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摘要：现代热流测试技术作为动力工程及工程热物理专业的重要课程，其教学内容主要包括课堂理论教学和课外实验教学两部分。针对传统教学方法存在的弊端，本文引入“MOOC”解决了课堂理论教学模式单一、教学效果不佳等问题；通过“PBL”教学法，提高了课程实验教学的效果，提升学生设计实验、解决实际问题的能力。
关键词：现代热流测试技术课程；理论教学；实验教学；MOOC；PBL
本文引用格式：刘栋，等.现代热流测试技术教学模式的研究与探索[J].教育现代化,2019,6(24):141-142.
热流测试技术是获取热流信息、分析和处理热流数据的关键技术与手段,是动力工程及工程热物理专业学生从事科学研究不可缺少的工具。课程性质为专业课，它是一门包括多学科综合技术的课程,以现代热流测试仪器、测试方法及数据分析处理为核心内容，具有知识面广、新技术发展迅速、理论分析抽象、理论教学与实验教学并重等特点。
课程目前教学方式以传统的课堂教学和实验演示教学为主。课堂教学虽然在多媒体教学方面有所进展，但如何提高教学效果，提升学生设计实验、解决问题的能力，紧跟国际化进程、增强师生互动仍是现代热流测试技术课程教学面临的难题。
国内外，很多高校开设了网络学习平台，在网上提供免费课程，给更多学生提供了系统学习的可能。“MOOC”在线教学的模式打破了时间和空间对教学活动的束缚，将学习过程碎片化的同时也是对学生零散时间的集中化，帮助学生提高学习效率。其次，“MOOC”教学形式保证了课程学习的系统性，学生可以通过了解教学大纲总体把握学习内容;通过收看视频、完成练习题和作业、阅读参考资料、参与学术讨论，全面参与学习;通过评价别人的作业，巩固自己所学知识。将“MOOC”和传统课堂教学相结合可以提高教与学的互动性，有利于教学效果的提高。
“基于问题”的教学模式是近几年来颇受欢迎的一种教学模式。它以问题的提出与解决为线索展开教学活动。通过问题情景的创设激发学生主动学习的欲望，引导学生通过团队合作，探寻解决问题的方法和答案，达成学习目标。
本文提出课程的理论教学引入“MOOC”教学模式，实践教学以“PBL”教学法为主，上述教学模式探索有助于教与学的高度统一，并能相互促进。对于提高现代热流测试技术的教学效果，提高学生培养质量具有积极的作用，教改实践的具体措施如下。
一引入“MOOC”
“MOOC”课程的出现为课程理论教学模式的改革提供了明确目标，如何将“MOOC”和传统课堂教学相结合，是本次教改讨论的主要问题。
本课程将“MOOC”定位为传统课堂教学的辅助手段。将搜集已有教学资源和制作新的视频资源相结合，在中国大学“MOOC”已有的课程中进行挑选，选取“传感器与测试技术”这门课程，学生通过在线学习，掌握测试系统的特性，了解应变式、电容式、电感式、压电式、CCD图像等传感器的原理及应用，通过学习，学生了解传感器的基本概念及其基本特性（静态、动态特性），典型传感器的工作原理、结构组成、特性分析、信号调理电路，典型参量（振动、温度、流量）的测试方法、系统构成；了解传感器与测试技术在国民经济中的应用以及最新发展趋势；提高学习者创造性地运用知识，自主地发现问题、研究问题和解决问题的能力。
课程除涉及上述常规测试手段和方法外，还涉及粒子图像速度场仪（PIV）、激光多普勒测速仪（LDA）、相位多普勒粒子分析仪（PDPA）、高速数码相机、红外热像仪等现代热流测量仪器的测量原理及其应用，与此相关的测试仪器暂无“MOOC”资源。为解决这一问题，我们通过视频教学资料制作和网络视频下载等手段，为学生提供与热流测试相关的学习素材，通过学习，学生可以掌握测量设备的测试原理及应用，从PIV设备接线开始，讲解激光器、同步器、相机和计算机的连接方式，以水槽中流体速度测量为例，讲解示踪粒子添加方法，示踪粒子浓度估算，测量标定等，完成准备工作后，启动激光器，讲解激光使用安全，通过球面镜和柱面镜组合片光产生，出光口与测量区域距离的估算等，讲解如何保护相机不受过曝光影响，分析如何利用同步器控制激光和相机的同步性，最后讲解互相关方法处理图像的原理，将Insight软件处理得到速度数据导入Tecplot软件，分析涡量、湍动能等。通过该视频实验，加深了学生对PIV设备及其测量原理的理解。
二引入基于问题的实践教学法
本专业的大量科学研究都基于实验，近年来流场、温度场、浓度场等测试一直是学科内的热点问题，大量先进的测试手段和方法应用在了学科相关问题的研究中，通过课堂理论教学结合“MOOC”，学生掌握了本课程相关仪器的基本原理，培养学生将先进的测试方法用于解决本学科前沿问题的能力，是本课程的另一目标。先进的测试方法可以用于边界层流场的精确测量、旋转机械内部流场测量、多相流场测量、微燃烧等领域。上述问题的解决方法都无法在现有书籍中找到答案，也没有在课程理论教学中涉及，这就要求学生在掌握仪器基本原理的基础上，通过团队协作、资料收集、资料分析、独立思考来找到合适的解决方案。本文通过引入基于问题的实践教学法，来改革课程的实验教学模块。
以“离心泵内部流场测量”为例，说明基于问题的教学法具体实施。课程大纲要求学生掌握粒子图像速度场仪（PIV）和相位多普勒粒子分析仪（PDPA）等现代热流测量仪器的测量原理及其应用，要求学生能将相关测试仪器应用于发现热流体运动规律的研究中，掌握先进的流场速度测量方法。根据上述教学目标，设计以下问题:选择一种流场测试仪器，调研该仪器的优缺点，将其应用在离心泵内部流场测量，如何改进模型泵、如何实现周向定位、如何计算两束激光的时间间隔、如何将测量获得绝对速度转化为相对速度等问题是学生需要解决的。教师提前2周将任务布置给学生，学生通过分组讨论、自学教材知识点、阅读相关学术论文，结合教师引导，激励引导学生主动参与，鼓励学生团队协作，在资料收集、资料分析、独立思考的基础上找到合适的解决方案。以一组学生的解决方案为例，介绍如下。
1.改变泵吸入口方向，吸入室采用半螺旋形进水室，蜗壳采用矩形断面，如图1所示，通过上述改进实现了叶轮内部流场的测量，并保证了测量精度。
2.利用轴编码器实现周向信号的采集，利用PIV外触发，实现周向定位，由于轴编码器发出的脉冲信号的频率远高于PIV的采集频率，需要对轴编码器发出的信号进行处理，以满足设备的要求。
3.根据测试原理，选择32像素*32像素的查问区间，利用数值模拟，估算泵内流体的绝对速度，根据示踪粒子在两束激光时间间隔内的位移不超过四分之一查问区间为原则，估算激光的时间间隔。
4.确定圆心坐标，计算圆周速度，结合测量的绝对速度，换算出相对速度，用Matlab编程实现速度的处理。通过解决上述问题，进一步加深了学生对PIV测量原理的理解，并成功应用于离心泵内部流场的测量中，达到课程的预期目标。
三结论
本文提出并实践了现代热流测试技术“MOOC”课程模式的改革，将“MOOC”作为传统课堂教学的补充；将“PBL”教学法应用到课程的实验教学环节，使学生成为真正的主体,通过教师的引导，学生以团队协助的方式解决问题，提高了教学质量，提升了学生的创新和实践能力。
参考文献
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