卓越工程师背景下“流体机械测试技术”课程教学改革与实践

计划在具体教学环节中的实施。卓越工程师教育培养目标明确，其专业课程在企业和学校学习时间安排、教学内容和方法上仍需进一步研究与优化。

[关键词]卓越工程师计划 流体机械测试技术 教学内容和方法 教学实验 改革措施

[中图分类号] TH311 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2015）07-0108-03

0引言

2010年教育部实施的“卓越工程师教育培养计划”是面向工业界、面向世界、面向未来的工程教育改革，该计划突出了工科人才的工程实践能力与创新能力的培养。[1] [2] [3] [4]兰州理工大学流体机械及工程专业是我国最早的水力机械专业，始建于1954年的哈尔滨工业大学，1965年该专业整建制（包括水泵、水轮机实验室）迁至兰州理工大学（原甘肃工业大学），原有水轮机、水泵、液压3个专业化方向，现在已发展为流体机械、流体传动、流体测控、水利水电和新能源5个方向。2007-2012年分别获评教育部“国家级特色专业”、“‘卓越工程师计划’实施专业”和“专业综合改革试点专业”3项教学质量工程，与沈阳鼓风机集团股份有限公司共建实践教学基地获评国家级工程实践教育中心，1998-2014年连续4轮获省级重点学科，拥有省级精品课程4门、省级实验教学示范中心1个、省级工程技术中心5个。该专业从起始阶段起就是典型的产品设计专业，涉及耗能占全国各行各业25%的泵产品与发电占全国总发电量22%的水轮机产品，虽然专业面向归口行业较单一，专业对应行业产品却广泛应用到全国各行各业，具有“小专业、大市场、专业地位特殊”的特点。

“流体机械测试技术”是卓越工程师培养的一门重要的专业基础课程，是一门既有一定理论又有很强应用性的课。卓越工程师培养采用 “3+1”模式，即学生在学校完成累计3年时间的学习任务，在企业完成累计1年时间的学习和实践任务，其培养计划的课程体系已发生了很大变化。如何将卓越工程师教育培养融入教学环节，尤其是实践教学环节，需适时地在该课程教学过程中进行改革和探索。

一、课程教学环节存在难点

结合“流体机械测试技术”课程教学内容、卓越班的培养目标及要求[5] [6]，目前该课程教学环节存在以下几个难点：

（1）“流体机械测试技术”课程的知识框架及课时数如图1所示。基础部分各章内容相互独立，而应用部分是以水泵与水轮机为被测对象，涵盖了基础部分各章知识点，是理论与实践的具体结合。教学难点在于在保持理论框架完整的基础上，为了突出工程应用的要求，如何将基础部分与应用部分有机结合。

（2）该课程突出泵与水轮机这一专业对象，具有很强的针对性和实践性，其教学难点是如何将以解决实际测试问题为目标的教学理念贯穿于课堂教学、实验教学和企业教学过程中。

（3）该课程涉及水泵的性能实验、汽蚀性能实验、串联性能实验、并联性能实验、振动与噪声测量和水轮机能量实验，这些实验项目虽属单独设课的“流体机械实验”课程的教学内容，但也是本课程教学工作的落脚点，易发生脱离实践教理论、学理论的现象。

二、把握课程教学的核心，突出工程应用要求[7] [8] [9] [10] [11]

“流体机械测试技术”理论学时数为32课时，在课堂中追求大而全的教学目标显然是不现实的。为了贯彻以解决实际测试问题为目标的教学理念，围绕泵与水轮机的能量性能实验和空蚀性能实验，提出该课程核心教学内容是压力、流量、转速、转矩及功率5大参数的测量原理及方法。压力测量教学重点是弹性式压力计和压力传感器的工作原理及使用技巧。流量测量教学重点是涡轮流量计、电磁流量计和时差法超声波流量计的工作原理及其流量方程式描述的物理意义、3种流量计结构区别及其前后直管段长度的安装要求。关于转速、转矩及功率测量一章，教学重点是光电式转速传感器、磁电式转速传感器、磁电相位差式转速转矩传感器、电阻应变式转矩传感器的工作原理及使用方法。

在教学过程中，教师应在讲清楚各类仪表基本工作原理的基础上，注重基础部分与应用部分的有机结合，充分发挥自身在长期的科研和教学中积累的测试经验，通过一些测试实例，强化学生对各章知识点的综合应用能力，让学生体会到所学知识的具体应用对象，有利于学生掌握理论知识，也为后续的实验教学与就业打下了扎实的基础理论功底。例如以实测水泵扬程为例，让学生学会根据水泵实验台精度要求和被测泵扬程，选择泵进出口压力传感器的量程及精度;应用流体静力学基础理论，解决测点液体压力、压力计读数和测点至压力计中心的垂直高度之间的关系问题。例如以实测水泵输入功率为例，对电测法测量水泵输入功率，让学生掌握其实质是测三相异步电动机输入功率，现场观摩功率表接线方法，掌握功率表常数与电动机输入功率的计算方法，并能根据电动机特性曲线计算泵输入功率;对扭矩法测量水泵输入功率，它是在水泵与电动机之间安装转速转矩传感器来测量泵输入功率，并配有一台扭矩仪显示泵的转速、扭矩和功率。通过测试现场教学，使学生学会转速转矩传感器“清零”方法，加深理解转速、扭矩和功率之间的关系，并能根据水泵配套电动机功率及转速选择转速转矩传感器。在理论教学过程中，引入大量工程测试实例，解决了基础部分与应用部分有机结合的问题。这样，既能保证学生掌握完备的流体机械测试理论体系，满足学生进一步深造的需求，又能使学生有机会接触到更多的应用实例，更利于学生理论联系实际，学以致用，形成了以提高学生动手能力、培养学生工程意识为主线的教学特色，而这一特色与卓越工程师的培养目标相一致。

三、采用问题式教学法，引导学生转变角色

“流体机械测试技术”课程涉及较多的其他学科专业基础知识，在教学过程中，仅侧重课本内容讲授，学生在课堂学习过程中很难快速全面地把自身储备的知识与新学知识做到融会贯通和综合应用，从而使学生在课程学习过程中产生茫然的学习状态，有些学生甚至产生厌学心理，这将使整个课程的教与学过程变得非常艰难，以至于课程的教学质量严重下滑。因此提出“提出问题——解决问题的理论基础——测试技术知识的运用——解决问题”的教学模式，其实质是将理论教学与工程实践相结合，让学生体会到所学知识的具体应用对象。对每一节课，在正式授课前，教师应利用多媒体展示本节的教学重点、思考题与计算题。因学生带着问题学习，在教学过程中，教师更应注重以身边的生活实例和工程案例设疑式地启发学生，有目的地引导学生对思考题与计算题中所涉及的测试技术基本原理和技术展开积极讨论，让学生成为教学过程的主体。问题式教学法能使学生对教学内容产生强烈的求知欲和浓厚的学习兴趣，调动学生的学习积极性和培养学生自主思考、分析和解决问题的能力，逐步培养其理论联系实际的能力和创造性思维能力，其工程意识和创新能力势必会有所提高。

四、实验教学改革

实验课是验证理论、应用理论和锻炼学生动手能力的重要环节。[12] [13] [14]随着该课程理论教学的不断改革与进步，实验教学的内容、学时和时间安排也应进行相应的改革，其主要改革措施有：（1）单独开设24学时的“流体机械专业实验”课程，理论课和实验课分别设置，实验教学不再附属于理论课教学，克服了实验课教学学时偏少、理论课和实验课相互挤占学时的现象。（2）在已开设的水泵性能实验、水泵汽蚀性能实验、水泵振动测量、噪声测量、水轮能量实验的基础上，利用自主研发的自循环多功能离心泵教学实验台，增开泵的串联性能实验和并联性能实验。（3）增加实验学时数。调整后实验学时数见表2。（4）任课教师与实验教师联合制订实验计划及每组学生数，一般每组学生数不超过6人，要求学生在规定时间段内完成相应的实验项目，便于上级部门监督检查实验教学质量及进程。（5）为了强化理论教学和实验教学的效果，学校要求任课教师承担一定工作量的实验教学任务。

表2   流体机械专业实验项目及学时数

■

“流体机械专业实验”课程开设的实验项目属多参数测量的综合性实验，涵盖了“流体机械测试技术”课程所有章节知识点，因此实验教学采用以练为主、讲练结合的方法，通过实验前预习、实验现场讲解和实际测试工作等教学环节，使每个学生在切实感受到每个测试环节的同时，对测试过程有一个系统的认识，并且掌握测试装置的工作原理、各参数测量原理及技巧，培养学生团队协作能力和组织测试工作的能力。实验项目测试完毕后，在实验课内要求学生应用EXCEL软件计算数据、绘图、数据拟合并得出经验公式。这种教学方法解决了学生不认真学习实验指导书和实验报告相互抄袭的问题。通过上述严格训练，使学生在掌握本学科基本的实验技术和方法的同时，又学会了EXCEL软件的使用，更有利于掌握理论知识，激发学生的学习兴趣，发挥学生主体性，变“要我学”为“我要学”，有效地培养了学生的工程意识、组织测试工作能力和创新能力，为学生就业打下了坚实的基础。

五、结束语

“流体机械测试技术”是卓越工程师培养的一门重要的专业基础课程，该课程与实验仪器仪表、企业实验台精密结合，其教学更应注重基础理论和实践相结合。让科研和工程实际经验丰富的教师承担该课程的教学任务，是提高其教学效果的关键因素之一。文中结合本校流体机械及工程专业的教学特点和培养特色，从教学的内容和方法、实验教学方面介绍了该课程改革的一些措施，以促进课堂教学效果的提高和学生实践应用能力的培养，推进卓越工程师教育培养计划在具体教学环节中的实施。卓越工程师教育培养目标明确，其专业课程在企业和学校学习时间安排、教学内容和方法上仍需进一步研究与优化。

[ 注 释 ]

[1] 教育部高等教育司.最新高校卓越工程师教育培养计划实施探索与国家创新工程技术人才培养方案指导全书[M].北京：高等教育出版社，2011.

[2] 林健.“卓越工程师教育培养计划”专业培养方案研究[J].清华大学教育研究，2011（4）：47-55.

[3] 张晓报.我国“985工程”大学“卓越工程师教育培养计划”的实践与反思——基于课程的考察[J].高等教育管理，2013（6）：24-30.

[4] 王宝玺.关于实施“卓越工程师教育培养计划”的思考[J].高等教育管理，2012（1）：16-18.

[5] 康灿，杨敏官.测试技术课程改革与卓越工程师能力培养[J].中国现代教育装备，2012（1）：47-49.

[6] 张欣悦.测试技术课程改革与实践[J].长春工程学院学报（社会科学版），2012（1）：126-127.

[7] 李军.面向“卓越工程师”培养目标的“材料成形原理”课程改革[J].安阳工学院学报，2013（2）：107-108.

[8] 胡晓花.面向卓越工程师培养的传热学课程改革[J].德州学院学报，2013（4）：8-11.

[9] 张志刚，石晓辉，富丽娟.机械工程测试技术课程理论教学的改革与创新[J].科技创新导报，2011（23）：147-148.

[10]  陈光胜，李郝林.面向卓越工程师培养的“机械控制工程基础”课程改革思路[J].教育教学论坛，2004（16）：40-41.

[11]  王本亮，唐维新，唐楚峰，肖飚.《动力机械测试技术》课程改革的思考与实践[J].湖南农机，2013（11）：241-242.

[12]  谢莹，李力群，许崇利，杨梅.面向卓越工程师培养的微生物学实验教学改革探索与实践[J].吉林化工学院学报，2014（4）：48-51.

[13]  唐爱坤，潘剑锋，邵霞，张彭岗.“卓越工程师培养计划”下实践教育的思考[J].中国电力教育，2013（29）：62-62.

[14]  李书伟，刘绍娜.“卓越工程师培养计划”下实践教育的思考[J].中国现代教育装备，2011（11）：138-140.

[责任编辑：覃侣冰]