《熱能與動(dòng)力工程測試技術(shù)》課程教學(xué)方法探討

茍秋琴+張翔+陳小明

【摘 要】《熱能與動(dòng)力工程測試技術(shù)》課程與多學(xué)科交叉，教學(xué)難度大。筆者結(jié)合該課程的特點(diǎn)和傳統(tǒng)理論教學(xué)中的不足，對課程的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法進(jìn)行了探討。在教學(xué)內(nèi)容上，結(jié)合“應(yīng)用型”本科人才的特點(diǎn)精選教學(xué)內(nèi)容；在教學(xué)方法上，提出以案例為主線的課程教學(xué)模式，提高了學(xué)生分析問題、解決問題的能力。經(jīng)過不斷的教學(xué)實(shí)踐，證明該方法提高了學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)踐的能力，達(dá)到了預(yù)期的教學(xué)效果。

【關(guān)鍵詞】測試技術(shù) 人才培養(yǎng) 課程建設(shè) 教學(xué)方法

一、課程特點(diǎn)及教學(xué)目的

《熱能與動(dòng)力工程測試技術(shù)》是高等院校熱能與動(dòng)力工程專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課。本課程集成了數(shù)學(xué)、電工電子學(xué)、信息科學(xué)、光電技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等多學(xué)科原理和技術(shù)，并且被廣泛應(yīng)用于各個(gè)學(xué)科，具有涉及知識(shí)面廣、綜合性強(qiáng)、理論知識(shí)抽象、實(shí)踐性要求高、學(xué)時(shí)少等特點(diǎn)[1]。測量是水力發(fā)電廠生產(chǎn)不可缺少的組成部分。它能及時(shí)反映水力設(shè)備的運(yùn)行情況，為運(yùn)行、檢修人員提供操作依據(jù)，是保證設(shè)備安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的重要技術(shù)手段。同時(shí)也是從事大中型水力發(fā)電廠水輪發(fā)電機(jī)設(shè)備運(yùn)行、試驗(yàn)調(diào)試、技術(shù)改造等工作的基礎(chǔ)[2]。

《熱能與動(dòng)力工程測試技術(shù)》課程屬于熱能與動(dòng)力工程專業(yè)必修課程之一，開設(shè)在本科三年級(jí)下學(xué)期，該課程的教學(xué)目的是讓學(xué)生初步掌握現(xiàn)有的測試技術(shù)和方法，通過學(xué)習(xí)溫度、壓力、流量、流速、振動(dòng)等參數(shù)的測量，以及測量過程中常用的儀器（如激光多普勒測速儀、熱線熱膜流速儀、粒子圖像測速技術(shù)、紅外熱像儀等）的工作原理和用途，了解現(xiàn)代測試儀器的工作原理及分析方法，培養(yǎng)學(xué)生根據(jù)研究對象和研究目的合理選用現(xiàn)代先進(jìn)測試儀器的能力，使他們具備一定的科學(xué)研究分析能力，以適應(yīng)社會(huì)對熱能與動(dòng)力工程專業(yè)人才的需求。

二、課程內(nèi)容的安排

《熱能與動(dòng)力工程測試技術(shù)》課程是一門理論性和實(shí)踐性結(jié)合非常強(qiáng)的課程，單純的實(shí)驗(yàn)教學(xué)或者理論教學(xué)都無法讓學(xué)生理解和接受。目前，高校開設(shè)現(xiàn)代測試技術(shù)課程通常存在以下三個(gè)問題：（1）隨著工程技術(shù)的快速發(fā)展，新技術(shù)不斷涌現(xiàn)，新教學(xué)內(nèi)容越來越多，但新教學(xué)計(jì)劃的制定，使得總學(xué)時(shí)越來越少，教學(xué)時(shí)間緊任務(wù)重；（2）按傳統(tǒng)的教學(xué)方法，課程所講授的內(nèi)容相對來說比較分散、雜亂，不利于學(xué)生建立完整的知識(shí)體系；（3）對本科生多以講授儀器的基本原理和測試方法為主，有時(shí)增加少量參觀方式的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，這種教學(xué)方法使學(xué)生缺少動(dòng)手機(jī)會(huì)，動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力不強(qiáng)。

西華大學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室擁有大量的現(xiàn)代測試儀器，如激光多普勒測試儀、粒子圖像測速儀、紅外成像儀等，同時(shí)也建有水輪機(jī)模型試驗(yàn)臺(tái)和水泵試驗(yàn)臺(tái)。因此，學(xué)校有充足的資源為學(xué)生提供實(shí)驗(yàn)教學(xué)。

該課程分為課堂教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)兩大模塊，共計(jì)50學(xué)時(shí)，其中，課堂教學(xué)安排40學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)安排10個(gè)學(xué)時(shí)。結(jié)合水力機(jī)械的特殊結(jié)構(gòu)，運(yùn)行參數(shù)，將課堂教學(xué)分為3個(gè)學(xué)習(xí)單元：第一單元為緒論部分（2學(xué)時(shí)），介紹測試技術(shù)的分類和發(fā)展趨勢；第二單元為流量、流速、功率、振動(dòng)、溫度等參數(shù)的測量（30學(xué)時(shí)），該部分為重點(diǎn)、分別介紹渦輪流量計(jì)、電磁流量計(jì)、超聲波流量計(jì)、三孔動(dòng)力探針、五孔動(dòng)力探針、熱線熱膜風(fēng)速儀、激光多普勒流速儀、粒子圖像速度場儀、測功器、轉(zhuǎn)矩儀、紅外成像儀等設(shè)備的基本原理、應(yīng)用范圍、儀器的優(yōu)缺點(diǎn)和應(yīng)用實(shí)例；第三單元為水輪機(jī)、水泵試驗(yàn)技術(shù)部分（8學(xué)時(shí)），其中包括水輪機(jī)水泵試驗(yàn)臺(tái)的介紹，具體模型試驗(yàn)的實(shí)例講解。

實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)主要是學(xué)生參觀教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的儀器，并對實(shí)驗(yàn)室的儀器進(jìn)行詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)操作教學(xué)，讓學(xué)生能夠獨(dú)立操作和使用儀器，完成水輪機(jī)、水泵的模型試驗(yàn)，并對自己的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。

三、課程教學(xué)方法探討

《熱能與動(dòng)力工程測試技術(shù)》課程由于理論性很強(qiáng)，通常會(huì)讓學(xué)生感覺測試原理難以理解，教學(xué)內(nèi)容非常深?yuàn)W、枯燥。如果按照常規(guī)的教學(xué)方法進(jìn)行教學(xué)，難以理解和記憶，從而慢慢失去學(xué)習(xí)興趣[3]。

（一）教學(xué)側(cè)重點(diǎn)和方向的把握

《熱能與動(dòng)力工程測試技術(shù)》該課程內(nèi)容豐富，涉及的學(xué)科多且廣。主要包括：

1）溫度、壓力（壓差）、流量、流速、機(jī)械量、振動(dòng)量等參數(shù)的測量、檢測和顯示；

2）測量儀器儀表的選擇和使用，測量結(jié)果處理以及測量誤差的分析。

針對“應(yīng)用型”本科院校要求和本學(xué)科的特點(diǎn)，教師應(yīng)該結(jié)合教學(xué)大綱要求，合理安排基本概念、基本原理教學(xué)與應(yīng)用實(shí)踐的結(jié)合。熱能與動(dòng)力工程專業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)的方向是傳感器和儀表的應(yīng)用，而不是設(shè)計(jì)，所以筆者認(rèn)為“熱能與動(dòng)力工程測試技術(shù)”課程的重點(diǎn)應(yīng)放在學(xué)生日后走上工作崗位能用到的傳感器和儀表選擇和使用上。

測量儀器和儀表的選型應(yīng)本著節(jié)約的原則，考慮性價(jià)比的因素，即在滿足要求的前提下選擇低精度的儀表。儀表類型的選擇還應(yīng)考慮被測介質(zhì)的性質(zhì)、使用的環(huán)境、安裝條件、對儀表輸出信號(hào)的要求等。如傳感器的選擇需要考慮使用的環(huán)境是否是易燃易爆的場所；比如測量天然氣或者煤氣等須選用防爆型傳感器；在強(qiáng)磁場的環(huán)境，則不能使用電磁傳感器。

由此，學(xué)生在了解測量儀器和儀表基本原理后，能根據(jù)具體測量參數(shù)、被測介質(zhì)的性質(zhì)、使用的環(huán)境、安裝條件等要求選擇最佳儀器儀表。

（二）以案例為主線的課程教學(xué)模式

案例教學(xué)法是由哈佛大學(xué)法學(xué)院提出的一種以學(xué)生為中心，致力于提高學(xué)生綜合素質(zhì)的教學(xué)方法[4]。在案例教學(xué)中，教師根據(jù)教學(xué)要求，設(shè)計(jì)相應(yīng)案例，組織學(xué)生針對案例內(nèi)容，運(yùn)用所學(xué)知識(shí)進(jìn)行思考、分析、討論和交流等教學(xué)活動(dòng)，以提高學(xué)生分析問題和解決問題的能力。將案例教學(xué)法運(yùn)用到《熱能與動(dòng)力工程測試技術(shù)》課程的教學(xué)過程中，學(xué)生能夠正確建立工程測試與應(yīng)用的整體概念，一方面不用增加實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)，另一方面促使學(xué)生變被動(dòng)學(xué)習(xí)為主動(dòng)學(xué)習(xí)，引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用多學(xué)科知識(shí)去分析和解決工程實(shí)際中的具體問題，從而提高教學(xué)效果。

案例設(shè)計(jì)實(shí)例：水輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子溫升測量。案例來源于教師科研項(xiàng)目——漁子溪電站超出力運(yùn)行可行性分析。該項(xiàng)目以水輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子為研究對象，探索在超出力5%運(yùn)行工況下轉(zhuǎn)子溫升情況，系統(tǒng)了解機(jī)組有關(guān)電氣一次、二次及機(jī)械附屬設(shè)備是否具有潛在風(fēng)險(xiǎn)，確認(rèn)電站機(jī)組超出力運(yùn)行的安全性和可靠性。endprint

案例教學(xué)時(shí)，首先向?qū)W生提出啟發(fā)性問題：目前我們了解的溫度測量有哪些方法？用什么方法才能檢測出轉(zhuǎn)子的溫度？在測量過程中我們應(yīng)該考慮哪些影響因素？然后提醒學(xué)生高速旋轉(zhuǎn)的設(shè)備溫度測量可以用什么方法，傳感器可以如何布置等。帶著這些問題，學(xué)生應(yīng)在課后搜集相關(guān)資料，相互討論這些問題，初步形成自己的觀點(diǎn)。

課堂案例教學(xué)時(shí)，先組織學(xué)生進(jìn)行分組討論，學(xué)生小組分析結(jié)論逐一講解，綜合其中正確的結(jié)論觀點(diǎn)，剖析錯(cuò)誤見解，給出案例分析的邏輯路徑。本案例中轉(zhuǎn)子溫升測量可以有三種方法：（1）電阻法測量，根據(jù)轉(zhuǎn)子繞組的電阻值隨溫度變化而相應(yīng)變化的關(guān)系來確定轉(zhuǎn)子繞組的平均溫度。（2）轉(zhuǎn)子溫度分布在線監(jiān)測系統(tǒng)，即把特制的滿足發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子線圈耐壓要求的溫度傳感器直接安裝在勵(lì)磁線圈上需要測量的部位，通過安裝在轉(zhuǎn)子機(jī)架上的溫度采集記錄儀得到溫度傳感器的輸出值，從而得到發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子線圈的溫度分布情況。（3）紅外熱成像測溫儀，即是通過接收物體發(fā)出的紅外輻射，經(jīng)電子系統(tǒng)處理，得到與物體表面熱分布相應(yīng)的熱像圖，從而給出物體表面的溫度分布情況。

本案例緊密結(jié)合工程實(shí)際，由最基本的測試方法開始，逐步引入我們最先進(jìn)的測試設(shè)備，讓學(xué)生學(xué)會(huì)溫度測試方法的同時(shí)，了解該行業(yè)中的先進(jìn)測試技術(shù)。這樣的教學(xué)可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，有助于培養(yǎng)他們遇到問題，查閱資料解決問題的能力。

四、結(jié)束語

測試技術(shù)是一種涉及面廣、技術(shù)性強(qiáng)的實(shí)用技術(shù)。本文根據(jù)專業(yè)特色和本課程的特點(diǎn)分別針對課程內(nèi)容安排和教學(xué)方法提出了一些提高課程教學(xué)質(zhì)量的途徑和方法：充分結(jié)合學(xué)生走上工作崗位后所需要的技能，優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，重點(diǎn)突出；以案例為主線的課程教學(xué)模式，培養(yǎng)學(xué)生遇到問題解決問題的能力；加強(qiáng)實(shí)踐環(huán)節(jié)，創(chuàng)造“開放性”的學(xué)習(xí)環(huán)境?！稛崮芘c動(dòng)力工程測試技術(shù)課程》與多學(xué)科交叉，同時(shí)測試儀器設(shè)備在不斷更新，提高教學(xué)質(zhì)量是一項(xiàng)長期的工作，需要不斷的探索。

【參考文獻(xiàn)】

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