对供热系统水力工况实验教学的探讨

蔺洁 潘嵩 樊洪明 韩连茹

摘要：实验教学是高校大学生培养过程中的一个重要环节，如何最有效地利用该环节实施对大学生综合能力的培养是我们需要不断研究的问题。本文通过建筑环境与能源应用工程专业中的一个实验“供热系统水力工况实验”实施过程的变化来说明，当实验条件不变时，通过改进实验实施过程可以产生不一样的教学效果。

关键词：供热系统水力工况实验;能力培养;实验教学

中图分类号：G642.0     文献标志码：A     文章编号：1674-9324（2016）05-0223-02

高等教育的任务是培养具有创新精神和实践能力的高级专门人才，在这个过程中通过提高实验教学水平来提高人才培养质量，是实施高等学校本科教学质量与教学改革工程的必行之路。通过实验教学可以培养学生掌握基本实验技能和科学研究方法，提高学生科学素养，提升学生创新意识、创新精神、创新思维和创新能力，因此实验教学在高校创新人才培养中有十分重要的地位[1]。

实验教学通常分三个层次：以验证性为主的基础层次教学，其特点是对理论课内容的实验再现;以综合性、设计性为主的提高层次教学，其特点是独立的实验教学，强调实验独立设课;以探索性为主的创新层次教学，其特点是强调科研、第二课堂等方面相互结合的教学[2]。实验教学目标层次不同，教学培养目标就会差别很大。

供热系统水力工况实验是针对建筑环境与能源应用工程专业本科生开设的验证性实验，实验目的通过在热网水力工况实验台上进行水力工况变化，让学生直观地了解热网水压图的变化情况，巩固热水网路水力工况计算的基本原理;掌握水力工况分析方法、验证热水网路水压图和水力工况的理论。

一、实验简介

供热系统水力工况实验是以热水供热系统为依托，该系统具有许多并联环路，当一个环路流动状况发生变化，必然会影响到另一个环路，这种环路中的实际流量不是所需流量时出现的问题称为水力失调。在热水供热系统运行过程中，水力失调时有发生，造成一部分用户室内温度过高，需要开窗通风降温;而另一部分用户室内温度过低，达不到所需温度要求，影响人们正常生活。这种现象不但降低用户热舒适性，而且降低供热系统效率、增加能耗。因此掌握供热系统水力工况变化规律，获得水力工况计算方法，并且能对水力失调状况产生的原因进行正确分析，给出解决方法成为建筑环境与能源应用工程专业本科学生必须具备的一种专业能力。供热系统水力工况实验的开设就是为了实现该目标设定的一个环节。

供热系统主要由热源、管道、热用户等组成。在实验室搭建一个供热系统等比模型，由于条件限制通常很难实现，常见做法是建一个模拟实验台，系统中的热用户用阀门替代，供回水管道局部阻力也通过阀门实现。实验装置如下图。

由图看到，系统包含带阀门的塑料管道、流量计、水泵及定压装置等，用来模拟由用户组成的热水管网。供回水管上装有U型测压计，可测量用户水头，且有标尺可以直接读出其压力。

过去进行该实验，由于在发给学生的实验指导书上给出了该实验操作步骤，在实验开始时指导教师也会进行内容讲解，学生实验过程只需要按照实验步骤完成即可，之后交实验报告。尽管要求学生在实验报告中绘制不同的水压图，并就实验现象给出分析，但整个实验过程学生主动性并不强。针对现有实验装置，如何能够通过改变实验过程，提高实验效果。论文作者对该实验过程进行了尝试性改变，希望通过改变使得学生专业知识和创新能力能得到更多地发展和提高。

二、实验过程的改进

实验改进主要包括：实验预指导的改变，实验实施过程的改变和实验考核的改变。

实验预指导的改变主要是改变实验指导书内容。改进的实验指导书包括：实验背景介绍、实验装置和需要完成的实验内容的说明，取消了原来的实验方法和实验步骤。对实验实施过程的改变是取消了教师实验讲解。教师从实验的准备阶段就让学生独立设计、独立操作，同时给出很多有关实验的思考题，利用思考题引导学生积极主动的思考。思考题既有实验中出现的问题，也有实验现象的分析。实验考核采取答辩方式，迫使学生对问题的思考变得深入细致。

例如实验指导书给出一道思考题，如何对现有实验装置经过较小改动，获得一个比现在正常工况水压图效果明显的水压图？之前学生在进行实验时，当把系统供回水管道及热用户上阀门全部打开，系统正常运行时的测压管水头值变化很小，实验效果不明显，不利于学生观察，这是实验台的设计瑕疵。今年教师在实验考核答辩中就针对如何解决该实验现象不明显问题对学生进行了提问。学生给出了很多有益的建议。如：1）用微压计替代U行测压计来测量管段压差，测量结果会明显;2）用绝对粗糙度较大的管段替代粗糙度小的塑料管;3）换一台循环水泵，增大水泵揚程及流量，以此增大沿程阻力;4）换一种循环热媒。这些答案的给出说明学生的主观能动性被积极调动起来。因为没有现成答案，在实验过程中学生需要完全依靠自己的思考获得答案。同时因为不同小组在实际操作过程中的步骤不尽相同，学生遇到的问题不同，用于解决问题的方法也不同。学生需要凭借自己的努力去分析、寻找问题的症结，找出解决办法。当然个别组也会向教师求助，或给出了错误答案。如有学生建议将热用户同一位置的阀门不同程度的关小，达到热用户供、回水测压管压力值变化明显的目的。显然通过调节阀门增大了局部阻力损失得到的供、回水压力曲线，与实际运行改变沿程损失得到的水压图不符。这说明学生对相关知识掌握的不好，但通过教师与学生的讨论，使学生查漏补缺了之前没有掌握好的知识，实验起到了对课程教学内容补充与延伸的作用。无论采取什么方式，这样的实验过程都有助于学生的主动学习、求知、探索。

尽管“热水供热系统水力工况实验”并不复杂，论文作者也只是对实验实施过程进行了一些改变，但是通过这种改变可以收到较好效果。过去做实验学生花费时间较短，学生被动地完成实验，对相关知识的掌握并不尽如人意。现在有的同学在答辩完之后，因为老师提的某些问题没有弄清楚，还会主动要求重做实验。现在学生尽管实验时间增加，但学生对该实验涉及到的知识有了更深刻的理解，整个实验过程学生都很积极主动，学生自己也认为收获很大。

三、对实验教学的一点感悟

在同样的实验装置上，采用不同的实验方法去完成相同实验，实验效果差别很大。对比两者总结如下：

1.实验指导思想由传递知识为主变为提高能力为主。之前的实验实施过程只是教会学生使用实验装置及相关测试设备，学生对实验装置构造及工作原理有所了解，掌握了相关实验方法，巩固了实验过程所运用的相关专业知识，提高了学生动手能力;所有这些主要是完成了知识传递，而对学生能力的提高帮助有限;改进后的实验实施过程不仅让学生学习到一些实验方法，而且通过该环节让学生提高了分析问题、解决问题的能力，以及创新能力。实验过程由原来教师讲授、学生接受知识，变为现在的学生要在实验前预习并完成实验准备、制定计划;实验过程中要周密分析、仔细观察、勤于思考;实验完成后要善于总结，查漏补缺。整个实验学生需要运用已学知识甚至自学某些知识完成实验，并通过主动探究知识提升了创新能力，因此改进后实验效果显著提高。

2.实验教学模式由以教师为主变为以学生为主。不同的教学思想、教学模式，产生不同的教学效果。通过在实验实施中以教师为主体转变为以学生为主体的教学模式后，指导教师的角色发生了變化，由原来的实验指导者变为实验辅助者。学生成为了实验过程的主导者，这种变化对学生挑战很大。

3.实验教学方法由按部就班变为自主创新。为了在实验课程中培养学生创新能力，对实验课程的教学方法进行了改变。之前的实验课程教师主要讲授实验内容，之后的实验课程请学生自己组织实验内容。教师只针对实验提出问题，激发学生在实验前、实验中和实验后的思考，鼓励学生“从做中学”，通过“做”达到“学”的目的。学生在“做”的过程中发现问题后，经过思考而领悟到的道理，更容易在脑海中留下深刻的印象，同时学生的主观能动性得到了最大限度的发挥。

4.实验教学考核标准发生变化，对老师及学生的要求发生转变。不同的实验实施过程对教师的教学要求及学生知识、能力要求不同。之前的实验对教师的要求就是熟悉整个实验内容及过程;现在则要求教师不仅专业知识丰富、专业技能娴熟，对学生提出的各种问题给予满意地回答，而且还要求教师能根据每一个学生的不同特点加以正确引导，让每一个学生的综合能力都得到一定程度提高。同时实验考核增加了答辩环节，教师可针对实验过程涉及到的诸多问题进行提问，考核不再像过去只是提交实验报告的方法，也敦促学生能更好的完成实验。

综上所述，在现有条件下，只要在实验实施过程中进行一些有效改变，对学生能力的培养作用会变得更大。

参考文献：

[1]潘清，王磊，张伟，等.创新实验教学探索[J].实验技术与管理，2010，27（8）：24-26.

[2]许家瑞，周勤，陈步云，等.构建创新实验教学体系的探索与实践[J].实验技术与管理，2009，26（5）：1-4.