关于热工实验教学改革的实践与思考

1、关于热工实验教学改革的实践与思考章立新 余 敏 杨 茉（上海理工大学热工程研究所 上海 200093）TelE-mail:uzlx早在1988年全国高校热工教学实验经验交流会议上，不少教师的文章针对当时热工教学实验中存在的问题，提出了一些改革措施，并且已有独立开课、综合实验、第二课堂辅助教学等教改实践的经验介绍，目的都是为了提高学生对实验的兴趣和实验技能。十多年来，外部条件变化了巨大，但这些文章所指出的问题仍然是当今存在的一些老生常谈的问题，所提出的改革措施也仍然是当今的主要实践，这值得我们深思。客观地说，这些年各个高校在教学实验硬件上的投入并不少，对实验的教改实践

2、的态度也是积极的。就我校而言，从单课演示性实验到单课可选择开放式实验，从单课各自开设实验到热工类教学实验合并后单独设课，从基本量测量标定先期独立设课到在短学期集中增设系列实验，从单一验证性实验到综合科研型实验，都作了或者正在作尝试，在更新和增加实验设施，优化组合实验资源，强化实验教学等方面，取得了一定的成效，但总体教学效果仍难尽人意。我们认为主要是在教学观念上存在一些偏差、在教学设置上的一些关系没有完全理顺以及缺乏对学生实验考核的有效机制。本文首先介绍我校热工教学实验以及相关实验教学方面的实践，在此基础上重点就如何在教的方面更正观念、理顺关系和在学的方面增强动力作些讨论。一 我校目前热工教学实

3、验以及相关实验教学方面的实践： 上海市教委重点课程建设资助我校热工课程的教学对象是动力学院和机械学院各专业以及城建学院、光电信息学院、夜大、高职部分专业的学生，同一课程对不同专业的学时数有所差异，教学实验要求也不一样。由于教学安排顺序上的原因，工程热力学在课内安排实验，内容主要是制冷循环实验，也可开设水蒸汽P-T关系演示实验和CO2的P-V-T关系演示实验；传热学和工程流体力学两门课程的实验合并为一门独立的课，但目前内容上仍然各做各的，传热部分为可选择开放式实验，即传导部分有导热系数测定、材料性能的非稳态法测量两个实验，对流部分有在对流条件下伸展体传热特性试验、空气横掠单管时平均换热系数的测定

4、、空气纵掠平板时局部换热系数的测定、大容器水的自然对流换热系数的测定四个实验，辐射部分有法向全色黑度测定、中温法向辐射物体黑度测定、角系数测定三个实验，要求学生在传热、对流和辐射三个部分各选择一项进行实验；另外分期建立动力中心实验室，一期为基本量测量标定系列实验，已经独立开课，内容主要有孔板流量计、涡轮流量计、电磁流量计、超声波流量计、文丘里流量计和水堰流量计对流量的测定实验，热电偶、热电阻标定量测实验，光学红外温度测试实验，活塞式压力计标定实验，毕托管的校正实验，风洞调速实验，高压、低压气体流量测量实验，以上实验都实现了电脑化；动力中心实验室二期正在建设中，主要是一些诸如热力循环、换热器性能

5、试验等综合性的大型试验台，计划综合性的系列试验也将独立开课；对动力学院的学生，还在短学期由各专业研究所的实验室集中增设了系列实验，并且独立计学分，有水泵性能试验、风机性能试验、煤的热值测定实验、EHD强化传热实验、节流元件性能试验、电冰箱性能试验、冷却塔热力性能试验、激光全息干涉测温实验等主要内容；一些为培养研究生的科研性实验台，诸如瞬态风洞试验台、稳态风洞试验台、多股流换热器试验台、工质沸腾试验台、激光热物理测试试验台、溴化锂机组热质偶合性能试验台等，也计划向部分本科生择时开放。二 在教的方面更新观念、理顺关系：（一） 更新关于教师与教辅的观念，理顺物与人的关系在加强热工实验教学中，物是基础

6、，人是关键。从我校的实践看，单就热工教学实验以及相关的实验教学，已经可谓形式多样，内容丰富，实验硬件设施的质和量都有了很大的提高。如何利用这良好的物质基础，我们认为施教者是关键。稳定并且建设好实验室队伍，优化实验室人员的结构，相对物的建设来说，不少学校重视不够或者没有落到实处。在高校中，具有工程系列或者实验系列职称的，其学术地位无形中低于具有教学系列职称的，现在一些学校还将从事理论教学和实验教学的人员分为教师和教辅，这种叫法如果不是重理论轻实践、君子动口不动手的传统观念的现实翻版，至少也是有失偏颇。实验教学有辅助理论教学的作用，但它还是培养学生创新意识、工程观念、动手能力不可缺少的环节，有些功

7、用是理论教学不可替代的。钱伟长同志在群言第8期上撰文指出，没有创新精神的教师，不可能培养出具有创新精神的人才。创新精神反映在工作上，首先是科研要有创造，不搞科研的教师是不可能教好书的。他还强调，本科生的教育，是解决创造能力的培养问题，绝不是照本宣科就能做得到的。我们搞工科的都知道，工科的科研离不开实验，即使数值模拟、计算机仿真，也不能偏废实验，因为它们源自实验并且依靠实验验证，因此实验在现代教育中的地位发生了根本的变化。由于上述根本性的变化，对从事实验教学者，比一般工厂、科研所的实验人员有了更高的要求，他们要担当培养学生创造力的主体力量，要有教师的基本素质。如何造就这样一支队伍，我们首先要取消

8、教师与实验室教学人员的界限，认定参与教学的都是教师。对“老人”要相互学习，原来偏重理论教学的要通过科研和实验加强动手能力同时积累实践经验，自觉成为实验室的一员，更好地将理论教学和实验教学结合起来，并且参与实验教学；而原来从事实验室教学工作的，要强化理论学习，要积极参加理论教学的辅导，学校应该通过开设选修课让这些人中有条件的参加理论教学的实践，从而使他们反过来在实验教学中不断提高讲的艺术并且充分发挥自己在动手能力和实践经验上的优势，担当好实验教学的主体责任。对“新人”，学校应该建立一套制度，不论硕士、博士、博士后，如果缺乏实践和教学经验的，前一、二年，一律在实验室搞科研、当理论教学的助教和参与实

9、验教学实践。经过考察，只有在讲和做两方面同时具有足够的能力，才能吸纳入教师队伍。其次，实验室应该配备技工、技师、高级技师，学校要给编制，要提高他们的待遇，要正视现在社会上高级技师比教授吃香的现实。由于国家认定的技师、高级技师，是经过相当的理论水平考核的，他们中有能力参与实验教学的，人事部门要淡化他们的工人身份，等同于教师对待。我们相信，经过若干年的调整、融合和淘汰，必然能够造就一支能文能武、能适合现代教学要求的教师队伍，过去理论和实验两类教学人员中所谓教师与教辅的鸿沟，无论在主观上还是在客观上都就自然消失了。（二） 正确认识验证型、演示型和设计型实验的不同功用，理顺教学计划 关于不同类型的实验

10、，我们认为有不同的教学功能，单课验证型实验打基础，系列演示型或操作型实验长见识，科研设计型实验增能力，各类实验都不可偏废。1、 单课验证型实验不可少。曾有这样一种倾向，想以综合型实验替代单课验证型实验，并且凡是实验都独立开课，我们认为不妥。热工课所揭示的规律是以实验为基础的，有些还靠实验进一步发展，如传热学发展了实验传热学这一分支。理论教学要与实验教学紧密结合，才能收到最佳效果。过去传热学实验虽然实行了可选择开放式教学，但仍然是集中在期末一个时间段内完成的，与理论教学并非最佳衔接。其实有些实验可以搬进课堂，如角系数测定，实验装置不足5公斤，而且教师结合实验原理讲解有关知识点，比凭空让学生想象一

11、个空间角要容易教；有些时候教师又可以将课堂设到实验室，如圆球导热实验，对学生掌握导热规律是重要的，但该实验由于稳定时间长，实验前都是由教师事先调好，参数变化对导热的影响，也是靠同时加热的多台导热仪比较得出的，实验时学生不过记个数据和套个公式，因此这类验证性演示型的实验没有分小组的必要，教师可以在下课前10分钟带学生到实验室完成教学内容，这种热抄效果只会比独立的实验课分小组做实验好；有些知识点则可以在生活中找实例而不必用实验去验证；另外有条件的还可以通过多媒体将教室与实验室合二为一，或者通过校园网随时可以演示实验。总之，单课验证型实验内容要精练，与课程的结合要紧密，其目的不是锻炼学生的动手能力，

12、而是要学生巩固所学的知识点，是否独立开设实验课，也取决于能否更好地为理论教学服务，这就是所谓的“单课验证型实验打基础”。2、 实验能力也是经验的积累。另有一种看法，认为演示型实验的意义不大，我们并不认同这种观点。热工类课程是专业基础课，各专业有时也有一些实验，这些实验不仅为专业教学服务，而且对巩固专业基础的知识点起到了进一步的强化作用。在短学期集中开设相当数量的专业实验或者介绍一些由于专业分割而在一般教学计划中接触不到的实验方法，尽管大多数是演示型的，只有部分实验可由学生自己操作，其原因主要是受到设备与时间的限制，但这些实验还是让学生长了见识。这类系列实验的设置要有明显的特色，各校要挖掘自身的

13、优势，结合各自专业设置的特点，介绍最新的科研成果和最先进的测试手段，其内容要根据实际情况不断更新，而水平要随技术发展不断提高，所谓与时俱进。如我校，热工与光学是两大强势学科，在系列实验中，有一项用激光全息干涉法测量火焰周围空气温度场的实验，实验方法是学科优势的结合，实验内容贴近能源动力专业的实际，学生们看了感觉比较新鲜有趣，因此深受大家的欢迎。有一些毕业后的学生，在工作中遇到相关问题，还回到学校找老师仔细讨论该实验方法在其项目中运用的可行性。我们感到我校这方面的改革是一个较好的实践，基本达到了“系列演示型或操作型实验长见识”的目的。3、 科研实验是对学生创新意识、工程观念和动手能力的综合锻炼。

14、工科学生毕业后应该具备科研实验的能力，而这种能力要在大学学习期间不断地培养，这已经越来越为学校和社会所重视。但科研实验不一定是综合性的，关键在于由学生自行设计、自行调试、有创新点，有工程背景或者有理论意义，能独立完成。我们认为科研实验不一定要全部独立设课，在第二课堂、毕业设计、甚至在课程实验中，都可以有这类实验。如有的教师提出只向学生提供一些基本构件、简单工具和测量仪表，要求学生通过这些构件和仪表的组合，自己设计实验方案，动手搭建实验系统，开发传热学基本实验，这就是一个不可多得的好主意。但由于科研实验的资源有限，当一些学生在各个学习环节中没有机会得到相应训练时，学校必须有几门专门为培养学生科研

15、实验能力而开设的实验课程，这些课程的实验内容则有一定的综合性，使学生通过科研设计型实验增强能力。 当然，要让这几种类型的实验充分发挥其功用，有一个衔接良好的教学计划是十分重要的。但随着招生规模的逐年扩大，实验资源相对缺少，合理调度教学进程的难度越来越大，如何理顺教学计划，是我们需要进一步认真研究的问题。三在学的方面增强动力，建立有效的考核机制： 用实验内容的新颖有趣来增强学生对实验的兴趣，变被动学习为主动学习，是在学的方面增强动力的一个有效途径，是我们全体从事实验教学的教师要努力的方向，但并不是所有的实验都是那么有趣的，更不能将一些学生对实验草草了事的态度归咎于实验没有趣。对学生的训练有一定的强制性，要对实验教学建立有效的考核制度。由于有些实验独立计学分，而有些实验附着于课程或者其它教学环节，所以光从学分难以全面评价实验教学的培养情况。鉴于几种类型实验的不同功用，建议在学分外另设三类实验教学的积点，A类积点反映接受巩固知识点的实验教学情况，B类积点反映积累实际经验的实验教学情况，C类积点反映接受动手能力和创新设计方面锻炼的实验教学情况。三类实验教学的积点与学分可以重叠并且互不相干，就是说，一门课程或者一个教学环节，除了额定的学分外，如果