热工实验课程建设研究与探索

热工实验是工程热力学、传热学理论课的实践环节，工程热力学与传热学，是能源动力类领域重要的专业基础课，课程内容知识点多、联系紧密、概念抽象、理论性强。热工实验教学可以通过基本理论在实际热力过程、能量传递工程中的应用，明确理论的应用对象及理论的具体应用，将抽象的理论通过实际工程表现出来，有助于学生理解工程热力、传热学基本理论。热工实验作为热工类基础课程教学的重要组成部分，在实验教学中培养学生独立工作能力、创新精神、巩固和验证所学理论知识方面的重要性日益凸现。以《国家中长期教育改革和发展规划纲要》指出的创新人才培养的“三个注重”：注重学思结合，注重知行统一，注重因材施教，为理论指导，遵循实践教学规律，进行了热工实验课程建设研究与探索。
一、梳理实验项目，完善实验教学体系
通过调研清华大学、浙江大学、上海理工大学、哈尔滨工业大学等知名院校能源动力类国家级实验教学示范中心及热工实验课程建设现状，对比我校热工实验建设，梳理实验项目，完善热工实验教学体系。结合调研及新的人才培养方案修订，对热工实验应开设的实验项目进行梳理，将实验项目分为基础实验和综合性设计性实验，其中基础实验分别必做8学时（2个工程热力学实验项目4学时、2个传热学实验项目4学时），选作计划内8学时，综合性设计性实验8学时（引进国外实验台），课外选作4学时（引进国外实验台），形成了新版热工实验教学大纲。通过以上梳理，丰富了实验内容，增加了学生选择实验的余地，满足不同学生的需求。
二、引进国外的先进的实验平台，更新陈旧实验设备
从英国和美国引进了先的热交换实验平台、传热基础实验平台，内燃机动力实验系统、蒸汽轮机发电系统等综合实验教学设备。
1.热量交换基础实验平台。该实验平台主要由通用换热器实验平台、10种换热器选件及数据采集系统组成。
多种形式的换热器选件可共用一个实验平台。测量仪表能检测多达12个温度测点和冷热流体流量，可以进行所有相关的传热计算；学生可以在无人监督的情况下进行实验。
2.传热基础实验平台。包括通用传热实验台，15种实验模块，数据采集系统等。可进行传导、对流、辐射实验，稳态和非稳态传热实验，液体和气体传热实验，自由对流和强迫对流情况下，平板、针板、翅板传热实验等。
3.内燃机动力实验系统。内燃机实验台在不同燃料喷射量的情况下，可研究内燃机的扭矩和转速、功率和转速、热效率等性能参数；各内燃机模块化设计，可快速拆卸和安装；可选配件包括计算机数据采集系统。
可进行在不同的燃料喷射量的情况下，测量并绘制内燃机输出扭矩和转速、功率和转速曲线；在转速不变时，测量在不同输出功率时的燃料消耗率；在不同的燃料喷射量的情况下，测量燃料空气配比和内燃机的热效率；研究在不同转速时内燃机的摩擦损失等4项实验。
4.蒸汽轮机动力发电试验系统。该套设备可进行热力学第一定律及能量转换关系研究；热力学第二定律及热力循环分析研究；控制量大小分析研究；熵分析研究；等熵分析及透平/喷嘴效率研究；传热分析及锅炉效率研究等实验，使学生掌握蒸汽动力系统燃烧过程，蒸汽能源系统基本原理，发电基本原理，实验与数据采集技术等。以上实验设备可以开发出新的实验项目，如热交换器换热性能实验、热平衡实验、辐射强度实验、反射强度实验、斯特林发动机原理实验、内燃机性能实验、朗肯循环原理实验、蒸汽轮机发电系统性能实验等发综合性、设计性实验项目，该实验设备做成模块化设计，学生可根据不同的实验选择不同的通用设备、采集系统及实验模块进行实验，充分发挥学生的自主能力，培养了学生的动手能力和创新能力。引进国外先进的教学试验设备后，学生对新的实验设备及实验项目产生浓厚的兴趣，争相选做新的实验，取得良好的教学效果。
三、多媒体与网络技术应用于实验教学
开发了热工实验教学管理系统，建设实验教学网站，通过网络进行教学和管理。同时开发了实验教学资源，如开发了热电偶综合训练、喷管实验、沸腾换热实验等虚拟仿真实验软件，录制了相关教学视频、开发了热工实验多媒体教学课件等，丰富了网上教学资源，使学生在做实验之前在网上进行实验原理学习，设备仪器使用，虚拟实验操作等，完成预习任务，使学生在做实验之前掌握了实验内容及仪器设备使用方法，能够独立快速完成实验，并获得准确的实验结果。
四、加强过程监控、注重自主实验
通过教学管理系统结合网站教学资源，通过过程监控强化预习环节。注重实验过程，突出学生主体，变教师辅导为教师巡查监督，帮助解决主要问题，实现自主实验。开发实验数据处理软件，注重实验结果考评，现场评定实验结果的对错、实验结果误差。对于必做的热工实验的4个实验项目先后开发了实验数据处理软件，可对学生测试的实验结果进行现场处理，及时发现学生实验中的问题，直至全部解决为止。
五、改革热工实验教学模式与考核方式
采用学生自主选择实验项目，自主预习，自主进行实验的教学模式。学生充分利用教学课件、虚拟实验、教学视频等网络资源进行课前预习，然后预约实验，自行组成实验小组，到实验室相互协作共同完成现场实验，分发挥学生积极性、主动性，重点培养学生实际操作、发现问题、解决问题的能力。改变以往单一的只以实验报告定成绩的考核方式，采用1+5+4考核方式，注重实验过程的考核，其中预习占总成绩的10%，现场操作占总成绩的50%，实验报告占总成绩的40%。
六、结论
通过不断地进行热工实验课程建设研究与实践，逐步形成了加强过程监控强化预习环节；注重实验过程，突出学生主体，实现自主实验；注重实验结果考评，现场评定实验结果的热工实验教学特色。研究成果已应用于热工实验教学中，每年使得我校四个学院相关专业二十多个本科生班受益，经过实践，教学效果良好。

 
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