流体力学与热工学基础十篇

流体力学与热工学基础篇1

关键词：建构主义；认知灵活性理论；热工理论

作者简介：衣晓青（1956-），女，山东青岛人，长沙理工大学能源与动力工程学院，教授；石尔（1979-），女，湖南长沙人，长沙理工大学能源与动力工程学院，讲师。（湖南 长沙 410004）

基金项目：本文系2011年湖南省普通高等学校教学改革研究立项项目的研究成果。

中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）16-0069-02

“工程流体力学”、“工程热力学”、“传热学”既是热工理论的三大主干课程，又是能源动力类专业（方向）的主要技术基础课。传统的教学宗旨倾向于各门基础课程自成科学体系，分别独立教学，为后续专业课程打下牢固基础。但是这种传统的教学模式死板，致使学生缺乏学习兴致，不易明确学习目的。建构主义的认知灵活性理论发现了新的教学要素——“案例教学”。按照认知灵活性理论，对以上热工理论三大基础主干课程进行优化整合，以热能动力类专业为场景，建构诸多新的知识点教学，组织全新的热工理论基础课程体系，可以使热工理论基础课教学克服以上不足。

一、打破僵化教学：认知灵活性理论的应用

建构主义教学理论冲破了传统教学模式，克服了“填鸭式”教学把学生作为小绵羊驯服的弊端。[1]作为建构主义教学理论中的一个分支，斯皮罗提出的“认知灵活性”理论很好地解决了“死记硬背”传统与极端建构主义（忽视抽象养成）之间的矛盾。认知灵活性理论的主要思想就是：通过情景（境）展现基本概念和基础理论工具，学生既可以掌握基础理论知识，又可以按抽象思维方式，放开视野寻找新的分析问题的工具。

为了解决传统与极端的冲突，斯皮罗把知识抽象为两种不同性质的结构：良构的与非良构的两种领域。[2]良构的即是指：按照抽象思维，从概念到原理的演绎解析的知识体系，符合科学意义上的正统规范。非良构的即是指：在具体场景（案例）中，隐透出的各种良性结构的知识叠合；这种叠合的基础知识能够解释或解决具体场景问题；不同的场景有不同的良性结构知识叠合的诠释。由此得出结论，良性结构知识就存在于非良性结构知识之中，“认知灵活性”教学就可以让学生通过非良性知识教学获得更加深刻的良性结构的系统知识，而且是积极主动地、生动有趣地接受之。

热工理论是研究热（能）在释放、转换和传递中的流体流动及传热传质等问题的科学，涉及流体运动规律、热（能）转换与传递规律。按照认知灵活性理论的教学观，热工理论基础课教学也可分类为良构性和非良构性。热工理论的三大主干课程“工程流体力学”、“工程热力学”和“传热学”分别作为单独体系教学的基本概念、基本理论和基本知识的层次组织结构，应属于良构性领域，其传统的教学方式就是从概念到概念、从原理到原理、从公式到公式的演绎解析，逻辑性很强，范式文本较固定，程式较稳定，测验作业较死板。

“认知灵活性”教学理论认为，这种教学方式僵化、被动，既不能启动学生的兴趣，也不能启发学生的创造想象力，学生容易落入死记硬背、教条主义的套路，缺乏广泛的知识联系和举一反三的思维训练，更缺乏给学生以另辟蹊径的想象空间。如果以流体介质为对象将热工理论三大主干课程进行优化整合（杂交），并以热工理论应用为主线，将能源动力类相关专业作为场景，构成非良构性知识结构，其所涉及的具体问题具有复杂背景和综合影响因素，能够从问题入手引出综合知识的有机联系，开阔学生发展思路，引导学生融会贯通，指导学生熟知专业背景。这种按照认知灵活性教学理论建立起来的热工理论基础课程的非良构性知识体系会冲破传统的各自为主的单科系统性的课程教学模式，有利于克服“高分低能”的应试教育倾向，培养面对知识时代和信息社会的创新型人才。

二、创建问题教学：热工理论基础三大主干课程的优化整合

认知灵活性理论认为：学习者在建构知识意义的过程中，只有对知识进行多维表征，才能达到对知识的全面理解和灵活运用。这也是指导热工理论基础三大主干课程进行优化整合的基本思想。热工理论基础三大主干课程“工程热力学”、“传热学”和“工程流体力学”是主要以流体介质为研究对象而紧密联系在一起的动力类技术基础性课程，三门课程相互依存，共同构成了热工理论的主干课程体系。其中，工程流体力学是研究流体介质的位置势能、压力势能和动能之间的相互作用的关系；工程热力学是研究热能与机械能之间的相互转换的规律；传热学是研究热量从高温部分传递到低温部分的机理。由此可见，能（热）量转换与守恒定律是热工理论三大主干课程进行优化整合的内在动力。

基础课理论自身系统的完善性使任何改动需求都带有相当大的难度，只有进行优化整合，才能在不断调整和深化过程中发展新的学习要素。例如，“传热和流体流动的数值方法”课程就是将传热学、流体力学知识进行融合后加入到数值计算科学这一更为广泛的学科领域，为热工理论知识的进一步发展奠定了基础。同时，通过这一知识的优化整合，多维表征得以实现，使学生建构起在热科学和流体科学中可以直接迁移和引用的关于热物理方面的知识，超越了封闭、孤立课程所给的单一信息模式。

如果说热工理论的三大主干课程“工程流体力学”、“工程热力学”和“传热学”分别作为单独体系教学是良性结构知识的传授，那么，把“三课”拆分，再按照具体能量转换的场景问题有机组合，这种教学模式就属于非良性结构教学。乔纳生等人的研究把前者称作低阶学习阶段，把后者称作高级学习阶段。[3]高级学习阶段优于低级学习阶段的实质就是变公式学习为问题学习。问题学习对于热工基础理论教学来说，打破其三大主干课程的各自理论体系是必然的，是要针对具体的场景问题而进行知识交叉组合。值得注意的是：根据认知灵活性教学理论，这种知识体系重组，必须避免极端建构主义干扰，必须遵循“专业问题、溯本求源、知识联系”三原则，才是优化的、高级的教学模式。

三、重复多变教学：能源动力类专业问题逆向渗透于热工理论基础课程

非良构的知识体系与良构性知识体系的区别就在于：一是前者比后者建立的概念庞大、复杂，它往往是多个不同学科孤立概念的交集；二是前者比后者建立的概念有很大的多变性，这是由问题教学场景多变性所决定的。热工理论基础知识在航天、航空、热能动力、化工、核热工、低温工程、冶金热工、微电子技术、材料和建筑等各个领域都有具体的应用，从知识体系的角度来看，其展现的知识点都是非良性的。实际上，在能源动力类相关专业的不同场景下，其呈现的非良性知识结构也存在着很大的差异性。例如，工程热力学中的热经济性指标在热机循环中的应用是热效率，而在制冷循环中的应用是制冷系数。这说明热经济性概念在实际应用过程中具有复杂性。又如，流体力学在电厂中的应用以管内流动、物体绕流为主，而在建筑环境与设备工程专业中的应用以室内外环境通风、换气的流动为主。传热学中对于散热器来说需要强化传热效果，对于建筑物屏蔽掩体则要抵制传热。

在针对能源动力类专业的热工理论基础课程进行新的建构中，按照认知灵活性教学理论，必须将原有良性结构体系的知识与专业场景结合起来。这种有专业针对性的知识渗透，有学者称其为专家知识学习阶段，属于更高层次。[2]比如，把能源动力类专业（方向）的“流体力学”、“泵与风机”两门课程整合为热工理论基础课“泵与风机的流体流动”一章，以流体力学知识为基础，反映了流体力学基本原理在流体机械中的具体应用场景，通过多媒体教学课件可以使学生建构泵与风机工作原理和结构的多维图式，达到对流体力学基础理论知识全面理解和灵活运用的目的。

按照斯皮罗的认知灵活性理论规范，对应专家知识学习阶段的教学模式即“随机通达教学法”，它的主要特点就是针对专业的众多场景链，反复从不同问题视角，以不同的基本知识、基本公式、基本理论的多样组合，不断给予学习者良性知识的刺激，这会使学习者通过反复的从各种变式到抽象的过程，不断加深对良性结构知识的各种理解，而且有助于学习者历练分析问题和解决问题的能力，发挥创造性思维，为今后在专业上有所建树打下坚实的学习基础。贯穿于这一思想的新的“热工理论基础”课程体系，组织“锅炉工质流动与热交换”、“汽轮机流体流动与功能转换效率”、“热力发电厂工质循环与热效率”等章节，探讨基于专家知识学习理念的非良构知识领域的显性建构，加入热能动力类专业知识对热工理论基础课的反向渗透，有效增加课程教学的深度和广度这一结果就自然生成了。

除了书本专业知识的反向渗透以外，通过与科研、生产单位合作的科研课题的有机结合，也是专家知识学习阶段的案例来源。例如，教师通过某钢铁公司锅炉尾部烟道声学振动问题的科研活动，向学生们提出卡门涡街产生机理、影响因素以及卡门涡街产生后对设备及系统的危害和消除卡门涡街的措施等诸多学科问题，从而认知基本理论。

参考文献：

[1]朱新卓.中国高等教育管理学：从拔苗助长到建构主义[J].高等工程教育研究，2005，（2）.

流体力学与热工学基础篇2

关键词：专业基础课；演示性实验；综合性实验；开发实验室；仿真实验

一、实验教学在专业基础课中的地位及重要性

实验是科学探索的先导。大学生通过基本实验教学能掌握基本的实验技能，能深入理解专业基础课中的基本理论知识。实验教学是培养大学生专业领域创新意识和探索能力不可替代的手段。实验教学已被列为实现创新人才培养目标的重要教学环节。热能工程、建筑环境与设备工程等专业的专业基础课包括工程热力学、传热学和工程流体力学。它们普遍存在概念多、理论抽象、公式繁杂等问题，有必要通过实验环节加强教学方面的理解。本文从专业基础课的基础实验出发，在原有实验教学体系的基础上，对专业课程的实验室建设和教学改革提出一些构想。

二、能源动力类专业的实验教学体系基础

《工程热力学》、《工程流体力学》和《传热学》三门课程的实验是能源动力类专业最为重要的专业基础课程，一般包括：①换热器温差传热做功能力损失测定；②水的沸腾过程及其P-T汽化曲线测定；③喷管流动特性实验；④压缩机效率测定实验；⑤制冷循环性能系数ε测定；⑥冷却塔性能测试实验；⑦CO2超临界P-V-T实验测定；⑧空气的比热容的测定；⑨管道内雷诺实验；⑩能量方程（伯努利方程）实验等。

1.基础实验的作用。河北工业大学能源与环境工程学院热能工程专业为了充分发挥实验教学的功能，在实验课上引导和培养学生的实验技能及动手能力，理清实验课教学与专业基础理论课程的关系，要求学生以严谨求实的态度、以科学创新意识积极动手完成实验，让学生理解实验课中实验现象与教学理论的关系、实验现象得出的结论在理论教学中的作用以及现象与理论的过渡过程等，以期通过实验教学环节达到理解抽象理论和概念的目标。首先是基本测量仪器仪表以及测量系统的使用，包括温度、液位、流量、湿度、流速等基本热工参数的测量，目的是使学生了解和掌握基本物性参数中测量的基本原理与方法。指导教师在定压条件下帮助学生完成空气比热的测量实验、金属热导率等基本实验教学，让学生通过这些实验过程理解物质属性的测量方法，并在理论教学上逐步进行专业基础课的其他相关实验。

2.演示性实验在教学中的重要地位。在经费条件有限的情况下，演示性和验证性实验可以填充实验教学中的部分不足。演示性实验通过直观视觉反映抽象的概念或理论，对于学生理解抽象概念，印证基本理论有较大帮助，既可以达到巩固课堂上所学内容的目的，又可以使学生初步熟悉各种仪器设备及其操作规程。比如工程热力学课程是热能工程、建筑环境与设备等专业非常重要的专业基础课之一。它对后续专业课程的学习起着至关重要的作用。这是其本身知识体系所决定的。我们知道热力学理论是从热能与机械能相互转换的实践中发展起来的，主要内容围绕热与功转换。其中动力循环部分，有较多的抽象的概念，例如热力学第二定律，开尔文说：“不可能制造出从单一热源吸热，使之全部转化为功而不留下其他任何变化的热力发动机”。该定律用实验验证非常困难，而用仿真实验则比较容易做到。水的定压加热过程实验，包括水的一点（三相点）、二线（饱和水线、饱和蒸汽线）、三区（过冷水区、汽水两相共存区、过热蒸汽区）、五态（过冷水、饱和水、湿蒸汽、饱和蒸汽和过热蒸汽），加入动画仿真，学生就很容易掌握水蒸汽的热力性质。热力过程和热力循环中一些内容也可以加入动画仿真，在教学上引导学生自主分析，从而提高其对知识的理解和对知识的感受能力。工程流体力学可以进行自然循环静压传递扬水演示实验水流流动形态及绕流演示实验、流谱演示实验、水击现象演示实验、虹吸原理演示实验、空化机理演示实验、紊动机理演示实验等。

3.仿真实验室的建设和健全。仿真实验室可以利用动画软件进行研究演示，在节约财力的基础上，能部分达到学生理解实验的目的，特别是大型复杂实验。相关的例子如《工程热力学》锅炉中工质水的定压加热过程，由过冷水加热到饱和水、到饱和蒸汽、再到过热蒸汽的过程涉及复杂烦琐的计算，若通过计算机编程技术来计算此过程，不仅可提高计算效率，还可锻炼学生把编程技术用于工程计算的能力。《水和水蒸气热力性质图表》和《空气热力性质图表》等这些传统图表，通过编写程序的方法使用，可有效降低出错的可能性。现在很多设计和科研部门已采用一些工具软件。有一些工具软件使用的项目，可以借鉴其他高校正在进行的火电机组仿真实验室的建设和健全。模拟实验项目有200MW和300MW火电机组的全过程，包括锅炉启动前的准备：制粉系统首先投入运行，锅炉给水系统相继打开，引风系统相继作用，系统点火，空气预热器配风，相应参数维持到正常运行状态，汽轮机开始正常冲转、加负荷、并网等，给水三冲量控制投入，炉膛壁温的检测等环节的实施。让学生通过仿真实验加深对锅炉机组、汽轮机机组等主辅设备系统组成和运行原理的认识和理解；通过仿真实验来理解热力发电厂中锅炉给水控制、给煤控制和蒸汽控制系统的基本功能、组成和操作方法；通过模拟实际操作，对现代大型火力发电机组的运行方式进行比较深入的认识，同时对火电机组仿真技术有了一定的了解。学生通过对不同容量火电机组的全工况仿真运行实践，不仅可以提高动手能力，而且深入理解专业知识，也增加了专业自信。

4.综合性实验教学和开放实验室。逐步建立综合性实验教学和开放实验室是实验教学的重要环节。综合性实验是指实验内容涉及本课程的综合知识或与之相关课程的实验。为了进一步拓展学生的实验领域和实验技能，我们以专业基础课的理论指导开拓综合性实验，在有限物力及财力的条件下，通过自行研制设计开发新的实验内容，在现有设备和热工系统的基础上改造原有设备和系统，开发研制具有新功能的系统。例如，在换热器实验台上，把原来的换热管改成热管等项目；在利用太阳能集热器加热水的系统中，改造其成为小型溴化锂制冷系统中蒸汽发生器中的热源。在条件允许的情况下，可组织学生设计和安排实验的基础平台，以激发学生在此方面学习的积极性和探索精神的热情。目前正在做不同管道（螺纹管、波纹管等）的换热器的传热性能的研发，就让学生感受到了自主学习和探索的乐趣。我们在开展创新层次实践平台的构建，培养学生独立思考和创新能力方面还需要很多设想，要不断地将其付诸实现，需要不断的探索和努力。

依据热能工程和建筑环境与设备专业基础课的特点和需求，提出专业基础课中实验教学在优化理论课程中的重要地位，并使专业基础实验教学项目和教学手段，在教学中得到一体化的建设和整合，可以通过分阶段、有重点、分项目地安排实验教学课程，将传统的把工程流体力学、工程热力学和传热学的实验教学分割开来的实验教学整合为四个阶段的实验教学环境，在不同阶段有计划系统地培养和训练学生，不断提高教学效果。高等学校的根本任务是培养人才，无论高素质的工程技术人才还是具有科学探索精神的科技人才都离不开高素质的师资队伍和科学先进的教学理念以及过硬的实验教学方法和手段。

参考文献：

[1]陈由旺，杜秋萍.热工基础理论课与实验教学改革[J].石油教育，1997，62（7）：31-32.

[2]钱进，龚德鸿，冯胜强.热能与动力工程专业实验教学改革研究[J].中国电力教育，2008，（121）：152-154.

[3]颜爱斌，殷洪亮，张蕊.流体热工基础实验教学综合改革的探讨[J].实验室科学，2012，15（5）：39-41.

[4]陈占秀.《热工测量与仪表》课程建设与改革[J].中国电力教育，2008，（108）：76-77.

[5]陈占秀.论工程热力学作为专业基础课的核心作用[J].高等建筑教育，2010，19（2）：90-92.

流体力学与热工学基础篇3

（1）公共基础实验

主要包括物理实验、化学实验、计算机基本操作实验、电子电工实验等。

（2）专业基础实验

主要包括材料科学基础实验、材料工程基础实验、材料研究与测试方法专业基础训练及综合实验。依据相应课程大纲，每门课程至少开设4个实验项日，且能支持专业培养日标的达成。

（3）专业实验

主要包括专业技能训练、材料制备与性能综合实验等。要求开设材料的力学、热学、电学等性能相关实验至少7项，同时完成至少1种材料的制备，包括原料的选择—配方计算—工艺方案设计—制备—相关性能测试及结构分析等全过程训练。

2、材料物理

学科基础知识被视为专业类基础知识，包括材料科学基础、材料工程基础、材料结构表征等知识领城。

（1）材料科学基础知识包括材料结构、晶休缺陷、相结构与相图、非晶态结构与性能、固体表面与界面、材料的凝固与气相沉积、扩散与固态相变、烧结、变形与断裂、材料的电子结构与物理性能以及材料概论等。

（2）材料工程基础知误包括流体流动基础、热量传递、传质过程及其控制、材料及其产品设计、选材、制造加工成型以及失效分析等方面的基础知识，工程制图、机械设计及制造础、电工电子学等。

（3）物理化学知识包括气体、热力学第一定律、热力学第二定律、多组分系统热力学、化学平衡、相平衡、化学反应动力学、电化学、表面现象和胶体分散系统等。

3、冶金工程

主要课程：冶金工程概论、传输原理、金属学原理、金属材料及热处理、冶金物理化学、钢铁冶金学、有色金属冶金学、材料现代分析方法耐火材料等。

流体力学与热工学基础篇4

什么是热能与动力工程？

我们可以从字面上对本专业名字进行一下拆解，其实就是热能、动力、工程。首先是工程，因此本专业就是一个工科专业，如果你希望获得诺贝尔物理奖、化学奖这些理科方面的成就的话，你就不要再把你的眼光停留在这个专业上了。其次就是热能与动力，因此只要工程中涉及到热（或冷）、能量、能源、动力等这些问题时，这个专业几乎都能解决。因此它的就业面非常的广，大到热电厂、核电厂，飞机、船舶、汽车的发动机设计，小到电子设备冷却等，厉害到航天飞行器的热管理、热回收，一般到家用空调、冰箱的设计。我们这专业无处不在。

那你也许有疑问，就业面这么广，是不是学习很累？其实也未必。目前，拥有这个专业的高校有很多，比如清华大学、西安交通大学、上海交通大学、中国科学技术大学、华中科技大学、浙江大学等一些顶尖大学，一般的有比如南京航空航天大学等这些“211工程”大学，普通的比如南京工程学院等。不同的高校，学的侧重点也会有所不同。比如东南大学侧重的是电力领域，北京航空航天大学侧重的就是航空航天领域，江苏大学侧重的是流体机械领域，还有一些大学侧重的可能是制冷、空调这些领域。但是无论你大学里学的侧重哪个领域，就业时也可以再次选择。比如在大学你学的是侧重制冷领域的，以后就业时你也可以去电力领域，因为本科学到的专业的基础都是一样的。

都要学点什么？

这个问题很好回答，因为我的八年时间就是在不停上课、自习、实验、写论文中度过的。刚进大学，学校的一些权威教授就会给你讲述一下什么是热能动力工程，其实和我上面说的也差不多。当然你可以通过他们了解到一些细节，不过那时的你估计还并不能完全理解。

在大一一年、大二上半年这段时间内估计接触不到我们专业的很多东西，这一年半，主要就学习外语、高等数学、线性代数、大学物理等一些公共基础课，这时候还是高中向大学的过渡阶段，学习也需要认真、需要做题，但不会像高中那么累。这时候的基础需要打牢，但不要和高中一样，尽做难题，应该以掌握基础知识为主要任务。因为这些内容的学习主要是服务后期的专业课学习的，因为我们专业是工科，不需要像理科一样。同时，课余时间可以去参加参加活动，培养一项兴趣爱好，这会使你终身受益。

在公共基础课程学习中，还会学习一些机械、弱电方面的基础知识，比如机械制图、电工电子学等。为什么学习这些课程呢？因为在我们的专业课中经常会出现机械和电子这些领域的一些专业知识。因此作为未来的热能工程师，不仅要有扎实的能源方面的基础知识，还得学会看机械图和知道一些自动化的原理。所以学习还是比较苦的。不过也不要太担心，因为其他专业只要掌握一些原理知识就行了。

无论你在哪个高校学习，无论你将来侧重哪个领域的工作，专业基础课是必须要学好的。虽然不同的高校在公共基础课和专业课的设置上会有些不同，但流体力学、工程热力学、传热学这三门大课是大家一致认同的专业基础课。工程热力学这么课相对来说简单，因为在大学物理课上都有所介绍，学起来也不是太累，而且得高分的概率很大。流体力学和传热学是两门新课，学起来也会有点压力，且流体力学又是传热学的基础，因此这两门课都需要认真对待。同时这两门课又对你的就业、考研和将来的科研帮助极大。在专业基础课学完后，就可以学专业课了，比如主要有涡轮机原理、锅炉原理、电厂设备、热力系统等。这些课程的名字虽然比较拗口，但实际上学起来并不太难，因为专业课主要破解的就是一些原理问题。涡轮机是一种原动机，主要通过叶片的转动将气体的热能转换成机械能，从而带动发电机或作为飞机的动力。涡轮机原理这课一直被认为是所有专业课中比较难的一门，因为课程里面几乎涵盖了所有的专业基础课。但由于涡轮应用范围广，相应的就业机会大，获得的报酬多，因此受到大部分热能工程师的青睐，因此如果你以后致力于涡轮机方面的工作，基础课的学习绝对不可以偷懒。

工科除了理论知识的学习，还有不少的实习需要去完成。去大中型电厂实习，是大三、大四时的主要任务。说是去实习，其实也就是去参观一下而已，从而了解电厂的流程。很多人认为女生去学工科很累，其实也未必。学工科的女生比较少，因此受关注也会多一点，谈恋爱的机会也会大很多。而且女生比较刻苦，获得保送研究生的机会也大。现在的工科已经不是大家想象的那样了，满脸油污、力大如牛这些词已经不合适了。在电厂，大部分时间你只要按个按钮就行了，因此这些工作同样适合女生。因此热能与动力工程这个专业适合所有人群。

到了研究生阶段，还会有高等工程热力学、高等流体力学、高等传热学、燃烧学、计算热物理等课程，研究手段主要有理论研究、实验研究和计算机模拟，利用这三种研究手段去解决一些工程中的问题，是热能与动力工程专业研究生的主要任务。

就业、再升学情景如何？

之前已经提及我们这个专业就业面是非常广的，虽然有时我们也感慨我们是一群“丝”，但我还没听说有失业的，就连四年在网吧度过的哥们都可以找到工作。本科一般都会把我们专业命名为热能与动力工程，虽然也分方向，比如电厂方向、制冷方向等，但就业不受很大影响。到了研究生，我们这个专业的大名就叫做动力工程及工程热物理专业，底下又分为工程热物理、热能工程、制冷、动力机械、流体机械、车辆工程等一些小方向，又根据不同的导师会有不同的研究方向。但无论怎么细化，专业基础课还是一样的。因此工作时改方向也比较容易。

流体力学与热工学基础篇5

关键词：创新人才；研究性教学；课程建设；教学团队

作者简介：刘辉（1972-），男，山东招远人，哈尔滨工业大学能源科学与工程学院，副教授，博士生导师；王洪杰（1962-），男，山东掖县人，哈尔滨工业大学能源科学与工程学院，教授。（黑龙江 哈尔滨 150001）

基金项目：本文系教育部高等学校“专业综合改革试点”项目的研究成果。

中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）02-0092-02

高等教育肩负着培养高素质专门人才和拔尖创新人才的重要使命。为适应我国经济社会的快速、健康和可持续发展，全面贯彻落实科学发展观，教育部先后实施了“本科教学工作水平评估”和“高等学校本科教学质量与教学改革工程”等重大举措，以期深化高等学校教学改革，提高人才培养的能力和水平，更好地满足经济社会发展对高素质创新性人才的需要。哈尔滨工业大学以此为契机，全校范围开展教育思想大讨论和相关专题研讨会，进一步理清了学校精英教育的办学指导思想和目标定位，通过构建通识教育与专业教育相结合的人才培养模式，面向国家与社会需求，培养“研究型、个性化、精英式”且具有国际竞争力的高素质人才。

哈尔滨工业大学能源学院教学工作具有优良的传统，主要沿袭了原苏联的教学模式，培养了一大批各领域的杰出人才，培养的学生基础扎实、动手能力强。但学院原有的培养模式的教学效果同学校确立的“研究型、个性化、精英式”培养目标的要求还有差距。传统教学方式是以知识的传授为中心的，教师传授的知识按形式逻辑演绎法的要求构建成简明的知识体系，[1]没有体现知识发现、理论形成的过程，人类在科学发现、技术发明和工程应用中许多巧妙的思维被淹没在繁杂的理论知识中，不利于学生能力培养。开展“研究性教学”、培养学生科研能力和创新能力是教学改革的方向。[2]技术基础课是基础课与专业课之间承前启后的桥梁与纽带，在学生专业能力培养方面具有重要作用，技术基础课的学生覆盖面广，教学改革能使更多学生受益。

一、确立研究性教学理念，明确基础课教学目标

研究性教学应成为现代教学理念的构成要素，它是对传统的传递式——被动接受式的教育理念的革新。研究性教学和学习的实践要求把“答案”变成“问题”，进而在对“问题”的追问中建构教学和学习的方法。研究性教学和学习越来越受到广大教师和学生的重视。[2]“组织工程流体力学”、“传热学”、“燃烧学”、“工程热力学”等技术基础课程的任课教师成立教学改革团队，针对性地开展教育思想和理念的讨论，以“研究性教学”理念为引导，按照“拓宽基础、注重实践、注重创新”的思路改革课程体系和教学内容、方法、手段，优化培养过程，在普遍提高学生综合素质、培养学生创新能力的基础上，为学有余力的学生的个性化发展提供了“创新研修课”、“科技创新”指导等环节，实现精英式培养，取得较好的效果。

围绕学校“研究型、个性化、精英式”的培养目标，进一步明确热能动力类本科生专业知识、专业能力和综合素质的培养目标。在继承哈尔滨工业大学热能动力类专业教学优良传统的基础上，开展先进教育教学理念学习研究，完成了省级教改项目三项。积极实践“研究性教学”的理念，培养热能动力类高素质创新型人才。

二、加强教学团队建设，注重对青年教师的培养

1.搭建技术基础课任课教师交流平台

过去热能动力类技术基础课程的任课教师分属不同的专业方向，承担各自的技术基础课程教学工作，交流很少。课题组成立后，建立了教学例会制度，课题组成员定期交流，讨论技术基础课的教育教学理念；分析技术基础课程之间的联系，优化教学内容，实现课程间的融会贯通、资源共享，为后续课程体系改革提供了前提条件；通过观摩名师教学录像、总结教学经验、讨论教学的难点、疑点，提高了教学团队整体的教学水平。2009年，热能动力类技术基础课程教学团队被评为部级教学团队。

2.落实青年教师导师制

建立、完善了青年教师导师制度，为每位青年教师配备一名教学经验丰富的指导教师，通过教学示范和课堂点评等环节，青年教师教学水平迅速提高。教学团队40岁以下青年教师在学院的青年教师教学基本功大赛中都获得一等奖，在学校的青年教师教学基本功大赛中都获得二等奖以上奖励。

三、开展全方位课程建设，改进教学内容、方法和手段

1.改进教学内容

热能动力类技术基础课程原有的教学内容相对陈旧，没有突出对学生的专业能力的培养。按照专业发展需要和学科自身的科学性、系统性、完整性，逐步优化教学内容。借鉴了国际一流大学的相关教学教材，对原有教材进行修订补充，增加了本领域科学和技术的最新发展和热门问题。同时，坚持教学与科研的有机结合，在授课过程中穿插授课教师的科研经历，一方面使授课内容更为生动，另一方面也向学生们展现了专业未来前景，提高了学生学习的动力。

2.改革教学方法

针对技术基础课传统教学模式在学生创新能力和工程能力培养方面的局限性，在教学中进行一系列渐进式改革。逐步摒弃“照本宣科”、“灌输式”教学模式，根据课程和教学内容特点，灵活运用“启发式”、“案例式”、“探索式”等多种教学方法。将教学内容、教学媒体、教师活动、学生活动等课堂教学要素有机组织起来，发挥整体的最大效能。教学以“培养学生分析问题、解决问题能力，为专业课程打基础”为原则，将理论学习与实践训练有机地结合起来，强调学生通过主动探求问题解决的途径和方法，激发学生的学习兴趣，鼓励学生大胆提问、积极发言，促进师生互动，努力实现以教师为主导，学生为主体的新型教学模式。

灵活运用启发式教学方法，通过让学生从事类似于科学家发现真理的学习活动，调动其学习的主动性和积极性，掌握学习理论与发现问题的方法。例如笔者在流体力学教学的流动阻力及能量损失这一章教学中，不但讲解了教科书中要求学生掌握的知识，而且还收集了大量的史实资料，例如把雷诺、普朗特、尼古拉兹等科学家当时研究的思路、考虑问题的方法以及研究方式的特点介绍给学生，并让学生自己模拟或重现当时的发现过程，让学生学习和体会一下科学家创造性工作的过程。

尝试将专利分析引入技术基础课程的教学，从公开的发明专利细节中，分析其理论基础和发明人的创新思想及技术创新的一般规律。发明专利具有实用性，具有在工业上应用的可能性，要解决的是工程实际问题。[3]对发明专利的分析是培养学生创新能力和工程能力的有效方法。

教学过程注重基本理论在专业中的应用，学生参与程度高，积极配合，课堂教学气氛活跃，互动效果好。

3.采用传统教学手段与现代教育技术相结合

在教学过程中，笔者越来越感到传统的教学方法和多媒体技术相结合对于提高教学质量的重要性。研制的技术基础课的CAI课件集文字、图片、动画、录像、声音于一体，充分应用现代教育技术和多媒体教学的优点，使教学方法多样化、现代化，改变了传统的“黑板＋粉笔”的单一模式。流体力学CAI使抽象的流体力学概念与理论形象化、具体化。例如：流线的定义——流线是表示某一瞬时流体各点趋势的曲线，曲线上任一点的切线方向与该点的流速方向相重合。传统模式无法形象地表现出抽象的概念，用多媒体技术来显示流线，结果一目了然。这些方法弥补了传统教学在时间、空间等方面的不足，特别是在调整教学计划，压缩教学学时的改革中，它是解决教学内容多与教学时数少这一矛盾的有效途径之一。变静为动，激发学生的学习兴趣，提高教学效果。省时省力，使教学化难为易，增加工程或实践实例，施行理论与实践并重的教学方法，使教学效果明显提高。

授课采用多媒体形式，幻灯片形象、生动、内容丰富但不繁杂，结合CAI课件讲述，思路更加清晰，遇到相对复杂的问题，又以板书体现，板书结构清楚，让学生能够深刻理解所讲述的内容。学生认真听课、认真做好笔记，积极配合教师。将多媒体技术的运用与传统教学手段、教学形式的改革统一起来，取得较好的教学效果。

4.改革课程考核方式，突出能力考察，推行累加式考试

革新传统的考试模式，借鉴欧美大学的考核目标、考试方法与考试思路，结合热能动力类技术基础课程特点，深化考核内容和考试方式改革。全面采用累加式考试方法，以综合评价与过程评价为主，考试手段多样，不仅限于笔试，根据课程情况，采用闭卷考试、开卷考试、课堂讨论、平时作业、阶段测试、课程设计、计算机编程、课程报告、专业外语资料阅读、长摘要撰写、实验等多种形式，全面考察和评价学生对所学知识的综合运用和解决实际问题的能力，充分挖掘课程的教学深度和广度，从而培养学生运用所学知识解决问题的能力，考察学生的创新精神和实践能力。通过考试方法改革，改变过去期末一张考卷定成绩的做法。实践表明，考试方法改革对提高学生出勤率、促进学生听讲和培养专业能力都是有益处的。

四、注重实践环节，提高学生科研实践能力和创新能力

1.整合实践教学资源，建立开放式实验平台

实验教学是书本知识与工程实际相结合的重要纽带，是培养学生独立工作能力、解决工程问题的综合能力、自主创新能力的主要途径，对提高本科教学质量起着十分关键的作用。通过成立学院实验教学中心，整合学院原有的技术基础课程实验教学资源，构建了相互配套、资源共享、类别层次清晰、结构优化、充满活力的实验教学管理新体系。强化实验教学建设，部分知识完全通过实验来认识和学习，实验教学突出对学生实验操作技能和学生动手能力的培养，技术基础课任课教师参与开发引进了多个新实验项目和实验装置，增加设计性试验，开阔学生视野，启迪思维，提高了学生的创新意识和动手能力。与研究所共建科技创新实验室，为本科生科技创新提供实验平台。

2.技术基础课教学与“创新研修课”、“科技创新”指导等环节结合，实现精英式培养

由于授课学时等因素限制，技术基础课的研究性教学效果受到制约。所以笔者认为应以学生科研能力培养为主线，统筹规划研究性教学的教学环节，将技术基础课教学与“创新研修课”、“科技创新”指导等环节结合，在教师相对稳定的科研方向上，将科研项目内容引入教学，教师将科研成果与所讲授内容有机结合，理论联系实际，能够激发学生的兴趣，活跃学生的思维，提高学生分析问题、解决问题的能力。学生通过参与科研项目，加深对专业基础课知识和理论的理解，科研能力和创新能力得到显著提高。

五、教学改革效果

以“研究性教学”理念为引导，开展教学团队建设和课程建设，效果显著。热能动力类技术基础课程教学团队被评为部级教学团队，教学团队的青年教师成为教学骨干，40岁以下青年教师在学院的青年教师教学基本功大赛中都获得一等奖，在学校的青年教师教学基本功大赛中都获得二等奖以上奖励。“工程流体力学”、“传热学”课程被评为国家精品课程、“燃烧学”课程评为黑龙江省精品课程，“工程热力学”课程被评为哈尔滨工业大学优秀课程。完成黑龙江省新世纪教学改革项目三项，以上教学成果实现网上共享。

本课题提出的热能动力类技术基础课程创新教学模式，经过多年实践，在对学生科研能力、创新能力培养方面取得了很好的效果，指导本科生多次在部级和校级科技竞赛获奖。本科生参与申请发明专利，并在核心以上专业期刊。

六、结语

在“研究性教学”理念引导下，整合技术基础课教学资源，教学团队成员分布于不同专业方向，相互间的研讨和交流促进了教学理念和教学水平的提升，全方位改革课程内容、教学方法、教学手段，将教学和科研、技术基础课教学与“创新研修课”、“科技创新”指导等环节结合，实现多元化专业教育和精英式培养。

参考文献：

[1]于歆杰，陆文娟，王树民.专业基础课中的研究型教学——清华大学电路原理课案例研究[J].高等工程教育研究，2006，（1）：118-121.

流体力学与热工学基础篇6

【关键词】热力动力工程；能源；锅炉仿真

热能动力工程专业的应用性增强，它主要是以机械工程学和跨热能动力工程作为理论基础，通过热能和机械能的转换，来产生动力。而锅炉正是能量转换的工具，只有在锅炉进行合理的设计，才可以达到一定的使用效果，最近几年，我国锅炉的种类逐渐增多，但在锅炉的制造和使用方面，还存在很多问题，这样导致能源的利用率较低，所以怎样才能提高能源的利用率是目前国家热能动力工程方面需要研究的问题。

1.我国当前动力工程的情况以及发展趋势

1.1我国当前动力工程的发展情况

我国热力动力工程专业形成于20世纪50年代，兴起于苏联，主要包括的学科有锅炉、电厂热能、内燃机、压缩机、制冷、低温、供热通风与空调工程等几十个小专业。而在我国，改革开放之后，我国由几十个小专业压缩为九个，随即不久，就从原来的几十个专业合并为一个专业，目前我国已有120多所高效舍友热能与动力工程专业。

对于热动主要研究的方面是热能与动力，是一种应用性强的专业，主要学习的基础知识有：机械工程、热能动力工程和工程热物理，还要学习能量转换以及有效利用的理论和技术，掌握制冷空调设备、制冷装置、动力机械与动力工程、流体机械等设计、制造和实验研究的基本技术。这个专业在很多领域上有着很广泛的应用，同时也是我国科技发展的基础方向。随着我国的经济发展，市场经济的建立，社会需求和经济分配状态以及科技发展的趋势等都成为我国现阶段的挑战，也是当前本专业在我国教育发展的主要方向，而且热动也是当前动力工程师的基本训练。

1.2我国当前动力工程的发展趋势

首先是在动力控制工程方向发展，主要掌握热能与动力测试技术、锅炉原理、汽轮机原理、燃烧污染与环境、动力机械设计、热力发电厂、热工自动控制、传热传质数值计算、流体机械等知识。其次是在热力发动机及汽车工程方向上主要掌握内燃机原理、内燃机的结构、设计、测试、燃料和燃烧，还有热力发动机排放、环境工程概论以及内燃机电子控制、热力发动机传热和热负荷等方面的知识。在制冷低温工程和流体机械方向上，需要掌握制冷、低温原理、人工环境自动化、暖通空调系统、低温技术学、热工过程自动化、流体机械原理、流体机械系统仿真与控制等方面的知识。使学生掌握该方向所涉及的制冷空调系统、低温系统，制冷空调与低温各种设备和装置，各种轴流式、离心式压缩机和各种容积式压缩机的基本理论和知识。除此之外，在水利水电工程方向上主要掌握掌握水轮机、水轮机安装检修与运行、水力机组辅助设备、水轮机调节、现代控制理论、发电厂自动化、电机学、发电厂电气设备、继电保护原理等方面的知识，以及水电厂计算机监控和水电厂现代测试技术方面的知识。

2.工业炉的发展

工业炉的作用是将燃料燃烧产生的热量，用来对物料和工件加热。工业炉是工业加热的关键设备，广泛应用于国民经济的各行各业，量大面广，品种多，影响极大。我国在很久以前就出现了很完善的炼铜炉，随着技术的发展，炼铜炉发展迅速。而发展到现在，据不完全统计，全国12个行业县以上企业，工业炉装备11万台以上，机械行业占7.5万台（占炉窑总数66%）。工业炉中燃料炉约6万台，占炉窑总数55%以上，电炉绝5万台。也就是说大部分地区都在使用工业炉，而燃烧炉又是工业炉中使用最多的，所以对于工业炉发展对于我国的工业发展有着很重要的作用。

3.关于炉内燃烧控制技术的运用

对于燃烧控制技术是当前步进炉发展的核心技术之一，而当前控制技术已逐渐由原来的手动控制转换为自动控制，而当前加热炉选用的自控方式主要有空燃比例连续控制系统以及双交叉限幅控制系统。

3.1空比例连续控制系统

该系统主要由烧嘴、燃烧控制器、空气/燃气比例阀、空气/燃气电动蝶阀、空气/燃气流量计、热电偶、气体分析装置、PLC等组成。工作原理是由热电偶或气体分析装置检测出来的数据传送到PLC，由此得到的偏差值按比例积分、微分运算分别对空气/燃气比例阀和空气/燃气电动蝶阀的开度进行调节，可以达到控制空气/燃气比例和炉内温度之目的。

3.2双交叉限幅控制系统

该系统主要由烧嘴、燃烧控制器、空气/燃气流量阀、空气/燃气流量计、热电偶等组成。工作原理是：通过一个温度传感器热电偶把测量的温度变成一个电信号，该信号表示测量点的实际温度。

4.仿真锅炉风机翼型叶片

对于锅炉的叶轮机械内部，流场复杂，有着非定长特征，所以在实验检测方面就会有很大的困难，而目前没有完善的流体力学理论解释诸如流动分离、失速和喘振等流动现象，需要流动实验和数值模拟了解机械内部流动本质。

5.热能工程技术在能源方面发展

5.1在能源方面出现的问题

对于当今世界，各个国家都很重视能源的问题，而能源动力工业又是我国国民经济与国防建设的重要基础和支柱产业，所以在国家各方面的发展上起到了很重要的作用。对于风机，是一种能源利用中产生的机械，它本身装有多个叶片，通过轴旋转推动气流，这种风机主要广泛应用在发电厂、锅炉和工业路遥的通风和引风，对矿井、隧道、冷却塔、车辆、船舶和很多大型的建筑物实现内部通风，同时实现排尘和进行冷却。对于在一些发电站里，随着机组的发展，电站需要向更安全、更可靠地方向发展才行，所以电站对风机也提出了更高的要求，解决掉一些安全问题，像锅炉经常出现烧坏电机、窜轴、叶轮飞车等事故，这种事故严重危害到设备的使用以及工作人员的生命安全，同时在经济方面也有大量的损失。

5.2在能源方面的发展前景

能源是人类社会赖以生存和经济可持续发展的重要物质基础，所以怎样让能源更合理的开发和使用就会很大程度上推进世界经济和人类社会的发展，而我国经济发展同样离不开能源，当前我国在能源发展方面主要以“新能源、核能、只能电网、常规能源、节能减排”为主要发展方向，而热能与动力工程专业正是符合国家的能源战略发展方向，通过结合很多门专业课程的学习，来培养能适应国家能源领域快速发展要求的高级研究应用型人才。

6.结语

本研究主要根据我国热能动力工程在锅炉方面的应用和发展做了一些研究，在锅炉的燃烧控制方面，在燃烧方式、风机的旋转问题以及资源利用率方面做出了一系列的分析和阐述，总结出热能动力工程无论在锅炉的发展或是其他方面都起着很重要的作用，通过结合和利用一些理论知识能够转换成实际的应用，将更利于热能动力工程的发展。

参考文献

流体力学与热工学基础篇7

关键词：传热学；多媒体教学；启发式教学

中图分类号：G642.0?????文献标识码：A?????文章编号：1007-0079（2012）19-0038-01

教学改革是高等学校本科教学中一项重要的工作，对于提高教学水平和教学质量具有深远的意义。“传热学”是能源机械类及其相关专业的专业基础课，是一门理论性强、基础性强、应用性强的课程。[1，2]开展“传热学”课程教学改革，对提高专业型人才培养质量有着重要的意义。[3，4]

“传热学”课程是上海电力学院（以下简称“我校”）为热能与动力工程专业以及其他相关专业开设的重要的专业基础课，主要面向本科教育。课程的教学目标是培养学生运用传热学的基本理论和研究方法进行分析、解决实际工程中热量传递问题的能力，为学生学习后续课程和以后从事热能的合理利用、热工设备效能的提高及换热器的设计等方面的工作打下必要的基础。该课程的教学质量对本专业学生专业素质的提高有着重要的影响。但是，“传热学”课程组成员在近几年的教学过程中发现，教学方法死板、教学手段陈旧等问题往往会导致学生听课兴趣不高，在一定程度上影响了课程的教学质量。为此，课程组针对在教学中发现的问题，进行教学方法、教学手段的改革，激发了学生的学习兴趣，提高了教学质量。

一、“传热学”课程教学中存在的一些问题

“传热学”是一门理论性强、基础性强、应用性强的课程，学生反映学习难度较大，具体表现在：学生对本课程的学习和理解感觉比较困难；课堂内容学完后，学生很难将知识贯通使用。与此同时，教师在教学中也体会到存在的一些问题。一是学生对先修课程（如高等数学、流体力学等）的知识有所忘记，而“传热学”是一门承上启下的专业基础课，对先修基础课程的要求较高，因此导致学生学习起来就有些吃力；二是传统的教学方法较为死板，教师讲，学生听，“一言堂”式的上课模式让学生觉得上课枯燥无味，学生上课兴致不高；三是教学手段落后，教师难以在黑板上表达工程中复杂的传热问题，单凭“粉笔+黑板”和教师的口述，学生很难想象和理解复杂的传热关系。

二、教学改革的思考与实践

上述问题的存在促使课程组不断思考，寻求解决问题的方法。经过思考、讨论以及教学中的实际实践，在以下几方面进行了教学改革的尝试。

1.脱节知识的弥补

在长期的教学实践中，课程组体会“传热学”是一门专业基础课，在基础课、专业基础课、专业课整个课程体系中处于承前启后的地位，教学中应该注重该课程与前、后课程的关系，注意弥补学生知识的脱节。尽管课程中涉及的高等数学、流体力学等知识已经学过，但是多数同学已有所忘记，因此在教学中有必要进行适当的复习，唤起学生对这部分知识的深层记忆。同时，在教学中还要注意加强基础理论与工程实践结合，适时地引出传热学知识在锅炉、空调、制冷、通风等专业方向中的用途和重要性，激发学生的学习兴趣。

2.启发式教学方法的使用

尽管“传热学”课程还是以课堂讲授的教学方式为主，但要避免“填鸭式”的讲授方式。课程组对课堂教学方法进行了研讨和交流，为了提高学生的听课兴趣，对任课老师提出了以启发式讲授为主的建议。“启发式”教学方法在教学过程中要做到以下几个注重：

（1）注重按照先易后难、循序渐进的原则展开。譬如：先将传热过程与电路相类比，由热流=驱动力/热阻，引出导热热阻、对流换热热阻以及辐射换热空间热阻和表面热阻的概念，使学生一下子掌握了传热的计算。

（2）注重教思路，教方法。课堂教学中对于教学内容中理论、定律、公式不是简单地列出，满足于讲授某些具体的内容，而是在理论、定律、公式的引出、物理意义及应用的整个过程中启发学生思考，锻炼学生的思维能力，学会举一反三、活学活用。

（3）注重引导学生围绕课程内容，提出传热问题。如：身边的哪些物理现象属于传热现象？本专业领域哪些地方用到传热学的知识？是如何应用的？哪些学科领域涉及传热的强化、削弱问题？哪些学科领域涉及对温度场的控制？如何解决？

3.多媒体教学手段的引入

“传热学”是一门重要的专业基础课，基本概念和基础理论部分内容较多，涉及的公式、图表和复杂的传热现象也比较多，传统的“黑板板书”的教学手段对教学信息的处理和呈现都比较单一，造成学生对于传热学内容的理解和掌握有一定的难度。随着计算机辅助教学技术的发展，课程组觉得将具有生动性、直观性和简明性等特点的多媒体教学手段引入课堂能够使教学更加生动，诸如烦琐的公式推导、难以描述的传热问题等教学问题通过多媒体手段的展现可以得到较好地解决。为此，课程组以教材为蓝本进行了多媒体电子课件的制作。制作完成的电子课件具有以下特点：教学内容详尽，对需要学生重点理解的内容，增加公式推导的细节和步骤，并辅助图片说明，有利于学生对内容的深入理解；图片穿插于电子课件中，加强学生对传热现象的感性认识；电子课件显示具有节奏感，教师讲到哪里，内容显示到哪里，有利于学生紧跟教师的讲课思路；文字的字体大小适中，使每位学生都能清晰地观看屏幕内容；画面整体布局合理，整齐有序，避免分散学生注意力。制作完成的多媒体电子课件已供任课老师引入到课堂教学中，并且已上传至教学网页上供学生课后参考使用。

流体力学与热工学基础篇8

关键词：传热学；建筑环境与能源应用工程；兴趣；教学方法

面对社会对人才培养的需求，2012年普通高等学校本科专业目录将建筑环境与设备工程专业、建筑智能设施（部分）、建筑节能技术与工程三个专业合并，调整为建筑环境与能源应用工程专业。建筑环境与能源应用工程专业是工学土木类4个本科专业之一，专业范围扩展为建筑环境控制、城市燃气应用、建筑节能、建筑设施智能技术等领域。

传热学是一门研究热量传递过程规律的科学，在整个专业课程链体系中起到承上启下的作用，是以后专业课程学习的理论基石。在本校建筑环境与能源应用工程专业本科教学计划中，传热学属于专业重点课程，安排在大三上学期。通过传热学课程的学习，学生可以系统掌握传热学的基本理论、基础知识、发展方向及其交叉学科的热点技术，为后续专业课程学习打下良好基础。传热学运用了较多的抽象思维解决工程应用领域中的实际换热问题，存在概念多、公式多、重点散、理解难等问题。课程中包含许多用数学语言推导热物理规律的内容，要求学生具有较为扎实的高等数学和大学物理基础。学生普遍反映传热学学习较为困难，尤其是数学推导复杂难懂。在教学过程中通过实例教学、激发学生的学习兴趣解决传热学课程中的难点，可以取得了较好的教学成果。

一、改进教学环节

1.增强课程的趣味性。避免学生对大篇幅的理论教学内容产生厌倦，在相应章节增加了一些与实际生活联系紧密的例题，集中学生的注意力，活跃课堂氛围，从而激发学生的学习兴趣。如学习半无限大物体导热时，引入例题：俗话说“冰冻三尺，非一日之寒”，试计算冬天冰冻三尺需几日之寒；在学习自然对流换热时，引入例题：把人体简化成等温竖圆柱体，计算人体静止于空气中时的自然对流换热量。这让学生感觉耳目一新，大大提高了学生的注意力集中度，使学生能理论结合实践，在平时生活中能用所学知识去解决问题。

2.与本专业知识的结合。传热学是本专业基础课，对后续专业课程，如热质交换原理与设备、空调工程、供热工程、制冷技术、建筑环境学、流体输配管网等课程联系紧密。在传热学教学过程中，应概述其基本理论在其他专业课中的应用，并结合相关专业工程实例掌握传热学的基本理论，帮助学生正确理解传热学在专业课学习中的重要性。

3.明确学习目的。如在“多层平壁导热”一节中，以外墙外保温系统传热系数计算及优化为例题，引出我国《公共建筑节能设计标准》中对建筑物外墙、屋面的传热系数的要求；介绍“单相流体的管内受迫对流换热”内容时，举例流体输配管网中承载负荷的冷、热流体（水、空气）在管道中流动。这样使本课程的理论成为工程上的工具箱，而非悬在半空的空中楼阁。

二、在教学形式上应力求多样化

教学方法是达到良好教学效果的一个重要手段，只有改进教学方法，采用新的教学手段，才能在有限的时间内将最有用的信息提供给学生，从而提高教学效率。教学形式应多样化，逐步增加讨论课和教师指导下的自学课；在每一章节末增加了本章内容的应用部分，举例更为接近工程实际，需要学生应用更多知识进行综合分析。在教学中适当辅以多媒体课件有利于将较为抽象的物理本质和基本原理形象化，便于学生理解。如在在介绍管壳式换热器、板式换热器中，加入各种换热器运行状态的动态图，使学生对换热器运行时冷热流体的流动状况有更加直观的理解。

三、课程安排与其他专业课成相呼应

本校传热学使用的教材是由章熙民等编著的建工版《传热学》，过往的课程安排中，第三章非稳态导热，尤其是半无限大物体导热、周期性非稳态导热等内容的课时安排较少，对学生的要求也仅停留在了解其导热特点上，而这部分内容恰恰是空调工程中空调负荷与得热这一重要知识点的基础，如果该部分教师的讲解比较简略，会直接影响学生在后续课程中的学习。此外，第七章凝结与沸腾部分，内容较多，实际上该部分内容在热能专业中是非常重要的，而在本专业中，应用较少，因此在课时安排上，增加非稳态导热的学时，同时适当减少凝结与沸腾的学时。

本文介绍了上海理工大学建筑环境与设备工程专业在传热学课程教学方面的教学体会。笔者认为应尽力激发学生学习的内在动力，感性认识和理性认识相结合，在课堂上多举生产和生活中的实例，使学生能举一反三，训练学生解决实际工程问题的能力。

参考文献：

[1]高等学校建筑环境与设备工程学科专业指导委员会.高等学校建筑环境与能源应用工程本科指导性专业规范[M].北京：中国建筑工业出版社，2013.

[2]章熙民，任泽霈，梅飞鸣.传热学（第5版）[M].北京：中国建筑工业出版社，2007.

流体力学与热工学基础篇9

化工原理属于化工技术基础课程,该课程的内容是利用某些自然科学的原理,如数学、物理和化学,研究化学工程中通用的基本规律,研究分析各种化工单元操作的基本原理和典型化工设备的结构原理,给出工艺过程设计和设备设计的计算方法。这门课在化工类专业的教学计划中起到承前启后、由理及工的“桥梁”作用,是从自然科学领域的基础课向工程科学的专业课过渡的入门课程。化工原理课程研究化工过程中的原理及规律时,研究者多采用建立“模型”的研究方法。正确地建立所研究问题或对象的模型是描述问题和解决问题的关键。学者们认为在该课程的教学中强化建立模型的概念和重要性,对于培养学生利用基础科学理论研究工程问题的能力,养成工程思想方法有着重要的意义。

一、化工原理教学内容性质特点

从理论知识体系来看,先行的数学、物理和化学等课程主要是揭示自然界中的普遍规律,属于自然科学的范畴。而化工原理课程中所研究的问题是在化工过程设备中工艺物流内或物流之间所发生的多因素、多变量的物理过程,因此,分析和处理问题的方法也就与理科课程有较大的差异。动量传递、热量传递及质量传递等三种理论是贯穿于各单元操作的一条主线,是研究各种化工单元操作的理论基础。研究各单元操作中的动量、热量及质量传递现象,剖析认识其微观过程规律,对于所研究的微观过程进行“模型化”描述是非常有益的方法。化工过程中的某些物理体系,其影响因素比较少或者便于进行恰当地简化,可以直接引用已有的基础理论进行分析描述。而某些工程问题是多因素、多变量的综合性问题,力求准确地形象地“模型化”表征问题,探求合理的研究方法,是这门工程学科发展的核心。

二、化工原理教学中典型的建立“模型”的研究方法

1、流体静力学方程式的导出在化工原理中,流体流动是最常用和最重要的化工单元操作。为了研究流体流动过程中的规律,在工程上最关注流体能量的转换规律,而流体能量恰好通过流体流动参数如流速u、静压强p及相对于某一水平基准面的位高z等进行反映。首先从研究处于特殊状态的流体———静止流体入手,因为从力学的角度来考虑,静止流体恰是处于受力平衡的状态,处于一种特殊的运动形态。根据牛顿第二定律,力、运动位移和功(机械能)存在着内在的联系。机械能有三种基本形式,即位能(势能)、静压能和动能。对于静止的流体不会涉及到动能。能量守恒这是自然界中的基本规律,在静止的流体中是如何反映这一规律的呢?必须面对静止的流体这一物理体系,恰当地建立一模型作为分析描述的对象。从静止的流体(设流体为不可压缩性流体,其的密度为ρ)中任意取出一立方体形状的流体微元,其三个边长分别为dx、dy、dz,将其放置于空间三维直角坐标系中,并且dx边、dy边及dz边分别平行于x轴、y轴及z轴。该流体微元的中心点坐标为(x,y,z),该中心点流体的静压强为p。如图1所示。显然对于该流体微元在x轴、y轴z及轴上的受力分析是相似的。就以z轴方向上的分析为例。流体所受到的力分为表面力和体积力。从牛顿粘性定律来考虑,在平行于z轴的4个侧面上均不存在着剪切力,因为静止的流体微元与相邻的流体之间没有相对运动。上截面abcd上存在的静压力（式略）该式表明作用于单位质量静止流体在z轴方向上的力等于零。同理,设作用于单位流体质量上的体积力分别在x轴、y轴上的分量分别为X、Y,通过同样的分析可以得出作用于单位质量静止流体分别在轴、轴上的力的表达式为（式略）尽管在各方向上的力均等于零,但是,也要强调力的方向性,而一旦根据力×位移=功(机械能)的概念,将力转换成为功(机械能),则转变成了无方向性的标量。作如下的处理,分别在x轴、y轴及z轴方向上,设在力的作用下发生位移分别为dx、dy及dz将所得到的功(机械能)加和起来,得到下式（式略）静止流体微元受力模型的建立,也为研究定常态流动流体的基本规律奠定了基础。首先研究理想流体(粘度μ=0)定常态流动,这样,可暂时避免考虑在运动方向上流体层与层之间的剪切力,使得对于定常态流动着的流体微元受力分析结果的表示式仍然与静止流体微元的相同,但是,因为是运动着的流体,在运动方向上的力、加速度的关系则仍然根据牛顿第二定律来定。例如,在z轴方向上,可写出（式略）2、通过圆筒壁定常态热传导速率表达式的导出化工管道和多种化工设备的形状都是圆筒形的,很多化工过程需要涉及通过这种圆筒壁传热的问题。为了利用傅立叶一维热传导定律来描述通过圆筒壁热传导速率的问题,需要建立合适的模型,并且考虑采用相适宜的坐标系。根据发生传热的实际情况,热量沿着圆筒壁的厚度方向,从壁的一侧传到另一侧。在整个圆周横截面上是完全相同的情形,在圆筒壁的长度方向上几乎不存在温度的差异,故一般视为均匀一致。因此,建立“圆筒壁”模型,将其巧妙地放置于柱坐标系中(如图2所示),圆筒的中心轴与Z轴相重合。假设圆筒内有稳定的热源,保持内壁温度为t1,圆筒壁外环境条件保持稳定,外壁温度为t2。圆筒壁材料在平均温度下的热导率为λ。热量仅沿着壁的厚度方向,即圆筒壁半径r方向发生传递,传热面为圆筒壁面,即2πrl,半径r方向即为传热面的法线方向。因此,在所建立的这样的模型中,热传导仍然为定常态一维的问题。选取了柱坐标以及恰当的圆筒壁模型摆放方式这是关键。在这种定常态温度场热传导的过程中,传热面积是随着半径的变化而变化的,所以,热流密度q值在这样的温度场中是变化的,但是在总传热面积上的传热速率Q为一不变的值,即Q既不随时间变化,又不随半径变化。写出表达式为（式略）3、气体吸收模型和传质速率的研究在研究气体吸收传质速率之前,首先要明确传质发生的机理。研究者普遍认为,流体的分子扩散和质点对流是引起传质的根本原因。膜理论是研究分子扩散传质的最直观的简化模型。膜理论认为,如果气相和液相的流动状况保持稳定,则传质过程能够保持为某一定常态。膜理论假定在气液相界面的两侧,分别存在着一层静止(近似静止)的气膜和液膜。在膜内存在着溶质组分在传质方向上(如图3所示z向)的分子扩散和主体流动。考虑单位时间内、穿过单位膜面积的溶质组分A的量NA(kmol/s.m2),其由两部分组成,一是分子扩散,由费克定律来描述（式略）4、流体穿过颗粒层压降(机械能损失)的研究在固定床反应器、过滤等操作中遇到这种问题。流体在通过固体颗粒床层所形成的弯曲交错的网状结构通道的过程中产生机械能损失,对于这样的流动直接进行如实的数学描述几乎是不可能的。根据流体力学的理论,某流体穿过某种颗粒床层时,有两个关键的因素决定着流体的机械能损失:(1)流体在网状结构通道中流过时对于流体产生粘滞力的颗粒的所有表面积;(2)流体在网状结构通道中的实际流速。借鉴相关问题的研究成果,建立合理简化的物理模型(如图4所示)。研究流体流动机械能损失的问题,自然容易联想到流体流过直管时的机械能损失问题。设法建立合理简化的物理模型,诚然,必须保持要保持简化的物理模型与原型中在产生流体的机械能损失这个问题上要具有等效性。为了确保简化的物理模型与原模型的等效性,就要保持影响流体机械能损失的两个关键因素不变。将厚度为L的固定床中的所有不规则通道,简化成为Le长度为的一组平行细管,并规定:(1)所有细管的内表面积等于床层颗粒的全部有效表面积;(2)所有细管中供流体流动的全部空间等于颗粒床层的空隙容积。采用已有的理论,描述简化的物理模型的机械能损失(即原模型的机械能损失)。根据流体力学,并联管路的机械能损失等于其中某一支路的机械能损失,所以,只描述简化模型中任意一根细管的机械能损失即可。根据直管机械能损失的表达式可以写出物理模型的机械能损失(压降)（式略）

流体力学与热工学基础篇10

一、《热工技术与应用》课程的特点

城市热能应用技术专业是我院的主干专业，《热工技术与应用》课程是本专业的一门主要专业基础课，在东北地区主要研究制热方向。一方面，它为学生今后学习专业课，如《锅炉原理》、《热工仪表与自动控制》等提供必要的基础理论知识和热工分析与热工计算能力，另一方面，通过实验、测试技能等综合训练，提高学生运用理论分析和解决工程实际问题的能力。但是该课理论性强、概念抽象、公式繁多，是学生公认的较难的课程。尤其对于城市热能应用技术专业（高职层次）教学来讲，由于学生高等数学基础薄弱，很多学不好本课程的学生，主要问题是出现在数学基础上。加上学时（56学时）有限，让初次接触该课的学生难以入门，从而产生畏惧心理。如何使《热工技术与应用》课程化难为易、化繁为简、化抽象为具体，以提高教学效果，在这里做初步研究。

二、课程改革的内容

1.教学内容的改革。本课程主要是研究热功转换及热传递规律的基本原理、概念，以及在热能工程问题上的应用。针对本课程概念多、公式多和线图多、理论性和应用性较强这些特点，在组织教学内容时努力做到：①重视基本概念和理论，精简公式推导，让学生理解基本概念和定理的实质，不必过分强调公式如何推导。②强化实际工程应用，将大量实际热力工程知识引入教学，列举大量工程实例，使学生能用热工知识分析和专业相关的实际问题，突出热工知识在城市热能应用技术专业中的应用，有助于培养学生对知识的理解和分析问题、解决问题的能力。③运用图表分析，紧密联系实际。图表分析是热工课中很重要的一部分内容，无论是工程热力学中的过程、循环、热量与功量分析，还是传热学中的换热分析计算，都以图表分析为基本工具。

2.教学方法和教学手段的改革。教学方法和教学手段的改革目的就是要提高课程教学内容的形象性、生动性和通俗易懂性，提高教与学的效率，提高教学质量。根据本课程的性质和内容，选择切实可行的教学方法，如头脑风暴法、分组讨论法、案例分析法和现场教学法等。充分利用现代化教学手段，制作了实用的多媒体课件；借助计算机多媒体演示，使抽象的概念具体化，复杂的问题简单化，繁琐的内容精炼化，实际问题形象化。①头脑风暴法。在教学过程中，针对基本概念和基本理论内容的讲解，应多引用学生身边的例子、工程应用的实例。教师引出问题，有意识地启发学生思考，让他们积极踊跃回答问题，提出自己的见解和方案。最后老师总结，选取最佳方案。这样既加深了学生对概念的理解，又充分调动了学习的积极性、主动性和创造性，并且提升了学生的工程意识和分析问题、解决问题的能力。比如在讲解圆筒壁导热章节时，向学生提出问题：为什么保温饭盒具有保温性能，并设计几种提高保温性能的方案。引导学生积极思考，最后再引申到工程实际-供热管道保温问题上来。②案例分析法。在《热工技术与应用》的教学过程中，应始终把握理论教学联系实际案例的教学思想，突出热工理论和专业相结合的重要性，让学生体会到本课程是与专业密切相关的，进一步增强学生的学习兴趣。比如讲解热力过程与循环时，联系到热力设备是如何制热的。讲解水蒸气饱和压力与饱和温度对应关系时，联系到锅炉热力设备额定工作压力与温度的调解关系。在讲到传热学稳态导热部分时，提出冬天怎样穿衣服会更温暖等问题。学生往往会反应热烈，感到热工学就在自己身边，热工理论并不是高深莫测的，从而消除了畏惧心理，提高了学习兴趣。然后再从身边的问题引申到工程实例，比如锅炉等动力设备的工作原理、热工计量测试仪器仪表的设计开发等，由浅入深，使学生由被动学习变为主动学习，充分提高的了学习效果。③现场教学法。利用实验实训室、实训基地、校企合作单位等途径，组织学生现场教学，帮助学生更好地理解、巩固所学的理论知识，也可以学到更多课堂上学不到的知识，同时加强了学生实践技能的培养。在实际授课过程中，由于我们学院地处哈尔滨，冬天特别寒冷。学院有自己的供暖锅炉房，夏天正值锅炉维修期间，我们可以带领学生到锅炉房现场讲解锅炉炉墙的组成结构。冬天是锅炉运行的季节，我们可以带领学生到现场体会锅炉炉墙的保温效果，并可以参与锅炉的热工测试全过程。不但提高了教学效果，还培养了学生的职业能力。

3.考试改革。在以往的教学过程中，对学生学习效果的评价，无论考试课还是考查课，主要是通过课程考试来实现，存在评价目标单一、评价内容片面、评价方法简单化的缺陷。所以，应该在评价标准方面做改进，督促学生学习。为了体现学生是否对所学知识真正掌握和使用，克服学生为了考试而学习的弊端，使学生走出死记硬背的学习习惯，应探讨灵活多变的考核形式，发挥学生的学习潜能。通过多种考核方式，来评定学生的成绩，有助于督促学生对基础知识的掌握与巩固，以及分析问题解决问题的能力和实际动手操作的能力。

我院是骨干高职院校，城市热能应用技术专业的人才培养模式不同于其他院校，我院的特色和优势是更加强调对学生实践应用能力的培养，注重对学生应用开发、研究、科学咨询和技术转换能力的训练。因此《热工技术与应用》课程作为城市热能应用技术专业的主要专业基础课程，通过课程改革，更加注重行业化的专业方向、应用化的课程教学方法的实施，达到工程热力学和传热学在课程设置上条理清晰，内容关联性强；充分发挥教师备课的创造性，有效避免照本宣科；更能适应行业就业特点和社会经济的发展需求，更能激发学生学习的兴趣，有利于培养学生独立思考问题的能力。

参考文献：

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