李俊瑞，田　禾，王　艷

(天津理工大學(xué)　熱能工程系，天津　300384)

?

依托專業(yè)特色開發(fā)綜合性設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)

李俊瑞，田禾，王艷

(天津理工大學(xué)熱能工程系，天津300384)

摘要該文以專業(yè)特色建設(shè)為契機(jī)，論述了大力開展綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)建設(shè)的主要工作及效果。以旋風(fēng)除塵器實(shí)驗(yàn)為例，本著改革創(chuàng)新、勤儉辦學(xué)的原則，利用已有實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源，對原有實(shí)驗(yàn)及設(shè)備進(jìn)行教學(xué)改革、實(shí)驗(yàn)開發(fā)、設(shè)備改造、實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新等，使單一性實(shí)驗(yàn)改造升級為綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，成為有利于學(xué)生綜合素質(zhì)與能力培養(yǎng)的實(shí)驗(yàn)平臺，取得了很好的效果。

關(guān)鍵詞實(shí)驗(yàn)教學(xué)；實(shí)驗(yàn)設(shè)備；改造升級；人才培養(yǎng)

天津理工大學(xué)熱能與動力工程專業(yè)，依托天津市專業(yè)特色建設(shè)項(xiàng)目，大力開展綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)建設(shè)，強(qiáng)化學(xué)生能力培養(yǎng)，努力提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)水平。結(jié)合學(xué)校自身特點(diǎn)，本著改革創(chuàng)新、勤儉辦學(xué)的原則，充分利用已有實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源，自力更生，通過技術(shù)改造實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)升級換代。以旋風(fēng)除塵器實(shí)驗(yàn)為例，對原有實(shí)驗(yàn)及設(shè)備進(jìn)行教學(xué)改革、實(shí)驗(yàn)開發(fā)、設(shè)備改造、實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新等一系列工作，使單一性實(shí)驗(yàn)改造升級為深受學(xué)生歡迎的綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)平臺，通過教學(xué)實(shí)踐，取得了很好的效果。

1指導(dǎo)思想與工作思路

指導(dǎo)思想：加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革與建設(shè)，努力提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)水平，以綜合性設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)開發(fā)為突破口，全面提升實(shí)驗(yàn)教學(xué)水平，強(qiáng)化學(xué)生能力訓(xùn)練，促進(jìn)創(chuàng)新人才培養(yǎng)。

總體思路：遵循教學(xué)改革方向，依照綜合性設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)要求[2，11]，改革傳統(tǒng)、簡單的實(shí)驗(yàn)形式，結(jié)合學(xué)校自身特點(diǎn)，本著自力更生、勤儉辦學(xué)的原則，充分利用已有實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源，通過技術(shù)改造實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)升級換代，創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ?，將單一性?shí)驗(yàn)改造成為有利于學(xué)生綜合能力訓(xùn)練和創(chuàng)新人才培養(yǎng)的綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)平臺。

2原有實(shí)驗(yàn)及設(shè)備情況

旋風(fēng)除塵器性能實(shí)驗(yàn)是“通風(fēng)工程”課程教學(xué)內(nèi)容開設(shè)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，通過該實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生進(jìn)一步理解旋風(fēng)除塵機(jī)理，了解旋風(fēng)除塵器系統(tǒng)的基本組成和工作過程，掌握通風(fēng)量與除塵效率之間的關(guān)系。

2.1實(shí)驗(yàn)設(shè)備組成結(jié)構(gòu)

除塵器性能實(shí)驗(yàn)臺如圖1所示。實(shí)驗(yàn)設(shè)備主要由實(shí)驗(yàn)除塵器、發(fā)塵裝置和測試系統(tǒng)3部分組成。

圖1　除塵器性能實(shí)驗(yàn)裝置示意圖

1)實(shí)驗(yàn)除塵器，實(shí)驗(yàn)除塵器為一小型離心式除塵器，在其底部設(shè)卸灰斗，每次實(shí)驗(yàn)結(jié)束時，將收集的灰塵取出稱重。

2)發(fā)塵裝置，為一振動式發(fā)塵器，其發(fā)塵可通過調(diào)節(jié)漏斗的閘板開度進(jìn)行控制，漏出的粉塵通過灰口進(jìn)入系統(tǒng)。

3)測試系統(tǒng)，測試系統(tǒng)由進(jìn)氣管，出氣管，靜壓環(huán)，孔板流量計(jì)，風(fēng)機(jī)和調(diào)節(jié)閥組成，由微壓計(jì)測量壓差。

2.2實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及操作過程

實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：1)測量除塵器的處理風(fēng)量；2)測定除塵器阻力以及風(fēng)量與除塵器阻力之間的關(guān)系；3)測定除塵器效率以及處理風(fēng)量與除塵器效率之間的關(guān)系。

2.3存在的主要問題

經(jīng)過教學(xué)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，原實(shí)驗(yàn)雖然對學(xué)生鞏固專業(yè)知識，提高實(shí)驗(yàn)技能有一定幫助，但是，僅限于理論知識和感性認(rèn)識層面上，缺乏對學(xué)生的思考性和研究性培養(yǎng)；實(shí)驗(yàn)過程多是簡單重復(fù)記錄數(shù)據(jù)，學(xué)生動手機(jī)會較少，缺少分析問題和解決問題的訓(xùn)練，以及創(chuàng)新意識的培養(yǎng)，主要表現(xiàn)在以下4個方面。

1)原有實(shí)驗(yàn)仍停留在驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的模式上，內(nèi)容簡單，形式單一，實(shí)驗(yàn)過程中學(xué)生只是記錄初始和終了結(jié)果，然后按指定計(jì)算公式算出結(jié)果，學(xué)生被動學(xué)習(xí)，興趣不高，不能提供給學(xué)生發(fā)揮主觀能動性的空間。

2)由于每個學(xué)生都要進(jìn)行相同的實(shí)驗(yàn)，無法解決眾多學(xué)生全部參與實(shí)驗(yàn)操作的要求，容易出現(xiàn)實(shí)驗(yàn)前準(zhǔn)備不足、抄襲實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的現(xiàn)象，影響實(shí)驗(yàn)效果和教學(xué)質(zhì)量。

3)由于設(shè)備客觀條件所限，該實(shí)驗(yàn)只能用質(zhì)量法測量除塵器效率，實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容具有一定的局限性，達(dá)不到綜合訓(xùn)練的要求。

4)該實(shí)驗(yàn)的主要實(shí)驗(yàn)參數(shù)——風(fēng)量的變化調(diào)節(jié)，采用閘板調(diào)節(jié)方式，內(nèi)容陳舊、落后，與現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)調(diào)節(jié)和節(jié)能技術(shù)要求不符，滯后于當(dāng)今科學(xué)技術(shù)與現(xiàn)實(shí)社會。

5)實(shí)驗(yàn)設(shè)備結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)配置不夠合理，測量系統(tǒng)和儀器也比較落后，造成實(shí)驗(yàn)功能單一、數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性不高、可調(diào)性差，操作不方便。

3實(shí)驗(yàn)開發(fā)與設(shè)備改造

針對原實(shí)驗(yàn)設(shè)備存在的問題，依照綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，研究設(shè)計(jì)提出了改革方案：首先，打破單一課程限制，將流體力學(xué)的泵與風(fēng)機(jī)、通風(fēng)工程、熱工儀表與測量技術(shù)等課程內(nèi)容融入實(shí)驗(yàn)中，多課程知識交叉融合，拓展了教學(xué)內(nèi)容和知識范圍，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目數(shù)量也由原先的3個增加到7個；改革傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ?，增加了學(xué)生自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，學(xué)生參考實(shí)驗(yàn)指南，自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目選擇實(shí)驗(yàn)參數(shù)，獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)過程，給學(xué)生更多的認(rèn)知、思考、探索和設(shè)計(jì)的空間[12]；在保留了原設(shè)備測量系統(tǒng)的同時，配置了較先進(jìn)的檢測系統(tǒng)及儀表，傳統(tǒng)方法與現(xiàn)代測量技術(shù)相結(jié)合，提高了設(shè)備性能；改革實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ?，將?shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、組織、操作、記錄、統(tǒng)計(jì)、整理、分析和結(jié)論形成一個完整的實(shí)驗(yàn)過程，給學(xué)生提供了一個全面、系統(tǒng)的知識與能力訓(xùn)練的環(huán)境。

主要工作及效果有以下8個方面。

1)取消了原放料器，設(shè)計(jì)制作安裝了可變速調(diào)節(jié)的螺旋送料機(jī)，實(shí)現(xiàn)了對粉塵濃度和送料量的連續(xù)調(diào)節(jié)與精確控制。原放料器對粉塵量調(diào)節(jié)性差、精度低，只能用質(zhì)量法測量除塵效率，經(jīng)過改裝后提高了對粉塵量的控制能力和精度，可以實(shí)現(xiàn)質(zhì)量法和濃度法兩種方法測定除塵效率。此外，還可以通過送料量的調(diào)節(jié)，測定粉塵濃度對除塵效率的影響、單位時間的除塵效率以及瞬時除塵效率，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容更加全面。

2)在設(shè)備的風(fēng)機(jī)上加裝了調(diào)速器，可以方便地調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速和風(fēng)量，改變了原設(shè)備的閘板調(diào)節(jié)風(fēng)量方式，實(shí)現(xiàn)了連續(xù)變速風(fēng)量調(diào)節(jié)，提高了實(shí)驗(yàn)的調(diào)節(jié)范圍和數(shù)據(jù)的連續(xù)性。通過兩種不同風(fēng)量調(diào)節(jié)方式的對比，可以使學(xué)生從中認(rèn)識兩種不同調(diào)節(jié)方式的效果和優(yōu)缺點(diǎn)，對風(fēng)量調(diào)節(jié)原理與風(fēng)量調(diào)節(jié)方式加深了理解。

3)對集灰斗進(jìn)行了改進(jìn)和更換，將原法欄連接方式的灰斗，改為螺旋密封連接灰斗，既保證了系統(tǒng)的密封性，又使其在操作上簡單方便，安全可靠，有利于收集粉塵和方便計(jì)量。

4)在原實(shí)驗(yàn)設(shè)備吸風(fēng)口上設(shè)計(jì)安裝了可變結(jié)構(gòu)的吸氣罩，通過改變吸氣罩的結(jié)構(gòu)形式，可以實(shí)現(xiàn)風(fēng)量、風(fēng)速的調(diào)節(jié)。使學(xué)生對風(fēng)量、風(fēng)速調(diào)節(jié)方式增加了新的知識，拓展了學(xué)生對通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)量調(diào)節(jié)方式的了解。

5)重新配置了壓力、流量等數(shù)字檢測系統(tǒng)及儀器儀表，與原有測量系統(tǒng)同時使用，雙系統(tǒng)可同時測量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，互為補(bǔ)充和相互校驗(yàn)，既提高了測量精度，也提高了設(shè)備性能，拓展了學(xué)生視野，并為學(xué)生課外科技活動提供了實(shí)驗(yàn)條件。

6)利用該實(shí)驗(yàn)設(shè)備，開發(fā)了風(fēng)機(jī)性能測定試驗(yàn)，學(xué)生通過壓力、流量和電流、電壓等參數(shù)測量，掌握風(fēng)機(jī)性能的測量方法，以及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與風(fēng)機(jī)參數(shù)間關(guān)系。實(shí)現(xiàn)了“一機(jī)多用”，既增加了實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，也提高了實(shí)驗(yàn)設(shè)備的利用率。

7)設(shè)計(jì)開發(fā)了氣體能量平衡方程實(shí)驗(yàn)，將通風(fēng)工程與熱工儀表與測量技術(shù)課程知識有機(jī)地聯(lián)系起來，使學(xué)生對風(fēng)速、風(fēng)量與阻力之間的關(guān)系，靜壓、動壓及全壓之間的關(guān)系及其相互轉(zhuǎn)換，以及通風(fēng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)對阻力的影響，通風(fēng)系統(tǒng)主要參數(shù)的測量方法等有所了解與掌握，提供一個較全面的實(shí)驗(yàn)平臺。

8)根據(jù)實(shí)體實(shí)驗(yàn)設(shè)備，由學(xué)生參與設(shè)計(jì)開發(fā)了計(jì)算機(jī)輔助實(shí)驗(yàn)——旋風(fēng)除塵器計(jì)算機(jī)模擬實(shí)驗(yàn)，可以提供每個學(xué)生單獨(dú)上機(jī)實(shí)驗(yàn)，一人一題，杜絕了學(xué)生之間抄襲實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的現(xiàn)象，既提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，也有利于學(xué)生獨(dú)立思考，提高學(xué)習(xí)效果。

此外，重新編寫了實(shí)驗(yàn)大綱和實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書，充分體現(xiàn)以學(xué)生為主體的教學(xué)思想，改變了實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書將設(shè)計(jì)內(nèi)容、方法、步驟全盤托出的做法，讓學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書要求進(jìn)行設(shè)計(jì)和完成實(shí)驗(yàn)，指導(dǎo)的重點(diǎn)放在目標(biāo)和綜合設(shè)計(jì)上，給學(xué)生指明方向，引導(dǎo)他們按照要求自行設(shè)計(jì)、組織完成實(shí)驗(yàn)[13-14]。

4結(jié)束語

綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)是提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)水平、促進(jìn)創(chuàng)新人才培養(yǎng)的重要途徑和有效手段。依托專業(yè)特色建設(shè)項(xiàng)目，大力開展綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)建設(shè)，對已有實(shí)驗(yàn)及設(shè)備進(jìn)行教學(xué)研究、技術(shù)開發(fā)、設(shè)備改造、實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新等一系列工作，將單一性實(shí)驗(yàn)改造升級為有利于學(xué)生能力培養(yǎng)的綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)平臺，經(jīng)過教學(xué)實(shí)踐，師生們反映很好。自力更生改造實(shí)驗(yàn)設(shè)備，使已有實(shí)驗(yàn)和舊設(shè)備煥發(fā)出新的活力，同時也節(jié)省了大量開支，具有較高的“性價比”，效益顯著，應(yīng)該大力提倡。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]張海東，黃煒，張建功，等.暖通空調(diào)多功能綜合實(shí)驗(yàn)臺研制[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2013(12):87-90.

[2]田運(yùn)生，劉準(zhǔn)華，王景春，等.綜合性設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目建設(shè)的探索與實(shí)踐[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2012(2):126-129.

[3]邢紅宏，梁承江，張紀(jì)磊，等.充分利用綜合性實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)學(xué)生的綜合素質(zhì)[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2013(2):165-167.

[4]宋永臣，楊明軍，劉衛(wèi)國，等．本科生專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究探討[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2014(2)：161-165.

[5]趙秋瑭.開發(fā)綜合性設(shè)計(jì)物理實(shí)驗(yàn)課，培養(yǎng)創(chuàng)新能力[J].實(shí)驗(yàn)科學(xué)與技術(shù)，2013(6):74-76.

[6]于兵川，吳洪特．實(shí)驗(yàn)教學(xué)與科研有機(jī)結(jié)合 培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識和能力[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2010(2)：76-78.

[7]左鐵鏞.充分發(fā)揮實(shí)驗(yàn)教學(xué)在創(chuàng)新人才培養(yǎng)中的作用[J].中國高等教育，2007，23(6):18-20.

[8]鄧紅梅，周天，王春，等.開設(shè)綜合治理性設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)教學(xué)探討[J].實(shí)驗(yàn)科學(xué)與技術(shù)，2012(8)：148-151.

[9]秦春節(jié)，謝林君，鄭勁松，等.引導(dǎo)學(xué)生改造實(shí)驗(yàn)室設(shè)備和開發(fā)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的實(shí)踐[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2014(3)：232-234.

[10]廖慶敏，秦鋼年，秦艷玖，等.把自制設(shè)備作為實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心的特色來建設(shè)[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2010(7)：121-123.

[11]梁喜龍，方淑梅，左豫虎，等.關(guān)于高等學(xué)校綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)教學(xué)的思考[J].高等理科教育，2007(5)：125-127.

[12]陳 彥，姚列明，霍中生，等.論實(shí)驗(yàn)教學(xué)中教師的引導(dǎo)作用[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2007(3):107-110.

[13]李進(jìn)，夏有為.實(shí)驗(yàn)教學(xué)，重在過程[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2009(9)：1-4.

[14]黃品梅，黃道平，梁錦.開發(fā)綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn) 促進(jìn)創(chuàng)新人才之培養(yǎng)[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2010(6)：93-95.

收稿日期:2014-06-29；修改日期: 2014-08-19

基金項(xiàng)目：2013年天津市普通高等學(xué)校本科教學(xué)質(zhì)量與教學(xué)改革研究計(jì)劃項(xiàng)目(C03-0805)。

作者簡介：李俊瑞(1957-)，男，副教授。主要從事能源動力專業(yè)教學(xué)和科研工作。

中圖分類號Q482

文獻(xiàn)標(biāo)志碼A

doi:10.3969/j.issn.1672-4550.2016.03.056

Development of Comprehensive Designing Experiments Relying on Professional Specialty Construction

LI Junrui，TIAN He，WANG Yan

(Department of Thermal Engineering，Tianjin University of Technology，Tianjin 300384，China)

AbstractThis paper takes a professional characteristic construction as an opportunity to vigorously carry out the construction of comprehensive design experiment.It improves the level of experimental teaching，and promotes the applied talents training.Cyclone experiments，for example，based on the principle of independent innovation，industry and thrift education，by using the experimental teaching resources，teaching reform of the experiment and original equipment，experiment development，equipment reform and innovation，etc.，make single experiment upgrade for the comprehensive design experiments，should be beneficial to students’ comprehensive quality and ability of experimental platform，which has obtained the good effect.

Key wordsexperimental teaching;laboratory equipment;transformation and upgrading;talents cultivation