時間:2023-03-17 18:07:02
序論:在您撰寫傳熱學論文時,參考他人的優秀作品可以開闊視野,小編為您整理的7篇范文,希望這些建議能夠激發您的創作熱情,引導您走向新的創作高度。
中國傳統藝術的回歸與國家政策的支持及國人的主動挖掘直接關聯。目前,我國傳統藝術的“疑似主流”趨勢是值得人們慶賀的。但是,我們仍應看到的是:中國傳統藝術的回歸現狀是片面、不完全的,其存在時長無法預測估計。中國傳統藝術并沒有在真正意義上得到傳承發展。中國傳統藝術如果想要將自身曾經失落的地位重新尋回,其所面臨的阻礙重重。
二、啟發大學生對傳統藝術熱愛的意義
舞蹈《婺魁》由于其自身以婺劇為根基的基本特色,在其表演過程中能夠有效激發大學生對于傳統戲劇藝術的熱愛,加強戲劇教育,并提升自我的審美能力。積極樹立起一個科學正確的審美觀,培養加強其鑒賞美的能力。戲劇教育作為高度綜合多種藝術形式的教育門類,在豐富大學生審美體系上具有重要意義。采用戲劇教育影響大學生群體,可以使他們交替地從音樂、舞蹈、表演等藝術形式中接受美的啟迪。另外還能夠促使大學生將自身的審美體系進一步的完善建立,使其接受更多方向、層次的審美融合及塑造。有了一個豐富科學的審美體系作為基礎前提,大學生便能運用一些自主思考及實踐的方式,對自身建立起的審美觀進行完善,提升自我對美的創造能力。戲劇可以讓大學生通過對戲劇人物感情的發現、平衡,對所扮演人物感情的感知、控制,達成大學生對人際情感自然的溝通。正如舞蹈《婺魁》的創作一般,為了將舞蹈的效果發揮到最強最大化,需通過多方面的合作配合,凝聚多方人群的集體力量。激發大學生對中國傳統藝術的重視熱愛,加強戲劇教育能夠使得參與其中的創作、表演以及后臺支持的大學生對于協調合作重要性的認識度進一步技巧,并在逐步的實踐中形成慣性。
三、啟發大學生對傳統藝術的熱愛進行戲劇教育應采取的措施
要將大學生對于傳統藝術的熱情度進一步激發,對其進行戲劇藝術教育,其首要前提是積極建設起一支具有專業化素質水平的藝術師資團隊。一方面國家相關部門應對藝術院校的招生規模進一步放大化,積極培養出高校藝術專業的師資力量;另一方面,應將社會中存在的專業藝術優秀人才資源進行科學的優化配置,積極建立起一個特聘使得教師制度,引入一些優秀的音樂家、舞蹈家等作為客座教授。在解決師資力量嚴重不足的同時也能夠將全新科學的教育觀念進一步引入,加強高校與社會之間的交流往來。中國傳統藝術—戲劇藝術所包含的內容豐富廣博,但在其教育傳承過程中,常常會因為固定課時的限制,無法做到面面俱到,只能科學的選取一些側重點。將戲劇作為例子,在戲劇教育過程中可以適當的開設一些京劇、黃梅戲以及越劇等。另外,大部分的當代大學生對于現代舞蹈具有濃厚的興趣,在教學過程中,可以適當的選擇開設舞蹈賞析相關課程。通過對優秀舞蹈的賞析,能夠促使大學生在舞蹈欣賞過程中,將原有的審美方式進一步突破,了解到現代舞蹈的程式結構及張揚特色。對于當代大學生進行傳統藝術教育的途徑應呈現出多元化的趨勢,即多層次與多元化。首先應做到的是進行學科式的教育,積極開設單獨專屬性的傳統藝術教育學科內容;第二,應積極進行各項滲透性的傳統藝術教育。在其余學科中也應不忘進行傳統藝術教育內容的進一步滲透。第三,盡可能舉辦一些與傳統藝術相關聯的課外活動,依照學生的自我興趣組織創建一些課外性質的興趣小組,利用課余的時間進行課外活動的開展舉辦,促使大學生在活動過程中互相學習,彌補自身的缺點。第四,積極舉辦一些傳統戲劇藝術文化節,給予大學生展示自我的舞臺,以此激發大學生對于傳統藝術的熱情。
四、結語
1.1開篇案例對于傳熱單元操作,可采用學生熟悉的氨的合成中脫除二氧化碳的生產工藝作為開篇案例。氨的合成中二氧化碳脫除的傳統流程如圖1所示[8]。一氧化碳變換后的原料氣經吸收塔底部的氣體分布管加入吸收塔,在塔內與碳酸鉀吸收劑進行洗滌,出塔凈化氣經分離器把氣體夾帶的液滴分離后進入下一工段。吸收液由吸收塔底部引出,經水力透平減壓后進入再生塔頂部。在再生塔頂部,溶液閃蒸出部分水蒸氣,然后沿塔向下流,在塔內與再沸器加熱產生的蒸汽逆流接觸,同時被蒸汽加熱到沸點并放出殘余的二氧化碳。而再生出來的碳酸鉀溶液經冷卻器冷卻之后并經泵加壓后進入吸收塔頂部循環使用。選用此工程案例作為開篇案例是基于下述三個原因:(1)我校的化工原理是在大二下學期開設。此前學生已到云峰合成氨廠進行了生產認識實習,對此工程案例比較熟悉,能較好的引起學生的興趣;(2)該生產案例中,涉及到三類換熱器(再沸器、冷卻器、冷凝器),與教學目標吻合較好;(3)該案例中,化工原理與化工工藝學緊密結合。提出此生產案例后,以學生為主體,讓學生簡述整個脫碳過程,并引導學生思考該生產過程中這些換熱器的作用,流體之間的換熱方式。然后,請學生歸納總結、教師補充說明加以延伸,即可完成開篇內容:(1)換熱在化工生產中的應用,(2)換熱器的類型,(3)冷熱流體換熱方式。之后,提出兩個問題留給學生思考:一是如何根據生產任務設計或選擇一臺換熱器。二是這些換熱器使用時間長了,換熱效果不好了,怎么辦。這些問題將在后續章節逐一解決。
1.2問題案例問題案例法,即教學中講授某一知識點前先列舉出工程中存在的實際問題,分析該問題產生的原因及解決該問題的方法,再引出知識點的教學方法。傳熱一章涉及知識點較多,講授時可采用問題案例法逐一進行。例如,對于保溫層的厚度問題,許多學生會習慣性的認為厚度越厚越好。為改變學生的習慣性思維,即可列舉如下實例進行教學。假設一鋼管規格,鋼管外壁溫度環境溫度鋼管外包熱導率為的保溫材料,以減少熱損失。已知保溫層外表面與環境的對流傳熱系數為保溫層與鋼管接觸良好。求保溫層厚度分別為10mm、20mm、30mm、40mm、50mm、60mm、70mm時,每米管長的總熱阻及熱損失。為節約時間,可將3-5位學生分為一組,每小組計算1個保溫厚度對應的總熱阻和熱損失。計算結果如表1所示。表1的數據顯示,在題設條件下保溫層厚度由10mm增至30mm時,總熱阻逐漸減小、總熱損失逐漸增大;當保溫層厚度從30mm增至70mm時,總熱阻逐漸增大、總熱損失逐漸減小。則保溫層厚度從10mm增至70mm時,總熱阻和總熱損失均存在一個拐點,對應的總熱阻最小、熱損失最大。此點對應的保溫層厚度稱為保溫層的臨界厚度。計算表明,上述題設條件下的臨界保溫層厚度為28mm。原因可由熱損失公式(其中為熱阻)可知,當保溫層厚度增大時,一方面是導熱熱阻增加,另一方面是對流傳熱熱阻減小,因此保溫層厚度存在臨界厚度。當保溫層厚度小于其臨界厚度時,隨著厚度的增加,總熱阻減小、總熱損失增大;在此期間增加保溫層厚度并非是越厚越好。當保溫層厚度大于其臨界厚度時,隨著厚度的增加,總熱阻增大、總熱損失減小。鑒于經濟和管道體積的考慮,實際生產中需通過計算,再選取合適的保溫層厚度。
1.3綜合案例綜合案例法即在每章(或每個單元操作)的結尾,列舉出該單元操作的工程設計(或工程改造)實例,提出需要解決的工程問題,引導學生綜合利用本單元操作所學知識,解決該工程設計(或工程改造)問題。在傳熱單元操作講解的最后一堂課,提出如下生產案例:在某化工產品的生產裝置中,混合液在分解塔中進行反應時,放出大量的熱量。若不及時移走,分解塔內溫度將繼續上升,會產生過量焦油。這不但會使產品質量下降,堵塞管道,甚至造成事故。國內該類生產裝置大都采用蒸發冷卻的方式轉移反應熱(即塔內溫度靠液體自身蒸發來維持,一般維持在88℃左右)。也有部分工廠采用外循環冷卻的方式(將塔內液體用泵抽出,經塔外一雙管程換熱器用冷卻水冷卻后循環回分解塔)轉移反應熱。所用換熱器主要參數為:殼徑1m,雙管程,換熱管,換熱管根數370根,總傳熱面積100m2。該廠欲將塔內溫度降至60℃,這一改變要求冷卻器熱負荷增至4×105kJ/h。將此案例加以描述和說明后,讓學生對這一案例提出實際的解決辦法。根據班級學生數,將學生按5-7人一組,課堂上用10-15min時間進行分組討論。之后,小組派代表闡述解決方案,其它小組可質疑和提問。經小組討論,教師點評,最終形成如表2所示的四種方案。經分析可知,得出方案D是可行的。得到這一結論并不意味著案例分析就結束了。最后也是最重要的一步,是教師引導學生總結歸納出具有普遍規律的理論知識,也就是“從例到理”。此案例表明,考察一臺換熱器的工作能力不能單純只考慮其傳熱面積,傳熱面積和總傳熱系數的乘積KA才能真正代表一臺換熱器的工作能力。因為存在如下關系:A—管數或者殼體體積—流速—傳熱系數。因此,列管換熱器的K和A值之間往往存在“此漲彼消”的關系。傳熱面積過大往往由于流體流量的“不匹配”而導致K值降低,換熱效果降低了。
2案例教學的啟示
案例教學在一定程度上彌補了傳統教學的不足,可提升學生的學習興趣。一個好的案例一定要源于生產和生活,又不能脫離教學內容與教學目標。案例中既包含對實際問題的描述,又暗含一定的科學問題,讓學生參與分析并解決此實際問題。案例教學不但可使學生快速鞏固理論知識,還培養了學生解決實際問題的能力。采用案例教學時,要正確處理好案例教學與理論教學的關系。案例教學只是眾多教學方法中的一種,不能用案例教學完全替論教學,而應在一定的理論基礎上加以實施。案例教學中,應注重以學生為主體,讓全體學生參與問題的分析與解決,最終總結歸納得出具有普遍規律的理論知識,做到“從例到理”,使學生明白理論知識源于實踐。當學生掌握了理論知識后,又要從理論的高度重新審視工程案例,做到“從理到例”,培養學生理論指導實踐的方法。真正實現“以學生為主體,以能力培養為核心”的實踐教學理念。
3結語
摘要:漢語熱漸漸地成為人們談論的熱門話題,學習漢語的外國人越來越多,這既是一個機遇,也是一個挑戰。漢語教師不僅給外國學生教語言,而且還給外國學生傳播中國的文化。傳播中國文化是對外國人進行漢語教學的關健,在此過程中應該注意語言學習的心理差異,應該注重跨文化傳播背景下的微觀人際交流。
當英語走向世界各地時,
二、語言學習的心理差異是漢語教學中的重要問題
中華民族與西方民族在文化發展上的時空差異較大,民族心理也有相當的差異。這必然造成對 漢語教學的影響。首先,從兩者的認知心理看,漢民族偏好形象思維,多從整體上認識事物,表現在語 言上,就是漢語形象性強,注重相關性和整體性,具有非形態特點。西方民族偏好抽象思維,注重邏輯性,重個體輕整體,重理性輕感性,體現在語言上,如西方的典型語言—英語,是一種顯性的形態語言,抽象詞語較多。因此,以西方的思維方式理解具有整體性、意合性的漢語,往往會覺得缺乏邏輯,難 以理解。
關鍵詞:傳熱學;多媒體教學;實驗教學;英文教學
中圖分類號:G642 文獻標識碼:A 文章編號:1009-0118(2012)-06-000-02
傳熱學是一門研究熱量傳遞規律的科學,它所涉及的領域非常廣泛。特別是在能源動力、航空航天、建筑節能、材料冶金、機械制造、交通運輸、化工制藥、生物工程等領域更是蘊藏著大量的傳熱問題,形成了如相變與多相流傳熱、微尺度傳熱、生物傳熱、超常傳熱等傳熱學的多個學科分支[1-3]。
傳熱學課程是我校飛行器動力工程專業設置的專業基礎課程,飛行器動力工程是動力工程與航空院校的結合,通過專業課程的學習,該專業學生要求可以對發動機的總體性能分析、總體與部件設計、故障分析等。傳熱學本身也是一門與各工程領域關系密切、應用性極強的專業課程。它植根于大量的工程實際之中,也必須服務于工程實際。本論文結合該專業工程實際情況,結合在傳熱學的教學過程中的幾點講課體會,把傳熱學比較枯燥的理論與學生的已有知識和感興趣的實踐聯系起來,在實際教學中取得了令人滿意的效果。
一、精心授課,提高教學質量
當前科技發展的速度日新月異,傳熱學方面的理論更加如此。但是我們的教學內容與這些新理論嚴重脫節,這在傳熱學實驗方面尤為嚴重。同時部分同學認為傳熱學的實用性不強,對掌握專業技術幫助不大。因此導致大學傳熱學教學的受重視程度大大降低。這就需要把傳熱學知識與學生具體的專業應用及日常生活應用結合起來,提高同學們對該專業課程的學習興趣。
在講課時,我們要做到以下幾點:第一,重點突出。根據教學要求,結合學生的專業需要,抓住重點,講透概念,不斷深化;第二,理論聯系實際。在理論學習的同時,列舉實際生活與生產中的應用實例,加深學生的印象,提高學生的學習興趣。積極地引導學生對傳熱學、傳熱現象進行深人的思考。進行現代傳熱學的重要實驗,大提高學生學習的積極性。
充分利用網絡資源,結合飛行器動力工程專業,詳細講解傳熱學在飛行器發動機方面的應用。例如,在講到三種換熱方式及計算方式的環節,加入目前飛機發動機用到的幾種冷卻方式:輻射冷卻,燒蝕冷卻,膜冷卻,再生冷卻及發汗冷卻等。同時著重講解目前研究的前沿領域:再生冷卻技術[4]。該過程同時涵蓋了三種換熱方式,如圖1,包括燃油與壁面的對流換熱,壁面的熱傳導,由于發動機溫度較高,換熱方式同時還包括輻射換熱。收集相關實物圖片,如圖2所示,讓同學對其冷卻過程及相關的計算方法有直觀而深刻的認識和掌握。
把日常生活中的應用實例代入的傳熱學的教學課堂里,讓同學們了解到傳熱學應用的廣泛性。例如,引入CPU芯片中的散熱過程[5],圖3是一典型的臺式計算機中的CPU散熱器的圖。在芯片內核內,電能轉換成熱能,發熱升溫,熱量通過內核與金屬外殼接觸導熱,傳到金屬外殼,熱量通過金屬外殼與散熱器上的導熱板的接觸導熱傳到導熱板,在導熱板內熱量以導熱方式擴散傳播到導熱板上的肋片根處,在肋片內,熱量以導熱方式傳播到肋片表面,風扇驅動空氣流經肋片表面,熱量最后以對流傳熱方式從肋片表面傳到空氣中。整個過程包括有:導熱過程(其中多數是接觸導熱),空氣對流傳熱過程。
圖4所示的是采用有熱管的筆記本計算機中CPU散熱器,熱量從導熱板傳到肋片,是通過熱管傳輸,中間還有兩處接觸導熱,在熱管內,有蒸發傳熱和冷凝傳熱過程。
另外還有水冷式CPU散熱器,熱量從導熱板傳輸到肋片,經由兩處管內液體強迫對流傳熱,還有肋片與水管之間的接觸傳熱。將CPU散熱過程分解成若干個傳熱過程,分別分析研究每個傳熱過程的機理,目的是將傳熱學知識與實際日常生活及工程應用相結合,使同學們認識到傳熱學的實際應用,提高同學們學習傳熱學的興趣,加深對傳熱學知識的掌握。
此外,利用多媒體教學時,為避免產生視覺疲勞,可以增加幻燈片的生動活潑性,適當設置一些動畫效果。在放映多媒體課件時,要注意恰當控制好教學節奏,使得課件播放進程與學生的思維節奏同步合拍。
二、增加英文教學內容
培養具有全球化視野和國際交流能力的高素質專業人才是我國經濟社會發展融入世界的需要。而傳熱學的基本概念很多來源于一些英文原著的翻譯,在教學過程中,適當添加一些英文原文,一方面加深同學們對概念的理解,調節學生學習的緊張氛圍,另一方面,增加同學們對專業詞匯的掌握。同時,有利于學生在課外查找一些相關的外文文獻,拓寬學生學習思路。對于提高教學質量、培養高素質的復合型人才具有很重要的意義。例如,引入傳熱的概念的英文介紹:Heat transfer:Thermal energy (heat): refers to the energy transported from one system to another as a result of difference temperature (%=T)。引入對流換熱英文:Convective heat transfer。層流和湍流邊界層:Laminar and turbulent boundary layers等。
三、注重課內教學與課外教學的有機結合
(一)建立教學信息中心。在教學信息中心,介紹傳熱學的歷史與發展前景、最新理論的跟蹤以及傳熱學的科普知識,讓學生對傳熱學有充分的認識。
(二)采取設立選修課的手段,開辟“傳熱象探索園地”,讓有興趣的學生進行傳熱現象的深入探討和研究。
(三)開設課外專題講座。課外專題講座也是提高學生興趣的有效途徑。它不僅讓學生有機會接觸傳熱學的前沿,更深人地了解傳熱學的發展動向,激發他們的興趣及投身傳熱學研究的志向。
(四)要求學生通過各種方式收集信息,撰寫傳熱學原理的應用論文,作為平時作業。通過這個途徑拓寬學生的知識面。
四、理論與實驗相結合,構建先進的傳熱學實驗教學體系
傳熱學是一門實驗學科,傳熱學的一切原理和定律都是從生產的實踐和科學實驗中總結出來的,反之又經受生產的檢驗并推動其發展。因此,必須注重傳熱教學中理論學習與實驗探索的結合。在傳熱實驗教學方面,在預備性實驗、基礎性實驗、設計性實驗和綜合性實驗的基礎上可以引入模擬演示實驗。
通過預備性實驗為理論的學習打好基礎,通過基礎性實驗來驗證一些傳熱規律,從而使學生對這些傳熱學原理和規律有一個感性的認識。但由行器換熱實驗設備價格及操作條件的限制,發動機換熱實驗作為動手實驗實行比較困難,考慮到該專業的性質要求,可以在課堂上增加演示實驗,例如,模擬渦輪旋轉葉片冷卻通道換熱實驗,模擬氣流平行于旋轉軸方向的流動和氣流垂直于旋轉軸方向向外流及向內流等三種情況,基本概括冷卻系統的全貌。通過演示實驗,讓學生直觀認識到發動機渦輪葉片冷卻過程。
此外,實驗室應該建設成為自主型、開放式的實驗室,讓學生能夠根據自己的興趣愛好去進行傳熱現象的探索,充分培養學生對傳熱學的興趣。
五、加強中青年教師實踐鍛煉
目前大批高學歷的青年教師正在成為各高校講臺上的主力軍,他們正在成為我國高教戰線的棟梁。但也不可否認,長期的學校學習,嚴重缺乏工程實踐。同時,青年教師工作后,忙于應付各種日常工作,實踐環節進修的機會非常少,因而也不可能向學生傳播工程實踐知識。部分教師、特別是面臨職稱評聘的中青年教師對上課采取應付的態度,課余不鉆研教學法,上課時拿本教科書照本宣科,不能激發學生的學習熱情,使教學質量下降[6]。
為改變這種狀況,可以采用青年教師下工程現場或實驗室工作半年到一年、青年教師與老教師結對、定期進行教學法研究活動等。同時對教師的考核制度應作相應的變動,使青年教師愿在提高教學質量和增加實踐經歷上花費較多的精力。
六、結論
綜上所述,隨著傳熱學學科的不斷發展,教學內容的不斷增多,“傳熱學”教學改革勢在必行。只有全方位的教學改革,教師綜合素質的不斷提高,教材和教學方法的不斷創新,才能鞏固大學傳熱學的基礎地位,使學生學完大學傳熱學之后,思維能力和解決實際問題的能力有顯著的提高,為今后的專業課程和社會實踐活動奠定堅實的基礎。
參考文獻:
[1]楊世銘,陶文銓.傳熱學(第四版)[M].北京:高等教育出版社,2006.
[2]戴鍋生.傳熱學(第二版)[M].北京:高等教育出版社,1999.
[3]王厚華.傳熱學[M].重慶:重慶大學出版社,2006.
[4]蔣勁.超燃沖壓發動機燃燒室再生冷卻研究[D].西北工業大學,2006,(6).
關鍵詞:計算機,傳熱學,教學改革
1 引言
21世紀是科技高速發展的時代,新知識、新方法的不斷涌現為高等教學事業的發展提供了良好的手段和機遇?!秱鳠釋W》課程作為建筑環境與設備工程專業和熱能動力工程專業的重要專業基礎課程,它的課程體系和教學內容都相對成熟和固定,即使如此,我們也必須與時俱進,不斷用現代科技手段改進課程教學的各個方面,使得它成為教學手段先進、充滿吸引力的優秀課程。近年來,我們在計算機技術應用于《傳熱學》課程方面進行了探索和實踐,取得了良好的效果。
2充分發揮多媒體教學課件的功能
在當今信息時代,知識更新的周期越來越短,大量的新知識、新思想不斷涌現,為適應這種情況,新的多媒體技術應用于《傳熱學》課堂教學是大勢所趨。因此我們必須將傳統的教育思想轉變為現代教育思想。免費論文參考網。為了培養厚基礎、寬專業、強能力、高綜合素質的人才,必須由傳統的以教師、課堂、書本為中心轉變為以學生學習、個體實踐、信息交流為中心,要實現這一巨大轉變是靠傳統教學模式無法完成,只有采用基于多媒體先進技術的新教學模式、方法和手段才能得以實現。免費論文參考網。
2.1 加大教學信息量,突破教學難點
《傳熱學》課程是建筑環境與設備工程專業和熱能動力工程專業的主要專業基礎課程之一,該課程的教學內容分為導熱、對流和輻射三大模塊,各部分相對獨立,每一部分都有自己的知識體系與核心內容,理論概念較多,計算公式推導復雜、公式數量龐大,這使得教師的講課時間緊張,形成了授課進度快、略去內容多時易造成學生跟不上教師思路,對基本概念、基本方法未很好理解其實質內容,而講課進度慢時又不能完成預定教學任務的矛盾。應用多媒體教學可很好地解決這一問題。
多媒體教學具有信息量大,屏幕投影顯示清晰、圖文并茂、表達方便快捷的特點,我們在教學中充分利用了這一優勢。例如對于非穩態導熱中無限大平壁在第三類邊界條件下導熱問題,過去一直是傳熱課程重點和難點之一,應用多媒體教學時,講授過程中我們將分離變量法的具體求解方法、溫度通解中每一積分常數的具體求解過程都講得很全面清楚,教師從寫黑板的重復性勞動中解脫出來,著重在于講清思路,講清問題的重點和難點。用兩小時輕松地完成了過去傳統粉筆加黑板教學時三個小時都難以完成的教學任務。近兩年來,在學校課堂教學時數總體精簡的大背景下,我們用60學時仍然完成了教學大綱上規定的68學時才能完成的教學任務。
《傳熱學》課程中例題、習題的講解也是教學的一個重要方面,我們應用多媒體教學可以在較短的時間內完成多個高難度、高綜合性的習題的講解工作,整個課程中課堂習題講解數量有較大提高,拓展了學生的思路,也很好地提高了課堂教學的信息量和教學效率。
多媒體教學可有效突破教學難點,例如對于二維、三維非穩態導熱過程,如何表達物體內的溫度場讓學生建立起溫度分布空間的概念一直使師生感到棘手,我們利用多媒體課件信息容量大、表達形象具體、切換快捷的特點,用多幅類似于圖1的立體圖形來反復說明這個
問題,授課中與學生展開互動,啟發課堂討論,對此學生感到效果很好。教學中難題迎刃而解。
關鍵詞:卓越工程師;傳熱學;教學改革
中圖分類號:G642.0 文獻標識碼:A 文章編號:1007-0079(2014)11-0149-02
國家教育部于2009年決定實施的“卓越工程師教育計劃”,是為順應國際發展趨勢,適應國家工業、企業需求,增強我國核心競爭力,建設創新型國家,走新型工業化道路,培養各類型工程師的重要決策。該計劃要解決的重點問題是:企業一方面抱怨工科大學畢業生工程實踐能力弱化、不適應企業要求等問題;另一方面又不愿意接受大學生實習,不愿意參與工程師培養。該計劃旨在高校中培養造就一大批創新能力強、適應經濟社會發展需要的高質量各類型工程技術人才,為國家走新型工業化發展道路、建設創新型國家和人才強國戰略服務。
傳熱學課程著重研究熱量傳遞的規律和方法。[1]建筑環境與設備工程專業是土木工程專業下屬學科專業,主要包含供熱、供燃氣、通風與空調工程、建筑給排水工程、建筑電氣工程等幾個方向,涉及的主要專業課程有暖通空調、制冷技術、流體輸配管網系統、鍋爐設備、熱質交換等。從這些課程所講授的內容看,傳熱學知識有著相當重要的地位,因此傳熱學是建筑環境與設備工程專業畢業生知識結構中的一門非常重要的基礎課。隨著我國高等教育教學改革的不斷深化,在“重基礎、寬口徑” 的指導方針下,建筑環境與設備工程專業傳熱學的課時減少到原來的一半。如何在較少課時內培養學生用傳熱學的規律分析工程問題的能力,面對“卓越工程師”培養的傳熱學教學方法改革勢在必行。[2]
下面結合筆者對建筑環境與設備工程專業學生進行傳熱學課堂教學的工作實踐,談談卓越工程師背景下推進“熱傳學”課程改革的幾點體會。
一、傳熱學課程教學現狀及存在的問題
1.教材的內容結構
楊世銘等主編的《傳熱學》為比較經典的教材,該教材總體上體現了傳熱學這門應用性很強的基礎課程的特點。教材主要包含熱傳導、熱對流和熱輻射三方面的內容。其中熱傳導部分相對簡單,通過簡化實際物理模型,運用高等數學的知識能夠得到一般問題的分析解。而對流換熱過程則相對復雜,該部分在實驗研究的基礎上總結出大量的圖表和經驗、半經驗公式,運用時需區別不同情況帶入不同的計算公式。對于此部分的學習學生感覺公式繁多、復雜,需強化記憶,且應用時經常選擇錯誤的經驗公式。輻射傳熱部分由于理論的抽象性以及輻射換熱方程次數較高的問題,學生不僅對概念的掌握困難,輻射換熱問題的求解亦有比較大的難度??偟膩碚f,到目前為止傳熱學學科的發展中對于三種傳熱方式分析方法差別較大,連貫性不強,導致學生對課本知識的理解有些被動。且由于學時的減少,課上主要介紹三種傳熱方式的基本概念及方法,對綜合性問題的分析、訓練環節必然相應減少,導致學生分析和解決綜合實際問題的能力缺乏。
2.教學方法和手段單一
傳熱學的教學中,目前多采用多媒體授課。多媒體授課方式相對于以前的板書授課方式雖然大大增強了學生的直觀感受,通過圖、文、聲、像多角度調動學生的情緒、注意力和興趣,但也存在許多新的問題。例如:對于重點公式的推導不夠細致,通常忽略或者先于學生的反應便給出答案,學生無法真正領會推導過程;課上信息量大,只注重講課進度,忽視學生接受程度,到頭來學生收效甚微;與學生的互動缺乏,因為內容多,上課過程多是教師一人在上邊喋喋不休,學生卻在下面精神恍惚,特別是難度較大的章節,學生因為理解不了干脆放棄聽講,教師在講臺上唱獨角戲,課堂氣氛沉悶。
根據傳熱學課程現狀及存在的問題,以下內容分別為筆者從教學內容、教學方法、考核方式等幾方面進行的一些思考及嘗試。
二、面對“卓越工程師”培養的改革
1.優化教學內容
正如教材中所述,最近幾年,世界范圍內科學技術的發展對于傳熱學課程的發展產生了積極的影響,也提出了新的挑戰。盡管傳熱學的基本規律并無變化,但是研究手段的發展和工程應用領域的擴大進一步豐富了傳熱學的內涵。為了適應我國相關行業的發展,體現本學科的進展,要使學生學到最新的知識,必須不斷更新教學內容,把最新的知識引入到教學中。因此在教學內容的選擇上,考慮面對卓越工程師培養的目標,筆者適當刪減了一些比較繁瑣的數學推導內容,如一維無限大平板非穩態導熱分析解的推導過程課堂上不再推導,直接給出最后解的表達形式,要求同學了解其物理意義即可;對于傳統傳熱學中相對陳舊的內容也可根據情況做一些刪減,例如管內湍流傳熱的齊德-泰特公式、米海耶夫公式、流體橫掠管束的格里森公式等;此外,根據情況可以增加一些有關傳熱學新技術的內容,如微尺度傳熱內容、強化單相對流換熱的縱向渦方法等,通過這些前言知識的滲透使學生了解目前傳熱學應用的熱點技術,增加學習興趣。
2.引入工程案例的教學方法
面對“卓越工程師”培養需加強基于工程應用的教學方法。傳熱學學習的最終目的是解決與傳熱有關的工程實際問題。教材中分析的主要問題都能夠在工程實際中找到原型。對建筑環境與設備工程專業來說,空調系統中最主要的部件是兩個換熱器:蒸發器和冷凝器。其中分別發生的是制冷工質的沸騰吸熱以及凝結放熱過程,這兩部分換熱的理論基礎分別來自于傳熱學課本中沸騰和凝結換熱一章。為了增強換熱器的傳熱面積,肋片的應用則增加了同學們對換熱器表面不同結構的理解和認識??照{中冷量的載體―制冷劑在管路中的輸送過程需要保溫,經濟保溫層厚度的確定也離不開利用傳熱學知識的計算。此外,空調系統設計初期,計算維護結構的冷、熱負荷時,建筑維護結構的熱傳導環節則多可簡化為無限大平壁的穩態導熱問題,與課本中重點分析無限大平壁的導熱問題相對應,等等。因此,在教學工作中引入與本專業密切相關的典型案例,首先會激發同學的學習興趣,讓同學帶著問題去理解、去學習。此外,融入大量實際案例也可以使同學對基礎知識的理解更加深入,避免了單純課本知識的枯燥無味。
3.講解與討論相結合的教學方式
提高學生學習效果的重要方法是讓學生的學習從被動到主動。多媒體課件作為一種輔助手段,把抽象的事物用生動的語言和畫面展現在學生面前,更加形象和具體,但講解基礎理論時,以板書為主的方式效果較好。
摒棄課堂上老師一言堂的局面,在整個學習過程中教師主動設置討論環節。目前傳熱學作為建筑環境與設備工程專業研究生考試的專業課之一,許多時候專業課的復試是通過綜合案例的分析來考查學生對傳熱學知識的掌握情況。因此,在本科生教學階段就加強這方面的練習十分必要。例如在不同學習階段,教師可以挑選某一綜合的傳熱問題,讓學生分成小組,分別通過查閱文獻、分析和制訂求解方案,最后以報告或論文形式提交不同的解決方案,讓學生在課堂上進行匯報和討論,最終獲得大家認為較好的方案。期間避免教師完全控制討論,教師應注意傾聽學生的發言,并進行適當引導,使所有學生都參加討論過這個過程。這樣,讓學生對傳熱學的學習從被動到主動,深切體會運用所學傳熱學知識解決實際工程問題的過程,增強學習興趣,并能培養部分學生進行科學研究的能力。
4.CFD教學方法的應用
CFD(Computer Fluid Dynamics)是應用各種離散化的數值計算方法與計算機科學相結合來解決流動與傳熱問題的重要方法。對于典型情況下的傳熱問題,傳熱學課本中能夠推導并以公式的形式給出某一特定物體的溫度場,但對于幾何形狀或者邊界條件復雜的傳熱問題,運用CFD技術獲得其內部的溫度場之后,再對其傳熱量進行分析,這種方式已經必不可少。因此,結合CFD的教學方法可以更形象、生動地展示特定復雜場景下的傳熱過程,增強學生學習的興趣,運用巧妙的模擬方法又可以使學生加強對傳熱基本規律的理解和掌握。[3]
5.增加實踐教學課程
傳熱學是理論與應用并重的課程,目前傳統的授課卻往往偏重理論。為提高學生的動手與分析能力,應增加形式多樣的實踐課程。例如:建立教學和實習示范基地,在學習過程中帶學生到這些基地進行參觀。例如到散熱器或空調廠家,通過讓學生參觀各種形式的換熱器,讓學生感受到傳熱學知識與日常生活和工業生產的重要性;利用假期可以鼓勵學生到這些示范基地進行短期實習,豐富實踐經驗的同時也加強了鍛煉。筆者所在的學校就與大金、開利等空調公司建立了合作關系,也為學生的就業提供了很好的出路。此外,可以針對重要知識點開設實驗環節,讓學生親自制訂實驗方案、獲得并整理實驗數據,最后運用理論方法獲得不同條件下的實驗規律等等。這樣通過鍛煉學生的動手能力,增強了工程師素質的培養。
6.考核方式改革
考核既是對教師課堂教學效果的檢驗,又會促進學生學習的效果。筆者曾經對傳熱學的考核方式嘗試多次改革。目前,期末考試環節分成開卷加閉卷兩個部分,其中開卷部分針對綜合傳熱問題進行考核,著重考查學生綜合分析問題的能力;而閉卷部分則重點考查學生對基本概念、定性分析方法的理解。此外,課程過程中穿插的小論文完成情況也會在平時成績中體現。這樣避免了單一環節失誤導致學生成績不理想而造成的心理負擔,充分給予學生機會,也能夠清楚了解到每個學生在不同方面的特長加以針對性培養。
三、結論
面對“卓越工程師”培養的要求,結合建筑環境與設備工程專業特點,本文提出了優化教學內容,引入工程案例的教學方法,講解與討論相結合的教學方式,應用CFD教學方法,增加實踐教學課程,改革考核方式等傳熱學教學改革之方法,能夠使學生學習從被動到主動,并培養學生在較少課時內用傳熱規律分析工程問題的能力。
參考文獻:
[1]楊世銘,陶文銓.傳熱學[M].北京:高等教育出版社,2006.
關鍵詞:傳熱學;教學改革;教學方法
作者簡介:齊曉霓(1974-),女,山東臨淄人,山東理工大學交通與車輛工程學院,講師;劉永啟(1965-),男,山東棗莊人,山東理工大學交通與車輛工程學院,教授。(山東 淄博 255049)
基金項目:本文系山東理工大學教學項目基金“傳熱學教學方法的研究與探索”(項目編號:112024)的研究成果。
中圖分類號:G642.421 文獻標識碼:A 文章編號:1007-0079(2013)32-0091-02
“傳熱學”是高等學校能源動力類、化工制藥類、航空航天類、機械類、環境與安全類等專業的主要專業基礎課,其與“工程熱力學”、“流體力學”一起被稱作熱工類專業的三大支柱,[1,2]由此可以看到這些課程在上面專業中占有非常重要的地位。只有認真掌握這三門課程,才有利于后面課程的學習和相關的工作研究,所以要求教師在實際教學過程中,運用新型教學方法,采取先進教學手段,保證教與學都能達到最佳目標。本文根據“傳熱學”的課程特點,依據筆者自己的教學經驗,從課程定位、教學方法以及培養學生的實際應用水平和創新性思維等方面,針對教與學的過程中出現的問題及解決要點進行分析和探討。
一、明確課程定位
傳熱學是研究具備溫度差異時發生的熱量傳遞規律和測試的科學。因為自然界和不同生產領域普遍存在著溫度差異,所以傳熱現象非常廣泛。傳熱學也普遍應用在現代科學技術當中,是能源動力、化工制藥、機械、航空航天等領域的必備技術課程。具有很強的實踐作用,在具體學習過程中要重視基本概念和基本理論的掌握。因此在教學中要重視理論與實踐相結合,使學生學會分析問題和解決問題的思路和方法,提高工程分析的能力,注重學生能力的培養,提倡節約能源,讓學生靈活運用各章的經驗公式和通過圖表進行計算的能力。同學們在傳熱學的學習過程中普遍存在的問題是學習時不覺得有多難,但處理具體問題時卻感覺力不從心、無從下手。究其原因,傳熱學的理論推導較多,而且經驗公式難以理解和記憶,做習題時學生難以下手。
在教學實踐中,筆者發現并歸納出中學時學過的能量守恒原理作為一條橫線貫穿著傳熱學計算問題的始終,能將復雜的問題簡單化。以導熱問題的數學描寫為例來說明這種方法的思路,[3]在要研究的物體中任意去除一個微元平行六面體作為該微元體能量收支平衡的分析對象。假設物體中有內熱源,它代表單位時間內單位體積中產生或消耗的熱量,在空間三個坐標方向上,將任一方向上的熱流量分解成x、y、z坐標軸方向的分熱流量,對于微元體應用能量轉化和守恒定律建立起能量平衡關系式,即導入微元體的總熱流量+微元體內熱源的生成熱=導出微元體的總熱流量+微元體熱力學能的增量。將三個方向上的能量平衡關系式寫出后,相加即可獲得總的能量平衡關系式,然后將各項熱量傳遞方式的表達式代入平衡關系中求解,該方程可以針對物體的邊界條件用簡單積分求解。無論使用導熱微分方程式直接結合邊界條件求解還是簡單積分求解,通過上述兩種方法的講解,可以讓學生思路清晰,處理實際問題時起到事半功倍之效。如果在實際問題中出現了更復雜的熱傳遞問題,可以劃分不同的單元,一個個解決。將這種能量守恒的思路融入整個教學過程中,可以使學生加深對各章節中定律的連貫理解,達到了相當好的教學效果。
二、優化教學內容,適應傳熱學技術發展
世界范圍內科學技術的迅速發展和我國經濟建設取得的顯著成就都對“傳熱學”課程的發展產生了積極的影響。盡管傳熱學的基本規律并無變化,但是研究手段的發展和工程應用領域的擴大進一步豐富了傳熱學的內涵。與此同時,在我國加入世界貿易組織以后,關于高等教育的國際化與本土化已成為熱門話題,部分國外優秀的原版教材被引進了大學講臺上。如何借鑒國外優秀教材,不斷更新教學內容,讓學生經常接觸到本學科的前沿知識,成為“傳熱學”教學中的必要任務。傳熱學的發展日新月異,為了適應我國相關行業的發展,體現本學科的進展,要使學生學到最新的知識,必須不斷更新教學內容,把最新的知識引入到教學中。因此在教學內容的選擇上,刪減了部分比較繁瑣的數學推導內容,如一維無限大平板非穩態導熱分析解的推導過程等;對于傳統傳熱學中相對陳舊的內容也做了刪減,包括管內湍流傳熱的齊德-泰特公式、米海耶夫公式、流體橫掠管束的格里森公式等;增添了教材上沒有涉及或涉及不深的有關傳熱學新技術的內容,如微納米傳熱內容、強化單相對流換熱的縱向渦方法。
向學生傳授知識,同時也是培養學生分析問題、解決問題能力的過程。從人才培養的整體計劃來看,培養能力是更為根本的任務,因此在教學過程中對這一任務做了很大的努力:在每一章節末增加了本章內容的應用部分,舉例更為接近工程實際,需要學生應用更多知識進行綜合分析;對例題進行講解時更為注重較為復雜的實際問題的分析和講授,對此類問題分層次進行剖析講解;在每一章最后增加了小論文題目,在教學實踐中組織學生撰寫與課程學習內容相關的小論文,激發學生的學習興趣,培養分析問題、解決問題的能力。
三、“傳熱學”教學中的教學方法分析
大部分高校教師的教學模式都已從“獨角戲”式的填鴨式教學過渡到“教與學的互動階段”,例如在課堂教學中不再是教師一人唱獨角戲,而是采用提問回答式、小范圍對話式、邏輯啟發式等教學方式,因材施教,因人施教。隨著教育改革的逐步深入,現代科技的發展對教學的影響越來越大,例如為了使教學過程信息量增大,生動形象,激發學生的學習興趣,大學課堂中大部分課堂教學都采用多媒體教學。[4]那么,“傳熱學”采用多媒體教學是否能夠達到預期的教學效果呢?“傳熱學”是以傳導、對流、輻射和換熱器四大內容去展開的。所以在教學中適當輔以多媒體課件有利于講清有關現象的物理本質和基本原理。比如在介紹三種傳熱方式時用空調制冷過程、燒開水的過程等生動的動畫,來說明熱量傳遞的分類,就能使學生留下非常深刻的印象。肋片導熱一節中,同學們對穩態下的肋片沿著熱量傳遞方向的熱量逐漸減少這一動畫過程去分析問題時,很快就明白了肋片的導熱實質與傳統的一維穩態導熱過程的差別。
但在實際教學中,運用多媒體課件教學并不是為了運用現代教學方法。那么運用多媒體課件是否可以收到良好的教學效果呢?筆者調查了很多學生,他們大多認為:“傳熱學”中的純理論推導難度很大,如果仍然采用多媒體課件,很難留下較深的印象,無法真正領會推導過程,雖然多媒體課件信息量大,但不逐步推導,能接受的內容就會很少,收效甚微。所以“傳熱學”作為一門專業基礎課程,如果在教學活動中運用多媒體,就要預先確定教學內容。在講解基礎理論時,要以板書為主。多媒體課件作為一種輔助手段,把抽象的事物用生動的語言和畫面展現在學生面前,更加形象和具體,再列舉一些生活當中的實際例子,可以使教學活動收到良好的效果。在講解較為復雜的公式時,最好的辦法是板書,再加上對學生的提問,可以調動學生的學習興趣。把理論的講解和生動形象的事物聯系起來,有利于學生掌握。學生在學習過程中,對不易理解的內容要適當做些記錄,不但可以調動學生的學習積極性,而且取得了良好的教學效果。
四、考試方法及成績評定方法改革
為了考核學生解決實際問題的能力,調動學生的學習積極性,死記硬背的內容不列入考核范圍。筆者在“傳熱學”的考核中也進行了改革??荚嚥捎萌N考核方式綜合進行,這三種方式是閉卷、開卷和大作業。任課教師在進行課程考核時要出具兩套試題:一套試題是開卷,主要目的是為了考核學生運用所學內容分析實際傳熱問題和解決實際傳熱問題的能力,并且在開卷試題中也要有考查學生創新能力和創造性思維的內容;另一套試題為閉卷試題,主要用于考查學生對課程的基本概念、基本理論和基本規律等基礎知識的掌握程度,題目主要包括簡答題、選擇題、填空題、名詞解釋等。開卷試題和閉卷試題的考試時間和分值分別占總考試時間和分值的50%。開卷考試和閉卷考試在同一考場中先后進行。
學生的成績評定方法由傳統的考試成績評定改為“考試成績+實驗成績+平時成績”綜合評定。為了提高學生的學習積極性,并保證學生的大作業質量,提高學生參與課堂討論和課堂講授的能動性,任課老師在課程一開始就要在課堂上宣布最終成績的評定方法:考試成績占總成績的60%;實驗成績占總成績的10%;平時成績考核根據課堂討論情況、回答問題、大作業成績綜合評定,占總成績的30%。
五、教學效果
1.課堂和實驗課教學效果
通過一個學期的教學改革思路下的教學設計和教學實踐,筆者發現學生在課堂上能夠積極主動地思考和回答問題,對“傳熱學”的學習比往屆學生興趣更高,在任課教師的引導下能夠主動思考解決傳熱學問題的流程,主動查閱筆者提供的參考書目并提出問題。在導熱、對流及輻射換熱的實驗課上,大多數同學能夠自發、獨立、主動地完成三個基本實驗,有些同學還與教師探討更深入的實驗驗證分析解的問題,完成筆者布置的選做內容。
2.大作業反饋教學效果
由于學生較多,從120個學生中抽查了交上來的50份大作業,學生在選題上發揮了積極性和主觀能動性,選題范圍從生活實例到氣候變化,再到工程實踐,如天氣現象諺語中蘊含的傳熱基理、太陽能利用,制冷系統中的傳熱學應用等,涉及到“傳熱學”各個章節的內容。大部分學生還通過查閱相關文獻和主動思考,初步掌握了模型建立、數值模擬及結果分析并驗證這一流程,得到了一次系統的科學分析方法訓練。學生在查閱資料并完成大作業的過程中,不僅鞏固了課堂上教授的基本內容,還自發引入其它課程或參考資料中的信息并將信息加工消化,例如進行傳熱過程分析的火用分析方法等。
總之,學生在學習過程中發揮了主體作用,提高了綜合分析能力和創新能力。
六、結束語
總之,課程教學沒有固定的模式,在實際教學中做到因人而異、因材施教是有一定難度的。作為教師,要不斷應用新型教學方法,提高個人修養,制作豐富多彩的多媒體課件。要想使全部學生順利完成學習任務,不但要適當運用多媒體課件輔助教學,還應經常和學生進行交流,有目的地指導學生,提高學生的學習興趣,使全部學生感受到學習的樂趣,獲得努力學習的動力。
參考文獻:
[1]劉立平,師少鵬.傳熱學課程教學的改革探索[J].高等農業教育,
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[2]劉曉慧.傳熱學課程內容分類教學法[J].建材高教理論與實踐,
1996,(3).
[3]涂虬.熱平衡法在傳熱學教學中的應用[J].武鋼職工大學學報,