热工类教学实验的实践与探讨

近年来，我国的高等教育基于“厚基础、宽专业、强能力、高素质”的培养原则，转变教育理念，注重培养学生的创新精神和实践能力。而实验教学是其必不可少的一个组成部分，其目的就是对学生进行基本的科学实验技能训练，提高分析问题和解决问题的能力，扩展基础知识，培养适应新时代发展的人才。

“热工学”是研究机械能与热能相互传递和转换的基本规律，以及能量的合理利用的一门课程。所有热传递过程基本规律的揭示首先要通过实验测定来获得，故实验研究是热工学最基本的研究方法。实验教学是“热工学”教学中至关重要的实践教学环节，是学生了解各种仪器的结构、熟悉其基本原理和操作技能，加深理解和验证有关理论知识，并通过实际操作，培养实验技能和动手能力的重要途径。实验教学效果的好坏直接影响到整个“热工学”课程的教学效果，因此加强实验教学效果，培养学生的实践能力和创新能力，已成为任课教师必须面临的重大挑战。本研究针对河南科技大学（以下简称“我校”）“热工学”实验教学的一些问题和现状，结合教学经验谈几点体会。

一、突出热工学的特点，科学合理构建分层次的实验教学

实验教学内容比较广泛，涉及工程热力学、传热学、传热规律及热物性测量等方面的知识，将实验分为以下三个层次：
（1）基础类型实验。与理论课密切相关，按理论课学习的内容和进度进行设置，以演示验证性实验为主，主要配合理论课教学对某些难以描述和讲解的基本现象和概念，进行验证性实验，培养学生的观察能力、理论联系实际的能力。
（2）专业基础类型实验。以动手测定性实验为主，一方面为理论课教学服务，另一方面为了培养学生的实验技能和严谨科学的实验态度，包括常用仪表的原理和使用、实验的规范操作、数据的记录整理及实验报告的撰写。
（3）综合创新类型实验。实验内容有一定的综合性和工程背景，通过实验使学生把所学到的理论知识进行综合训练，提高学生的创新意识、创新观念和动手能力。这样可按学科建设的要求，统一调度经费、人员和实验用房，有利于合理地配置资源，有目的更新软硬件设备，解决了实验用房紧张、设备老化等问题。

二、改变传统实验讲解的授课方式

以前给学生开设实验，一般将教学班分成许多小组，教师分别对每一个组的学生讲解实验原理、实验步骤及注意事项。由于时间关系（一般1项实验在2个学时之内），教师对实验原理、实验装置等讲得不深不透，学生做实验也匆匆忙忙，来不及仔细思考和讨论实验内容，记录数据也是匆匆忙忙的，起不到很好的实验预期效果，同时也增加了教师讲解的负担（有时1个实验需重复讲解二三十次）。改分组讲解为统一授课的方式，集中讲解某项实验，可以详细地向学生讲授该项实验的起源、相关原理、物理模型的设计、数学模型的建立、应用性实例和发展趋势。这样从教室到实验室，从物理模型到数学模型，从人工操作到计算机应用，学生很感兴趣，开拓了视野，也有更多的时间来做实验。在分组做实验阶段，教师主

要讲解该实验的装置及实验注意事项，通过提问来检查学生对该项实验的预习效果和理解情况，回答学生在预习实验时遇到的不解地方，解决学生在实际操作中遇到的问题，能和学生产生良好的教学互动，增强实验教学的效果。

三、开放热工实验室，灵活地为学生提供实验指导

“热工学”教学内容广泛，实验项目较多，我校开设的基础类型实验和专业基础类型实验有热电偶制作与标定、活塞式压力计标定实验、毕托管的校正实验、水蒸汽P-T关系演示实验、CO2的P-V-T关系演示实验、导热系数测定、材料性能的稳态法测量实验、伸展体传热特性试验、空气横掠单管时平均换热系数、大容器水的自然对流换热系数等20多个实验，按照教学计划和实验学时，学生只能从中选择10来个实验来做，不能使学生对理论知识完全理解和满足个别学生的求知欲望，因此开放实验室是必然的选择。

开放实验要求在教师适当的指导下，开放教学实验室，由学生自主安排实验时间、实验内容、实验进度和实验结果，这样不仅可以提高实验室的利用率，而且有利于培养学生自主学习意识，充分调动学生学习的独立性和积极性，也有利于培养学生的综合能力。对于综合创新类实验教学，由教师给出实验课题名称并结合一定的工程背景（如特定条件下换热器性能的测定），学生根据自己的知识结构和专业方向自由选择课题，构成课题实验群（或个体），在教师的指导和管理下，完成实验课题。这种实验方式，在学生头脑中不再是几个互不相的实验，而是一个较为完整的体系，成为方向明确、内在联系紧密的综合实验系统，有助于培养学生的综合能力、创新意识以及团队协作精神。

四、合理适当地利用多媒体进行实验教学

在热工类实验教学中，有些实验原理和过程比较抽象，用理论和文字解释很难让学生真正理解。随着多媒体技术的不断发展，合理使用系列多媒体CAI课件进行实验教学，通过图片、动画或视频对微观过程进行模拟，对抽象事务进行生动直观表现，对复杂过程进行简化和再现，这都有助于学生对实验原理和过程实质的理解。还有一些实验较为复杂、过程持续时间较长或准备步骤较为繁琐，在有限的时间内难以达到理想的教学效果。在使用多媒体课件后，可化复杂为简单，便捷地控制实验过程时间，达到实验预定的实验效果。多媒体课件能够容易根据教学实际效果，对教学内容的学习和使用提供良好的交互控制，进行动态组织和修改，具有很强的针对性，大大地提高了实验教学的效果。