學科教育論文-整合資源，構建面向熱能與動力工程大專業(yè)的實驗教學平臺.docVIP

學科教育論文-整合資源，構建面向熱能與動力工程大專業(yè)的實驗教學平臺作者：周萍周乃君艾元方張全黃學章摘要針對實驗內容零散，實驗數目多，實驗設備低效、封閉等問題，通過改革實驗室管理體制、整合人力資源與設備資源、建立多層次的實驗教學平臺等措施，取得了良好的效果。自1998年我國推行“加強基礎，淡化專業(yè)，因材施教，分流培養(yǎng)”、“厚基礎，寬口徑”的教育思想以來，根據國家教育部專業(yè)目錄的設置，中南大學將熱能工程、制冷及低溫工程兩個專業(yè)整合為一個大專業(yè)，即熱能與動力工程專業(yè)。同時，為了滿足經濟市場對人才的需求，該專業(yè)設有四個方向：熱能工程、制冷及低溫工程、動力工程、熱工檢測與控制。其培養(yǎng)計劃前三年立足于基礎教育，后一年突出專業(yè)方向的特色。經過幾年來的建設與發(fā)展，這種“通才”式的人才培養(yǎng)模式取得了良好的效果，學生的創(chuàng)新意識強，對人才市場的適應性強。在近幾年就業(yè)形勢嚴峻的情況下，本專業(yè)本科生的就業(yè)率前幾年一直保持在100，20062007年也在97以上。但在培養(yǎng)計劃的調整過程中，實驗教學仍然按課程進行設置，實驗內容零散，實驗數目多，實驗設備低效、封閉等問題日益突出。為高效發(fā)揮實驗設備的作用、促進創(chuàng)新人才的培養(yǎng)，筆者在怎樣整合實驗室資源、構建面向熱能與動力工程大專業(yè)的實驗教學平臺方面，進行了積極的探索與實踐。一、改革實驗室管理體制隨著學科發(fā)展和教學改革的深入，學科交叉滲透已經反映到實驗教學上來。根據熱能工程、制冷及低溫工程、動力工程、熱工檢測與控制四個專業(yè)方向功能與特點，打破原有學科內部實驗室的界限，成立了熱能與動力工程實驗中心。其目的在于有效克服原有設備管理體制分散、重復、低效和封閉的弊端，合理配置實驗人員、實驗儀器設備和實驗用房等資源，有利于創(chuàng)建學科實驗大平臺，為培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力提供條件。過去，實驗室按專業(yè)方向設置，不可避免地存在信息不夠暢通、儀器設備重復購置或使用率低的現象。另一方面，將有限的實驗經費分散到各個實驗室，實驗室建設經費不足的問題更為突出。建立實驗中心后，實驗人員統一管理、資產統一安排、實驗設備統一調配，顯著地提高了儀器設備的利用率。實驗室建設的項目等均由教授委員會根據學科全面發(fā)展的需要，通過集體討論來決定，使有限的資金得到最大程度的利用效益。二、構建科學的實驗教學體系實驗中心堅持育人為本、學生為先、質量為重的基本原則，遵循循序漸進的教學規(guī)律，優(yōu)化實驗課程內容。通過打破每一分支學科自身的系統性、完整性，追求科學技術的綜合性與整體性來實現教學內容的整體優(yōu)化，使實驗教學內容突出重心低、知識新、面向寬的特點。在教學組織實施方面，形成由多模塊或多門課程組成的新的實驗教學體系，實施基礎性實驗必做、綜合性和設計探索性實驗選做，適合因材施教的分層次教學模式。完善了熱能與動力工程專業(yè)的實驗教學體系，形成“三個層次”的實驗教學平臺，旨在加強學生實踐能力和創(chuàng)新能力的工程實踐，促進學生的知識、能力、素質綜合協調發(fā)展。第一層次：熱工理論基礎實驗教學平臺。該平臺一方面為理論課教學服務，幫助學生加深對傳熱學、流體力學、工程熱力學、熱工檢測與儀表等熱工基礎理論課程教學內容和機理的理解。其實驗內容是根據相關理論課程學習的進度進行設置，以演示、驗證性實驗為主。通過實驗，學生對某些難以描述的現象與概念形成一些感性認識與理解。另一方面注重培養(yǎng)學生的基本實驗技能，幫助學生掌握溫度、壓強、流量、液位等基本熱工參數的測量方法與測量儀表的基本知識，訓練學生掌握常用儀表的使用、實驗的規(guī)范操作、實驗數據的記錄與處理方法等，使學生能根據實驗教學的目的，自己設計實驗步驟，選擇實驗儀器，獨立完成實驗和處理實驗數據，進行誤差分析，最后給出科學的評價，以培養(yǎng)學生進行科學實驗的基本能力。這類實驗課側重于基礎性實驗，不過分強調獨立設計實驗，避免搞形式主義的實驗教學。其實驗學時數約占專業(yè)課程實驗的50%，同時要求學生嚴格按照培養(yǎng)計劃選擇實驗項目。熱工理論基礎實驗教學平臺，既配合了理論課程的教學，也為后續(xù)的專業(yè)實驗教學打下了基礎。第二層次：專業(yè)綜合實驗教學平臺。這類實驗課程要求學生在教師的指導下，綜合運用本課程以及與本課程相關的知識、實驗方法與實驗手段等完成相關實驗，旨在培養(yǎng)學生綜合運用知識的能力與素質。在這類實驗課程的設置中，改變以往不同的專業(yè)方向采用不同設備的思想，重點選擇一些典型設備，對實驗內容進行整合，根據不同專業(yè)方向的培養(yǎng)要求，其實驗內容的側重點有所不同，挖掘現有實驗設備的潛力。如柴油機，對于動力培養(yǎng)方向，主要研究柴油機的特性（如萬有特性、示功圖、速度特性、排放特性等）；對于熱能工程研究方向，主要研究燃料的特性、燃料的燃燒狀況以及機體的傳熱狀況；對于熱工檢測與控制方向，主要研究流量、壓力、溫度、轉速、氣體成分等各種參數的檢測方法以及控制模式。通過對溴化鋰制冷機與現場總線系統的連接與開發(fā)，可以開出滿足制冷與空調、熱能工程、熱工檢測與控制三個方向培養(yǎng)目標的綜合性實驗。第三層次：專業(yè)設計與研究探索性實驗教學平臺。學生在教師的指導下，根據給定的實驗目的和實驗條件，自己設計實驗方案、確定實驗方法、選擇實驗器材、擬定實驗操作程序，自己加以實現并對實驗結果進行分析處理；或者學生在教師指導下，在自己的研究領域或教師選定的學科方向，針對某一或某些選定研究目標進行具有研究、探索性質的實驗。這類實驗課程主要培養(yǎng)學生靈活運用所學專業(yè)知識提出問題、分析問題以及解決問題的能力，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識。這類實驗課程主要對高年級本科生開放，部分實驗也適應于研究生，從而形成本研連通、高度共享的實驗裝備平臺，實現資源的最大程度的利用。如低氧彌散燃燒裝置、空調系統性能及空氣品質實驗平臺、溴化鋰現場總線控制系統等。三、加強實驗師資隊伍的建設由于我國教育領域長期受到重理論、輕實踐思想觀念的影響，實驗教學還沒有得到應有的重視，很多教師不太愿意去實驗室，同時受到各方面條件的限制，實驗室人員的引進比較困難，致使實驗室?guī)熧Y不足的問題日益突出。為改變這種狀況，我們一方面建立適當的激勵機制，充分發(fā)揮現有實驗人員的積極性。另一方面制定了一系列制度鼓勵教師參加實驗室建設，如規(guī)定任課教師必須參與實驗室建設、實驗指導等工作；建立實驗室建設專項基金，資助教師投身于實驗室建設；設立了實驗室建設業(yè)績突出的教師獎勵專項基金。四、教學效果經過幾年來的實驗教學改革，取得了良好的效果，具體表現在：提高了實驗的開出率，達到97%；同時提高了實驗課的質量，開設有“三性”實驗的課程占開有實驗課程的87%；涌現出了一批學生參與、教師設計制作的優(yōu)秀實驗裝置與項目，如“制冷兼制熱水一體化實驗臺”、“空調系統性能及空氣品質實驗平臺”等均得到兄弟單位的肯定與贊賞，相繼有多所高校委托我們加工制作上述實驗裝置；涌現出了一批優(yōu)秀的學生作品：“強化輻射傳熱的技能環(huán)保燃氣灶”獲第八屆“挑戰(zhàn)杯”全國大學生課外科技作品競賽三等獎；“水蒸氣吸熱式空氣溫度調節(jié)器”獲第二屆“升華杯”學生創(chuàng)業(yè)計劃大賽特等獎；“周期熱流體導熱系數測定儀”獲第四屆“升華杯”學生創(chuàng)業(yè)計劃大賽一等獎；“泵綜合性能實驗可視化數據處理系統”，實現了利用計算機獲取實驗數據的功能，大大縮短了實驗時間，提高了實驗的準確性；低氧彌散燃燒關鍵部件蜂窩陶瓷蓄熱體的周期傳熱過程，創(chuàng)新性地應用了數學物理方程方法中的攝動法求解，完善了薄壁蓄熱體周期傳熱半解析數值理論方法，相關論文先后在5個EI和SCI源刊上發(fā)表，并申報了2項專利；論文“Experimentalresearchoncompulsivecoolingofswirlingjetimpingement”在HDP06（Highdensitymicrosystemdesignandpackagingandcomponentfailureanalysis）國際會議上宣讀，獲得最佳學生論文獎。五、結束語幾年來的教學實踐表明：新