实验设计在制冷专业教学的应用

摘 要：实验教学法在制冷专业教学的应用，就是根据教学需要，利用现有教学资源设计实验辅助教学，通过实验的现象、数据采集、数据分析、内在关系挖掘等将专业理论知识的难点、重点直观地、简单地展示，增强学生学习兴趣，改善教学效果，有效提高教学质量。

关键词：实验教学法；数据采集；教学质量

制冷设备运用与维修专业主要培养从事制冷设备安装、运行、调试、维修的技能人才，通过系统的专业教学，使得学生具备相当的制冷专业能力，能够满足岗位技术需求，完成专业岗位工作。

制冷专业教学围绕专业技术发展和岗位要求开设理论课程和实训课题，但是由于就读学生是初中或高中毕业生，欠缺相关理论知识的学习，如热力学、流体力学等专业基础知识，使得相当一部分学生实际学习过程中，或多或少会出现对某些专业专业知识点不理解，造成学习困惑，严重的甚至对专业学习产生抵触情绪。

如何提升学生的学习兴趣，提高教学质量，这是制冷专业教师必须要考虑的问题，而采用怎样有效的教学手段和教学技巧授课，也是专业教师不断思考、探索的课题。

在这里探讨一下在制冷专业教学中引入实验教学法及合理设计实验的可行性和有效性。

所谓实验教学法，是指学生在教师的指导下，使用一定的设备和材料，通过控制条件的操作过程，引起实验对象的某些变化，从观察这些现象的变化中获取新知识或验证知识的教学方法。在物理、化学、生物、地理和自然常识等学科的教学中，实验是一种重要的方法。一般实验是在实验室、生物或农业实验园地进行的。有的实验也可以在教室里进行。

我们知道：实验法是随着近代自然科学的发展兴起的。现代科学技术和实验手段的飞跃发展，使实验法发挥越来越大的作用。通过实验法，可以使学生把一定的直接知识同书本知识联系起来，以获得比较完全的知识，又能够培养他们的独立探索能力、实验操作能力和科学研究兴趣。它是提高自然科学有关学科教学质量不可缺少的条件。

当前技工教育教学中最为重要的就是培养学生具有获取新知识、新技能的意识和能力，培养掌握专业技能并能适应不断变化的职业社会的高素质技能人才。那么在专业教学中适当引入实验，指导学生采集数据，分析数据，用理论知识分析具体现象和数据，得出相关结论，甚至是指导学生自行设计实验验证理论或是通过获取实验数据归纳系统分析的教学过程是培养学生自行学习、培养专业核心能力和提高综合素质的有效教学手段。通过相对简单、直观的实验分析，将一些较为抽象、难理解的知识点融合在实验中，大大增强学生的感官学习，激励学生自主学习，有助学生对专业知识的认知、理解，有效提高教学效果，达到教学目的。

那在制冷专业教学中如何有效应用实验教学法，达到预期的改善教学效果呢？

实验法因实验的目的和时间不同，可分为：学习理论知识前打好学习基础的实验；学习理论知识后验证性的实验和巩固知识的实验。因进行实验组织方式的不同，可分为：小组实验和个别独立实验。在现代教学中，为了加强学生能力的培养，更加重视让学生独立地设计和进行实验。

针对技工院校专业课程的特色和制冷专业理论课程和实训课题的需求，实验法运用可以分为以下几个类型：

一、验证理论概念的实验

由于技工院校制冷专业的学生缺乏系统理论知识作为专业理论知识学习的基础，对于某些概念往往无法清晰理解，适当的引用实验，通过实验现象印证理论知识，有助学生对抽象的概念形成直观认识，便于学习理解。

例如：在《制冷技术基础》课程中有“显热”、“潜热”的概念，且在热传递的热量计算中应用，而学生对这两个概念的定义及区别总是不能理解，在实际计算总会混淆。那么，在条件允许情况下，我们可以通过一个简单的加热实验让学生直观地分清“显热”、“潜热”的区别。

实验：用酒精灯对烧杯中的冰块进行加热，观察冰块溶解情况，用温度计测量烧杯中冰块（冰水、温水）的温度，要求学生每隔3min记录温度计测量的温度，同时记录烧杯内物质的变化。

通过这个实验得出数据，学生可以看到：

1.随着不断加热，烧杯内冰块会逐渐融化，但是在融化过程中温度没有改变；

2.待烧杯内冰块全部融化为水后，随着加热的继续，温度会上升；

3.不断加热，烧杯内的水开始沸腾，温度不变，水变成水蒸汽，液面不断下降；

针对实验中温度出现的阶段性变化，老师可以通过启发性的提问引导学生思考：为什么冰块在溶解过程中和水在沸腾过程，即使不断加热，而温度却没有明显变化？热量跑哪里去了？

综合学生的数据记录，老师指导学生进行数据分析，最后得出“显热”、“潜热”两个概念的区别就是：是否有物质相态变化过程的存在。通过这个简单的实验，学生直观的看到冰块溶解、冰水升温、水沸腾等多个现象，也从温度的阶段性变化理解“显热”、“潜热”的存在，相对于老师单纯的课堂讲课更有效帮助学生掌握基本概念。

这类型的实验主要是帮助学生对专业理论学习过程中一些抽象概念和理论的验证和认知，多是演示实验，是培养学生的观察力、思维能力和动手操作能力最好的教学手段之一，建议可结合实际理论授课和教学设施设备配置情况合理设计实验辅助理论教学。

二、结合专业课程或实训课题重点设计的实验

制冷系统中各部件性能参数变化、电气控制元件的数据采集、故障现象的判断分析等等都是专业教学的重点和难点，由于实训设备所限，往往不能直观地将制冷系统展现在实际教学中。很多的学校是通过仿真系统或是教学模型进行专业教学和技能实训的。

利用现有教学资源和设备设计实验，通过学生自主观察和数据采集，老师指导学生对数据进行分析，得出相关结论，验证专业理论知识，是一个较为有效解决学生学习困难的教学手段。

例如：在讲述制冷系统水冷式冷凝器的冷却水进口温度对冷凝器散热效果的影响时，我们可以利用现有的中央空调实训设备设计实验：通过调整冷凝器冷却水进水温度，观察冷凝器性能参数（冷凝温度、冷凝压力）的变化，验证冷却水进口温度对冷凝器工作的影响。

实验：通过加热器改变冷却水塔出口的冷却水温度，记录冷凝器冷却水进水温度、出水温度、冷凝器温度、冷凝器压力。

在这个实验中，老师向学生讲述实验原理及基本操作，学生必须自行调整冷凝器冷却水进口温度，完成每一阶段的数据采集，其实这就是学生对以往基础知识综合运用的过程。

数据分析：根据冷却水进水温度的改变，对应冷凝器的温度、压力变化，我们可以看到：随着冷却水进水温度的改变，冷凝器的温度、压力会随之改变。冷却水进水温度升高，冷凝器的温度、压力会随之升高。

老师指导学生分析数据得出结论：冷却水进水温度的高低反映的是冷凝器的冷却效果，冷凝器的温度、压力反映的是冷凝器的工作情况。冷凝器冷却效果好，冷凝器工作正常，制冷效果正常。

这类型的实验属于多是结合制冷专业实训课题设计的，其应用是加强学生对实际制冷系统管理、维护的直观认识，是在实际教学中应用最多、最有效的辅助教学手段。

三、提高学生专业技能的综合性实验。

当学生完成专业基础理论学习和实训进入专业综合技能培养阶段时，老师可根据学生的学习情况和能力评估，设计综合性的实验来辅助教学。

在上述的冷却水进水温度对冷凝器工作影响分析的实验基础上，我们利用现有教学设备设计对整个制冷系统数据采集和分析的实验。

实验：通过加热器改变冷却水塔出口的冷却水温度，记录冷凝器冷却水进水温度、出水温度、冷凝器温度、冷凝器压力、蒸发器压力，风机盘管的出风温度。

数据分析：根据冷却水进水温度的改变，对应冷凝器、蒸发器、风机盘管的工作参数变化，我们可以看到：随着冷却水进水温度的改变，冷凝器的温度、压力会随之改变。冷却水进水温度升高，冷凝器的温度、压力会随之升高，蒸发器压力升高，风机盘管出风温度升高。

老师指导学生数据分析：冷却水进水温度的高低反映的是冷凝器的冷却效果，冷凝器的温度、压力蒸、发器压力反映的是换热器的工作情况，风机盘管出风温度反映的则是直接的制冷效果参数。冷凝器冷却效果好，冷凝器工作正常，制冷效果正常。

课外提升：学生根据采集的数据，绘制冷却水温度与冷凝器温度、冷却水温度与风机盘管出风温度的线型关系图，从中了解冷却时温度变化对制冷系统制冷效果的影响。

这一类型的实验属于设计性实验是对学生思维能力和操作能力的高层次要求，它要求学生运用所学知识和一定的实验技能，通过分析、综合、推理、联想、想象等多种思维活动设计出实验的具体方案，并用实验加以验证。是学生专业综合知识的运用和理解，涉及多个环节参数采集的设计和分析，从多方面求证系统工作的完整性和关联性，有助于提高学生的综合分析能力和解决制冷系统实际综合故障的能力，建议在专业实训中结合课题需要综合运用。

同时，老师可根据学生实际情况，指导学生自行利用现有实训设备自行设计实验，采集数据验证理论知识点，加强对专业知识的理解和掌握，也通过实验的设计，挖掘制冷专业各不同知识范畴的内在联系，提升解决综合故障，提高自身学习能力。

教师结合教学实情设计实验，并在实际教学中应用推广，通过简单、直观或关联性强的多个数据采集辅助专业教学，增强学生的直观认知，指导学生挖掘各知识点的内在联系，是提高教学质量的有效手段，但同时我们也要注意：

1.教师事前做充分准备，对仪器设备、实验材料要仔细检查，先行实验，以保证实验的效果和安全。

2.充分利用现有教学资源进行实验设计， 有条件的教师可根据教学需要自行设计实验设备。

3.在学生实验开始前，对实验的目的和要求、依据的原理、仪器设备安装使用的方法、实验的操作过程等，通过讲授或谈话作充分的说明，必要时进行示范，以增强学生实验的自觉性。

4.实验可操作性要强，必须以学生为主体，引导学生自主学习。采用小组实验，尽可能使每个学生都亲自动手。

5.在实验进行过程中，教师要多巡视指导，及时发现和纠正出现的问题，对学生进行科学态度和方法的教育。

6.合理设计数据记录表格，实验结束后，由师生或由教师进行小结，强调关键知识点及数据分析关联性，并要求学生完成实验报告。