能源动力类专业实验教学改革研究与实践

严大炜，邹琳江，许诗双

（安徽工业大学 能源与环境学院，安徽 马鞍山243002）

实验教学不仅能直接培养学生的观察、动手以及操作能力，更重要的是能够培养其分析与解决问题、实践应用以及综合创新的能力。［1］不管是社会科学还是自然科学，实验都是从事科学研究、发现客观规律的重要手段和方法。对于能源动力类学科而言，实验的地位尤为重要。［2］如工程热力学、传热学、流体力学这类源于实验的学科，要想取得好的教学效果就必须重视实验教学。热工实验课程的学时数在整个教学大纲中占了较大的比重，也说明了实验教学的重要性。

一、热工实验教学的现状

安徽工业大学能源与环境学院能源与动力工程专业是我校的特色专业。能源与动力工程（热工）实验室承担本专业在校三、四年级本科生二百多人的实验教学任务，以演示性、验证性实验为主，另外还开设研究性、创新性实验。其中热流体科学的课程：流体力学、传热学、工程热力学是能源动力类专业的专业基石，采用单独设课方式，将三年级上学期开出的流体力学、工程热力学两门课程所含的教学实验合并设置成热工实验1，下学期所开的传热学、燃料与燃烧、热工测量仪表所含教学实验合并设置成热工实验2。由热能教研室开设的包含实验环节的专业必修课如锅炉原理与设备、汽轮机原理、制冷原理与设备、工业电炉等，这些课程的实验包含在其总课时数之中，实验课时数一般占2～4课时不等。另外，在大四上学期开设一门热平衡综合性实验，综合训练学生各种实验仪器的使用能力以及实验数据的分析处理能力。

近年来热工实验室取得了若干教学成果，但仍存在一些问题。一是实验室硬件条件落后，部分实验仪器设备老化严重，有的设备购置于20世纪80年代，如燃料燃烧实验台、对流换热系数测定实验台使用年限都超过10年以上，实验数据与理论值之间的误差很大，有些实验数据得出的结论甚至和基本理论背道而驰，严重影响了实验效果。二是实验设置模式上的不合理，例如对没有单独设课的实验，实验考核在教学大纲上没有做出具体规定，只是表述为按比例记入期末考试成绩，其结果必然导致学生对实验环节不重视如缺课、抄袭预习报告应付检查等现象时有发生，实验没有取得设想的效果。三是实验时间安排上的问题，如热平衡实验的授课对象是毕业班学生，一方面学生需要该课程来完善知识结构，增强专业知识和技能，另一方面又有着就业、考研、出国考试的压力，结果往往是学生对实验课没有积极性，常常偷工减料、压缩实验时间甚至直接逃课，实验效果差。四是传统实验教学方法本身的缺限，实验过程以讲解为主，直观性差，不能很好地表现出各实验环节间的相互关联与配合，影响教学质量。另外，实验条件和内容被严格限定，学生在实验过程中只能被动接受实验结果，制约了学生学习的主动性和创造性，学生学习兴趣不高。目前，能源动力专业基础课工程热力学和流体力学分别获得安徽省级质量工程项目资助，传热学取得安徽省级精品课程立项建设，正在进行国家级精品课程建设，因此本专业实验教学改革也势在必行。

二、实验教学的改革与实践

（一）整合设备资源，改善硬件条件

实验室建设与“产、学、研”相结合，利用实际工程项目与科研课题大都需要实验验证的特点，引进先进实验设备；同时，科研成果又能在实验教学中推广和应用，做到“产、学、研”相互促进，共同提高。如利用企业横向课题“热管换热器的开发研究”和“加热炉的热工测试”整合而成的“热平衡测试实验台”在专业综合型实验中发挥了重要作用。热工实验室近年来利用各类资源自研实验教学设备10余台套，大大改善了实验室硬件条件。

（二）科学安排实验时间，合理设置实验内容

实验课时间安排是专业实验的难题，而教务处下达的教学任务书中没有固定具体上课时间。热工实验室的做法是既遵循“先理论、后验证”的教学规律，考虑各专业课程知识内容的承启关系，又充分尊重学生的课余活动计划。在调研专业三个自然班级情况的基础上分组进行实验，特殊情况可组间相互调整，以保证每个学生都能参加实验。另外，在教学大纲的范围内对实验内容进行了优化，对部分设备陈旧、内容过时的实验进行了删减；对内容相近、步骤有重复的实验进行了合并；增加了部分综合型、研究创新型实验的设置，积极将科研项目的研究成果引入实验教学，让学生练习新的技术和方法，掌握新的知识与技能。

（三）尝试多样化授课方式，探索开放式实验教学

将计算机模拟、互联网技术等辅助教学手段运用到实验教学中。［3］利用计算机制作视频、课件以及各类专业软件的模拟来使一些抽象的理论变得形象直观。如在传热学实验“大平板热边界层和流动边界层的测量”实验中，引入计算流体力学软件FLUENT对整个流场进行仿真模拟，便可得出大平板周边温度场和流场的分布情况，再制作成视频课件在实验前进行现场演示，能大大提高实验教学效果。将先进测控手段、高精度测量仪器以及数字显示仪表用于实验过程中，让学生在实验操作中熟悉现代化的测量技术和设备；逐步建立和完善网上虚拟实验室平台，尝试开放式实验室建设：学生可线上预约实验时间、预习实验内容、提交实验报告，教师可网上与学生互动交流，指导、评判作业等。

（四）创新实验教学机制，完善实验考核方法

结合“大学生创新创业训练计划（SRTP）”、“大学生节能减排大赛”等各类科技竞赛活动，将创新思维引入实验教学中。在项目实施的过程中，实验室给学生提供合作搭建实验平台、独立设计实验步骤、自主完成实验测量的条件，突破了传统的大纲式的教学方式，充分发挥学生的能动性，锻炼其独立思考问题的能力、动手能力和创新精神。［4］实验考核是检查和评价教学效果的重要手段，热工实验室根据不同性质实验的特点，建立了多元化的实验成绩考核方案。如对演示性实验和验证性基础实验，实验成绩按百分制评定，其中演示性实验预习成绩占30%、实验过程占30%、实验报告及问题解答占40%；对验证性实验，将实验操作成绩提高至70%、包括准备、规范操作、动手能力、仪器使用、数据记录和减小误差等方面，而实验报告成绩占30%，主要强调数据处理和误差分析以及对实验过程与结果的思考和讨论；对综合型实验和创新型实验，则按“优、良、中、合格、不合格”五级对其研究论文或报告方式进行考评，这样既能避免部分学生抄袭实验报告、又能提升其科研能力，使学生毕业后无论是就业还是继续读研深造都受益匪浅。

三、结语

笔者所在的热工实验实验室对实验室的硬件设备、实验内容和教学手段、创新和开放式实验教学等方面进行改革与实践，取得了一定的效果。通过学生网上评教系统反馈的信息，对热工实验教学的学生满意度连续三年达到95%以上且有逐年提高的趋势。教学改革永无止境，实验教学亦应与时俱进。在安徽省级教育质量工程精品课程的建设过程中，热工实验室正努力提升实验教学的水平，争取实现本专业理论教学和实验教学的双丰收。

［1］高成伟.大学理念与大学实验室建设［J］.实验技术与管理，2007，24（6）：135－137.

［2］钱进，龚德鸿，冯胜强.热能与动力工程专业实验教学改革研究［J］.中国电力教育，2008（18）：152－154.

［3］魏伟.加强实验教学示范中心网络化管理［J］.实验室研究与探索，2009，28（11）：84－87.

［4］张红光，马国远，刘忠宝，等.注重培养创新精神的热能与动力工程实验教学示范中心建设［J］.实验技术与管理，2011，28（3）：11－14.