工程热力学与传热学课程中实验教学的问题及改进路径

摘 要 实验教学是工程热力学与传热学教学体系中至关重要的一部分，推动其教学改革可以加深学生对重难点知识的理解与领悟，提高学生的创新意识与科研精神。当下，高校在开展工程热力学与传热学实验教学时，存在实验教学内容设置不科学、实验设施不完善与实验教学方式固定等问题，为此，高校要优化实验教学内容，明确教学重难点、健全实验设施、创新实验教学方法，不断提高实验教学效果。

关键词 高校；“工程热力学与传热学”；实验教学；问题；改进

中图分类号：G424 文献标识码：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2024.20.031

Problems and Improvement Paths in Experimental Teaching of Engineering Thermodynamics and Heat Transfer Courses

SUN Lifang

（Liaoning Technical University， Huludao， Liaoning 125105）

Abstract Experimental teaching is a crucial part of the teaching system of engineering thermodynamics and heat transfer. Promoting its teaching reform can deepen students' understanding and comprehension of key and difficult knowledge， and improve their innovation awareness and research spirit. At present， when universities carry out experimental teaching of engineering thermodynamics and heat transfer， there are problems such as unscientific experimental teaching content， incomplete experimental facilities， and fixed experimental teaching methods. Therefore， it is necessary to optimize experimental teaching content， clarify teaching difficulties， improve experimental facilities， innovate experimental teaching methods， and continuously improve experimental teaching effectiveness.

Keywords universities; "Engineering Thermodynamics and Heat Transfer"; experimental teaching; problem; improve

在工程领域，热力学基础课程在培养高水平工程人才方面发挥了极其关键的作用[1]。高校工程热力学与传热学课程包含了大量的专业名称和概念，计算公式原理等十分的晦涩难懂，教学内容与学生的日常生活没有较多的联系，导致在教学活动中，不仅教师教学难度大，学生的学习过程也十分艰辛。实验课作为工程热力学与传热学课程教学中理论与实践结合的重要载体，可以帮助学生更好地领悟理论知识，提高自身的专业水平与综合能力[2]。然而从现阶段高校工程热力学与传热学实验课教学现状来看，教学过程中仍然存在一定的问题，影响到工程热力学与传热学实验课的开展效果。基于此，深入分析与探究工程热力学与传热学实验课改革创新路径具有十分重要的意义。

1 工程热力学与传热学实验课改革的必要性

高校工程热力学与传热学是专门探索热能应用、热能和其他类型能量转化特性的学科，教学目标是让学生在理解与掌握热能转化与传递规律的基础上，探索提高热能转化效率的方法，从而实现能源的高效应用[3]。现阶段社会生产与生活中产生的一系列工程技术问题，究其根本都可以将其看成是能源应用和转化问题，重点涵盖了能源高效应用、新能源开发应用等，所以深入理解与领悟工程热力学与传热学课程的知识点和研究手段，有助于学生今后进入社会后更好开展科学探究、工程运用等相关工作。

工程热力学与传热学课程包含了各式各样的专业名词、概念以及计算公式，理论性较强，许多原理抽象难懂，此外原理、计算公式的使用还需要满足一定的条件与使用环境，并且教学内容和学生日常生活关联性不高，导致工程热力学与传热学的教学难度很高，难以取得良好的教学效果。实验教学是联系理论与实践的有效载体，有助于提高学生对基础实验科学原理与流程的理解，引导学生形成一丝不苟、实事求是的优异科研精神[4]。所以，为了能够有效提高工程热力学与传热学实验教学质量，研究出一套科学、切实可行、拥有较高创新精神的实验教学模式十分有必要。

2 高校工程热力学与传热学实验教学问题分析

2.1 实验教学内容设置不科学

由于该课程教学内容拥有很高的理论性和概念性，同时许多原理十分烦琐与抽象，不容易理解，计算公式不仅多种多样，同时在使用中还存在许多约束条件，导致学生很难充分理解与领悟工程热力学与传热学课程的知识点。实验教学是高校工程热力学与传热学课程教学中十分重要的一部分，其教学目的是弥补与解决理论课程教学中的问题，使学生能够充分把握与合理运用相关理论知识。因为高校工程热力学与热传学课程总课时数较少，导致实际分配给实验课程的课时数只有不到8个，在有限的课时数下能够完成的实验项目也不超过4个，在这种情况下实验课程涵盖的知识点不多，难以包含理论教学中全部重要的知识点。部分院校受到自身实验设备的影响，在进行实验课程教学时，要么都是针对工程热力学方面的实验，要么都是针对传热学方面的实验，造成实验教学内容严重失衡。此外，因为高校能够提供的实验台数量不充足，导致在实际开展实验时一般为验证性实验，教师亲自示范操作，学生只能在旁观看，没有机会自己进行操作，在这种情况下学生参与实验课程的积极性不高，不能够对实验原理、实验流程等产生深刻的领悟与认识，自然而然不能够取得良好的实验教学效果，达不到实验教学目的[5]。

2.2 重视程度较低，实验设施不完善

实验条件是高校实施实验教学的重要条件，分为实验场所与试验设施[6]。在高校扩招政策的影响下，高校每年招收的学生人数不断增多，导致在校学生规模越来越大，在这种情况下，原本就较为有限的实验设备显得更为紧缺，实验设备与学生数之间的比例严重失衡，出现实验场所规模较小、实验设施配套数量欠缺等问题。与此同时，许多高校管理者并没有对工程热力学与传热学实验课程给予较高的重视，没有投入较多的资金与人力用于改善实验课程教学条件，导致实验场所建设十分缓慢，难以满足学生对实验教学的需求。

2.3 实验教学方式固定，吸引力有限

现阶段高校工程热力学与传热学实验课程教学还是采用以往固定单一的教学模式，要求学生在实验课程教学前进行自主预习，了解与掌握实验指导书的内容，之后教师在课堂上向学生系统讲授实验原理与试验流程，紧接着教师进行实验操作示范，学生在旁认真观看并做好笔记，最后预留一定的时间让学生自己动手操作，获得实验结果，并完成实验报告的填写。

这种实验课程教学方式很难激发学生的学习能动性与积极性，更多的是被动接受知识、根据教师操作“照葫芦画瓢”，没有真正对实验中涉及的原理、过程等进行深入分析和探究。除此之外，部分高校不具备较好的实验条件，实验场地规模较小、实验设施数量不足，导致开展的实验主要以示范性实验、验证性实验为主，学生很难有机会进行实践操作，不能够有效调动学生的学习积极性、提高学生的实践操作水平，以及加深学生对理论知识的领悟程度，更不用说增强学生的实践操作水平与工程创新水平。

3 工程热力学与传热学课程实验教学改进路径

3.1 优化实验教学内容，明确教学重难点

实验教学是工程热力学与传热学课程教学中极其关键的一部分，实验教学内容与项目的选择均会影响实验教学开展效果[7]。教师要全面了解与掌握学生学习中存在的共性问题，在此基础之上科学合理规划实验教学内容。一般来说，工程热力学与传热学课程中的热力学第一与第二定律、对流换热、理想气体热力性质与热力过程、水蒸气与湿空气等知识点既是重点也是难点，要求每位学生重点掌握。为了能够有效解决实验课程内容失衡的问题，既要涵盖工程热力学实验，也要开展传热学实验，在具体操作过程中，可分别规划两个工程热力学实验与两个传热学实验，也可以规划三个工程热力学实验结合一个传热学综合实验。比如教师可设计以下四种实验，分别为CO2临界形态参数特性观察实验、空气绝热系数测评实验、制冷供热指数测评实验与p-v-T关联性检测实验。为了能够让学生拥有亲自动手操作的机会，把所有实验从之前的示范性实验转变成设计性实验。具体来说，以空气绝热系数测评实验为例，要求学生自己动手进行实验操作，并且要准确阐述各个阶段的热力学系统状况，使学生可以亲身体会到热力中绝热、定温等不同定值的达成路径，细致查看与探讨热力系统的形态与过程特性，掌握建立在定容加热、绝热膨胀等原理基础之上的绝热系数检测实验开展方式，这样的实验使学生能更好地理解与领悟理想气体基本热力知识点，实现理论教学与实验教学的相辅相成、相互补充，帮助学生充分理解与掌握课程的重难点知识。针对传热学方面的实验，可以将综合导热、对流等相关知识点整合到一起，规划一个综合性实验项目，帮助学生理解导热与导温系数、对流换热系数等知识。

3.2 提高实验教学重视程度，健全实验设施

要正确认识到实验教学在改善教学效果与提高学生实际操作水平中的积极作用，高校管理者、教师与学生都需要正确看待实验教学，提高对实验教学的重视程度，把实验教学当成工程热力学与传热学课程教学中极其关键的一部分。提高实验教学成效，不仅可以使学生更加深入理解与领悟课程重难点知识，同时也可以有效增强学生的探索欲望，调动学生学习的主观能动性[8]。不管是实验教师还是理论教学教师，都应当在平时教学中引导学生正确看待实验教学，建立良好的实验态度。另外，学生也需要积极配合开展实验，并通过实验努力发现规律、探索答案。在完成每项实验之后，学生要根据实际情况详细、认真地完成实验报告，切不可直接抄写实验指导书中的内容，要结合自身见解与知识对实验内容、过程与结果进行归纳整合。

为了确保实验教学获得理想的效果，高校应注重完善实验设施，为学生提供良好的实验环境。实验设施的品质与数量会对实验开展效果产生非常大的影响，高校管理者要充分认识到这点，提高对实验教学的关注度与重视程度，设定专门的资金用于建设实验场地与完善实验设施，及时淘汰掉落后、运行异常的实验设施，不断提高实验设施的质量，同时根据学生数尽可能地增加实验设施数量，让学生拥有良好的实验环境。

3.3 创新实验教学方法，提高学生的创新水平

科学合理的教学方式与方法有助于改善实验课程教学效果，教师应积极探索与引入不同的教学模式，提高学生实践操作水平，引导学生主动思考，帮助学生建立良好的创新意识[9]。在开展传热学方面的实验教学时，教师可以将数值模拟法融入其中，借助CFD应用软件Fluent，通过模拟一维与二维稳态导热、二维导热结合对流温度场等，使学生了解与把握使用计算机技术解答传热传质问题的方式与方法，使用计算机解决现实问题，并要求学生借助计算机分析软件完成离散化，填入物理、边界与时间等参数，计算代数方程组，从而获得计算对象的完整场分布情形。通过这种方式获得的实验数据与结果是真实实验所不能比拟的，有助于完善学生的知识体系，提高学生对理论知识的理解与领悟，使学生在了解软件运用方法的同时，也掌握了探究问题的新途径与新手段，帮助学生养成良好的创新意识与创新能力。

4 结语

综上所述，高校工程热力学与传热学课程重点阐述了不同能量的转变，是工程科学的重要学科基础。实验教学作为工程热力学与传热学课程教学中极其关键的一部分，教师应当注重实验教学的改革创新，提高对实验教学的重视程度，优化实验教学内容，创新实验教学方法，加强学生对课程教学内容的理解，进一步改善课程教学成效。

参考文献

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[2] 吕娟，王明峰，蒋恩臣.工程热力学与传热学课程建设及教学实践[J].沈阳农业大学学报（社会科学版），2017，19（2）：200-204.

[3] 李文涛，马永财，付晓明.“工程热力学与传热学”课程教学改革探索[J].黑龙江教育（高教研究与评估），2020（9）：21-22.

[4] 周娟，郭棣彬，王舫，等.构建探索性学习环境对“工程热力学与传热学”课程改革效果分析[J].教育现代化，2016，3（23）：9-10.

[5] 周娟，王保旺.基于合作学习模式的工程热力学与传热学教学思考[J].教育现代化，2018，5（19）：265-266.

[6] 胡刚刚，杨志平.面向创新人才培养的传热学综合实验平台建设与实验模式探索[J].实验室研究与探索，2021，40（10）：247-251.

[7] 寇志海，徐让书，李广超，等.热工流体实验装置研制与实验教学体系改革[J].实验室科学，2018，21（5）：134-137.

[8] 胡石，刘全义.工程热力学与传热学课程体系建设的实践与探索[J].河南化工，2020，37（10）：67-68.

[9] 邵雪，赵薇，刘峥，等.将仿真工具引入工程热力学和传热学课程教学中的探索与实践[J].辽宁工业大学学报（社会科学版），2023，25（6）：112-114.