关于现代热工测试技术的教学思考

广州航海学院 船舶与海洋工程学院 广东 广州 510725

1 课程介绍

随着时代发展以及科技进步,测试工作对科学研究、技术开发和生产检验等领域起着重要作用,不同的工科专业也都开设此课程,如机械测试技术、电器测试技术、软件测试技术、材料测试技术,甚至现今快速发展的大数据测试技术都已在研究,以测试为手段、控制为目的,把现代测试技术和传统的测试基本原理方法结合起来[1-5]。

热工测试技术是能源与动力工程的一门专业必选课程,是一门理论与实践相结合的课程,主要介绍能源与动力工程领域中的测量理论及其技术。课程内容可主要分三部分,第一介绍测量系统的组成及其基本特性,包括静态特性和动态特性;第二部分则介绍测量的误差分析及数据处理,其中误差分析包括系统误差、随机误差和疏失误差;第三部分则分章节对能源与动力工程领域的温度、压力、流速、流量、液位、转速等参数的测量原理、测试设备详细介绍。本文从几方面对该课程在教材选择、课程讲授、课内实验、答疑和考核等方面对课程介绍。

2 课程教学

教材选取:根据学校课程性质,本课选择俞小莉、严兆大主编的《热能与动力工程测试技术》第三版作为教材,同时也参考郑正泉主编的《热能与动力工程测试技术》,陆光军主编的《测试技术》、唐经文主编的《热能与动力工程测试技术》,以及多本传感器与测试技术的相关教材。

教学过程中课前、课中、课后,搭建课程框架:在本课程学习过程中,按照整个课程学习包括课前、课中、课后,涉及到的文件资料包括教学大纲、教材、教案、教学日历、课件、课内实验、课后作业等,每一环节都与课程教学效果有关。课前须备齐资料,如教学大纲是教学主要依据,教材是课程核心资料,教案课堂教学的基本依据,教学日历则体现教学进度、时间安排,教学资料是教学质量的基本保障。课前需备课充分,才能保障课堂教学效果。

课堂中资料则主要是教学ppt,教学课件制作则关系到课程内容。以本课程教材为例,全书共分十二章节,前三章内容包括绪论、测量系统的基本特性、测量误差分析及数据处理,从第四章开始就到具体测量对象,包括温度、力与压力、流速、流量、液位、转速转矩和功率、排放测量,因课时限制,后面两章振动、噪声测量作为学生课后自学内容。每一部分课件内容都要根据课程设计,如理论部分,基本特性分静态特性和动态特性,首先需将测量系统、理想测量系统、线性时不变线性系统的内容介绍清楚,静态特性参数有量程、精度等级、线性度、灵敏度、分辨率、迟滞误差重复性误差、漂移,每一个参数含义不同,尤其是与输入、输出量的区别,所以在课件制作及授课过程中需要结合实际例子介绍,如可借用一台压差传感器及其详细说明书讲解此处知识点。

现以流量测量内容为例介绍。流量有体积流量和质量流量两种,根据其测量方法分容积型、速度型、质量型流量计,每一种流量计又可再分多种,如容积型流量计则有齿轮流量计、腰轮流量计、刮板式流量计、皮膜式流量计、转筒式流量计等,因此实际工程应用中的流量计种类繁多。选择设备时根据流体性质如气体或液体、洁净还是脏污、腐蚀或非腐蚀、低粘度还是高粘度等,同时也要考虑其精度等级、使用场合、技术要求、生产成本等因素。其较常用的节流式流量计,属于速度型流量计,其测量原理基于流体连续性方程和能量方程,这部分知识需联系流体力学。其主要结构是节流装置,节流装置的开口尺寸、加工、安装条件等都会影响测量精度;光纤流量计、超声波流量计是最近几十年使用较多的流量计,对于这种新型流量计可结合厂家宣传视频以及理论知识讲授效果更好。

任课教师和学生,发挥引导及主观能动性:参与课程传授学习的任课教师和学生,任课教师要做到课前备课充分,对教材、大纲、教案、课件熟练掌握,课中要思路清晰、环节紧凑、重难点突出,课后要做到反思、课程安排是否合理、学生状态如何,这样对课前、课中、课后三个环节都准备充分,同时涉及到其他课程知识点在教学过程需要旁征博引时也可深入讲解。

教学过程中要充分调动学生主观能动性。课前布置任务,学生可利用手机、网络资源进行预习,课程中跟进老师进度,充分讨论,课后布置适当作业。同时为提高学生兴趣,可以设置几个热点问题,分组讨论,调动学生的积极性,也可结合教师科研项目、大学生创新创业活动让学生在项目中加深对课程学习。

3 课程后强化

课内实验,直观认识课堂:课内实验虽课时不多,但对课程起比较重要作用。如开设的K型热电偶单臂电桥的实验,利用PLC实验室供学生操作。实验环节包括连接电路、工况调节、实验测试、数据记录以及后续数据处理,同学们即可以分组合作、开展实验,又可分工,也可针对实验问题、实验现象讨论。虽仅有2课时,但涉及到课本教材中的4章节的内容,将课程理论与实践结合,对热电效应、热电偶测量的四大基本定律、电桥电路的连接和调节、温度与输出信号之间的关系有直观认识。

集中答疑和考试考核,加深课堂知识:课程最后的集中答疑,当理论课程已结束、课内实验完成,通过这种集中答疑的活动,任课教师可掌握每位同学学习状况,课程中难、疑点,甚至跟课程相关的其他课程学习状况也可深入了解。在最后总结式课程结束后,任课教师需要对整个课程深入反思,做到课程中出现的问题以后不再发生,课中较好的方式继续发扬,保证课程在教与学中逐渐提升。

最后一个环节即课程的考核,此课程为考试课。整个课程知识点较多,如测量种类就有近十种,每一种涉及到的设备种类也有几种,由此下来,课程所涉及到知识点广而散。所以在课程传授中也需注意,重点讲解、轻重结合,对每一次新内容详细讲解,相似内容则进行分类,有重点、有层次。在考试考核方面,以客观题为主,重在考查学生对测试技术的了解和与专业结合运用及在以后从事相关工作时可以很快熟练。考试作为课程最后一个环节,可加深学生对课本知识的学习和掌握,最后环节对整个课程做到更好的传授和学习。

4 结论

热工测试技术课程作为能源与动力工程的一门必选课,是一门理论与实践相结合课程。要掌握好一门课程,涉及到多方面的知识。本文通过对热工测试技术课程进行深入剖析,对教材选择,教学过程中课前、课中、课后安排,课程内容制作,任课教师和学生主观能动性,课内实验与集中答疑和考试考核等方面进行总结。当今世界,智能化、多样化、数字化的科技发展迅速,对学生的要求也日新月异,本课程即可以巩固前期课程知识理论,同时也为后续专业课程奠定基础,培养锻炼学生应用测试技术解决现代工程技术能力。