的好奇心和求知欲，最终提高学生的综合能力，取得良好的教学效果。

1 加强与专业基础课的联系

专业基础课是大学生掌握专业知识技能的重要课程，是大学生学习专业课的必要基础[4]。流体力学、传热学和电工学等课程是热能与动力工程测试技术课程的基础。受课时等方面的影响，该课程教学中普遍存在就课程论课程的现象，这将导致学生知其然，不知其所以然，不利于培养学生对该课程的学习兴趣，不利于学生综合能力的提高，不符合现代化教学的育人理念。提高热能与动力工程测试技术课程的教学质量，首先，教师必须具有扎实的流体力学、传热学和电工学等专业基础课程的理论知识；其次，在教学过程中，教师既要讲解该课程的知识，也要讲解该课程与上述专业基础课程的联系，这样才能使学生把本课程相关的知识融会贯通，知其然，知其所以然，从而激发学生对该课程的学习兴趣。

例如，皮托管测速技术和节流式流量计与流体力学具有较强的关联性，仪器仪表涉及的核心理论为伯努利方程。在仪器仪表测量低速流体时，流体可看作不可压缩流体，可以直接采用不可压缩流体的伯努力方程计算流速和流量；当测量高速流体或可压缩流体时，需要在不可压缩流体伯努力方程的基础上对流速或流量的计算公式进行修正。热辐射测温技术与传热学中的辐射传热具有较强的相关性，其仪器仪表测量原理包括普朗克定律、斯蒂芬波尔斯曼定律和维恩位移定律，由普朗克定律和维恩位移公式引出单色辐射式光学高温计（灯丝隐灭式光学高温计和光电高温计），由斯蒂芬波尔斯曼定律引出全辐射测温计，由维恩位移定律引出比色高温计（单通道光电比色高温计和双通道比色高温计）等。热线（热膜）测速技术与传热学具有较强的相关性，其仪器仪表测量原理是对流传热理论。不考虑热线的导热和辐射热损失，可以根据导线产热量和对流热损失建立热平衡。流速影响对流传热量，影响导线与流体的温度，导线温度影响导线电阻及电流。在电压一定的条件下，流体的流速影响导线的电流，因此电流的大小可以反映流速的大小。电容式差压传感器和电容式液位计与电工学具有较强的联系，是电容器相关理论的应用。电容器极板间的距离影响电容量，而极板间的距离受压力的影响，因此电容量的变化可以反映压力的变化，由此制成电容式差压传感器。电容器极板间相互遮盖的面积影响电容量。如果以导电液体作为电容器的电极（动片），导电液体液位高低影响电极板间相互遮盖的面积，从而影响电容量，因此电容量的变化可以反映导电液体液位高低，由此制成用于导电液体液位测量的电容式液位计。电容器介电常数影响电容量。非导电液体进入电极板间将影响电容器的介电常数，从而影响电容量，因此电容量的变化可以反映非导电液体液位高低，由此制成用于非导电液体液位测量的电容式液位计。明确课程之间的关联性，促进知识与知识之间的高效交流，才能为学生专业知识的丰富和综合能力的提高提供保障[5]。

2 理论教学与工程实践相结合

理论教学是课程教学的基础，是学生学习知识的重要途径和能力培养的主要环节。实践教学是学生巩固理论知识、加深理论认识的有效途径，是培养具有创新意识的高素质工程技术人员的重要环节，是激发学生学习兴趣，培养学生理论联系实际能力、掌握科学方法的重要平台。理论与实践相结合是马克思主义的基本立场和观点方法，符合人才培养规律、符合学生认识事物及学习的规律[6]。理论教学与实践教学在性质和功能上存在较大的差别，但是二者又存在密切的联系。理论知识能够指导实践教学，合理地解释实践中出现的现象；而实践教学能够加深学生对理论知识的理解，激发学生对理论学习的欲望，为学生以后的理论创新奠定基础。理论教学与工程实践教学相结合使工程教育从课堂验证型向解决工程实际问题的能力培养转化，有利于提高学生的工程意识、工程能力，使学生养成工程素养[7]。

热能与动力工程测试技术理论教学过程中应该引入工程背景、剖析工程案例。例如，液位测量理论教学过程中引入火力发电厂锅炉汽包水位测量的工程背景，阐明汽包水位对锅炉安全、稳定运行的重要性，测量汽包水位的必要性。汽包水位过高，蒸汽空间的有效高度减小，汽水分离效果降低，从而导致饱和蒸汽带水进入过热器使气温骤降，甚至带入汽轮机造成大事故；如果汽包水位过低，水进入下降管后其压力便将低于汽包工作压力，导致引处炉水立即汽化、蒸汽上升返回汽包影响了下降管连续降水，造成小循环的破坏（抽空现象），甚至导致炉管爆破。由此激发学生的好奇心和求知欲，引起学生对该内容的重视程度，提高学生的学习积极性。校企联合制订工程实践教学实施方案，协同组织实施温度、压力、流量和液位等参数测量的工程教学，将工程实际向实践教学内容转化。例如，学生在生产实习过程中参观火力发电厂，了解火力发电厂生产过程中测量的物理量、相应的仪器仪表及工作原理。通过对水冷壁温度测量、冷却水流量测量、空气流量测量、水蒸气压力测量、汽包水位测量、汽轮机转速和振动测量等的学习，加深学生对温度、流量、压力、液位、转速和振动等参数测量理论及仪器仪表工作原理的认识。

3 多媒体教学与传统教学相融合

目前，教师在教学过程中常用的教学方法主要为，多媒体教学和传统教学。两种教学方法各有所长。板书是传统教学的典型代表，是教师教授学生知识最直接、最常用的渠道。教师利用板书可以层级书写讲授内容，由浅入深地引入相关概念，从而引导学生掌握晦涩难懂的理论[8]。多媒体教学是指利用多媒体计算机，综合处理和控制符号、语言、文字、声音、图形、图像和音像等多种媒体信息，把多媒体的各个要素按教学要求进行有机组合并通过屏幕或投影机投影显示出来，同时按需要加上声音的配合，以及使用者与计算机之间的人机交互操作，完成教学或训练过程。多媒体教学具有直观、生动、形象等优点[9]，与学生追求网络化的心理不谋而合，有利于提高大学生对该课程的学习兴趣[10]。热能与动力工程测试技术中不同的教学内容需要不同的教学方法与之相适应。教师一味地拘泥于某一种教学方法传授知识难以取得良好的教学效果，应该根据教学内容的需要采用灵活的教学手段。

参数测量的理论知识晦涩难懂，教师教授学生该方面的知识需要通过传统教学方法。例如，二维气流速度测量理论中通过扰流物体的表面压力分布规律确定三孔测速管上两个方向孔中心线之间的夹角，通过总压孔和方向孔之间的压差计算流速，由方向孔压力平衡得到流速的方向；振动测量理论中由牛顿运动方程得到弹性系统质量和框架之间的相对运动关系，并讨论振动体的频率和测振仪频率相对大小对测量的影响规律。仪表工作原理是热能与动力工程测试技术课程的教学重点，而以文字结合静态图片的形式难以生动地呈现仪表的动态工作过程。利用多媒体通过动画的方式可以使静态、抽象的仪表工作原理生动化、具体化。例如，双金属温度计是动态的机械过程。教授该仪表工作原理可以利用软件绘制双金属温度计两种金属热胀冷缩的偏差，外层金属的膨胀量或冷缩量大于内层金属，导致双金属螺旋运动，从而建立起旋转量角度与温度之间的关系。热分布式热式质量流量计包含加热器和测温元件等复杂的元件。教师教授学生该流量计工作原理可以利用软件绘制加热器加热使管壁呈现稳定的温度分布，而管内流体的流动使管壁冷却、改变管壁温度分布，从而建立起流量与管壁温度分布的关系。热能与动力工程测试技术课程教学过程中教师可以吸收多媒体教学和传统教学的优点，根据教学内容的特点选择恰当的教学方法，提高学生的学习兴趣，从而全面提高教学效果[11]。

4 结语

热能与动力工程测试技术是动力工程及工程热物理学科的核心课程，恰当的教学方法对学科发展和人才培养等方面具有重要的现实意义。该课程的教学方法应与该课程的特点和当代大学生的特点相结合。该课程具有综合性强、应用性强和内容多而杂的特点；当代大学生思想前卫、崇尚自由，具有强烈的好奇心和求知欲。针对该课程和当代大学生的特点，本文提出加强与专业基础课的联系，理论教学与工程实践相结合，多媒体教学与传统教学相融合的教学方法，以期培养学生对该课程的学习兴趣，满足学生的好奇心和求知欲，最终提高学生的综合能力、取得良好的教学效果。本文对热能与动力工程测试技术课程教学具有重要的理论指导意义。