提高熱工實驗課教學(xué)質(zhì)量之方法初探

郭美榮　夏德宏

摘要：熱工實驗課程是熱能與動力工程專業(yè)課程的重要組成部分，該課程教學(xué)質(zhì)量的好壞將會直接影響學(xué)生專業(yè)技能的全面提高與就業(yè)。傳統(tǒng)的熱工實驗課程的教學(xué)內(nèi)容、方法及手段已經(jīng)無法滿足現(xiàn)代社會發(fā)展對實驗教學(xué)及人才培養(yǎng)的要求，因此，通過多年來的教學(xué)研究和實踐，筆者重新提出了通過“教學(xué)過程一體化”、“教學(xué)形式多樣化”、“教學(xué)推進邏輯化”、“教學(xué)過程實踐化”這四條措施來提高熱工實驗課程的教學(xué)質(zhì)量的方法，并已經(jīng)取得了良好的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞： 一體化；多樣化；邏輯化；實踐化

中圖分類號：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）01（b）-0000-00

1 引言

目前，因為社會對應(yīng)用型及復(fù)合型人才的高需求，使得實踐教學(xué)改革成為當(dāng)前高等教育教學(xué)改革的一大熱點。熱工實驗課程作為熱能與動力工程專業(yè)學(xué)生專業(yè)課程的重要組成部分，其教學(xué)質(zhì)量的好壞將直接影響到學(xué)生專業(yè)技能的全面提高與就業(yè)，而傳統(tǒng)的熱工實驗課程得教學(xué)內(nèi)容、方法及手段已經(jīng)無法滿足現(xiàn)代社會發(fā)展對實驗教學(xué)及人才培養(yǎng)的要求[1]，因此，探討對傳統(tǒng)熱工實驗教學(xué)內(nèi)容與方法進行改革，并創(chuàng)新思維，提高熱工實驗教學(xué)質(zhì)量就勢在必行。筆者在分析傳統(tǒng)教學(xué)模式弊端的基礎(chǔ)上，以及在的實踐教學(xué)過程中不斷創(chuàng)新、實踐、總結(jié)經(jīng)驗、分析改進，得到了在熱工實驗教學(xué)過程中提高教學(xué)質(zhì)量的四個主要方法。

2 現(xiàn)有教學(xué)實驗課存在的弊端

（1）教與學(xué)過程脫節(jié)，學(xué)生缺乏主觀能動性。傳統(tǒng)的教育思想觀念使得各級、各類學(xué)校均形成了以教育者為中心的課程體系，這一教學(xué)方式一方面有利于教師發(fā)揮主導(dǎo)作用，在教學(xué)的組織、管理與控制方面具有一定優(yōu)勢，但另一方面則因為學(xué)生始終處于被動接收的狀態(tài)，業(yè)因此扼殺了其主體作用和創(chuàng)新思維[2-3]。

（2）教學(xué)方式單一。在傳統(tǒng)的實驗課上，學(xué)生只是照著書本上所羅列的實驗步驟和現(xiàn)象進行操作，生搬硬套，并將其作為經(jīng)典來處理，因怕出錯而亦步亦趨，依次而行，這在一定程度上抑制了學(xué)生創(chuàng)造性的發(fā)揮[4]。

（3）教學(xué)過程分散，不成系統(tǒng)，邏輯性差。熱工實驗課程的原有安排較分散，課程的進度相關(guān)性差，講課時總是碰到什么講什么，沒有一個良好的邏輯體系和一個講解的邏輯路線。

（4）缺乏足夠的實踐性。先進的模塊化實驗教學(xué)設(shè)備提高了實驗效率，減小了實驗誤差、縮短了實驗時間，但同時也使得學(xué)生在做實驗的時候無法觀察到實驗器件，導(dǎo)致實踐性缺乏[5]。

因此，針對現(xiàn)有熱工實驗課在教學(xué)中存在的諸多弊端，必須對傳統(tǒng)的實驗教學(xué)方法進行改革，改變傳統(tǒng)以實驗教師為主導(dǎo)的實驗教學(xué)方式，而充分引導(dǎo)學(xué)生參與的積極性與主動性，在實驗教學(xué)中達(dá)到既能體現(xiàn)學(xué)生的主體作用，同時又能充分體現(xiàn)其實踐能力與創(chuàng)新能力。

3 教學(xué)過程一體化

在熱工實驗的教學(xué)過程中將傳統(tǒng)以教師為主的教學(xué)模式轉(zhuǎn)變?yōu)橐詫W(xué)生為主的模式，達(dá)到“教”和“學(xué)”的一體化。在熱工實驗教學(xué)過程的安排上，要注重給學(xué)生充分的主動參與和自我表現(xiàn)的機會。主要通過課前提問的方式，激發(fā)學(xué)生參與教學(xué)的興趣。在實驗課程的前期準(zhǔn)備階段，針對所有將要提出的問題先形成一個問題系統(tǒng)[6]， 教師要把對實驗過程中所涉及到的課程基礎(chǔ)知識進行綜合的學(xué)習(xí)、分析，并最終將所有的知識系統(tǒng)轉(zhuǎn)化表現(xiàn)為一個問題系統(tǒng)。問題系統(tǒng)分為若干個部分，每一部分都有各自的主要知識點，針對這個知識點設(shè)計出多個大問題，并在大問題下面分解出一系列的子問題。這些子問題不是孤立的，而是圍繞著大問題展開，將大問題的各個細(xì)節(jié)部分全面細(xì)致的展現(xiàn)開來。問題的設(shè)計以與實驗課相關(guān)的課程內(nèi)容為主，并結(jié)合實際實驗內(nèi)容，圍繞主干，同時結(jié)合學(xué)生課程課堂上的表現(xiàn)不斷的進行調(diào)整，從而從實驗課程預(yù)習(xí)階段就在引導(dǎo)學(xué)生朝著正確的方向去思考和分析問題。

而教學(xué)一體化的實現(xiàn)，也改變了傳統(tǒng)實驗教學(xué)中教師只是指導(dǎo)實驗過程，學(xué)生只是在指導(dǎo)下機械的完成實驗操作，而對實驗課內(nèi)容以及實驗課與課堂教學(xué)內(nèi)容的聯(lián)系糊里糊涂，不明不白的現(xiàn)狀，讓學(xué)生在上實驗課程之前就對實驗課與課堂內(nèi)容的關(guān)聯(lián)了如指掌，為學(xué)生能夠更好的理解課程內(nèi)容打下鋪墊。而在實驗課程的完成過程中，教師的關(guān)注點也發(fā)生了變化，在以“指導(dǎo)”為主要形式的課堂，教師關(guān)注的是自己的指導(dǎo)方向、指導(dǎo)操作的精準(zhǔn)度，教師往往會因為擔(dān)心自己講得不到位、不全面、不細(xì)致而滔滔不絕。而使用“教學(xué)一體化”方案，教師關(guān)注的主要是學(xué)生的自我學(xué)習(xí)、自我操作、自我設(shè)計、自我解決，注意力指向了學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)，因此也就有更充裕的時間去觀察和了解學(xué)生的學(xué)習(xí)活動，并不時的給與一定的指導(dǎo)，保證學(xué)生的學(xué)習(xí)方向性正確即可。在這個過程中，教師講得少了，指導(dǎo)的少了，學(xué)生自己琢磨的時間多了，自行嘗試的機會多了，自我發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的實踐多了，學(xué)生的課堂行為因此發(fā)生了巨大的變化。傳統(tǒng)實驗課堂上學(xué)生的行為方式可概括為以聽為主，以操作為輔；而“教學(xué)一體化”方案則更多地是要求學(xué)生具有以分析、思考為主，以聽、操作為輔的行為方式。“教學(xué)一體化”方案將更多的時間留給學(xué)生閱讀教材、思考問題、解決問題，使得學(xué)生作為課堂“主體”的地位能夠得到更好的體現(xiàn)，可充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)過程中的主觀能動性。

4 教學(xué)形式多樣化

隨著計算機在各個領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，各種計算機多媒體輔助教學(xué)技術(shù)開始進入大學(xué)課堂，這一技術(shù)的應(yīng)用使得大學(xué)課堂授課的方式，從傳統(tǒng)的教師以粉筆加黑板的講授形式，向利用投影儀、語音、網(wǎng)絡(luò)等多種媒體綜合應(yīng)用的教學(xué)形式開始發(fā)展。教學(xué)形式的多樣化為我們提供了豐富的選擇，但是如何有效的利用這些多媒體技術(shù)來激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，是值得教師進行深入探討的問題[7]。熱工實驗課程結(jié)合實驗課程本身的特點，將多媒體技術(shù)、虛擬網(wǎng)絡(luò)實驗系統(tǒng)與實物系統(tǒng)相結(jié)合，從而達(dá)到最好的教學(xué)效果。傳統(tǒng)的實驗過程的教學(xué)形式中，教師所講解的實驗過程往往循序漸進，學(xué)生可清楚地看到教師對實驗過程的分步介紹，明白實驗是如何一步步完成的，教師講解的速度也比較適中，能使學(xué)生跟上教師的思路與講解路線，有充分的記錄，從而易于保證實驗的安全、準(zhǔn)確進行。但是傳統(tǒng)的實驗教學(xué)，教師往往注重實驗操作的教學(xué)，不注重學(xué)生自我思考與分析，無法完成啟發(fā)想象、創(chuàng)造性思維的培養(yǎng)，學(xué)生的注意力持久性和穩(wěn)定性較弱[8]，傳統(tǒng)實驗教學(xué)課程只是針對現(xiàn)有的實驗設(shè)備開設(shè)、講解，信息量不夠大，很多設(shè)備的內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及內(nèi)部原理等知識很難形象地表示出來，學(xué)生的綜合學(xué)習(xí)效果較差。

而多媒體教學(xué)包含的信息量大，視覺感強，能夠把復(fù)雜的實驗設(shè)備的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、內(nèi)部原理及內(nèi)部形式等形象地表示出來，可以使學(xué)生更好地理解和學(xué)習(xí)專業(yè)知識。而針對現(xiàn)實存在的基礎(chǔ)實驗與綜合實驗課程，開發(fā)出相應(yīng)的虛擬實驗系統(tǒng)，則是用多媒體手段對真實的實驗進行再現(xiàn)和模擬，由學(xué)生進行觀看或參與操作[9-10]，這樣可以為學(xué)生提供逼真的實驗環(huán)境。借助虛擬實驗的交互性，學(xué)生可以對實驗儀器進行操作，觀察實驗現(xiàn)象、記錄實驗數(shù)據(jù)，使得學(xué)生的主觀能動性得到了大大的發(fā)揮，突破實驗場地與時間限制的實驗方式，便于學(xué)生的自主學(xué)習(xí)與進一步的創(chuàng)新。

在學(xué)生完成虛擬實驗之后，讓其及時進入真實的實驗室來完成現(xiàn)實實驗課程，這樣可以使學(xué)生帶著經(jīng)過虛擬實驗得出的實驗方案與實驗數(shù)據(jù)，對其進行真實驗證，通過理論聯(lián)系實際，提高他們的實際動手能力與發(fā)現(xiàn)現(xiàn)實問題的能力。同時學(xué)生可對實驗結(jié)果與實驗問題進行記錄與對比，開展集中討論，進一步對實驗中存在的問題逐一進行解決，最終得到優(yōu)秀的實驗方案與實驗驗證，這樣可以使學(xué)生系統(tǒng)的完成實驗的基礎(chǔ)理論分析與具體的過程實踐。

5 教學(xué)推進邏輯化

實驗課程的主要目的是為了課程內(nèi)容服務(wù)，為了更好的組織、傳輸課程教學(xué)信息，加深學(xué)習(xí)者對教學(xué)信息的理解、記憶以及分析歸納總結(jié)。而要使傳輸有效，除教學(xué)內(nèi)容本身的科學(xué)、系統(tǒng)性外，還需使教學(xué)內(nèi)容在操作上具有邏輯性。為使學(xué)習(xí)者對信息的接受落到實處，則需要在實驗課堂教學(xué)的環(huán)境中有科學(xué)的課堂教學(xué)管理操作，用以激發(fā)和調(diào)控學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)心理與行為。實驗課堂教學(xué)的核心任務(wù)，是講概念、原理、方程、公式等基礎(chǔ)理念落到實處，以具體實物運動的方式展示出來，實驗內(nèi)容所展示的知識是以課程內(nèi)容為基礎(chǔ)的，實驗課程使所展示的概念、原理、方程、公式等在課程本身就具有的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，因此未來便于學(xué)生掌握記憶，在實驗課程的進行中要結(jié)合課程邏輯確定實驗內(nèi)容的邏輯順序，由淺入深、循序漸進，有條理的用實際設(shè)備進一步具體說明、體現(xiàn)各概念的內(nèi)涵、外延，原理和方程、公式的結(jié)構(gòu)、用途、運用條件。因此，在實驗課程內(nèi)容講解時，要首先給學(xué)生講解實驗課程的內(nèi)容分布，實驗內(nèi)容對應(yīng)的基礎(chǔ)知識的整理，實驗過程對應(yīng)的邏輯步驟，然后把具體的課程概念、原理、方程、公式分別一一對應(yīng)的在每個實驗中提出，讓學(xué)生具體理解這些基礎(chǔ)知識，最后在綜合實驗臺上，將各種基礎(chǔ)知識綜合體現(xiàn)，由學(xué)生自行分析實驗臺操作所涉及的各種概念、原理、方程、公式，通過自行設(shè)計實驗原理、設(shè)計實驗步驟、進行實驗操作、分析推理、數(shù)據(jù)處理、綜合論證，優(yōu)化設(shè)計等過程，把涉及的課程基礎(chǔ)知識整理成一個屬于自己的新的知識體系，從而最后把各種基礎(chǔ)知識綜合運用到實際應(yīng)用上。通過將教學(xué)內(nèi)容按照邏輯性有計劃的呈現(xiàn)在學(xué)生面前，調(diào)動了學(xué)生的積極性，同時也培養(yǎng)了學(xué)生的邏輯思維能力，提高了學(xué)生自我學(xué)習(xí)、自我思考、動手解決實際問題的能力，有利于教學(xué)質(zhì)量的提高。

6 教學(xué)過程實踐化

實驗課程對學(xué)生的培養(yǎng)和考察，不僅注重學(xué)生對基礎(chǔ)知識的掌握，而且注重對學(xué)生運用知識和實踐能力的培養(yǎng)。在整體實驗課程中，筆者整合利用本專業(yè)教學(xué)和科研實驗室、綜合性工程訓(xùn)練中心等實驗教學(xué)資源，同時也利用平時在科研過程中和企業(yè)建立起來的合作關(guān)系，努力吸納一些企業(yè)的贊助，讓不同的企業(yè)贊助不同的熱工材料、熱工設(shè)備和設(shè)備模型。通過利用這種方式，我們在近幾年的努力下，目前已擁有一套典型的熱工加熱爐設(shè)備模型、各種熱工設(shè)備的部件以及多種典型的耐火材料樣品，同時還制作了一些典型熱工設(shè)備及材料的掛圖，我們已經(jīng)成功搭建了一個開放性的、綜合性的熱工過程與設(shè)備演示實驗平臺，為學(xué)生展示和演示有關(guān)的熱工材料、熱工設(shè)備部件，及典型熱工設(shè)備工作原理和工作過程。并與國內(nèi)相關(guān)企業(yè)共建學(xué)生校外實習(xí)基地、學(xué)生創(chuàng)新性社會實踐的基地，強化流程工業(yè)節(jié)能減排工程師的實踐培養(yǎng)環(huán)節(jié)，為本專業(yè)學(xué)生提供很多參觀和實習(xí)的機會，讓學(xué)生從實際工業(yè)生產(chǎn)中體驗和認(rèn)識各種熱工設(shè)備，從根本上把握專業(yè)學(xué)習(xí)的內(nèi)容。同時熱工實驗課程還通過建設(shè)實驗室平臺、實習(xí)平臺、網(wǎng)絡(luò)平臺等綜合應(yīng)用教學(xué)，給學(xué)生提供自己動手及發(fā)揮自主創(chuàng)新能力的機會讓學(xué)生合作完成加熱爐設(shè)計、加熱爐模型搭建等題目，達(dá)到鍛煉學(xué)生理論聯(lián)系實際的能力，提高學(xué)生的創(chuàng)新意識及動手能力的目的。

7 結(jié)語

筆者在熱工實驗課程的多年教學(xué)實踐過程中，從幾個方面進行了努力，提高了熱工實驗課的教學(xué)質(zhì)量。即改變了傳統(tǒng)專業(yè)課教學(xué)中的老師為主的教學(xué)模式，而使學(xué)生積極主動地參與到課堂教學(xué)中，進而激發(fā)其學(xué)習(xí)專業(yè)課的興趣，不斷實現(xiàn)教學(xué)一體化；采用多媒體技術(shù)、虛擬網(wǎng)絡(luò)實驗系統(tǒng)與實物系統(tǒng)相結(jié)合的教學(xué)方式，充分發(fā)揮各自的優(yōu)點以達(dá)到最好的教學(xué)效果；在教學(xué)過程中，根據(jù)課程本身的特點，將教學(xué)內(nèi)容邏輯化，使學(xué)生能更好地接受專業(yè)知識；在考察學(xué)生學(xué)習(xí)成果時，通過考試與實踐結(jié)合的方式，考察學(xué)生掌握知識和運用知識的情況，并鍛煉學(xué)生動手解決實際問題的能力。通過對熱工實驗課程的教學(xué)改革，將提高學(xué)生的實驗設(shè)計能力、方案自主設(shè)計能力、科研能力和創(chuàng)新意識等綜合素質(zhì)，從而引領(lǐng)學(xué)生提出新思想、設(shè)計新實驗，探索新問題，并最終形成成果[11]。

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作者簡介：郭美榮（1980-）女，吉林省公主嶺市秦家屯鎮(zhèn)人，熱能工程碩士，中級工程師，熱能實驗室教師，主要從事熱工實驗教學(xué)的工作與研究。

郭美榮（1980-），女，吉林人，北京科技大學(xué)機械工程學(xué)院工程師，從事熱工實驗課程教學(xué)與實驗設(shè)備研究。地址：北京市海淀區(qū)學(xué)院路30號北京科技大學(xué)機械工程學(xué)院實驗中心，郵編100083，聯(lián)系電話010-62332698，郵箱 wielia@me.ustb.edu.cn