时间:2022-10-26 10:24:37
摘要:针对热工基础作为机类专业低学时选修课的实际情况,结合作者在教学工作过程中积累的心得和体
会,对机热工基础课程的教学内容、教学方法及实验教学等方面进行研究与探讨。这些建议对当前机械大类专业
短学时热工基础课程的教学有着重要的参考意义。
关键词:机类专业热工基础短学时教学
Exploring and thinking about the teaching of short period Thermodynamic Engineering
Abstract: Based on the writer's teaching practical experiences of thermodynamic engineering, the authors study that
theshortperiodthermodynamicengineeringteachingmethod,contentandexperimentation. Thispaperpresentssome
suggestions, which may solve some problems.
Keywords: Mechanical specialty; Thermodynamic Engineering; Short period; Teaching
热工基础是现代工程技术人才必备的技术基础知
识,是 21 世纪工科各类专业人才工程素质的重要组成
部分。除了能源、动力类专业学生必须进一步深入学习
工程热力学与传热学之外,热工基础课程也应该是机械
类大学本科生必修的一门技术基础课。我校 2006 版教
学培养计划中针对机械设计制造及其自动化专业大三第
一学期所开设热工基础课程,共计 32 学时。由于学时
有限,怎么能在有限的学时内让学生了解更多有用的热
工知识成为摆在主讲教师面前的一道难题。针对机械大
类专业人才培养方案及热工基础课程其本身特点,笔者
结合实际教学经验,对我校机械设计制造及其自动化专
业热工基础课程的教学内容、教学方法及实验教学等方
面进行研究与探讨。
一、教学内容
热工基础课程包括工程热力学和传热学两门学
科,在能源与动力专业这两门课程的总学时在 100 以
上,而我们专业只有 32 学时,这在教学大纲的制定时
带来许多问题。到底哪些知识需要讲授?需要学生掌
握到什么程度?大家心里都没底。教研组老师们仔细
研究热工基础课程内容,结合机械设计制造及其自动
化专业的特点,经过反复讨论最终确定:热力学第一
定律、理想气体的性质与热力过程、热力学第二定律、
导热、对流换热和辐射换热作为需掌握的内容,而水
蒸气与湿空气、动力装置循环、制冷装置循环和换热
器作为了解内容。
二、教学方法
1)基本概念和基本理论的讲解
热工基础课程的物理概念性很强 , 而且存在着大量
的公式推导。许多推导是从质量、动量和能量守恒定律
出发 , 应用数学、物理方法在微元体或控制体上形成微
分方程或积分方程。对这些繁琐却类似的推导过程 , 主
要强调理解基本概念 , 掌握方法 , 而不深究纯数学的变
化 , 通过典型问题的分析 , 达到举一反三的目的。讲授
时要做到透彻明了 , 简洁精练。尽量利用多媒体教学的
优势,以生动的图像和动画使抽象的概念具体化。例如:
活塞式内燃机循环工作原理的介绍,由于教学对象是机
类专业学生,对内燃机的工作过程不是特别了解,利用
动画将内燃机的工作过程重现,循环过程便一目了然。
2)结合生产生活实际,增强学习兴趣
爱因斯坦说:"兴趣是最好的老师,老师则是点
燃学生学习兴趣的火炬。"教育心理学的研究表明:当
学习内容与学生已有的知识和生活经验相联系时,才能
激发学生学习和解决问题的兴趣。要想使学生学好这门
课程,首先应提高学生的学习兴趣,将课堂教学的驱动
因素由教师转移到学生。而要提高学生的学习兴趣,一
方面应是"还知识于本原",按照知识形成的本来过程
进行传授;另一方面是做好教学的"互动",课堂教学
活动不仅是一种认知过程,更是一种师生、生生之间的交互过程,只有学生的真正参与,才会提高学生学习的
积极性,变被动为主动。因此,在"热工基础"教学过
程中,紧密联系教学内容和学生实际,巧妙地采用各种
行之有效的教学方法,努力激发学生的学习兴趣。例如
选择学生在生活中熟知的暖水瓶作为范例讲解传热的基
本方法:热传导、热对流和热辐射。采用发现式、启发
式、讨论式等多种形式的教学方法,分析在暖水瓶保温
的过程中是怎样阻止热量传递的。参考给种材料的导热
率表,找出瓶塞用木头原因;瓶胆要抽成真空目的是什
么;瓶胆图上水银是怎样阻止热辐射的。要创造逼真的
教学情景,使学生感受到"传热学"领域就在自己的身
边,进而增强学习热工基础的兴趣。
3)教材教学内容与学科前沿有机结合
随着近几十年世界范围内的科学技术突飞猛进的
发展,特别是信息工业的飞速发展,"传热学"的学科
内容也有了很大的变化与进步。能源问题的日益严峻,
以及温室效应等世界主要问题都迫使我们提高热能与机
械能以及其他形式的能量之间相互转化的效率。因此,
授课时在讲授教材内容的同时与相关的前沿学术动态有
机结合,多讲解一些能源动态,这样可以提高学生学习
的兴趣和目的性,让他们学习如何利用基本知识解决机
械专业的实际问题。
三、实验教学
热工基础的试验教学主要以数值模拟试验为主,
主要目的在于掌握数值模拟计算类软件使用方法。
随着信息化时代的到来,当今计算机在我们生产
生活中变得越来越重要,笔者认为有必要增设少量上
机实验,让同学们了解传热方面仿真软件,利用计算
机模拟计算基本的稳态传热过程,分析温度场分布规
律。在讲授相关传热问题数值求解相关章节时,尝试
借助 CFD 软件讲解传热问题数值求解的基本概念和思
想。(ComputationalFluidDynamics,简称 CFD),是一
种重要的计算机模拟技术,其产生可以追溯到 20 世
纪 30 年代初,它是流体力学、数值计算方法以及计
算机图形学三者相互结合的产物。CFD 是目前国际上
一个强有力的研究领域,是进行"三传"(传热、传
质、动量传递)及燃烧、多相流和化学反应研究的核
心与重要技术,广泛应用于热能动力、航空航天、机
械、土木水利、环境化工、暖通空调及空气净化等诸
多工程领域。针对机械类学生所接触的应用软件工程
•40・城市建设理论研究
图形建模较多,而数值模拟计算相对较少,笔者认为
增加仿真计算软件学习、掌握实体建模与网格划分方
法对于机械类学生是必要的。另外,软件的学习能提
高学生的学习兴趣,对学生来说软件学习要比单纯的
理论讲解更具有吸引力,教学效果可以得到明显提高。
CFD 能够分析与研究在各种复杂几何形状的空间(装
置)内、外发生的高温传热(导热、对流、辐射换热、
流固偶合传热等);对于短学时专业选修课来说,只
要求学生掌握一维稳态平壁导热和稳态管流换热的数
值模拟仿真计算即可,主要目的在于掌握数值模拟计
算类软件使用方法,分析不同的网格划分对计算结果
的影响。这样既锻炼了学生的动手能力和软件学习能
力又扩大了学生的知识面,为今后的学习和工作奠定
了一定的专业基础。
四、结束语
课堂教学仍然是大学培养学生的主要途径,其教
学质量的好坏直接影响着培养学生的质量。作为热工基
础课程授课教师依照热工课程教学改革的指导思想,努
力以知识、能力和素质等方面为切入点,积极转变教学
思想,探索有效的教学方式和方法,充分发挥学生的积
极性与主动性,提高教学质量和效率,培养学生的创新
能力和解决实际工程问题的能力,为培养高素质的社会
主义事业建设人才不断努力。
参考文献
[1] 张学学主编,《热工基础》(第二版),北京:
高等教育出版社,2006
[2] 李桂芬,《提高热工基础课程函授教学质量的
对策》,高等函授学报(J),2008(12):37-38
[3] 李桂芬、朱亚珠,《热工基础课程教学改革与
建设的思考》,廊坊师范学院学报(J),2008(6):
94-95
[4] 尤长春,《关于热工基础教学的思考》,中国
科教创新导刊(J),2007(476):74
作者简介:王 瑞,男,( 1983 年 7 月―),硕士,
讲师。2007 年 7 月毕业于北京理工大学工程热物理专业,
至今一直从事热工基础课程教学。
冯朝卿,女,(1981 年 11 月―)硕士,讲师。