热工基础类课程的教学实践

唐 婵 王红艳 张翠珍

南京工程学院能源与动力工程学院 江苏省 南京市 211167

热工基础类课程的教学实践

唐 婵 王红艳 张翠珍

南京工程学院能源与动力工程学院 江苏省 南京市 211167

为了更好地满足专业分类的需要和实践型人才培养，以培养学生发散思维为目标，对热工基础类课程的教学进行了探索和改革。提出了课程教学模块化，分别为公共基础模块和各类专业模块，实践环节有传统验证性实验模块、挑战性工程设计模块和综合热流实验模块。在培养方法上选择和改进具体的教学方法、手段和内容，实现教学效果和人才培养的双赢。

热工基础；模块化；发散思维；人才培养

热工基础类课程包含的是工程热力学、传热学以及由这2门课程组合成的热工基础等。热工基础类课程在理工科许多专业的人才培养中具有重要地位，主要设置在能源动力类(发电、汽车船舶，航空航天)、石油化工类、土建类专业。工程热力学研究的是热能有效利用及转换效率的提高途径，传热学以热量的传递现象及规律为基本内容，以工程热力学和传热学为主的热工基础类课程已经成为欧美国家工程类学生的必修课，有的学校把此类课程作为工科的公共课程。由此可见，热工基础类课程已越来越受到各类相关学科的重视，将越来越被普及和推广。

热工基础课程是基础课程与专业课程的衔接，在专业课程学习中起着承前启后的作用，是学好后续专业课程的奠基石，也为专业领域中学科交叉的宽度和广度提供了公共平台。课程具有很强的逻辑性和抽象性，需要一定的数学功底，各部分内容相互交叉渗透，理论紧密联系工程实际，但同时又把具体工程问题及设备抽象简化成原理，对于教师的“教”与学生的“学”都是相对较难的课程。因此如何对热工基础课程教学进行改革，提高课程“教”与“学”的质量，是学好该课程和后续专业课程以及跨专业学习深造的一个关键问题。

1 培养目标

为了培养“学以致用”的综合性创新型人才，鼓励和发展本科生的发散思维，培养他们对所学习内容的深刻理解和运用。日常生活和工程实际中有不少有趣且值得思考的传热学与热力学问题，能在教学中适当引用和拓展，对提高学生学习兴趣，训练发散思维很有帮助。例如，在空调房间内，夏季与冬季室内温度都保持在20℃左右，夏季人们可以穿短袖衬衣，而冬季则要穿毛线衣；夏天如果把冰箱门打开，房间门窗紧闭，是否可以让房间的温度降低；微波炉加热食物的原理；玻璃温室种植热带植物的原理；下雪之后，为什么天桥上还有积雪，但是路面上却没有了。针对火力发电的学生还可以结合工程实例：锅炉停炉后对其进行冲洗，管道保温层能否无防淋湿措施；在机组正常运行过程中，保持凝汽器汽侧不含不凝结气体的原因；用套管温度计测量容器内的流体温度，套管材料选用铜和不锈钢时，哪种情况下测量误差小。

开辟第二课堂教学，不仅可以提高学生的学习积极性和创新意识，还可以进一步拓展学生思维。学生自己在分析问题时，思维深度随着问题研究的深入循序渐进。在阐述热力学和传热学理论时，强调理论形成的不同途径及其相应的表述形式对发展思维深度有帮助。课后布置有一定难度和深度的科研小论文，强化学生分析问题、解决问题能力。增加自学环节，给学生留有自由思考学习的空间。在工程热力学和传热学中，新知识与旧知识有着紧密的联系，学生完全有能力自学。例如在工程热力学中，学习理想气体热力过程后，让学生自主学习压气机和气体动力循环过程的内容，学生不仅可以巩固前面的知识，还可以增强自学能力，最后学生通过自学备课到讲台上讲解，对学生受益匪浅，教师也能找到不足和难点。教师应该充分相信学生的能力，努力做到“放手”让学生自己归纳总结、引申拓展。例如，鼓励学生组成学习小组，动手设计搭建简单的实验台。大学生创新项目中引导学生对实际的热电偶和露点仪进行测量，加以改进并进一步申请专利。由于前期的积累，学生在全国大学生节能减排社会实践与科技竞赛获得了优异的成绩。

2 课程模块化

在具体教学实践过程中，根据不同的专业方向，设置不同的热工基础课程模块作为侧重点，每个专业都有公共基础模块和本专业的模块化部分。教学过程中，针对模块化进行教学，可以分不同的基础和专业教师分别进行教学和拓展。在欧美的高等学校中，工程类主修课程的设置一般分为2个模块[1]，即公共模块和专业模块。公共模块中的课程一般覆盖了该校工程类各个研究方向最基本的原理，是所有学生的必修课，在这一模块课程中均包含热力学与传热学的基本原理课程在内；专业模块中按专业方向不同而分成若干组课程供学生选修。

在热工课程的教学中，可以把包含各个研究方向最基本的原理作为公共模块，是所有学生的必修内容；各个不同专业方向的学生再进行专业模块化部分的教学或者选修。工程热力学中，例如热能动力工程火力发电方向的学生选择蒸汽动力循环和燃气-蒸汽联合循环作为主要讲解的模块内容，内燃机和发动机方向的学生主要选择气体动力循环，制冷方向的学生主要选择逆向制冷循环为主要讲解的模块内容，建筑环境与设备工程的学生主要讲解的模块是湿空气的焓湿图及应用。而所有能源与动力类专业的公共模块都是热力学第一定律和第二定律。以传热学中的火力发电方向针对锅炉详细介绍气体辐射作为专业模块化部分为例，针对暖通制冷方向增加制冷剂的换热和换热器单元效能法的计算为专业模块内容。针对设备方面，火力发电专业的学生重点讲解冷凝器和锅炉内的高低温过热器、省煤器，核能发电的学生主要讲解蒸汽发生器，而他们共同的设备可以着重讲解电厂实际回路中的表面式换热器。专业模块中还可以对前沿问题进行拓展，例如将微尺度传热，涡轮叶片的发散冷却等作为专题让学习探讨。

实际操作中，根据不同教师的专业特长，同班级的学生在同一课时内，可按照不同的模块选派不同的教师进行教学。教学过程中，学生可以吸收不同教师的知识面和教学特点，同时增加了课堂的新颖感和兴趣性。另外，针对当前中国的长期能源问题，在热工基础教学上，建立对新的、先进的能源利用方式(热电冷联产、新能源利用、先进的冷却方式)模块，如何提高超超临界机组循环和燃气轮机的经济性与环保性，也是热工课程积极开拓和研究的方向。

在热工基础类课程的实践环节方面，我国目前大部分还停留在验证性实验阶段。美国普渡大学的3位教授对于传热学试验提出了以下改革内容：(1)减少传统的验证实验，增加学生团队项目。(2)增加有挑战性的工程设计项目。(3)提供动手训练机会。(4)增加与工程实际合作项目。(5)发展和培养汇报和交流项目结论的能力[2]。针对实验环节，同样设置模块化实验教学，也分为基础模块和拓展模块，有传统验证性实验模块、挑战性工程设计模块。鼓励和指导学生参加大学生创新项目和热工竞赛中的项目，需要学生自主创新和研发挑战性工程类设计课题，为学生提供充分的工程实践和团队合作的机会。另外还可以开设一些综合性热工类实验。为了培养学生在热流学科方向的综合应用能力，开设综合热力学、传热学、传质学和流体力学的公共实验模块，例如针对卓越工程师班设置综合热流实验模块，学生需要充分运用所学知识进行的实验的组建和开发验证。实践环节是重视培养工程应用型人才的关键，让学生有一个学以致用的平台是热工课程教改所一直致力的。

3 培养方法

为了更好提高学习兴趣和改善教学效果，研究课堂教学模式是热工基础改革的关注点之一。将互动方式贯穿于教学的整个过程，教师出提纲学生自学，学生上去讲，教师最后归纳总结。例如，教师讲解完原理和知识点，列举一两个有代表性的例题，让学生在课堂完成，并选择学生上台讲解。热工基础类课程的特点是习题特别多，做习题时先让学生自己做一遍，教师再讲解，学生通过思考发现自己哪些地方不太清楚，而教师在讲题时也可以针对学生出现的问题有的放矢。一方面活跃课堂气氛，能集中学生的注意力，增强学生的自主学习能力，也能发现学生的不足，进一步补充和强化，在达到很好教学效果的同时，也锻炼了学生的表达能力。例如在传热学教学过程中拟定几个专题：各向异性材料导热系数的确定，肋片的几大作用，热管内的气流两相流等。运用讨论的方法，让学生开展分组讨论，鼓励每组派代表在全班汇报，并接受同学的提问。通过学生参与课堂教学比重的增加，使学生真正成为课程学习的主体。

对于一些工程实际内容，例如换热器部分可以组织学生到实验室及锅炉房看一些实物使学生有一个感性认识。例如，锅炉、汽轮机结构模型和核电站系统模型都为学生提供了直观的认识。讲述太阳能利用、热管、地源(水源)热泵的应用，采用视频方式加深在科技领域和实际生活中应用的认识。另一方面，利用计算机可以做到教材无法比拟的教学效果, CAI软件成为了加速教学改革、提高教学效率的重要手段。目前我们的火力发电系统和核能发电系统仿真就是充分利用计算机实现的。开发工程热力学和传热学的学习网站，将教学大纲、教案、上课录像、课后习题答案与解析、历年考研试题等作为网站的基本资源。同时建立热工基础类课程的习题库，组织学生参加热工基础知识竞赛，题库由趣味性的日常生活、工程实际的热工题目和适合考试和考研的习题组成，竞赛的形式可以有卷面考试和问答(必答、抢答等)，通过这样的活动，不仅能激发学生的学习兴趣，同时巩固了基础知识，还可以获得竞赛经验。鼓励教师积极开展双语教学，加强工科学生工程技术能力的同时提高专业英语水平及综合能力，注重双语教学，循序渐进地进行教学，为学生以后的专业英语以及参加国际交流打下基础。鼓励青年任课教师到企业或现场挂职实践，提高自身的工程经验和能力，将工程实践有机地融合到教学中，从理论和实践两方面提升自身的学识。

4 结束语

本科生的培养重在发散思维，鼓励学生有创新意义的思维。热工基础课程实现课堂教学的公共基础模块化和各类专业模块化，实验也分基础模块和拓展模块。教师借助多种形式的教学方法，包括课堂各种形式的互动及课后参观，第二课堂小论文及实践创新项目，最终能达到很好的教学效果，满足当前教育发展和人才培养的需要。

[1] 何雅玲,陶文铨.对我国热工基础课程发展的一些思考[J].中国大学教学,2007(3):12-15.

[2] Bianchi M V A, Schoenhala R J, DeWitt D P. Changing the role of the laboratory in a heat transfer course. ASME HTDVol.344,National Heat Transfer Conference, Vol. 6, 1997, 1-8.

[3] 陶文铨,何雅玲.关于编写传热学和工程热力学教材的浅见[J].中国大学教学,2003(10):43-44.

[4] 刘爱萍.浅谈传热学课程的教学改革[J].中国电力教育,2002(4):73-75.

[5] 郭平生,唐贤健.热力学教学内容革新的思考[J].广西物理,2008,29(4):51-54.

[6] 郭永辉,王子云.关于传热学课程教学改革之我见[J].制冷与空调,2004(1):69-70.

The Teaching Practice of Thermal Base Classes

Tang Chan, Wang Hongyan, Zhang Cuizhen
Nanjing Institute of Technology, Nanjing, 211167, China

In order to better meet the needs of the professional classification and cultivating talents on practice， aiming at cultivating students' divergent thinking， the thermal base class teaching is explored and reformed. This paper puts forward the modular teaching， public basic module and all kinds of professional module， and the practice segment has the traditional confirmatory experiment module， challenging engineering design module and the comprehensive heat transfer experiment module. Through selection and improvement of specific teaching methods， means and contents， win-win situation of teaching effects and cultivation of talents will be realized.

thermal foundation; modular; divergent thinking; the cultivation of talents

2014-05-19

唐婵，硕士，讲师。