基于學(xué)分機(jī)制的工程熱物理課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究

歐陽(yáng)莉

[摘 要]工程熱物理課程通常包括傳熱學(xué)和工程熱力學(xué)兩門課程，是高等學(xué)校本科課程中重要的專業(yè)基礎(chǔ)理論課程，其所涉及的專業(yè)領(lǐng)域也較多，如航空、水利、機(jī)械、動(dòng)力、航海、冶金、建筑、環(huán)境等。實(shí)驗(yàn)教學(xué)是其教學(xué)過(guò)程中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。針對(duì)學(xué)分機(jī)制條件下的實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)、內(nèi)容和方法，可以進(jìn)行探討性的研究，主要基于實(shí)驗(yàn)條件合理的改善和高效的利用方面，圍繞學(xué)分機(jī)制條件下特殊的要求，從教學(xué)內(nèi)容和方法方面探討性地提出相應(yīng)的方法。

[關(guān)鍵詞]工程熱物理課程；學(xué)分機(jī)制；實(shí)驗(yàn)教學(xué)

[中圖分類號(hào)] G642 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 2095-3437（2016）09-0168-02

工程熱物理課程通常包括傳熱學(xué)和工程熱力學(xué)，是高等學(xué)校本科課程中重要的專業(yè)基礎(chǔ)理論課程，其所涉及的專業(yè)領(lǐng)域也較多，例如航空、水利、機(jī)械、動(dòng)力、航海、冶金、建筑、環(huán)境等，對(duì)各專業(yè)的多門后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)都有著重要的作用。工程熱物理課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)是其重要的環(huán)節(jié)，國(guó)內(nèi)外高校也非常重視這一教學(xué)環(huán)節(jié)。[1] [2] [3]例如，基于MATLAB語(yǔ)言開(kāi)發(fā)的工程熱物理課程虛擬實(shí)驗(yàn)在教學(xué)中已起到了輔助作用。[4]我國(guó)華中科技大學(xué)許國(guó)良教授則開(kāi)發(fā)了Saints2000的傳熱學(xué)虛擬實(shí)驗(yàn)。[5]目前，PDCA循環(huán)已在工程熱物理實(shí)驗(yàn)質(zhì)量管理中得到應(yīng)用。[6]

一、實(shí)驗(yàn)教學(xué)與研究現(xiàn)狀

（一）實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀

目前國(guó)內(nèi)工程熱物理領(lǐng)域的專家，以及教學(xué)人員對(duì)傳熱學(xué)、工程熱力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)從不同的角度和目標(biāo)進(jìn)行了研究，對(duì)此問(wèn)題的研究情況主要有以下幾個(gè)方面。

1.高校實(shí)驗(yàn)室可以在完成計(jì)劃內(nèi)的教學(xué)和科研任務(wù)的前提下，利用現(xiàn)有的師資、儀器設(shè)備、設(shè)施條件等資源向?qū)W生開(kāi)放，為學(xué)生提供實(shí)驗(yàn)條件。但目前存在的問(wèn)題是，真正面向?qū)W生的全天候開(kāi)放的實(shí)驗(yàn)室還很少。

2.完善實(shí)驗(yàn)設(shè)備，增加可開(kāi)設(shè)的實(shí)驗(yàn)數(shù)量。例如，傳熱學(xué)課程中熱量傳遞有三種基本方式：導(dǎo)熱、熱對(duì)流、熱輻射。為了鞏固和加強(qiáng)對(duì)這三種基本熱傳遞方式的理論理解，應(yīng)分別開(kāi)設(shè)相應(yīng)的三個(gè)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)。但由于學(xué)時(shí)、實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地、學(xué)生人數(shù)較多等限制，很多高校往往沒(méi)有提供必要的實(shí)驗(yàn)條件。

3.對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行改革，打破原實(shí)驗(yàn)課程、原實(shí)驗(yàn)室界限、壓縮傳統(tǒng)經(jīng)典的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，增加綜合性、設(shè)計(jì)性和研究性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。例如：（1）LabVIEW在工程熱力學(xué)遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)的應(yīng)用。（2）信息和多媒體技術(shù)與傳熱學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的整合。（3）以節(jié)能減排意識(shí)培養(yǎng)為導(dǎo)向的工程熱力學(xué)教學(xué)研究。但這種實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革受到軟件應(yīng)用和開(kāi)發(fā)的限制，在一定程度上限制了對(duì)學(xué)生實(shí)際動(dòng)手能力的培養(yǎng)。

（二）學(xué)分機(jī)制與實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容

高校學(xué)分機(jī)制的實(shí)施，強(qiáng)化了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和個(gè)性化培養(yǎng)。學(xué)生可以根據(jù)自身特點(diǎn)選擇學(xué)習(xí)內(nèi)容和學(xué)習(xí)時(shí)間。這也對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)提出了更高的要求：1.實(shí)驗(yàn)設(shè)備的先進(jìn)性和前沿性；2.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的多樣性；3.教學(xué)對(duì)象的特殊性；4.國(guó)際化程度；5.與現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)教學(xué)理論的融合性；6.與傳統(tǒng)文化的相關(guān)性。

二、實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法手段

基于學(xué)分機(jī)制條件下實(shí)驗(yàn)教學(xué)的需求，本文探討性地提出了以下幾個(gè)方面的途徑。

（一）實(shí)驗(yàn)設(shè)備的先進(jìn)性

滿足實(shí)驗(yàn)設(shè)備的先進(jìn)性是一個(gè)首要和關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，特別是對(duì)于研究性高等學(xué)校的建設(shè)和研究創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)來(lái)說(shuō)。例如：新聞《去國(guó)家實(shí)驗(yàn)室打工，武漢理工大4人同獲名校保研》，應(yīng)該得益于此環(huán)節(jié)。保障實(shí)驗(yàn)設(shè)備的先進(jìn)性也是一個(gè)最困難的環(huán)節(jié)：其需要更多的資金、更短的更新周期。對(duì)于工程熱物理課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)而言，應(yīng)該從教學(xué)管理方面來(lái)解決這一問(wèn)題。首先，應(yīng)對(duì)學(xué)校先進(jìn)的設(shè)施進(jìn)行調(diào)研；其次，統(tǒng)計(jì)與工程熱物理課程教學(xué)相關(guān)的實(shí)驗(yàn)臺(tái)架；最后，基于本科生實(shí)驗(yàn)教學(xué)的安全性和可操作性的角度進(jìn)行選擇，并作為綜合性實(shí)驗(yàn)臺(tái)架。這也提高了學(xué)校先進(jìn)實(shí)驗(yàn)設(shè)備的利用價(jià)值?；趯?shí)驗(yàn)設(shè)備先進(jìn)性環(huán)節(jié)的實(shí)施，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的前沿性才得以體現(xiàn)。滿足前沿性的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容通常具有較強(qiáng)的綜合性。

（二）實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的多樣性

實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的多樣性是學(xué)分機(jī)制條件下實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重要特點(diǎn)。通過(guò)調(diào)研，我們了解到學(xué)分機(jī)制條件下，學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的選擇性空間更大、更靈活，包括實(shí)驗(yàn)探究的興趣性、實(shí)驗(yàn)操作能力、自主培養(yǎng)目標(biāo)、實(shí)驗(yàn)時(shí)間安排等。可行的解決方法：1.基于一套實(shí)驗(yàn)裝置，設(shè)計(jì)多個(gè)探究性問(wèn)題來(lái)滿足學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)多樣性的要求；2.采用多種形式的實(shí)驗(yàn)來(lái)解決實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的多樣性需求。例如，設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)、安裝性實(shí)驗(yàn)、調(diào)查性實(shí)驗(yàn)、演示式實(shí)驗(yàn)、動(dòng)畫制作實(shí)驗(yàn)、仿真實(shí)驗(yàn)等。

（三）教學(xué)對(duì)象的特殊性

學(xué)分機(jī)制條件下教學(xué)對(duì)象的特殊性主要體現(xiàn)在教學(xué)對(duì)象的主動(dòng)性上。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容多樣性是滿足教學(xué)對(duì)象特殊性的最基本環(huán)節(jié)。教學(xué)對(duì)象的特殊性雖如宋朝文學(xué)家歐陽(yáng)修在《歸田錄》（卷一）所描述的“補(bǔ)仲山之袞，雖曲盡于巧心；和傅說(shuō)之羹，實(shí)難調(diào)于眾口”，但采用實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的多樣性能夠達(dá)到“眾口能調(diào)”的境界。

（四）國(guó)際化程度

實(shí)驗(yàn)國(guó)際化程度的衡量標(biāo)準(zhǔn)：一流的實(shí)驗(yàn)設(shè)備；一流的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄、整理和分析技術(shù)；一流的實(shí)驗(yàn)成果報(bào)告和交流寫作水平。例如，在實(shí)驗(yàn)報(bào)告的撰寫中，可采用雙語(yǔ)或全英文的形式。

（五）與現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)教學(xué)理論的融合性

工程熱物理課程實(shí)驗(yàn)是本科實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的一部分。實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法是各相關(guān)專業(yè)專家和教學(xué)人員一直探討的內(nèi)容，例如，《續(xù)議物理演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)》[7]一文，強(qiáng)調(diào)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中演示性實(shí)驗(yàn)的重要地位，即演示性實(shí)驗(yàn)憑借其形象、直觀的特點(diǎn)，能喚起學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素質(zhì)觀的支撐。本文也認(rèn)為對(duì)于學(xué)生人數(shù)較多的高校而言，這也是一種很好的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式。眾所周知，通常的演示實(shí)驗(yàn)是針對(duì)經(jīng)典問(wèn)題，利用實(shí)驗(yàn)裝置，由教師向?qū)W生演示。而本文強(qiáng)調(diào)：現(xiàn)代的演示實(shí)驗(yàn)應(yīng)該是針對(duì)經(jīng)典問(wèn)題，利用現(xiàn)代的技術(shù)，由學(xué)生來(lái)演示。例如，可利用先進(jìn)的多媒體技術(shù)，制作動(dòng)畫演示經(jīng)典實(shí)驗(yàn)。

（六）與傳統(tǒng)文化的相關(guān)性

工程熱物理實(shí)驗(yàn)與傳統(tǒng)文化的相關(guān)性表現(xiàn)在其理論和應(yīng)用來(lái)源于客觀物質(zhì)世界，貼近我們的生活。例如，在傳熱學(xué)導(dǎo)熱、熱對(duì)流、熱輻射教學(xué)中，要求學(xué)生探討性地觀察和設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)：如何測(cè)量湖北特色小吃“歡喜坨”的溫度？這類實(shí)驗(yàn)內(nèi)容擺脫了實(shí)驗(yàn)室場(chǎng)地和空間的限制，也是啟發(fā)式實(shí)驗(yàn)教學(xué)的途徑之一。

三、結(jié)語(yǔ)

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是工程熱物理課程教學(xué)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，也是研究創(chuàng)新型、實(shí)施學(xué)分機(jī)制且學(xué)生人數(shù)較多的高校的“瓶頸”問(wèn)題。本文基于調(diào)查融合在實(shí)驗(yàn)理論教學(xué)中的思考，探討性地提出了解決方法。

[ 參 考 文 獻(xiàn) ]

[1] 鄒艷芳.“傳熱學(xué)”實(shí)驗(yàn)教學(xué)與思考[J].中國(guó)電力教育，2014（17）：106-107.

[2] 黃曉璜，崔國(guó)民.高校工程熱力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)探索[J].中國(guó)電力教育，2014（33）：100-101.

[3] 孫寶芝，宋福元，張鵬.美國(guó)熱工課程教學(xué)對(duì)我國(guó)熱工課程教學(xué)法改革的啟示[J].教育與職業(yè)，2011（14）：106-107.

[4] 姜昌偉，傅俊萍，趙李鐵.基于Matlab的傳熱學(xué)虛擬實(shí)驗(yàn)開(kāi)發(fā)[J].中國(guó)電力教育，2008（S2）：316-317.

[5] 許國(guó)良.SAINTS2000在傳熱學(xué)課程虛擬實(shí)驗(yàn)中的教學(xué)與實(shí)踐[C].2004年全國(guó)熱工課程發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃學(xué)術(shù)研討會(huì)，2004.

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[7] 劉國(guó)松.續(xù)議物理演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)[J].劍南文學(xué)，2013（7）：332-334.

[責(zé)任編輯：陳 明]