传热学实验创新能力培养的探索与实践

摘 要 传热学实验是热能与动力工程等多个专业的重要实践教学环节，改革传热学实验教学过程，培养学生创新能力，构建创新性的传热学实验教学体系对于提高本科教学质量、培养创新性人才具有重要的意义。提出调整本科培养方案，将传热学实验开设为一门独立的课程，在此基础上提出优化传热学实验教学内容，调整实验教学体系的具体方案，结合开放性实验室的管理模式和实验考核与奖励等实施办法，增强传热学实验教学效果，对于本科实验教学过程创新能力培养进行新的尝试和探索。

关键词 传热学实验教学；热能与动力工程；开放性实验室

中图分类号：G642.423 文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2014）18-0144-02

1 引言

传热学是一门实验研究和理论分析密切结合的学科[1]，课程内容上具有基本概念性强且抽象、基本规律和公式多、基本应用广泛的特点。该门课程是中国石油大学（北京）热能动力工程和油气储运工程、石油工程、安全工程以及机电工程等专业的一门非常重要的专业基础课程。传热学实验是课程教学中一个非常重要的环节，通过传热学实验能提高学生对热量传递规律的感性认识，巩固并加深对理论的理解。传热学实验对于提高学生的创新能力和对知识的综合应用能力，提高学生解决实际工程问题的能力，发挥着极其重要的作用[2]。如何通过改革传热学实验教学过程对学生进行创新能力的培养，是从事传热学实验教学的教师需要认真面对的课题。

目前，中国石油大学（北京）热能与动力工程实验室开放了六个传热学实验项目，它们分别是“常功率平面热源法同时测定绝热材料的导热系数和导温系数”“球体法测量粒状材料的导热系数”“空气横掠单圆管平均换热系数的测定”“空气纵掠平板时局部对流换热系数的测定实验”“中温法向辐射时物体黑度的比较法测定实验”“横管表面空气自然对流换热实验”。这些实验项目面向热能与动力工程、油气储运工程、安全工程等专业的本科生，受众面比较大。改革传热学实验教学过程，培养学生创新能力，构建创新性的传热学实验教学体系，对于提高本科教学质量、培养创新性人才具有重要的意义。

2 传统传热学实验教学模式的弊端

传热学实验学时受限 传统的传热学实验学时是传热学总学时的一部分，为了不挤掉过多的理论课学时，保证理论课的授课效果，实验学时往往比较少。以热能与动力工程专业为例，其传热学中的实验学时只有六个，教师只能选取三个实验项目为学生开设，实验资源没有得到充分利用。另外，实验部分的成绩只占传热学总成绩的10%，很多学生因此对实验课的重视程度不够，上课积极性并不高。

教学项目内容陈旧 教学实验内容大多是理论教学中的理论或定律的验证，综合性、研究性、设计性的实验项目比例不足，学生的思维限制于相应的理论课程，缺乏实验以及工程实际的联系。这种模式大大限制了学生的思维，不能适应学生创新能力的培养，学生的积极性和创造性大打折扣。

教学形式呆板 传统实验教学过程中，从实验前准备到实验原理、实验步骤的讲解，面面俱到，详尽之至，学生只是被动地按照实验要求和操作步骤进行。这种教学模式下学生的学习完全是被动的，不能将理论课学习的知识转化为实际能力，更无法培养学生的创新思维和实际动手能力。另外，由于实验设备台套数有限，一般几个学生共同完成一组实验，学生实际动手的机会较少，工程实践能力的锻炼就更不足。

实验与各专业的工程实际相分离 中国石油大学（北京）的传热学实验项目不仅面向热能与动力工程，还面向油气储运工程、安全工程等专业的本科生。每个专业的学生的专业背景不同，传热学理论应用的工程领域不同。而传统的传热学实验课只是按照统一的实验教学大纲展开教学，不能因专业而异，学生普遍反映枯燥，教学效果比较差，学生不能获得更多跟自己专业有关的传热学方面的实践能力。

考核方式不合理 首先，传统培养计划中，传热学实验成绩只占传热学总成绩的10%，部分态度不认真的学生不会因为实验成绩低而重修，因此对实验课的重视程度不够，积极性较差。其次，由于实践教学的考核很难像理论课一样有标准的试卷、标准的答案，学生成绩大部分从实验报告评判，对于学生的动手能力也只能凭印象给分。这种考核方式缺乏科学的标准，学生在参加实验教学时缺乏主动性和积极性。

3 传热学实验教改方案的探索与实践

调整本科生培养方案和教学大纲 在中国石油大学（北京）新修订的培养计划和教学大纲中，传热学实验已经作为一门独立的必修课程提出。传热学实验针对不同的专业可以开设8～12学时的实验课，并针对不同的专业培养目标，制定不同的教学大纲，开设不同的实验项目。本课程不能及格的学生必须进行重修。调整培养方案后，学生对传热学实验的重视程度和积极性明显提高。

针对调整后的传热学实验课程，编写《传热学实验》教材，除了针对实验项目的详细介绍外，还围绕本科生创新实验的方法与思路、传热学创新性实验的特点与思考等内容展开，结合几个具体的传热学创新型实验项目，对传热学创新性实验的特点和实施方法进行详细论述，有利于提高学生的创新实验能力和技能。

优化实验教学内容，调整实验教学体系 优化原有的实验教学体系，改变传统的实验教学内容，加大综合性、研究性实验项目的比例，在原有实验内容的基础上进行改进和创新，增加学生自主设计实验的比例，给学生创建良好的实验创新平台，突出综合能力和创新能力的培养。

传统的实验教学中，以热能与动力工程专业传热学实验课为例，实验学时为六个，涉及五个实验项目，分别是“球体法测量粒状材料导热系数实验”“常功率平面热源法同时测定绝热材料的导热系数和导温系数”“空气横掠单圆管平均换热系数的测定”“空气纵掠平板时局部对流换热系数的测定实验”“中温法向辐射时物体黑度的比较法测定实验”。其中关于导热的实验两个，对流的实验两个，辐射的实验一个。由于学时数有限，传统实验教学中要求学生选做一个导热的实验、一个对流的实验，辐射的实验必做。传统的实验教学中，以上五个项目都是偏验证性的实验，缺少综合性和研究性的内容，指导书内容死板，不能突出学生综合能力和创新能力的培养。

针对以上不足，重新设计传热学实验教学内容和方案，增加综合性、研究性实验内容，实现多层次实验教学。

1）在导热方面的实验中，常功率平面热源法测定绝热材料的导热系数和导温系数实验的特点是操作比较复杂，但测量时间比较短，课堂内容不够饱满，实验台中的测试件更换方便，实验项目可以添加设计性和研究性的内容。将传统的综合性实验常功率平面热源法同时测定绝热材料的导热系数和导温系数改为研究型实验，实验课前提前两周给学生提出研究实验的内容，主题为利用常功率平面热源法测定专业领域内常用的保温材料的导热系数和导温系数，要求学生通过实验指导书提前了解实验台的原理和组成，学生自行提出实验目的并设计实验方案，调研和搜集本专业领域常用的保温材料，按照自行设计的实验方案进行实验，最后撰写一篇研究性实验报告。

这种方式有利于提高学生实验的自主性和积极性，并使得实验学时内教学内容饱满，加强了实验和学科专业工程领域的联系，学生的创新性思维、设计能力、动手能力也得到了提高和训练。

2）根据实验台的特点，可以将对流换热系数测定实验作为研究性实验项目。要求学生完成不同管束的对流换热系数的测定实验，并对管束的布置方式、管径大小对对流换热系数的影响进行分析。

通过以上调整，研究性实验比例有所提高，形成了研究型、综合型、演示型多层次的实验教学体系，并加强了实验和学科专业工程领域的联系，学生学习的自主性和积极性得到改善，学生的创新能力和动手能力得到提高。

建设开放式实验信息平台与实验室 在每学期初，将本学期开放性实验的项目内容、时间、地点放在学校信息平台上供学生学习和自主选择时间。为满足开放性实验教学的要求，增加了横管表面自然对流换热实验台等实验设备，可供学有余力的学生课外选择进行。加强科技创新平台建设，购买稳压电源、热电偶、电位器、电流表、电压表、导线等基础实验元件，为本科生科技创新建立良好的平台。同时完善开放式实验室管理制度，建立健全开放式实验室运行模式，制定开放式实验室考核评价标准。

改革实验考核方法 在实验考核中不再简单地看实验数据是否准确，实验操作是否正确，要充分鼓励学生发挥自学能力、应用能力、创新能力，对研究性的实验采取答辩的方式展示自己的研究结果和设计思路，并对教师和其他学生的提问进行回答，给同学更多展示自己创新思维的机会和平台，综合多方面的评价给出最终的成绩。这不仅提高了学生学习的积极性和主动性，而且可以获得较好的教学效果。

4 结语

综上所述，在传热学实验教学中就如何培养学生的创新能力进行新的探索和尝试，提出调整培养方案，优化传热学实验教学内容，调整实验教学体系的具体方案，结合开放性实验室的管理模式和实验考核与奖励等实施办法，增强传热学实验教学效果。

参考文献

[1]杨世铭，陶文铨.传热学[M].4版.北京：高等教育出版社，2006.

[2]侴爱辉，冯妍卉，张欣欣，等.传热学多层次、创新性实验教学模式的研究[J].中国现代教育技术与装备，2011，

7（5）：115-117.

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