《热能与动力工程测试技术》课程教学方法探讨

【摘 要】《热能与动力工程测试技术》课程与多学科交叉，教学难度大。笔者结合该课程的特点和传统理论教学中的不足，对课程的教学内容、教学方法进行了探讨。在教学内容上，结合“应用型”本科人才的特点精选教学内容；在教学方法上，提出以案例为主线的课程教学模式，提高了学生分析问题、解决问题的能力。经过不断的教学实践，证明该方法提高了学生理论联系实践的能力，达到了预期的教学效果。

【关键词】测试技术 人才培养 课程建设 教学方法

一、课程特点及教学目的

《热能与动力工程测试技术》是高等院校热能与动力工程专业的一门专业基础课。本课程集成了数学、电工电子学、信息科学、光电技术、计算机技术等多学科原理和技术，并且被广泛应用于各个学科，具有涉及知识面广、综合性强、理论知识抽象、实践性要求高、学时少等特点[1]。测量是水力发电厂生产不可缺少的组成部分。它能及时反映水力设备的运行情况，为运行、检修人员提供操作依据，是保证设备安全、经济运行的重要技术手段。同时也是从事大中型水力发电厂水轮发电机设备运行、试验调试、技术改造等工作的基础[2]。

《热能与动力工程测试技术》课程属于热能与动力工程专业必修课程之一，开设在本科三年级下学期，该课程的教学目的是让学生初步掌握现有的测试技术和方法，通过学习温度、压力、流量、流速、振动等参数的测量，以及测量过程中常用的仪器（如激光多普勒测速仪、热线热膜流速仪、粒子图像测速技术、红外热像仪等）的工作原理和用途，了解现代测试仪器的工作原理及分析方法，培养学生根据研究对象和研究目的合理选用现代先进测试仪器的能力，使他们具备一定的科学研究分析能力，以适应社会对热能与动力工程专业人才的需求。

二、课程内容的安排

《热能与动力工程测试技术》课程是一门理论性和实践性结合非常强的课程，单纯的实验教学或者理论教学都无法让学生理解和接受。目前，高校开设现代测试技术课程通常存在以下三个问题：（1）随着工程技术的快速发展，新技术不断涌现，新教学内容越来越多，但新教学计划的制定，使得总学时越来越少，教学时间紧任务重；（2）按传统的教学方法，课程所讲授的内容相对来说比较分散、杂乱，不利于学生建立完整的知识体系；（3）对本科生多以讲授仪器的基本原理和测试方法为主，有时增加少量参观方式的实验教学，这种教学方法使学生缺少动手机会，动手能力和创新能力不强。

西华大学教育部重点实验室拥有大量的现代测试仪器，如激光多普勒测试仪、粒子图像测速仪、红外成像仪等，同时也建有水轮机模型试验台和水泵试验台。因此，学校有充足的资源为学生提供实验教学。

该课程分为课堂教学和实验教学两大模块，共计50学时，其中，课堂教学安排40学时，实验教学安排10个学时。结合水力机械的特殊结构，运行参数，将课堂教学分为3个学习单元：第一单元为绪论部分（2学时），介绍测试技术的分类和发展趋势；第二单元为流量、流速、功率、振动、温度等参数的测量（30学时），该部分为重点、分别介绍涡轮流量计、电磁流量计、超声波流量计、三孔动力探针、五孔动力探针、热线热膜风速仪、激光多普勒流速仪、粒子图像速度场仪、测功器、转矩仪、红外成像仪等设备的基本原理、应用范围、仪器的优缺点和应用实例；第三单元为水轮机、水泵试验技术部分（8学时），其中包括水轮机水泵试验台的介绍，具体模型试验的实例讲解。

实验学时主要是学生参观教育部重点实验室的仪器，并对实验室的仪器进行详细的实验操作教学，让学生能够独立操作和使用仪器，完成水轮机、水泵的模型试验，并对自己的实验数据进行分析处理，完成实验报告。

三、课程教学方法探讨

《热能与动力工程测试技术》课程由于理论性很强，通常会让学生感觉测试原理难以理解，教学内容非常深奥、枯燥。如果按照常规的教学方法进行教学，难以理解和记忆，从而慢慢失去学习兴趣[3]。

（一）教学侧重点和方向的把握

《热能与动力工程测试技术》该课程内容丰富，涉及的学科多且广。主要包括：

1）温度、压力（压差）、流量、流速、机械量、振动量等参数的测量、检测和显示；

2）测量仪器仪表的选择和使用，测量结果处理以及测量误差的分析。

针对“应用型”本科院校要求和本学科的特点，教师应该结合教学大纲要求，合理安排基本概念、基本原理教学与应用实践的结合。热能与动力工程专业学生学习的方向是传感器和仪表的应用，而不是设计，所以笔者认为“热能与动力工程测试技术”课程的重点应放在学生日后走上工作岗位能用到的传感器和仪表选择和使用上。

测量仪器和仪表的选型应本着节约的原则，考虑性价比的因素，即在满足要求的前提下选择低精度的仪表。仪表类型的选择还应考虑被测介质的性质、使用的环境、安装条件、对仪表输出信号的要求等。如传感器的选择需要考虑使用的环境是否是易燃易爆的场所；比如测量天然气或者煤气等须选用防爆型传感器；在强磁场的环境，则不能使用电磁传感器。

由此，学生在了解测量仪器和仪表基本原理后，能根据具体测量参数、被测介质的性质、使用的环境、安装条件等要求选择最佳仪器仪表。

（二）以案例为主线的课程教学模式

案例教学法是由哈佛大学法学院提出的一种以学生为中心，致力于提高学生综合素质的教学方法[4]。在案例教学中，教师根据教学要求，设计相应案例，组织学生针对案例内容，运用所学知识进行思考、分析、讨论和交流等教学活动，以提高学生分析问题和解决问题的能力。将案例教学法运用到《热能与动力工程测试技术》课程的教学过程中，学生能够正确建立工程测试与应用的整体概念，一方面不用增加实验学时，另一方面促使学生变被动学习为主动学习，引导学生运用多学科知识去分析和解决工程实际中的具体问题，从而提高教学效果。

案例设计实例：水轮发电机转子温升测量。案例来源于教师科研项目——渔子溪电站超出力运行可行性分析。该项目以水轮发电机转子为研究对象，探索在超出力5%运行工况下转子温升情况，系统了解机组有关电气一次、二次及机械附属设备是否具有潜在风险，确认电站机组超出力运行的安全性和可靠性。

案例教学时，首先向学生提出启发性问题：目前我们了解的温度测量有哪些方法？用什么方法才能检测出转子的温度？在测量过程中我们应该考虑哪些影响因素？然后提醒学生高速旋转的设备温度测量可以用什么方法，传感器可以如何布置等。带着这些问题，学生应在课后搜集相关资料，相互讨论这些问题，初步形成自己的观点。

课堂案例教学时，先组织学生进行分组讨论，学生小组分析结论逐一讲解，综合其中正确的结论观点，剖析错误见解，给出案例分析的逻辑路径。本案例中转子温升测量可以有三种方法：（1）电阻法测量，根据转子绕组的电阻值随温度变化而相应变化的关系来确定转子绕组的平均温度。（2）转子温度分布在线监测系统，即把特制的满足发电机转子线圈耐压要求的温度传感器直接安装在励磁线圈上需要测量的部位，通过安装在转子机架上的温度采集记录仪得到温度传感器的输出值，从而得到发电机转子线圈的温度分布情况。（3）红外热成像测温仪，即是通过接收物体发出的红外辐射，经电子系统处理，得到与物体表面热分布相应的热像图，从而给出物体表面的温度分布情况。

本案例紧密结合工程实际，由最基本的测试方法开始，逐步引入我们最先进的测试设备，让学生学会温度测试方法的同时，了解该行业中的先进测试技术。这样的教学可以激发学生的学习兴趣，有助于培养他们遇到问题，查阅资料解决问题的能力。

四、结束语

测试技术是一种涉及面广、技术性强的实用技术。本文根据专业特色和本课程的特点分别针对课程内容安排和教学方法提出了一些提高课程教学质量的途径和方法：充分结合学生走上工作岗位后所需要的技能，优化教学内容，重点突出；以案例为主线的课程教学模式，培养学生遇到问题解决问题的能力；加强实践环节，创造“开放性”的学习环境。《热能与动力工程测试技术课程》与多学科交叉，同时测试仪器设备在不断更新，提高教学质量是一项长期的工作，需要不断的探索。

【参考文献】

[1]熊诗波，黄长艺.机械工程测试技术基础（第3版）[M].北京：机械工业出版社，2011.

[2]赵雪峰.“热工测量技术”课程教学研究探讨[J].中国电力教育，2011（2）：64-65

[3]张润莲，张向利，叶进.案例教学法及其运用[J].桂林电子工业学院学报.2004（8）.

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