热工专业实验课程可视化教学初探

一、引言
热工专业作为工科类高等教育，专业课程十分重要，专业课程既是知识性课程，更是实践性、能力性课程；专业课教学质量如何，直接影响或决定着学生的就业和未来的发展。而作为热工专业实践性教学的重要组成部分，热工实验课程的效果更是决定了学生动手能力、实操能力、综合分析能力、综合实践能力的高低，对全面实施创新教育、培养创新人才具有十分重要的意义。同时热工专业设备复杂、热工过程繁多，增加了学生理解、记忆、设计、分析等实际应用中的困难，在此，我们对过去的实验教学模式进行改革，将可视化教学引入热工实验教学课程，以此作为突破设备、时间、空间限制，进一步提高学生的实践创新能力的有力工具，取得了良好的实践教学效果，为提高专业课程教学质量提供了又一保障，以培养提高学生自身的创新能力。
二、热工实验可视化教学方案
针对现有课程存在的学生无法从形象上认识热工设备及部件结构、学生缺少动手实践的机会、学生难于理解课堂内容、学生缺少接触工程实际的机会、实际工程设备难于理解的平面化和抽象化的传统教学模式不足，在热工实验教学过程中引入可视化教学，以期解决以上存在的教学不足，从而达到提高教学效果的目的。
1.基础实验可视化。基础实验包括演示实验和验证实验。演示实验是针对基础知识的介绍，内容较为简单，但对学生深刻领会相关知识起到一定的促进作用。验证实验是针对基础知识的验证，使得学生对基础原理、定义、方程等加深了解、深刻记忆。因此，针对基础实验内容较简单的特点，利用基础实验台将实验内容具体化、细化、综合化、丰富化，尽可能多的展示基础实验内容。并将一些实际应用的简单热工材料、热工设备、热工模型、热工设备挂图摆放在实验室内作为基础实验的一部分，由学生自行参观、拆卸、组装，以提高学生的自主学习能力和学习兴趣。从而使得学生能够从形象上认识热工设备及部件结构。
2.综合实验可视化。针对现有实验场地有限，实验时间有限等问题，遵照注重理论基础、优化实验内容、注重学生兴趣的培养等原则，明确实验课程主线，优化实验，精简内容，削枝强干，为更好的帮助学生在较高的自然科学的层次上理解与掌握课程内容，我们开发了一套与现实存在的基础实验与综合实验课程相对应的虚拟实验系统。采用多媒体手段对真实实验进行再现和模拟，为学生提供逼真的实验环境，并将虚拟实验放到学习网络上，由学生自己进行观看，借助虚拟实验的交互性，学生对实验仪器进行操作，在虚拟实验中，学生可以反复对同一步骤、同一过程进行多次实验，针对自己不懂的实验设备部件进行反复研究，观察实验现象、记录实验数据，使得学生大大的发挥其主观能动性，突破了实验场地与时间的限制，便于学生的自主学习与创新。从而使得学生能够从深层次理解课题内容。
3.创新实验可视化。在实际教学过程中，利用现有大型设备，在科研大型设备上开设创新实验，由学生自主设计实验过程，实验方案，完成实验操作，对实验结果进行分析、判断，终得出结论。并相互对比，分析优劣，良性竞争，相互促进，充分调动学生的自身积极性。例如针对蓄热式多功能教学研究实验平台，让学生自行拆装、组建实验设备，自行选择实验测量设备与部件，自行设计检测安装与自控系统，使学生将本学科的专业基础课知识和实验课程内容联系在一起，使学生建立起工程的概念，强化热工过程状态检测和过程控制等概念和实践，并进一步锻炼学时的综合分析能力，综合动手能力以及综合应用能力，得到实际动手操作的机会，锻炼学生的实际能力，增加了学生的工程实际机会。
4. 自主设计实验可视化。在实验教学中积极促进学生的自主设计与创新意识，针对现有实验台，提倡学生分析思考实际实验台所存在的问题，寻找解决问题的方法，并根据学生的学习兴趣，由学生自主设计实验台，并将自主设计的实验台可视化，做出实验台图形，同时将自主设计的实验台与实际实验台进行对比，从而找出两相对比下的实验台的优劣以及自主设计的优势，从而进一步提高学生的创新能力与改进意识。终使得工程实际设备在学生的理解中更加形象化、具体化，从而达到实验教学辅助课程教学，提高教学质量的目的。
三、可视化教学效果
在现实的教学过程中，充分体现出了可视化教学方法所具有的传统教学方法*的优点。可视化教学具有直观性、科学性、感知可视化等特点。可视化教学的过程中，教师利用直观手段，将现场实际工业设备与部件的内部结构良好的呈现在学生面前，生动的解释了部件与设备的运动原理、使用原则、适用场合等内容，使学生对以前没有接触过的热工装置有形象化的感知，能使学生观察、体验各种热工装置实质细节，并了解观察热工设备的本质，在学生对现有设备、过程、原理充分理解并掌握的基础上，通过学生的自我设计实验，让学生放开自己的思维，发挥自己的主观能动性，协调合作，进一步对整体学习与知识的总体应用进行完善，从而能够更好的理解现场实际的应用内容，通过开展多种形式的可视化感知，丰富学生的感性认识，发展学生的观察力和形象思维，为学生形成正确而深刻的理性认识奠定了基础，同时大大增强学生学习的积极性，缩短认知过程，加深学生对知识的理解记忆，将基础知识在学生的脑海中打下深深的烙印，同时在实验设计与模型搭建过程中，自我发现问题，对问题进行深度分析，全面了解，提出完整的解决问题的可执行方案，并对执行方案不断的进行补充与完善，后得到切实可行的、性能先进的完整设计方案和执行方案，提高学生的自身实践能力，让学生能够爱上自己的专业，并乐于发明创造，增强学生主动学习的能力，提高教学质量。
四、结束语
近年来，正确认识创新意识和创新能力的培养在高等教育中的地位，寻求对大学生进行实践能力和创新能力的培养的有效途径，成为我国高等教育推进素质教育的核心课题。应用可视化教学是对传统实验课程教学的一种提升，一种新的尝试和改革。应用可视化教学不仅改变了传统实验教学枯燥无味的局面，让实验课程的学习变得生动活泼，而且增强了教与学的互动，让学生学有所思、学有所得。