高等傳熱學(xué)學(xué)習(xí)體會(huì)及案例庫(kù)課堂教學(xué)

毛前軍

[摘 要] 高等傳熱學(xué)作為建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程、能源與動(dòng)力工程、制冷技術(shù)等相關(guān)專業(yè)研究生的一門重要課程，其課堂教學(xué)質(zhì)量直接影響研究生培養(yǎng)質(zhì)量與后續(xù)科學(xué)研究?；诙嗄甑慕虒W(xué)經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合新工科建設(shè)的需求與行業(yè)發(fā)展的變化，通過課程教學(xué)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查學(xué)生學(xué)習(xí)體會(huì)，探討高等傳熱學(xué)案例庫(kù)模式課堂教學(xué)，為不同專業(yè)該門課程的教學(xué)提供借鑒和參考。

[關(guān)鍵詞] 高等傳熱學(xué);課程教學(xué);提問式教學(xué);案例庫(kù)

[中圖分類號(hào)] G642? ? [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A? ? [文章編號(hào)] 1674-9324（2020）41-0285-02? ? [收稿日期] 2020-03-30

一、前言

高等傳熱學(xué)是基礎(chǔ)學(xué)科的一門重要課程，不僅在交通、建筑、能源、冶金等行業(yè)廣泛應(yīng)用，對(duì)于基礎(chǔ)學(xué)科的也有一定的促進(jìn)作用。高等傳熱學(xué)是本科傳熱學(xué)課程的提升與延續(xù)，其主要內(nèi)容也是熱傳導(dǎo)、熱對(duì)流、熱輻射。高等傳熱學(xué)涉及專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)（傳熱學(xué)、工程熱力學(xué)以及流體力學(xué)等），也涉及計(jì)算機(jī)、物理方程等學(xué)科的應(yīng)用;因此，如何學(xué)習(xí)高等傳熱學(xué)尤為重要，其中提高高等傳熱學(xué)的授課質(zhì)量是重中之重。

高等傳熱學(xué)的教學(xué)改革一直是本領(lǐng)域眾多學(xué)者的研究熱點(diǎn)之一。黃光勤[1]等指出，可利用四種案例式教學(xué)法形成“案例鏈”進(jìn)行傳熱學(xué)教學(xué)，結(jié)合工程實(shí)例增加課程的趣味性。張輝[2]等通過具體教學(xué)案例對(duì)高等傳熱學(xué)課程的教學(xué)進(jìn)行全新定位以及大膽嘗試，以研究方法為主導(dǎo)思想，最終達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生能力的目的。張莉[3]等對(duì)案例教學(xué)在傳熱學(xué)中的實(shí)踐過程進(jìn)行多方面闡述，結(jié)合教學(xué)效果對(duì)此教學(xué)方法表示了肯定。王學(xué)仁[4]結(jié)合自身教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)高等傳熱學(xué)課程中的案例式教學(xué)的案例準(zhǔn)備與課堂授課兩方面進(jìn)行深入剖析。王富強(qiáng)[5]結(jié)合傳熱學(xué)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的開展進(jìn)度，對(duì)課程建設(shè)的具體步驟與后期建設(shè)目標(biāo)提出了一些思考。李俊梅[6]立足于高校暖通專業(yè)高等傳熱學(xué)的教學(xué)現(xiàn)狀，提出高等傳熱學(xué)應(yīng)該講什么、如何講的相關(guān)思考，認(rèn)為教學(xué)中應(yīng)該注重學(xué)生分析與解決問題的能力。邱林[7]從教育學(xué)原理出發(fā)，對(duì)開放互動(dòng)式教學(xué)模式的意義與作用、設(shè)計(jì)與應(yīng)用以及實(shí)踐效果進(jìn)行深入探討，通過實(shí)踐證明此教學(xué)方法具有可操作性。朱群志[8]結(jié)合高等傳熱學(xué)課程的教學(xué)改革，對(duì)教學(xué)改革的指導(dǎo)思想以及方式內(nèi)容進(jìn)行細(xì)致分析，經(jīng)過作者兩年實(shí)踐與嘗試，教學(xué)改革初見成效。

從上述文獻(xiàn)的研究看來，盡管目前關(guān)于高等傳熱學(xué)的一些教學(xué)方案、教學(xué)模式、教學(xué)改革取得了豐碩成果，但是由于目前國(guó)內(nèi)尚未統(tǒng)一的教學(xué)大綱、教材等，在實(shí)際的教學(xué)過程中仁者見仁智者見智。本文結(jié)合作者的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，基于專業(yè)背景和行業(yè)特色，提出高等傳熱學(xué)課程教學(xué)中的案例庫(kù)教學(xué)法并進(jìn)行相關(guān)探討，研究思想和結(jié)論供同行參考。

二、高等傳熱學(xué)課程教學(xué)的研究生學(xué)習(xí)體會(huì)

高等傳熱學(xué)主要包括熱傳導(dǎo)、對(duì)流換熱和輻射換熱三部分，系統(tǒng)介紹了傳熱問題的基本原理、數(shù)學(xué)模型以及各種分析求解方法，強(qiáng)調(diào)物理概念與換熱機(jī)理，突出分析問題、解決問題的思路與方法。

學(xué)習(xí)體會(huì)1：高等傳熱學(xué)相對(duì)于本科學(xué)習(xí)中的傳熱學(xué)來說，更加偏向于數(shù)學(xué)理論以及解析，公式繁雜并且冗長(zhǎng)，在學(xué)習(xí)過程中需要有傳熱學(xué)理論支撐以及高等數(shù)學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)。在本科傳熱學(xué)學(xué)習(xí)過程中，對(duì)于公式的理解僅僅停留在計(jì)算運(yùn)用的層面，沒有進(jìn)行具體推導(dǎo)與演繹。雖然傳統(tǒng)的解析方法已經(jīng)逐漸被計(jì)算傳熱學(xué)所替代，但是在學(xué)習(xí)的過程中，我們?nèi)匀恍枰犯菰?，盡管計(jì)算機(jī)的解法使得結(jié)果的獲得更加容易，但是會(huì)使我們忽略對(duì)于過程的理解。

學(xué)習(xí)體會(huì)2：在大學(xué)學(xué)習(xí)期間曾學(xué)習(xí)過傳熱學(xué)，我們主要學(xué)習(xí)了不同傳熱方式的計(jì)算方法與結(jié)論，可以直接與相應(yīng)工程結(jié)合進(jìn)行計(jì)算，解決實(shí)際問題。而研究生期間學(xué)習(xí)的高等傳熱學(xué)則偏重于利用高等數(shù)學(xué)方法研究傳熱問題，比如，高等傳熱學(xué)對(duì)于熱傳導(dǎo)講了很多解析解的求解方法;對(duì)于對(duì)流，高等傳熱學(xué)對(duì)一些能取得近似解或者數(shù)值解的問題進(jìn)行了詳細(xì)描述，湍流換熱也一樣;而輻射換熱是就物體自身和傳輸介質(zhì)本身之間建立能量與空間關(guān)系函數(shù)進(jìn)行推導(dǎo)研究。當(dāng)然，學(xué)習(xí)高等傳熱學(xué)不僅學(xué)到了傳熱方面的內(nèi)容，更了解了研究客觀規(guī)律的基本方法，清楚地知道科學(xué)研究需要有強(qiáng)大的數(shù)學(xué)能力作為基礎(chǔ)，對(duì)于相關(guān)領(lǐng)域內(nèi)的商業(yè)軟件的學(xué)習(xí)也很重要，受益匪淺。

三、高等傳熱學(xué)案例庫(kù)課程教學(xué)范例

案例1：在寒冷的北方地區(qū)建房，越來越多的人開始采用多孔的空心磚替代傳統(tǒng)的實(shí)心磚，如何從傳熱學(xué)的角度去分析空心磚相對(duì)于實(shí)心磚的優(yōu)勢(shì)（建筑領(lǐng)域的應(yīng)用）。

案例分析：從傳熱的方式去分析。傳熱的方式有熱傳導(dǎo)、熱對(duì)流和熱輻射。對(duì)空心磚和實(shí)心磚，其內(nèi)外表面的傳熱方式均為對(duì)流換熱，故差別不大，但二者內(nèi)部結(jié)構(gòu)差異很明顯，空心磚內(nèi)部為中空，里面充滿空氣，這些空氣在不流動(dòng)時(shí)，熱量只能通過導(dǎo)熱的方式進(jìn)行傳遞。而空氣僅進(jìn)行導(dǎo)熱時(shí)，相對(duì)于實(shí)心磚是一種很好的絕熱材料。因此，采用空心磚替代實(shí)心磚可以有效降低熱量的散失，大大提高房間的保溫效果。

案例2：冰箱在使用一段時(shí)間后，內(nèi)表面就會(huì)結(jié)一層冰霜，這時(shí)候必須及時(shí)處理，否則會(huì)增加冰箱的耗電量，如何解釋這個(gè)現(xiàn)象（生活中的應(yīng)用）。

案例分析：在未結(jié)霜之前，冰箱制冷的過程中只是制冷劑與空氣之間的熱傳遞。結(jié)霜之后，相當(dāng)于在冷流體與冰箱內(nèi)空氣的傳熱過程中串聯(lián)增加了一個(gè)熱阻，使得整個(gè)制冷過程的總熱阻增大。為達(dá)到原先的制冷效果，制冷劑的蒸發(fā)溫度必然要降低，為實(shí)現(xiàn)這一目的，只能增加壓縮機(jī)的功耗，從而導(dǎo)致冰箱的耗電量的增加。因此，在使用冰箱一定時(shí)間后，必須要及時(shí)清理冰箱內(nèi)的冰霜。

四、結(jié)論

高等傳熱學(xué)是研究熱量傳遞及其規(guī)律的一門學(xué)科，它的許多理論在生活中被廣泛應(yīng)用，是一門重要的基礎(chǔ)學(xué)科。但是經(jīng)過近一個(gè)世紀(jì)的發(fā)展，它所涉及的理論、公式、概念較多，不易被學(xué)生所掌握。采用案例教學(xué)法的方法教授學(xué)生傳熱學(xué)，不僅可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，加深對(duì)相關(guān)知識(shí)的理解，也有利于鍛煉學(xué)生對(duì)問題的思考能力和分析能力，將所學(xué)的知識(shí)運(yùn)用到生產(chǎn)生活中，提升所學(xué)知識(shí)的實(shí)用性。

參考文獻(xiàn)

[1]黃光勤，楊小鳳，戴通涌.“案例鏈”教學(xué)方法——以《傳熱學(xué)》為例[J].教育現(xiàn)代化，2017，v.4（50）：160-162.

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[6]李俊梅，李炎鋒，畢月虹.關(guān)于暖通專業(yè)“高等傳熱學(xué)”教學(xué)的幾點(diǎn)思考[C].土木建筑教育改革理論與實(shí)踐（第12卷），2010.

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