對供熱系統(tǒng)水力工況實(shí)驗(yàn)教學(xué)的探討

藺潔 潘嵩 樊洪明 韓連茹

摘要：實(shí)驗(yàn)教學(xué)是高校大學(xué)生培養(yǎng)過程中的一個重要環(huán)節(jié)，如何最有效地利用該環(huán)節(jié)實(shí)施對大學(xué)生綜合能力的培養(yǎng)是我們需要不斷研究的問題。本文通過建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專業(yè)中的一個實(shí)驗(yàn)“供熱系統(tǒng)水力工況實(shí)驗(yàn)”實(shí)施過程的變化來說明，當(dāng)實(shí)驗(yàn)條件不變時，通過改進(jìn)實(shí)驗(yàn)實(shí)施過程可以產(chǎn)生不一樣的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：供熱系統(tǒng)水力工況實(shí)驗(yàn);能力培養(yǎng);實(shí)驗(yàn)教學(xué)

中圖分類號：G642.0 ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? 文章編號：1674-9324（2016）05-0223-02

高等教育的任務(wù)是培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的高級專門人才，在這個過程中通過提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)水平來提高人才培養(yǎng)質(zhì)量，是實(shí)施高等學(xué)校本科教學(xué)質(zhì)量與教學(xué)改革工程的必行之路。通過實(shí)驗(yàn)教學(xué)可以培養(yǎng)學(xué)生掌握基本實(shí)驗(yàn)技能和科學(xué)研究方法，提高學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)，提升學(xué)生創(chuàng)新意識、創(chuàng)新精神、創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力，因此實(shí)驗(yàn)教學(xué)在高校創(chuàng)新人才培養(yǎng)中有十分重要的地位[1]。

實(shí)驗(yàn)教學(xué)通常分三個層次：以驗(yàn)證性為主的基礎(chǔ)層次教學(xué)，其特點(diǎn)是對理論課內(nèi)容的實(shí)驗(yàn)再現(xiàn);以綜合性、設(shè)計性為主的提高層次教學(xué)，其特點(diǎn)是獨(dú)立的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)獨(dú)立設(shè)課;以探索性為主的創(chuàng)新層次教學(xué)，其特點(diǎn)是強(qiáng)調(diào)科研、第二課堂等方面相互結(jié)合的教學(xué)[2]。實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)層次不同，教學(xué)培養(yǎng)目標(biāo)就會差別很大。

供熱系統(tǒng)水力工況實(shí)驗(yàn)是針對建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專業(yè)本科生開設(shè)的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)?zāi)康耐ㄟ^在熱網(wǎng)水力工況實(shí)驗(yàn)臺上進(jìn)行水力工況變化，讓學(xué)生直觀地了解熱網(wǎng)水壓圖的變化情況，鞏固熱水網(wǎng)路水力工況計算的基本原理;掌握水力工況分析方法、驗(yàn)證熱水網(wǎng)路水壓圖和水力工況的理論。

一、實(shí)驗(yàn)簡介

供熱系統(tǒng)水力工況實(shí)驗(yàn)是以熱水供熱系統(tǒng)為依托，該系統(tǒng)具有許多并聯(lián)環(huán)路，當(dāng)一個環(huán)路流動狀況發(fā)生變化，必然會影響到另一個環(huán)路，這種環(huán)路中的實(shí)際流量不是所需流量時出現(xiàn)的問題稱為水力失調(diào)。在熱水供熱系統(tǒng)運(yùn)行過程中，水力失調(diào)時有發(fā)生，造成一部分用戶室內(nèi)溫度過高，需要開窗通風(fēng)降溫;而另一部分用戶室內(nèi)溫度過低，達(dá)不到所需溫度要求，影響人們正常生活。這種現(xiàn)象不但降低用戶熱舒適性，而且降低供熱系統(tǒng)效率、增加能耗。因此掌握供熱系統(tǒng)水力工況變化規(guī)律，獲得水力工況計算方法，并且能對水力失調(diào)狀況產(chǎn)生的原因進(jìn)行正確分析，給出解決方法成為建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專業(yè)本科學(xué)生必須具備的一種專業(yè)能力。供熱系統(tǒng)水力工況實(shí)驗(yàn)的開設(shè)就是為了實(shí)現(xiàn)該目標(biāo)設(shè)定的一個環(huán)節(jié)。

供熱系統(tǒng)主要由熱源、管道、熱用戶等組成。在實(shí)驗(yàn)室搭建一個供熱系統(tǒng)等比模型，由于條件限制通常很難實(shí)現(xiàn)，常見做法是建一個模擬實(shí)驗(yàn)臺，系統(tǒng)中的熱用戶用閥門替代，供回水管道局部阻力也通過閥門實(shí)現(xiàn)。實(shí)驗(yàn)裝置如下圖。

由圖看到，系統(tǒng)包含帶閥門的塑料管道、流量計、水泵及定壓裝置等，用來模擬由用戶組成的熱水管網(wǎng)。供回水管上裝有U型測壓計，可測量用戶水頭，且有標(biāo)尺可以直接讀出其壓力。

過去進(jìn)行該實(shí)驗(yàn)，由于在發(fā)給學(xué)生的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書上給出了該實(shí)驗(yàn)操作步驟，在實(shí)驗(yàn)開始時指導(dǎo)教師也會進(jìn)行內(nèi)容講解，學(xué)生實(shí)驗(yàn)過程只需要按照實(shí)驗(yàn)步驟完成即可，之后交實(shí)驗(yàn)報告。盡管要求學(xué)生在實(shí)驗(yàn)報告中繪制不同的水壓圖，并就實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象給出分析，但整個實(shí)驗(yàn)過程學(xué)生主動性并不強(qiáng)。針對現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)裝置，如何能夠通過改變實(shí)驗(yàn)過程，提高實(shí)驗(yàn)效果。論文作者對該實(shí)驗(yàn)過程進(jìn)行了嘗試性改變，希望通過改變使得學(xué)生專業(yè)知識和創(chuàng)新能力能得到更多地發(fā)展和提高。

二、實(shí)驗(yàn)過程的改進(jìn)

實(shí)驗(yàn)改進(jìn)主要包括：實(shí)驗(yàn)預(yù)指導(dǎo)的改變，實(shí)驗(yàn)實(shí)施過程的改變和實(shí)驗(yàn)考核的改變。

實(shí)驗(yàn)預(yù)指導(dǎo)的改變主要是改變實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書內(nèi)容。改進(jìn)的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書包括：實(shí)驗(yàn)背景介紹、實(shí)驗(yàn)裝置和需要完成的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的說明，取消了原來的實(shí)驗(yàn)方法和實(shí)驗(yàn)步驟。對實(shí)驗(yàn)實(shí)施過程的改變是取消了教師實(shí)驗(yàn)講解。教師從實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)備階段就讓學(xué)生獨(dú)立設(shè)計、獨(dú)立操作，同時給出很多有關(guān)實(shí)驗(yàn)的思考題，利用思考題引導(dǎo)學(xué)生積極主動的思考。思考題既有實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的問題，也有實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的分析。實(shí)驗(yàn)考核采取答辯方式，迫使學(xué)生對問題的思考變得深入細(xì)致。

例如實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書給出一道思考題，如何對現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)裝置經(jīng)過較小改動，獲得一個比現(xiàn)在正常工況水壓圖效果明顯的水壓圖？之前學(xué)生在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時，當(dāng)把系統(tǒng)供回水管道及熱用戶上閥門全部打開，系統(tǒng)正常運(yùn)行時的測壓管水頭值變化很小，實(shí)驗(yàn)效果不明顯，不利于學(xué)生觀察，這是實(shí)驗(yàn)臺的設(shè)計瑕疵。今年教師在實(shí)驗(yàn)考核答辯中就針對如何解決該實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不明顯問題對學(xué)生進(jìn)行了提問。學(xué)生給出了很多有益的建議。如：1）用微壓計替代U行測壓計來測量管段壓差，測量結(jié)果會明顯;2）用絕對粗糙度較大的管段替代粗糙度小的塑料管;3）換一臺循環(huán)水泵，增大水泵揚(yáng)程及流量，以此增大沿程阻力;4）換一種循環(huán)熱媒。這些答案的給出說明學(xué)生的主觀能動性被積極調(diào)動起來。因?yàn)闆]有現(xiàn)成答案，在實(shí)驗(yàn)過程中學(xué)生需要完全依靠自己的思考獲得答案。同時因?yàn)椴煌〗M在實(shí)際操作過程中的步驟不盡相同，學(xué)生遇到的問題不同，用于解決問題的方法也不同。學(xué)生需要憑借自己的努力去分析、尋找問題的癥結(jié)，找出解決辦法。當(dāng)然個別組也會向教師求助，或給出了錯誤答案。如有學(xué)生建議將熱用戶同一位置的閥門不同程度的關(guān)小，達(dá)到熱用戶供、回水測壓管壓力值變化明顯的目的。顯然通過調(diào)節(jié)閥門增大了局部阻力損失得到的供、回水壓力曲線，與實(shí)際運(yùn)行改變沿程損失得到的水壓圖不符。這說明學(xué)生對相關(guān)知識掌握的不好，但通過教師與學(xué)生的討論，使學(xué)生查漏補(bǔ)缺了之前沒有掌握好的知識，實(shí)驗(yàn)起到了對課程教學(xué)內(nèi)容補(bǔ)充與延伸的作用。無論采取什么方式，這樣的實(shí)驗(yàn)過程都有助于學(xué)生的主動學(xué)習(xí)、求知、探索。

盡管“熱水供熱系統(tǒng)水力工況實(shí)驗(yàn)”并不復(fù)雜，論文作者也只是對實(shí)驗(yàn)實(shí)施過程進(jìn)行了一些改變，但是通過這種改變可以收到較好效果。過去做實(shí)驗(yàn)學(xué)生花費(fèi)時間較短，學(xué)生被動地完成實(shí)驗(yàn)，對相關(guān)知識的掌握并不盡如人意。現(xiàn)在有的同學(xué)在答辯完之后，因?yàn)槔蠋熖岬哪承﹩栴}沒有弄清楚，還會主動要求重做實(shí)驗(yàn)。現(xiàn)在學(xué)生盡管實(shí)驗(yàn)時間增加，但學(xué)生對該實(shí)驗(yàn)涉及到的知識有了更深刻的理解，整個實(shí)驗(yàn)過程學(xué)生都很積極主動，學(xué)生自己也認(rèn)為收獲很大。

三、對實(shí)驗(yàn)教學(xué)的一點(diǎn)感悟

在同樣的實(shí)驗(yàn)裝置上，采用不同的實(shí)驗(yàn)方法去完成相同實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)效果差別很大。對比兩者總結(jié)如下：

1.實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)思想由傳遞知識為主變?yōu)樘岣吣芰橹鳌Ｖ暗膶?shí)驗(yàn)實(shí)施過程只是教會學(xué)生使用實(shí)驗(yàn)裝置及相關(guān)測試設(shè)備，學(xué)生對實(shí)驗(yàn)裝置構(gòu)造及工作原理有所了解，掌握了相關(guān)實(shí)驗(yàn)方法，鞏固了實(shí)驗(yàn)過程所運(yùn)用的相關(guān)專業(yè)知識，提高了學(xué)生動手能力;所有這些主要是完成了知識傳遞，而對學(xué)生能力的提高幫助有限;改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)實(shí)施過程不僅讓學(xué)生學(xué)習(xí)到一些實(shí)驗(yàn)方法，而且通過該環(huán)節(jié)讓學(xué)生提高了分析問題、解決問題的能力，以及創(chuàng)新能力。實(shí)驗(yàn)過程由原來教師講授、學(xué)生接受知識，變?yōu)楝F(xiàn)在的學(xué)生要在實(shí)驗(yàn)前預(yù)習(xí)并完成實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備、制定計劃;實(shí)驗(yàn)過程中要周密分析、仔細(xì)觀察、勤于思考;實(shí)驗(yàn)完成后要善于總結(jié)，查漏補(bǔ)缺。整個實(shí)驗(yàn)學(xué)生需要運(yùn)用已學(xué)知識甚至自學(xué)某些知識完成實(shí)驗(yàn)，并通過主動探究知識提升了創(chuàng)新能力，因此改進(jìn)后實(shí)驗(yàn)效果顯著提高。

2.實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式由以教師為主變?yōu)橐詫W(xué)生為主。不同的教學(xué)思想、教學(xué)模式，產(chǎn)生不同的教學(xué)效果。通過在實(shí)驗(yàn)實(shí)施中以教師為主體轉(zhuǎn)變?yōu)橐詫W(xué)生為主體的教學(xué)模式后，指導(dǎo)教師的角色發(fā)生了變化，由原來的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)者變?yōu)閷?shí)驗(yàn)輔助者。學(xué)生成為了實(shí)驗(yàn)過程的主導(dǎo)者，這種變化對學(xué)生挑戰(zhàn)很大。

3.實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法由按部就班變?yōu)樽灾鲃?chuàng)新。為了在實(shí)驗(yàn)課程中培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力，對實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)方法進(jìn)行了改變。之前的實(shí)驗(yàn)課程教師主要講授實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，之后的實(shí)驗(yàn)課程請學(xué)生自己組織實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。教師只針對實(shí)驗(yàn)提出問題，激發(fā)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)前、實(shí)驗(yàn)中和實(shí)驗(yàn)后的思考，鼓勵學(xué)生“從做中學(xué)”，通過“做”達(dá)到“學(xué)”的目的。學(xué)生在“做”的過程中發(fā)現(xiàn)問題后，經(jīng)過思考而領(lǐng)悟到的道理，更容易在腦海中留下深刻的印象，同時學(xué)生的主觀能動性得到了最大限度的發(fā)揮。

4.實(shí)驗(yàn)教學(xué)考核標(biāo)準(zhǔn)發(fā)生變化，對老師及學(xué)生的要求發(fā)生轉(zhuǎn)變。不同的實(shí)驗(yàn)實(shí)施過程對教師的教學(xué)要求及學(xué)生知識、能力要求不同。之前的實(shí)驗(yàn)對教師的要求就是熟悉整個實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及過程;現(xiàn)在則要求教師不僅專業(yè)知識豐富、專業(yè)技能嫻熟，對學(xué)生提出的各種問題給予滿意地回答，而且還要求教師能根據(jù)每一個學(xué)生的不同特點(diǎn)加以正確引導(dǎo)，讓每一個學(xué)生的綜合能力都得到一定程度提高。同時實(shí)驗(yàn)考核增加了答辯環(huán)節(jié)，教師可針對實(shí)驗(yàn)過程涉及到的諸多問題進(jìn)行提問，考核不再像過去只是提交實(shí)驗(yàn)報告的方法，也敦促學(xué)生能更好的完成實(shí)驗(yàn)。

綜上所述，在現(xiàn)有條件下，只要在實(shí)驗(yàn)實(shí)施過程中進(jìn)行一些有效改變，對學(xué)生能力的培養(yǎng)作用會變得更大。

參考文獻(xiàn)：

[1]潘清，王磊，張偉，等.創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)探索[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2010，27（8）：24-26.

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