黃曉璜 崔國民

摘要：工程熱力學是能源與動力工程及相關學科的核心基礎課程，工程熱力學實驗是該課程的重要組成部分。通過上海理工大學工程熱力學實驗教學過程中存在的問題，從重視實驗教學、網絡化選課模式、科學合理設置實驗教學內容、互動式教學模式、科學合理的考核方式、及時了解教學效果等方面提出實驗教學探索方案，努力提高實驗教學質量，為創(chuàng)新型人才培養(yǎng)添磚加瓦。

關鍵詞：工程熱力學;實驗教學;教學探索

中圖分類號：G642.423 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）33-0100-02

實驗教學是高等學校實踐教學環(huán)節(jié)的基本內容，是培養(yǎng)基礎實、知識寬、能力強、素質高的創(chuàng)新型人才的主陣地，實驗教學對于提高學生的綜合素質、培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神與實踐能力具有重要的作用。[1]實驗教學是訓練學生觀察、分析、處理數據以及完成實驗報告等各方面綜合能力的保障，是培養(yǎng)學生實踐性、創(chuàng)新型能力的重要教學組成部分。[2]通過實驗教學，不僅可以有助于學生感受和理解理論課所講授的知識，更重要的是培養(yǎng)學生的實驗技能、綜合實踐能力、科學素養(yǎng)、獨立思維及創(chuàng)新能力。[3]

一、工程熱力學實驗教學存在的問題

工程熱力學是研究熱能有效利用以及熱能和機械能等其他能量轉換規(guī)律及其應用的工程技術學科。[4]工程熱力學以概念多、術語多、內容抽象難懂、系統(tǒng)性和工程性強等特點，造成學生缺乏學習興趣，對很多概念似懂非懂。因此，工程熱力學實驗課的學習對于該課程的學習具有重要的意義。然而，工程熱力學實驗教學過程中存在一定的問題。

首先，由于多年來“重理論、輕實踐”的思想影響，對實驗教學的建設和管理重視程度不夠;實驗室建設和管理工作條塊分割、分工不清;實驗室體制過于分散;實驗室技術隊伍的建設不夠重視，缺乏高素質的專業(yè)人員。其次，原有的實驗課程設置不合理，實驗學時太少，比如一個實驗項目只有1個學時，倉促完成，實驗訓練不足，導致理論與實際應用脫節(jié)。再次學生對實驗課的重視程度不夠，導致學生在實驗課上無興趣，主觀能動性不能發(fā)揮，教學效果不理想。然后，實驗教學容量與學生人數不相適應，一臺實驗設備對應實驗人數太多，使得一部分學生不能仔細觀察實驗，動手操作機會少;實驗系統(tǒng)及設備陳舊與現代實驗技術不相適應，打擊學生學習積極性。最后，實驗教學的實施與創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)不相符合，學生模仿教師進行重復性實驗，缺乏創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。比如學生根據教師的安排，按部就班完成實驗操作，這種機械代辦的學習過程抑制了學生創(chuàng)新思維的培養(yǎng)，學習效果也不理想。

綜上，由于實驗教學存在的各種問題，直接導致中國當代大學生眼高手低、動手能力弱的問題，因此必須重視實驗教學，同時在實驗內容、實驗形式、考核方式等方面深化實驗教學改革。

二、實驗教學探索

1.重視實驗教學

傳統(tǒng)的中國應試教育是重理論輕實踐的教育模式，然而，隨著實踐教學的重視，應該從學校、教師、學生三方面對實驗教學給予重視。

學校方面來講，首先，應提高實驗教學的學分比重。學生對于學分較低的實驗課，對其上課不夠重視，認為學得不好對其總成績不影響，更愿意花時間在學分高的理論課上。其次，應提供充足的資金支持，用以實驗設備的購入、實驗條件的改善、實驗項目的增加上。比如在學校的重視下，學院補充了原有工程熱力學實驗設備的不足。再次，應將實驗課程落實到具體教師。本校以往的所有實驗課是由一位教師擔任負責人，在開課時，分配給其他教師。這樣導致學生未能對實際實驗教師評教，忽略了激勵教師教學能力提高的評教作用。教師方面，應提高對實驗教學重要性的認識，研究提高實驗教學質量的方法，思考如何讓學生在實驗實踐中收獲最大。比如實驗教師應經常修訂教案、指導書，努力自制開發(fā)教學儀器設備，提出實驗室建設等有利于實驗教學發(fā)展的工作。比如以往實驗教師一般為兼職教師，從2013年起，實驗中心引進7名專職教師，設置專門辦公室，實行辦公統(tǒng)一化，這有利于學生便捷得找到實驗教師進行實驗答疑等事項，也有利于實驗教師交流探討教學方法、經驗。另外，實驗教師參與一系列的教師培訓、教學方法活動、經驗交流會、座談研討會，相互學習、了解自己的優(yōu)勢和缺點，增強信心，提高教學能力和水平，促進教學質量的提高。學生方面，應通過思想動員、制度獎懲等手段，使學生認識到實驗的重要性。應采取各種辦法讓學生意識到實踐動手能力訓練的重要性，讓學生能自覺主動珍惜實驗課堂時間。

2.網絡化選課模式

上海理工大學（以下簡稱“我?！保┙⒘四茉磩恿こ虒嶒炛行木W站，學生可以利用該網站進行自主實驗學習。網站功能之一可以實現網上選課和教學信息的發(fā)布。在每學期開學之際，實驗中心公布實驗授課計劃及選課通知，包括選課時間、內容、方法、成績評定方法、選課注意事項及實驗中心辦公地點及電話，以應對學生的不明事宜或疑問。比如選課方法：登陸能源與動力工程學院實驗教學中心網站學生預約窗口（http：//eplab.usst.edu.cn/index.php/Index/stulogin），輸入本人的學號和密碼（初始密碼為000000），進入系統(tǒng)后點擊“實驗預約”即可進入選課;實驗預約完成后，可在“我的預約”中查看已預約實驗的課程名稱、上課時間和上課地點等。該網上選課模式不僅可以有效實施開放性實驗教學和資源共享，而且讓學生有更多自由分配時間，更具開放性。

3.科學合理設置實驗項目

工程熱力學實驗課程是按照課程理論教學日歷排課，其包括6個實驗項目，每個實驗項目2個學時，共12個學時，分別為氣體定壓比熱測定、飽和水蒸氣壓力和溫度關系曲線測定、噴管流動特性實驗、壓縮機效率實驗、制冷循環(huán)性能系數測定。每個實驗安排2周，26組（可根據每屆學生人數安排組數），一組16人（實驗設備臺數8套，可2人組隊），可供400多人進行實驗學習，學生可根據自己空余時間在這2周內選擇合適的實驗時間進行實驗學習。比如“氣體定壓比熱實驗”安排在工程熱力學第三章理想氣體的比熱容內容學習后進行，該實驗持續(xù)2周時間;然后在第三章水蒸氣的飽和狀態(tài)和相圖以及水蒸氣圖表內容后進行“飽和水蒸氣溫度和壓力曲線的測定實驗”。隨著理論課程教學的進行同時開設實驗課，讓學生及時理論聯(lián)系實際，加深基礎理論理解，也培養(yǎng)實驗技能、增強動手能力和解決問題的能力，避免了以往實驗課安排在學期末或理論課后的下學期進行的弊端，避免的弊端包括比如好多學生理論課忘記了差不多，進行實驗課時感覺很陌生，造成了走過場的現象;集中2或3周進行所有的實驗，學生來不及消化，囫圇吞棗，造成瞬時記憶，做完即忘。另外，學生集中要處理多份實驗報告，很多學生就抄襲實驗報告;集中安排實驗課還會造成設備不夠用，或者一組實驗人數過多的狀態(tài)，使得實驗效果大打折扣。

4.互動式實驗教學方式

傳統(tǒng)實驗教學方法主要是注入式教學，教師對照實驗目的、裝置、步驟等進行講解，并操作示范，學生習慣性按照教師的講解，遵循實驗指導書步驟重復，當在實驗過程中發(fā)現實驗結果與理論有差距時，總認為實驗裝置有問題或者盡力把實驗結果與理論靠攏，根本不進行思考。該教學模式下，學生被動學習，阻礙了學生主體性發(fā)揮和創(chuàng)新意識、創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。而互動式教學是從現代教育理念出發(fā)，以滿足學生的有效求知和市場經濟條件下社會對人才的需要，以促進教師自身水平與教學效果的提高為目的，通過教與學全方位地相互促進和溝通達到上述目的的教學形式。[5]鑒于此，實驗中心采取互動式教學方式并貫穿整個實驗教學課堂。

首先，在學生簽到時，以提問方式檢查學生預習情況，并提示學生抓住上課前10分鐘預習實驗;其次，在實驗課堂開始后，運用實驗錄像、CAI多媒體等現代化教學工具進行授課，這種現代化的教學工具產生圖、文、聲、像并茂的效果，以彌補傳統(tǒng)實驗教學手段的不足，提高教學效果。特別是對復雜的實驗原理，如果只對著實驗臺介紹，學生不一定能接受。比如氣體定壓比熱測定中，應用PPT示意實驗裝置系統(tǒng)，能更清楚實驗系統(tǒng)內部連接情況，應用PPT推導公式去求解比熱所涉及到的參數，思路更清楚，學生更明白。再比如噴管流動特性實驗復雜，涉及公式多，通過實驗去比較各工況下氣流流經漸縮噴管和縮放噴管各個截面壓力和流量變化規(guī)律，比較兩種噴管的基本特性，確定工作條件對噴管中氣體流動的影響，比較分析實際氣流曲線偏離理想氣流曲線等問題非常困難，因此必須借助多媒體教學。在授課中教師與學生、學生與學生互動，探討實驗方案、生活案例，引發(fā)頭腦風暴，促進激烈討論。比如在飽和水蒸氣溫度與壓力關系曲線測定時，學生們會對為什么高壓鍋內的食物容易煮熟，而在高原上卻不易煮熟進行探討，提高了學生實踐動手的興趣。

再次，實驗操作中，實驗教師在旁巡視，適時提問、提示與幫助。布置每個小組2～3個問題，培養(yǎng)學生提問能力、思考習慣。該互動模式讓學生和教師隨時能溝通交流，提高學生的自主學習意識。如制冷循環(huán)性能系數測定實驗中，學生需闡述制冷循環(huán)流程圖、設備名稱及作用、制冷劑在各設備進出狀態(tài)。有思考題的督促，學生在實驗過程中態(tài)度認真，對實驗鉆研，起到實驗學習效果。同時，巡視中提示學生需要觀察什么，思考什么問題，應用什么方法分析數據，通過實驗可以得出什么結論或規(guī)律，詢問是否有新的實驗方法和改良步驟等以強化學生開拓思維。

最后，實驗結束后，學生將統(tǒng)一將自己的實驗成果給實驗教師檢查，檢查確認方可離開實驗室。若有學生成果不太理想，實驗教師將安排學生在其他實驗小組的時間里繼續(xù)完成該實驗課程的學習。

5.合理的實驗考核方式

實驗課考核，應堅持把學生實際技能和分析問題、解決問題的能力作為考核重點，力求對每個學生的成績給出全面合理的評價。實驗課考核體系不合理，則不能有效調動學生學習實驗的主動性和創(chuàng)新性。以往由于學生人數多，實驗人數500人/學年左右。一次實驗課人數較多，學生在實驗過程中走過場，平時成績考核力度又不夠，大多以實驗報告為考核的唯一方式，導致學生不重視，實驗報告存在大量的抄襲現象，不能真實反映學生實驗水平，更無法體現實驗教學的作用。鑒于此，實驗中心建立更科學的考核體系，做了以下轉變。

實驗成績評定方法：實驗出勤20%，包括準時上課、遲到、早退、未出席四個層次;實驗上課表現50%，包括預習情況、實驗操作、實驗結果、互動情況、問答表現等;實驗報告成績30%，包括實驗報告數據及計算分析過程、結果正確性和整潔等。對于漏做實驗、漏交實驗報告的同學，所遺漏的平時成績或實驗報告成績?yōu)榱惴?。對于未選課、未上課的同學，無論何種理由，均不予補實驗，無成績。

6.及時了解教學效果

為了深入了解教學效果，在實驗教學結束后，實驗中心設計了調查問卷“實驗課教學質量調查問卷”“我最喜歡的實驗教學模式調查問卷”。實驗課教學質量調查問卷涉及實驗教師教學態(tài)度、教學能力、教學效果等3個方面，給實驗教師評分。筆者最喜歡的實驗教學模式調查問卷中，涉及內容包括：你對本學期實驗課的整體印象如何？你認為上課人數安排是否合理？你認為此次實驗課程的實驗設施條件怎么樣？你認為實驗課程考核形式應該是怎樣？你認為好的實驗教學方式/模式應該是怎么樣？你心目中好的實驗教學模式是怎樣？你對我們的實驗教學有什么好的意見，等等。通過真實的反饋情況，可以使實驗教師認識到教學過程中存在的不足，深入了解學生對實驗教學的需求，從而可以及時完善實驗教學內容、改進教學方法、提高實驗教學質量。

三、結束語

工程熱力學實驗教學是鞏固該課程理論知識、培養(yǎng)學生的實踐能力、開拓學生創(chuàng)新思維的重要途徑。本文通過改變實驗教學現狀中存在的不足，希望建立科學的實驗教學體系，提升實驗技術水平和實驗教學管理實效，充分發(fā)揮實驗在教學中的重要作用，使實驗教學更好地適應現代教育和現代人才培養(yǎng)的需求。

參考文獻：

[1]吳世華，楊光明，王秋長.加強實驗教學示范中心建設，提高人才培養(yǎng)質量[J].實驗技術與管理，2012，29（1）：4-6.

[2]鐘金明，李苑玲.基于CDIO理念的工程教育實踐教學改革探索[J].實驗科學與技術，2009，（6）： 67-69.

[3]蘇枋，劉維忠，高務龍.優(yōu)化實驗教學體系，著力培養(yǎng)農科類學生的創(chuàng)新能力[J].實驗技術與管理，2010，27（7）：19-21.

[4]楊玉順，張昊春，賀志宏.工程熱力學[M].北京：機械工業(yè)出版社，2009.

[5]呂愛民，姚軍.高校工科互動式教學探討[J].中國石油大學學報（社會科學版），2006，22（6）：100-104.

（責任編輯：王意琴）