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基于学分机制的工程热物理课程实验教学研究

欧阳莉
[摘 要]工程热物理课程通常包括传热学和工程热力学两门课程，是高等学校本科课程中重要的专业基础理论课程，其所涉及的专业领域也较多，如航空、水利、机械、动力、航海、冶金、建筑、环境等。实验教学是其教学过程中的一个重要环节。针对学分机制条件下的实验教学目标、内容和方法，可以进行探讨性的研究，主要基于实验条件合理的改善和高效的利用方面，围绕学分机制条件下特殊的要求，从教学内容和方法方面探讨性地提出相应的方法。
[关键词]工程热物理课程；学分机制；实验教学
[] G642 [] A [] 2095-3437（2016）09-0168-02
工程热物理课程通常包括传热学和工程热力学，是高等学校本科课程中重要的专业基础理论课程，其所涉及的专业领域也较多，例如航空、水利、机械、动力、航海、冶金、建筑、环境等，对各专业的多门后续专业课程的学习都有着重要的作用。工程热物理课程的实验教学是其重要的环节，国内外高校也非常重视这一教学环节。[1] [2] [3]例如，基于MATLAB语言开发的工程热物理课程虚拟实验在教学中已起到了辅助作用。[4]我国华中科技大学许国良教授则开发了Saints2000的传热学虚拟实验。[5]目前，PDCA循环已在工程热物理实验质量管理中得到应用。[6]
一、实验教学与研究现状
（一）实验教学现状
目前国内工程热物理领域的专家，以及教学人员对传热学、工程热力学实验教学从不同的角度和目标进行了研究，对此问题的研究情况主要有以下几个方面。
1.高校实验室可以在完成计划内的教学和科研任务的前提下，利用现有的师资、仪器设备、设施条件等资源向学生开放，为学生提供实验条件。但目前存在的问题是，真正面向学生的全天候开放的实验室还很少。
2.完善实验设备，增加可开设的实验数量。例如，传热学课程中热量传递有三种基本方式：导热、热对流、热辐射。为了巩固和加强对这三种基本热传递方式的理论理解，应分别开设相应的三个验证性实验。但由于学时、实验场地、学生人数较多等限制，很多高校往往没有提供必要的实验条件。
3.对实验教学进行改革，打破原实验课程、原实验室界限、压缩传统经典的验证性实验内容，增加综合性、设计性和研究性实验内容。例如：（1）LabVIEW在工程热力学远程实验教学平台的应用。（2）信息和多媒体技术与传热学实验教学的整合。（3）以节能减排意识培养为导向的工程热力学教学研究。但这种实验教学的改革受到软件应用和开发的限制，在一定程度上限制了对学生实际动手能力的培养。
（二）学分机制与实验教学内容
高校学分机制的实施，强化了学生学习的主动性和个性化培养。学生可以根据自身特点选择学习内容和学习时间。这也对实验教学提出了更高的要求：1.实验设备的先进性和前沿性；2.实验内容的多样性；3.教学对象的特殊性；4.国际化程度；5.与现代实验教学理论的融合性；6.与传统文化的相关性。
二、实验教学方法手段
基于学分机制条件下实验教学的需求，本文探讨性地提出了以下几个方面的途径。
（一）实验设备的先进性
满足实验设备的先进性是一个首要和关键的环节，特别是对于研究性高等学校的建设和研究创新型人才的培养来说。例如：新闻《去国家实验室打工，武汉理工大4人同获名校保研》，应该得益于此环节。保障实验设备的先进性也是一个最困难的环节：其需要更多的资金、更短的更新周期。对于工程热物理课程实验教学而言，应该从教学管理方面来解决这一问题。首先，应对学校先进的设施进行调研；其次，统计与工程热物理课程教学相关的实验台架；最后，基于本科生实验教学的安全性和可操作性的角度进行选择，并作为综合性实验台架。这也提高了学校先进实验设备的利用价值。基于实验设备先进性环节的实施，实验内容的前沿性才得以体现。满足前沿性的实验内容通常具有较强的综合性。
（二）实验内容的多样性
实验内容的多样性是学分机制条件下实验教学的重要特点。通过调研，我们了解到学分机制条件下，学生对实验的选择性空间更大、更灵活，包括实验探究的兴趣性、实验操作能力、自主培养目标、实验时间安排等。可行的解决方法：1.基于一套实验装置，设计多个探究性问题来满足学生对实验多样性的要求；2.采用多种形式的实验来解决实验内容的多样性需求。例如，设计性实验、安装性实验、调查性实验、演示式实验、动画制作实验、仿真实验等。
（三）教学对象的特殊性
学分机制条件下教学对象的特殊性主要体现在教学对象的主动性上。实验内容多样性是满足教学对象特殊性的最基本环节。教学对象的特殊性虽如宋朝文学家欧阳修在《归田录》（卷一）所描述的“补仲山之衮，虽曲尽于巧心；和傅说之羹，实难调于众口”，但采用实验内容的多样性能够达到“众口能调”的境界。
（四）国际化程度
实验国际化程度的衡量标准：一流的实验设备；一流的实验数据记录、整理和分析技术；一流的实验成果报告和交流写作水平。例如，在实验报告的撰写中，可采用双语或全英文的形式。
（五）与现代实验教学理论的融合性
工程热物理课程实验是本科实验教学中的一部分。实验教学方法是各相关专业专家和教学人员一直探讨的内容，例如，《续议物理演示实验教学》[7]一文，强调物理实验教学中演示性实验的重要地位，即演示性实验凭借其形象、直观的特点，能唤起学生的学习热情，是培养学生科学素质观的支撑。本文也认为对于学生人数较多的高校而言，这也是一种很好的实验教学方式。众所周知，通常的演示实验是针对经典问题，利用实验装置，由教师向学生演示。而本文强调：现代的演示实验应该是针对经典问题，利用现代的技术，由学生来演示。例如，可利用先进的多媒体技术，制作动画演示经典实验。
（六）与传统文化的相关性
工程热物理实验与传统文化的相关性表现在其理论和应用来源于客观物质世界，贴近我们的生活。例如，在传热学导热、热对流、热辐射教学中，要求学生探讨性地观察和设计实验：如何测量湖北特色小吃“欢喜坨”的温度？这类实验内容摆脱了实验室场地和空间的限制，也是启发式实验教学的途径之一。
三、结语
实验教学是工程热物理课程教学的一个重要环节，也是研究创新型、实施学分机制且学生人数较多的高校的“瓶颈”问题。本文基于调查融合在实验理论教学中的思考，探讨性地提出了解决方法。
[ 参 考 文 献 ]
[1] 邹艳芳.“传热学”实验教学与思考[J].中国电力教育，2014（17）：106-107.
[2] 黄晓璜，崔国民.高校工程热力学实验教学探索[J].中国电力教育，2014（33）：100-101.
[3] 孙宝芝，宋福元，张鹏.美国热工课程教学对我国热工课程教学法改革的启示[J].教育与职业，2011（14）：106-107.
[4] 姜昌伟，傅俊萍，赵李铁.基于Matlab的传热学虚拟实验开发[J].中国电力教育，2008（S2）：316-317.
[5] 许国良.SAINTS2000在传热学课程虚拟实验中的教学与实践[C].2004年全国热工课程发展战略规划学术研讨会，2004.
[6] 严大炜，邹琳江.PDCA循环在工程热力学实验教学中的应用[J].赤峰学院学报，2015（7）：10-11.
[7] 刘国松.续议物理演示实验教学[J].剑南文学，2013（7）：332-334.
[责任编辑：陈 明]

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