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工程热力学论文 工程热力学综合设计性实验项目改革

2018-12-17 11:02:37来源:组稿人论文网作者:婷婷

  1 引言

  工程热力学是飞行器动力工程、建筑环境与设备工程类、能源类、热能工程类、安全工程、通风与空调工程等工科类专业学生应该掌握的一门技术基础课程。但就该课程目前的实验技术条件和实验手段,离满足培养新型专业人才上还有一定的差距。

  “工程热力学”是研究热能有效利用以及热能和机械能等其他能量转换规律及其应用的工程技术学科。工程热力学以概念多、术语多、内容抽象难懂、系统性和工程性强等特点,造成学生缺乏学习兴趣,对很多概念似懂非懂。因此,工程热力学实验课的学习对于该课程的学习具有重要的意义。然而,工程热力学实验教学过程中存在一定的问题。

  2 工程热力学实验存在的问题

  2.1仪器台套数少,实验内容设置不合理

  目前,国内许多高校近些年大面积扩招导致实验用房紧张,实验仪器设备台套不足。部分设备由于长时间运转,更新率低,造成设备老化、陈旧,严重影响实验教学的正常效果,挫伤了学生做实验的积极性。实施本科教学评估以来,虽然许多高校为了实现仪器设备达标,购置了不少新仪器、设备,但对于工程热力学课程来说,由于各种原由,实验设备依然较少。实验设备开发仍不够用、利用率不高,实验教学条件总体水平还比较低,仍停留在验证性实验的基础上。

  在教学过程中,该课程的实验课时设置较少,实验教学内容不合理。实验的课时数较少,涉及的知识点较少,不能涵盖本课程的重点内容,并且这些实验大多是验证性实验,实验结论在相关资料中就能查到,不能充分激发学生探索创新的兴趣。

  我校飞行器动力工程专业2015年第一次招生,工程热力学实验也于上个学期第一次开设。随着实验的开设,也暴露出一些问题,仪器设备台套数少,3套仪器,分别为二氧化碳P-V-T关系仪,气体定压比热测定仪,空气动力学多功能实验台,每套仪器4台,参与实验的学生多,班级人数40多人,即使分组实验,也往往4-5个学生围着一台仪器做实验。现在开设实验总学时为16学时,开设实验项目分别为:二氧化碳P-V-T关系测定,气体定压比热测定,缩放喷管压力特性测试实验,缩放喷管流量特性测试实验,渐缩喷管压力特性测试实验,渐缩喷管流量特性测试实验,所有实验项目均为验证性实验,学生实验积极性不高

  2.2实验内容单一,多为验证性项目

  工程热力学课程难度较大,基本理论概念多、公式多、内容多、抽象难懂。很多学生希望通过实验来理解理论知识,但多数学校实验通常设置为6~8学时,开设的实验主要包括:空气定压比热容测定;空气绝热指数的确定;饱和蒸汽温度和压力关系实验;二氧化碳P-V-T关系的观察和测定;喷管性能试验。这些实验大多是演示性和验证性的,使学生在做实验时毫无兴趣,通常照方抓药匆匆得出实验结论了事,很难启发学生理解、应用所学知识;更难说发挥学生的主观能动性、提高实践能力和工程意识。

  3 综合设计性实验项目改革方案

  针对工程热力学原有的实验项目,从以下几个方面对综合设计性实验项目进行开发:

  3.1从验证型到设计型转变:

  为了保证实验教学的系统完整、精炼、科学,需要合并重复型实验,更新缺乏代表性与典型的实验,保留优秀、基础的验证性实验,增加设计性、创造性的实验,提高其在实验课程中所占的比例,建议将原有的验证性实验中的喷管特性实验、空气定压比热容测定、空气绝热指数的确定等实验改为设计性实验。鼓励学生根据实验室提供的仪器设备,通过查阅有关资料,综合运用所学的知识,自行设计实验方案,自行操作并分析数据得出实验结论。以喷管特性实验为例,将喷管特性改为设计性实验,实验前教师检查学生的实验准备情况,包括学生自行设计临界、亚临界、超临界各个工况的内容,及设计性实验的所需的图表和原始记录的表格。指导内容不再重复理论知识,而是引导学生根据自身能力、兴趣及实验教学学时数的要求,选择实验内容。再实验完成要求,分析整理数据,将验证性实验变为设计性式样的开放型教学。通过这一实验,使学生对于喷管内气流组织的变化情况、临界状态及音速等基本概念非常清楚,达到了良好的效果。同时激发了学生参加实验的热情,学生的创新能力和综合能力将会得到很大提高。

  3.2从单一型到综合型转变:

  在工程热力学的课程中重点、难点多,其中热力学第一定律、热力学第二定律、制冷循环等知识点更是本课程的重中之重。制冷循环的知识点在一般的学校工程热力学课程中尚未开设实验。可以结合以后的专业课如压缩机性能实验、制冷系数测定等实验的基础上,通过综合实践活动、科技创新形式,将几个单一型的实验台开发成为一个综合型实验台。对工程热力学的教学实验中各种常规实验加以拓展,开设热力学第二定律的验证性实验,如测量换热器效率实验;各种参数测量实验,如流量测量、空气的流量、温度测量、压力测量,这样最大限度地综合利用了实验室资源。

  3.3增加一些设计型、综合型的实验项目:

  比如为加深对气体热力过程的理解,可以让学生设计一个闭口系统的实验,进行气体的定容、定压、定温以及定熵等基本热力过程,测量有关参数,掌握这些热力工程的变化规律。还可以增加热力学第一定律、热力学第二定律、动力循环和制冷循环等重要知识点的设计型、综合型实验。

  3.4将原来验证型实验改成设计型实验:

  比如将定压比热实验中的测温元件由温度计改成热电偶或热电阻元件,将采集到的数据输入到巡检仪中,应用VC或VB语言编写一个应用软件,将巡检仪上的测量数据输入到电脑中并显示这些数据,同时计算并显示出空气的定压含湿量、质量流量、水蒸气流量、水蒸气吸收的热量、干空气的定压比热等值,且画出比热随温度变化的曲线。学生在该过程中加深了对实验原理及方法的掌握,在学习中激发了学习兴趣,并且学会了使用VC或VB语言来解决专业知识的有关问题,提高了自己学习和解决问题的能力。

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