機械大類專業(yè)熱流課程教學改革的探索與思考

1、本文系陜西科技大學機電工程學院教改基金資助項目（編號：09JG18）機械大類專業(yè)熱流課程教學改革的探索與思考以陜西科技大學為例袁越錦 張勇 胡鵬睿 李瑞虎 陳海峰 楊立軍（陜西科技大學機電工程學院 陜西西安 710021）【摘要】本文針對機械大類專業(yè)人才培養(yǎng)要求及熱流課程本身特點，結合近兩年來陜西科技大學熱流課程教學存在的問題，探討了熱流課程的教學改革思路，建議適應機械大類各專業(yè)方向需求，建立分層次理論教學課程體系；結合理論教學，建立科學的實踐教學體系；實行教研一體化的教學模式，增強教學中的科研含量?！娟P鍵詞】熱流課程；機械專業(yè)；教學改革近年來，基于“以流體介質能量載體為研究對象，將熱流力學規(guī)

2、律、熱量傳遞規(guī)律和能量轉換規(guī)律進行橫向融合，專業(yè)基礎課向專業(yè)課領域進行縱向滲透”的思路，將工程流體力學、工程熱力學與傳熱學三部分經典內容整合為一門綜合性“熱流課程”已得到越來越多專家學者的認同。如今這類課程已不僅僅可作為技術基礎課看待，很多情況下甚至可以作為專業(yè)課對待。由于機械工程類專業(yè)技術人員所從事的工作無不涉及能量的轉換和傳遞問題。因此，熱流課程是培養(yǎng)21世紀工科類學生、尤其是機械類專業(yè)學生的一門公共技術基礎課。陜西科技大學從1999年設立“過程裝備與控制工程”專業(yè)后，工程熱力學、傳熱學與工程流體力學三門課程陸續(xù)開設。經過十來年的發(fā)展，目前該熱流課程已成為學校機械大類各專業(yè)的一門公共課。一

3、、機械大類專業(yè)熱流課程存在的問題目前，陜西科技大學在機械大類專業(yè)中開設了5個專業(yè)方向，即：過程裝備與控制工程、機械設計制造及自動化、工業(yè)工程、物流工程和材料成型及模具。由于熱流課程內容知識點多、聯(lián)系緊密、概念抽象、理論性較強等原因，開設該課程的過程中存在以下一些問題：（1）不同專業(yè)方向對熱流知識需求的側重點不同，該如何針對性地安排教學內容和課時量的多少是個不容易把握好的問題。（2）課程的實驗項目單一，驗證性實驗居多，對有助于提高學生綜合分析與解決問題能力以及實踐創(chuàng)新能力的大型綜合性實驗（踐）甚少；而且熱流實驗設備價格昂貴、臺套數少，當學生人數多時，供需矛盾相當突出。（3）教學方法和教學手段單一

4、，熱流課程開設之初采用的是教師在講臺上講、學生在講臺下聽的填鴨式教學。 二、探索與思考1、適應機械大類各專業(yè)方向需求，建立分層次理論教學課程體系在機械大類專業(yè)中開設熱流課程首先遇到的就是理論教學內容的安排問題。由于課時數的限制，在機械大類專業(yè)中開設熱流課程不可能象在能源動力類專業(yè)中那樣學習的內容知識點都面面俱到，只能結合機械大類下各專業(yè)方向的知識需求及其特點有所取舍。其基本思路是：以質量、能量和動量守恒為線索將傳統(tǒng)的三門課程內容融會貫通，以形成有機的整體，構成較系統(tǒng)的一門課，以基本概念基本定律為主要知識點圍繞這些內容展開，改變一般熱工基礎課中把傳熱學和工程熱力學當作兩個獨立部分，而且與工程流體

5、力學內容不相關聯(lián)的做法。基于以上思路，為適應機械大類各專業(yè)方向的需求，我們建立了熱流課程分層次理論教學課程體系，如表1所示。它主要包括以下11個模塊的內容：（1）流體靜力學，（2）流體動力學基礎，（3）氣體動力學基礎，（4）有旋流動和有勢流動，（5）熱能轉換的基本概念和基本定律，（6）工質的熱力性質和熱力過程，（7）熱傳導，（8）對流換熱，（9）輻射換熱，（10）傳熱過程與應用，（11）熱力循環(huán)與應用。表1 分層次理論教學課程體系序號專業(yè)開設學時理論教學內容所包含的模塊1過程裝備與控制工程120（1）（11）2機械設計制造及自動化90（1）（3）、（5）（10）3材料成型及模具90（1）（3）

6、、（5）（10）4物流工程60（1）（2）、（5）（9）5工業(yè)工程60（1）（2）、（5）（9）2、結合理論教學，建立科學的實踐教學體系（1）建立熱流課程基礎實驗平臺。 通過補充必要的演示實驗，加強學生對內部機理、運動過程、系統(tǒng)整體的深入了解；改造和精煉驗證型實驗，加強其綜合性，提高其精確性，使其實驗結果的可靠性和實驗效率得到改善；補充開設大型綜合性（或設計性）實驗，如復雜條件下工程傳熱系數測定、提高循環(huán)效率、強化傳熱等。形成分層次（基礎實驗、技術基礎實驗、專業(yè)實驗）、多類型（演示型、驗證型、設計型、研究型等）和多專業(yè)共享的熱流課程群實驗教學平臺，如表2所示。表2 熱流課程基礎實驗平臺基礎實驗

7、技術基礎實驗專業(yè)實驗氣體定壓比熱的測定流動阻力及局部阻力測定多通道烘缸紙張干燥實驗流體流動雷諾數測定及伯努利方程驗證噴管實驗空調設備性能測試平板附面層速度分布及繞流柱體表面壓力分布的測定對流傳熱系數的測定復雜條件下工程傳熱系數測定-關系的測定及可視性飽和蒸汽壓力和溫度關系換熱器實驗非固結多孔介質孔隙蒸發(fā)流動與換熱實驗（2）建立遠程與虛擬實驗中心。 為解決學生人數多、實驗設備價格昂貴、臺套數少的問題，引入虛擬技術，改革傳統(tǒng)實驗中一些片面的、粗糙的、繁瑣的、低效的實驗方法，建成遠程與虛擬實驗中心，該中心是機械大類專業(yè)共享的實驗技術通用平臺。開發(fā)了一套虛擬實驗系統(tǒng)，將真實實驗過程和環(huán)境模擬到計算機內

8、完成。通過學生在真實實驗之前，首先在虛擬系統(tǒng)上進行虛擬實驗，完成虛擬實驗后，對實驗過程和環(huán)境已非常熟悉，從而在真實實驗中能熟練地高質量地在規(guī)定時間內完成實驗，收到很好的效果。3、實行教研一體化的教學模式，增強教學中的科研含量（1）改進教學方法和教學手段。為加強學生能力和素質的培養(yǎng)，豐富教學內容，活躍課堂氣氛，必須對傳統(tǒng)的教學方法與手段進行改革。課堂上，從過去傳統(tǒng)的講授為主轉變?yōu)橹v、演、答等多樣化形式，講授部分以主要知識點為內容采取精講授多討論的方法，重視理論聯(lián)系實際，圍繞專業(yè)及工程實際問題安排各教學環(huán)節(jié)；利用現代計算機技術，選用實景、動畫等方式，制作圖文結合、形象生動、通俗易懂的多媒體課件進行

9、授課，使抽象的概念具體化，復雜的問題簡單化，繁瑣的內容精煉化，實際問題形象化，將學生缺乏的專業(yè)背景知識形象地演示出來，激發(fā)了學生的學習興趣和創(chuàng)新思維；采用啟發(fā)式教學方法，互問互答，與學生交流討論，營造即活潑又嚴謹的學習氛圍，提高教學效率。當然，對于理論課教學來講，多媒體所介紹的一些現象僅僅是鋪墊，而理解這些現象和求解一些基本問題的方法才是教學的最終目的。因此，在采用多媒體進行教學時，不能因為追求豐富多彩而忽略掉教學的最終目的，否則教學是浮躁的，不能讓學生獲得堅實的學科基礎和理論素養(yǎng)。（2）組織研究型課外教學活動 。 利用學校開展的“創(chuàng)新教育項目”和“優(yōu)秀生導師制”活動，結合課程教學內容和專業(yè)實

10、踐，先后進行了“大型車輛制動散熱裝置設計”、“大換熱量廠房保暖系統(tǒng)分析”、“蒸汽噴射式真空泵內流體流動特性”、“帶式干燥機節(jié)能”、“大型球罐脹型”等多個研究型課外教學活動，取得了良好的效果。組織該活動時主要針對一些相關教師的科研項目、工程技術難題，開展專業(yè)性較強的研究，一般利用假期或學生實習周進行。研究型課外教學活動根據學生對知識的掌握情況進行優(yōu)選，要求由知識掌握牢固、能力較強的學生來完成。近年來，大學生也參加教師的科研和課外科技活動已成為一種趨勢。這改變了原來只有教師和研究生參與科研的狀況，學術研究氣氛更加活躍，同時也支持了實驗室建設，使教師、研究生的科研和學生課外科技活動更加方便，有力地促

11、進了學科建設的發(fā)展。參加課外科技活動的同學都有一個共同的感受，就是通過課程學習再輔以課外科技實踐活動使自己的能力得到綜合鍛煉。開展課外科技活動的實踐表明，它對學生開闊視野，培養(yǎng)學生的工程觀念和實際動手能力，鍛煉學生對今后工作的適應性大有幫助。（3）有專業(yè)特色的小論文、習題題庫和資料庫建設。 收集整理各專業(yè)相關資料，建設有專業(yè)特色的小論文題庫，如紙機烘缸內流場、溫度場的CFD模擬等，給學生更多的創(chuàng)新思維空間。建設習題集和測試訓練題庫，并將題庫等電子文檔資源上網，進行網絡答疑、網絡討論等。此外，收集或自編一些包含有關公式和數據資料的數據庫程序軟件對學生開放，方便他們解決相關熱流問題。四、結語將工程

12、流體力學、工程熱力學與傳熱學整合為一門綜合性的“熱流課程”已是一種趨勢。但它不只是三者的簡單合并，教學時應將三門學科的內容有機融為一體，同時從理論教學、教學方法及實驗教學等方面進行改革。針對機械大類專業(yè)人才培養(yǎng)要求及熱流課程本身特點，結合陜西科技大學近兩年來熱流課程教學改革實踐，對該課程的教學進行了初淺的探索與思考；介紹了分層次理論教學課程體系、科學實踐教學體系和“教-研”型教學模式；這些經驗對熱流課程的教學有著一定的參考價值?！緟⒖嘉墨I】1 教育部面向21世紀熱工課程改革項目組. 熱工課程在工科各專業(yè)人才培養(yǎng)中的地位及設置建議J. 高等工程教育, 2000, (增刊) : 6 11. 2 何雅玲, 陶文銓. 對我國熱工基礎課程發(fā)展的一些思考J. 中