“热工测量技术”课程教学研究探讨

摘要：根据“热工测量技术”课程的现状和特点，结合该课程的教学实践，对该课程的教学难点进行分析，有针对性地提出建议。希望通过该课程教学，提高学生专业素养，加深对本专业知识的系统认识。

关键词：热工测量技术，教学改革；课外实践

作者简介：赵雪峰（1970-），男，吉林长春人，长春工程学院能源动力工程学院，讲师。（吉林 长春 130012）

中图分类号：G642.3     文献标识码：A     文章编号：1007-0079（2011）02-0064-02

“热工测量技术”是热能与动力工程专业的一门学科基础课。热工测量与自动调节是火力发电厂生产不可缺少的组成部分，它能及时反映热力设备的运行情况，为运行人员提供操作依据，是保证设备安全、经济运行的重要技术手段，同时也是实现生产过程自动化、环境保护的先决条件，也是从事大、中型火力发电厂热能动力设备运行、试验调整、技术改造等工作的基础。[1]

根据我国“十五”规划教材对工程类“应用型”本科院校教材的要求，把针对热动专业学生的“热工测量技术”的教学课时调整到40个学时，而且包括4个学时的实验课程。鉴于该课程学时少、内容多、授课及学习难度大、实践性强等特点，笔者结合自身教学实践，分析该课程的教学难点，有针对性地谈几点体会，希望对提高该课程的授课效果有所帮助。

一、教学体系构建

“热工测量技术”课程主要包括温度、压力（压差）、流量、流速、机械量、物位、成分分析、火焰测量、振动测量等热工参数的测量、检测和显示；热工仪器仪表的选型、校验、安装、调试；测量结果处理以及测量误差的分析；计算机在热工参数检测中的应用；热工参数检测、显示等全过程控制等内容。该课程内容丰富、涉及的学科多且应用广。在理论上涉及测量技术、信号处理技术、电工技术、传感器技术、材料技术、控制理论和控制设备技术、计算机技术等多学科方向的知识。[2]

首先应针对“应用型”本科院校要求和本学科的特点，精选教学内容，这就要求授课教师结合教学大纲要求，一方面照顾知识面的广度，另一方面要有侧重，注重基本概念和基本原理的深度。

其次根据“热工测量技术”实践性强，学生学习时易感觉枯燥，难以理解和记忆的特点，应改变传统的在黑板上板书讲授的方式，利用多媒体及电子教案，用于解释背景及相关知识，使学生理解测量原理及特点的来龙去脉，加深记忆。采用多媒体教学方式可用图形、动画、照片或者视频资料等来表达规定条文的具体内容，更直观，便于学生理解。针对不同结构特点进行有针对性的内容调整，使得教学更有针对性。不断更新的课件在教学中起到了比教材更直接的作用，它反映了专业研究的现状及国内外的新技术、新成果。通过对该课程的学习，学生应能掌握测量的基本原理、基本技能，其分析工程问题、设计和试验的初步能力也得到了锻炼。

因该课程涉及以前所学的各门专业课程，如“工程流体力学”、“工程热力学”、“传热学”，在讲授时与学生的互动中即可了解学生对以前所学知识的掌握程度，授课时应相对灵活，帮助学生复习和回忆已学过的专业知识，否则如果学生没有相对坚实的专业基础，要掌握该课程的内容也很困难。

在课程最后阶段，可以利用4～6学时讲授实验设计与数据处理的内容。首先制定合理的实验方案，比如采用正交试验设计的方法，通过实验，可以顺利取得理想的实验数据。热工测量过程虽然结束了，但是测量之后的数据处理同样至关重要。在此阶段应补充讲授实验数据误差产生的原因和分布、最小二乘法理论、数理统计的回归分析方法与经验公式、实验数据和拟合值的关系等。[3]

纸质教材、多媒体课件和实践教学构成了较为完整的教材体系，充分保证了这门课程的教学质量和学习效果。

二、知识点的联系与巩固

该课程的教材各章节后一般不设思考题和计算题，学生在课后的练习机会很少。如果课后学生不主动复习，课前又缺少预习，则授课及学习效果就相对较差，讲授内容难以巩固，不能达到把所学知识学以致用，理论联系实际的效果。

在每次课后把下一次课的主要内容以思考题的形式布置给学生，要求学生去自学，是督促学生课前预习、提高学生自学能力的重要手段。为了增强预习效果，可在课堂讲授前针对上次课预留的思考题进行探讨，必要时可以采用提问检查等手段。由于有思考题做引导，学生的自学积极性大大提高，自学方向也进一步明确。讲授时，教师可根据思考题，配合教科书，结合工程实际，有选择、有重点地作一些讲解，从而加深学生对基本概念的理解和掌握。如果应用得当，学生配合积极，则可以用较少的课时讲授更多的内容，课堂容量变大，气氛活跃，学生也更加容易接受讲授内容。

习题课中教师给出题目，以分组讨论方式进行，不要过多干预。开始的时候，可以由老师启发，或给出两种或多种方法，通过讨论让学生充分发表自己的观点，最后每个小组总结出自己的观点，由老师来进行评价。

在各个章节尽量多地列出前沿研究方向，并与阶段性的小论文或读书报告相结合。阶段性的小论文或读书报告是教学活动的实际体现，它要求教师既要能列举教学理论知识和工程实际应用的例证又要提出自己的观点与修正意见。在保证完成基本教学任务与作业后，期中与期末布置两篇阶段性的小论文或读书报告，阶段性的小论文或读书报告体裁不限，可以是阶段学习心得、综述、专题、编程等，要求学生用自己的语言写出特色、写出水平。把有代表性、有特色的文章在课堂上宣读。以小论文或读书报告的形式来反映学生知识的掌握程度、扩展情况以及创新思维的发展情况，并以此作为期终考试成绩的一部分。这种方法既考察了学生的学习情况，又为毕业设计和实践教学打下了坚实的基础。

在全课程预定内容讲授完后，全面进行系统的复习，可以使学生对该门课程形成总体认识，巩固所学知识。“热工测量技术”课程基本概念多，涉及到的知识面广，学生难免会出现边学边忘的现象，抓好期末复习，是保证教学效果的重要一环。

三、授课与课外实践环节结合

让学生看外面的世界，有助于开拓他们的视野，加深其对课程内容的理解，培养其创新意识，激发他们的学习兴趣。“热工测量技术” 课程特点是实践性强，课程的课外实践形式多样，有认识实习、专业实习、课外科技创新制作等。

理论考核固然重要，但不应该作为重点，应注重课内实验考核和对实践环节的考核，增加学生课内实验和实践环节成绩的比重，这有利于培养创新型、综合型人才。

“热工测量技术”课程是连接专业课和基础课的纽带和桥梁。测量与自动调节的对象是所学专业课程，比如锅炉、汽轮发电机和泵与风机等。热动专业所开设的热电偶校验实验和测量综合实验，主要集中在温度、压力（压差）、流量的测量方面，而很少在实验中开设汽轮机振动测量实验。

在汽轮发电机组的在线监测和故障诊断下的安全经济运行实验中，当被测参数超过允许极限值时，若机组振动量过大，保护装置动作，立即关闭主汽门和调速汽门，实行紧急停机，同时发出声光报警信号。随着汽轮发电机组单机参数和功率的增大，汽轮机振动的测量的重要性越来越明显，掌握汽轮发电机组振动的测量原理和方法以及相关的仪器、仪表的使用方法，将为学生走上工作岗位打下坚实的基础。另一方面，考虑到选择读研深造的学生将来在研究生阶段做实验要应用“热工测量技术”和数理统计的回归分析方法等现实问题，在本科教育环节中理论和实践相结合的前期准备和铺垫作用显得十分重要。

四、授课的几点体会

对于“热工测量技术”课程的讲授有一定难度，特别是对于刚开始教授这门课程的教师来说更是常感到无从下手。

《机械振动测量技术》、《火焰测量技术》等章节需要教师有一定理论课和工程实践背景。随着电厂热力设备日益向大容量、高参数方向发展和设备自动化水平的日益提高，对热工测量的准确性、可靠性等要求也越来越高，测点数量越来越多，采用新原理、新材料和新结构的热工仪表不断涌现。

比如200MW机组的测点达600多个，需要屏幕来处理和显示大量的测量数据。下面笔者就对机组中的主要测点作一简要介绍。

（1）锅炉的测点：锅炉炉膛温度和压力测点、炉膛出口温度和压力测点、给水温度、流量、压力测点、一次风温、风量、风压测点及技术，送引风机风温、风量、风压测点及技术，飞灰含碳量测量及取样点，直接与锅炉燃烧和运行有直接关系。

（2）汽轮机的测点：汽轮机转速监视与超速保护、转子轴向位移监视与保护、转子与气缸的相对胀差监视与保护、大轴弯曲（偏心度）监视、轴承温度与润滑油温度监视、推力瓦温度监视等，与汽轮机运行有直接关系。

（3）辅机的测点及测量技术：给水泵、风机等的在线监测系统，通过现场振动测试、频谱分析以及对相应温度、压力、流量等过程量的分析，确定设备是否达到机械及经济性能要求，较早地发现潜在的安全隐患，实时向运行人员提供操作指导意见，保证火电厂辅机的安全、经济运行。

热能动力工程专业学生学习的内容是应用传感器和仪表，而不是设计传感器和仪表。所以笔者认为“热工测量技术”课程的重点应放在学生日后走上工作岗位能用到的传感器和仪表的选型、安装、调试上。传感器和仪表的选型应本着节约的原则，考虑性价比的因素，即在满足要求的前提下选择低精度的仪表。传感器和仪表的选型应考虑量程的要求，例如是采用热电偶传感器还是热电阻传感器来测量被测介质的温度？如果被测介质温度较低，采用热电阻传感器；如测量锅炉的高温烟气的温度，则应选择热电偶传感器。

仪表类型的选择还应考虑被测介质的性质、使用的环境、安装条件、对仪表输出信号的要求等。传感器使用的环境是否是易燃易爆的场所？比如测量天然气或者煤气等须选用防爆型传感器；传感器使用环境的温度限制，如有些传感器使用环境的温度要求-20℃~70℃；如在强磁场的环境，则不能用电磁传感器；传感器是否适合在高灰尘的场所使用等等。

根据每种传感器的特点来选型，比如超声波流量计和多普勒流量计都是测量流量的传感器，都采用非接触性测量方法，但是超声波流量计测量介质必须是纯净的流体，多普勒流量计测量介质必须含有固体微粒和气泡的流体。

再比如根据流量计的特点，选择使用涡街流量计还是涡轮街流量计。应考虑传感器安装条件的限制，例如有的流量计不能在管道上垂直安装等，传感器和仪表输出信号的要求是不是标准的电流信号、电压信号还是电阻信号，屏蔽导线型号如何选取，信号如何采集和数据如何处理等等。

笔者发现有的学生虽然本课程成绩不错，但是对传感器和仪表的选型、安装、调试并未完全掌握。这是有些教师一味地把重点放在测量原理上，而不重视应用方面造成的。这就要求教师必须有一定的工程素养，学校应重视双师型教师的引进、培养工作。

教师应与时代同步，紧跟专业技术发展方向，走教学与科研相结合的道路。教学与科研是相辅相成、缺一不可的有机整体。

如果教师长期不从事科研工作，一味教学，那么其掌握的知识也难以向纵深发展，不能很好地掌握本专业最新的技术发展动态，知识也会陈旧，结果是专业水平越来越低，教学质量难以取得根本性突破。

五、结语

在“热工测量技术”课程的教学环节中，本文根据上述思路和方法，认真分析该课程教学中存在的难点问题，特别是在教学方法上研究从单纯传授知识型转向以培养学生的能力为重点，教学效果得到明显提高，在学生的毕业设计和实践工作中取得明显效果，达到了全面提高教学质量，为国家培养出适应21世纪需要的优秀人才的目的。

参考文献：

[1]吴永生,方可人.热工测量及仪表[M].北京:中国电力出版社,1995．

[2]丁軻軻.自动测量技术[M].北京:中国电力出版社,2007．

[3]费业泰.误差理论与数据处理[M].北京:机械工业出版社,2004.

（责任编辑：沈清）

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