熱能與動力工程測試技術課程教學淺析

肖 超，龔德鴻，錢 進

（貴州大學電氣工程學院 貴州 貴陽 550025）

熱能與動力工程測試技術在熱工過程狀態(tài)檢測、過程控制及工程分析方面發(fā)揮了重要作用，同時熱能與動力工程測試技術是動力工程及工程熱物理學科科學研究、技術開發(fā)和生產(chǎn)檢驗等過程的關鍵環(huán)節(jié)[1]。該課程要求學生掌握有關熱工過程參數(shù)測量技術的基本理論，常用測量儀表的工作原理、結構和使用方法等。該課程對動力工程及工程熱物理學科畢業(yè)生從事工業(yè)生產(chǎn)和科學研究等方面具有重要意義，是動力工程及工程熱物理相關學科的專業(yè)必修課程。

掌握熱能與動力工程測試技術課程的特點對實施教學方法有重要的理論指導作用。該課程涉及流體力學、傳熱學和電工學等專業(yè)基礎課程，具有較強的綜合性；該課程涉及的測量參數(shù)包括溫度、壓力、流量和液位等與熱力發(fā)電廠及其動力機械運行密切相關，具有較強的應用性；該課程章節(jié)之間相對獨立，涉及的測量參數(shù)及儀表種類繁多、儀表工作原理各異，其內(nèi)容具有多而雜的特點。另一方面，“因材施教”是教育學的重要原則。該課程教學的主要對象是大學生，只有充分了解當代大學生的特點，才能夠制訂與之相適應的教學方法，從而提高學生的綜合素質、取得良好的教學效果。當代大學生思想前衛(wèi)、崇尚自由、社交方式網(wǎng)絡化，使得他們反感傳統(tǒng)的“填鴨式”教學方法，拒絕被動地接受知識或理念；同時，他們具有強烈的好奇心和求知欲，愿意主動地嘗試和探索[2]。恰當?shù)臒崮芘c動力工程測試技術課程教學方法對學科建設和高素質人才培養(yǎng)等方面具有重要的推動作用。在該課程教學方法的研究方面，劉立衡等[3]從細致全面的備課、使學生明確學習目標、詳細講解重點難點內(nèi)容、更新與優(yōu)化教學內(nèi)容、加強實踐環(huán)節(jié)和改進考核環(huán)節(jié)等方面提升熱工測量技術課程教學質量。然而目前結合熱能與動力工程測試技術課程特點和當代大學生特點的教學方法的研究尚未見報道。因此，本研究針對該課程的特點和當代大學生的特點提出：①加強與專業(yè)基礎課的聯(lián)系；②理論教學與工程實踐相結合；③多媒體教學與傳統(tǒng)教學相融合的教學方法。以期培養(yǎng)學生對該課程的學習興趣，滿足學生的好奇心和求知欲，最終提高學生的綜合能力，取得良好的教學效果。

1 加強與專業(yè)基礎課的聯(lián)系

專業(yè)基礎課是大學生掌握專業(yè)知識技能的重要課程，是大學生學習專業(yè)課的必要基礎[4]。流體力學、傳熱學和電工學等課程是熱能與動力工程測試技術課程的基礎。受課時等方面的影響，該課程教學中普遍存在就課程論課程的現(xiàn)象，這將導致學生知其然，不知其所以然，不利于培養(yǎng)學生對該課程的學習興趣，不利于學生綜合能力的提高，不符合現(xiàn)代化教學的育人理念。提高熱能與動力工程測試技術課程的教學質量，首先，教師必須具有扎實的流體力學、傳熱學和電工學等專業(yè)基礎課程的理論知識；其次，在教學過程中，教師既要講解該課程的知識，也要講解該課程與上述專業(yè)基礎課程的聯(lián)系，這樣才能使學生把本課程相關的知識融會貫通，知其然，知其所以然，從而激發(fā)學生對該課程的學習興趣。

例如，皮托管測速技術和節(jié)流式流量計與流體力學具有較強的關聯(lián)性，儀器儀表涉及的核心理論為伯努利方程。在儀器儀表測量低速流體時，流體可看作不可壓縮流體，可以直接采用不可壓縮流體的伯努力方程計算流速和流量；當測量高速流體或可壓縮流體時，需要在不可壓縮流體伯努力方程的基礎上對流速或流量的計算公式進行修正。熱輻射測溫技術與傳熱學中的輻射傳熱具有較強的相關性，其儀器儀表測量原理包括普朗克定律、斯蒂芬波爾斯曼定律和維恩位移定律，由普朗克定律和維恩位移公式引出單色輻射式光學高溫計（燈絲隱滅式光學高溫計和光電高溫計），由斯蒂芬波爾斯曼定律引出全輻射測溫計，由維恩位移定律引出比色高溫計（單通道光電比色高溫計和雙通道比色高溫計）等。熱線（熱膜）測速技術與傳熱學具有較強的相關性，其儀器儀表測量原理是對流傳熱理論。不考慮熱線的導熱和輻射熱損失，可以根據(jù)導線產(chǎn)熱量和對流熱損失建立熱平衡。流速影響對流傳熱量，影響導線與流體的溫度，導線溫度影響導線電阻及電流。在電壓一定的條件下，流體的流速影響導線的電流，因此電流的大小可以反映流速的大小。電容式差壓傳感器和電容式液位計與電工學具有較強的聯(lián)系，是電容器相關理論的應用。電容器極板間的距離影響電容量，而極板間的距離受壓力的影響，因此電容量的變化可以反映壓力的變化，由此制成電容式差壓傳感器。電容器極板間相互遮蓋的面積影響電容量。如果以導電液體作為電容器的電極（動片），導電液體液位高低影響電極板間相互遮蓋的面積，從而影響電容量，因此電容量的變化可以反映導電液體液位高低，由此制成用于導電液體液位測量的電容式液位計。電容器介電常數(shù)影響電容量。非導電液體進入電極板間將影響電容器的介電常數(shù)，從而影響電容量，因此電容量的變化可以反映非導電液體液位高低，由此制成用于非導電液體液位測量的電容式液位計。明確課程之間的關聯(lián)性，促進知識與知識之間的高效交流，才能為學生專業(yè)知識的豐富和綜合能力的提高提供保障[5]。

2 理論教學與工程實踐相結合

理論教學是課程教學的基礎，是學生學習知識的重要途徑和能力培養(yǎng)的主要環(huán)節(jié)。實踐教學是學生鞏固理論知識、加深理論認識的有效途徑，是培養(yǎng)具有創(chuàng)新意識的高素質工程技術人員的重要環(huán)節(jié)，是激發(fā)學生學習興趣，培養(yǎng)學生理論聯(lián)系實際能力、掌握科學方法的重要平臺。理論與實踐相結合是馬克思主義的基本立場和觀點方法，符合人才培養(yǎng)規(guī)律、符合學生認識事物及學習的規(guī)律[6]。理論教學與實踐教學在性質和功能上存在較大的差別，但是二者又存在密切的聯(lián)系。理論知識能夠指導實踐教學，合理地解釋實踐中出現(xiàn)的現(xiàn)象；而實踐教學能夠加深學生對理論知識的理解，激發(fā)學生對理論學習的欲望，為學生以后的理論創(chuàng)新奠定基礎。理論教學與工程實踐教學相結合使工程教育從課堂驗證型向解決工程實際問題的能力培養(yǎng)轉化，有利于提高學生的工程意識、工程能力，使學生養(yǎng)成工程素養(yǎng)[7]。

熱能與動力工程測試技術理論教學過程中應該引入工程背景、剖析工程案例。例如，液位測量理論教學過程中引入火力發(fā)電廠鍋爐汽包水位測量的工程背景，闡明汽包水位對鍋爐安全、穩(wěn)定運行的重要性，測量汽包水位的必要性。汽包水位過高，蒸汽空間的有效高度減小，汽水分離效果降低，從而導致飽和蒸汽帶水進入過熱器使氣溫驟降，甚至帶入汽輪機造成大事故；如果汽包水位過低，水進入下降管后其壓力便將低于汽包工作壓力，導致引處爐水立即汽化、蒸汽上升返回汽包影響了下降管連續(xù)降水，造成小循環(huán)的破壞（抽空現(xiàn)象），甚至導致爐管爆破。由此激發(fā)學生的好奇心和求知欲，引起學生對該內(nèi)容的重視程度，提高學生的學習積極性。校企聯(lián)合制訂工程實踐教學實施方案，協(xié)同組織實施溫度、壓力、流量和液位等參數(shù)測量的工程教學，將工程實際向實踐教學內(nèi)容轉化。例如，學生在生產(chǎn)實習過程中參觀火力發(fā)電廠，了解火力發(fā)電廠生產(chǎn)過程中測量的物理量、相應的儀器儀表及工作原理。通過對水冷壁溫度測量、冷卻水流量測量、空氣流量測量、水蒸氣壓力測量、汽包水位測量、汽輪機轉速和振動測量等的學習，加深學生對溫度、流量、壓力、液位、轉速和振動等參數(shù)測量理論及儀器儀表工作原理的認識。

3 多媒體教學與傳統(tǒng)教學相融合

目前，教師在教學過程中常用的教學方法主要為，多媒體教學和傳統(tǒng)教學。兩種教學方法各有所長。板書是傳統(tǒng)教學的典型代表，是教師教授學生知識最直接、最常用的渠道。教師利用板書可以層級書寫講授內(nèi)容，由淺入深地引入相關概念，從而引導學生掌握晦澀難懂的理論[8]。多媒體教學是指利用多媒體計算機，綜合處理和控制符號、語言、文字、聲音、圖形、圖像和音像等多種媒體信息，把多媒體的各個要素按教學要求進行有機組合并通過屏幕或投影機投影顯示出來，同時按需要加上聲音的配合，以及使用者與計算機之間的人機交互操作，完成教學或訓練過程。多媒體教學具有直觀、生動、形象等優(yōu)點[9]，與學生追求網(wǎng)絡化的心理不謀而合，有利于提高大學生對該課程的學習興趣[10]。熱能與動力工程測試技術中不同的教學內(nèi)容需要不同的教學方法與之相適應。教師一味地拘泥于某一種教學方法傳授知識難以取得良好的教學效果，應該根據(jù)教學內(nèi)容的需要采用靈活的教學手段。

參數(shù)測量的理論知識晦澀難懂，教師教授學生該方面的知識需要通過傳統(tǒng)教學方法。例如，二維氣流速度測量理論中通過擾流物體的表面壓力分布規(guī)律確定三孔測速管上兩個方向孔中心線之間的夾角，通過總壓孔和方向孔之間的壓差計算流速，由方向孔壓力平衡得到流速的方向；振動測量理論中由牛頓運動方程得到彈性系統(tǒng)質量和框架之間的相對運動關系，并討論振動體的頻率和測振儀頻率相對大小對測量的影響規(guī)律。儀表工作原理是熱能與動力工程測試技術課程的教學重點，而以文字結合靜態(tài)圖片的形式難以生動地呈現(xiàn)儀表的動態(tài)工作過程。利用多媒體通過動畫的方式可以使靜態(tài)、抽象的儀表工作原理生動化、具體化。例如，雙金屬溫度計是動態(tài)的機械過程。教授該儀表工作原理可以利用軟件繪制雙金屬溫度計兩種金屬熱脹冷縮的偏差，外層金屬的膨脹量或冷縮量大于內(nèi)層金屬，導致雙金屬螺旋運動，從而建立起旋轉量角度與溫度之間的關系。熱分布式熱式質量流量計包含加熱器和測溫元件等復雜的元件。教師教授學生該流量計工作原理可以利用軟件繪制加熱器加熱使管壁呈現(xiàn)穩(wěn)定的溫度分布，而管內(nèi)流體的流動使管壁冷卻、改變管壁溫度分布，從而建立起流量與管壁溫度分布的關系。熱能與動力工程測試技術課程教學過程中教師可以吸收多媒體教學和傳統(tǒng)教學的優(yōu)點，根據(jù)教學內(nèi)容的特點選擇恰當?shù)慕虒W方法，提高學生的學習興趣，從而全面提高教學效果[11]。

4 結語

熱能與動力工程測試技術是動力工程及工程熱物理學科的核心課程，恰當?shù)慕虒W方法對學科發(fā)展和人才培養(yǎng)等方面具有重要的現(xiàn)實意義。該課程的教學方法應與該課程的特點和當代大學生的特點相結合。該課程具有綜合性強、應用性強和內(nèi)容多而雜的特點；當代大學生思想前衛(wèi)、崇尚自由，具有強烈的好奇心和求知欲。針對該課程和當代大學生的特點，本文提出加強與專業(yè)基礎課的聯(lián)系，理論教學與工程實踐相結合，多媒體教學與傳統(tǒng)教學相融合的教學方法，以期培養(yǎng)學生對該課程的學習興趣，滿足學生的好奇心和求知欲，最終提高學生的綜合能力、取得良好的教學效果。本文對熱能與動力工程測試技術課程教學具有重要的理論指導意義。