傳熱學(xué)中太陽(yáng)能應(yīng)用的教學(xué)改進(jìn)

摘要 結(jié)合傳熱學(xué)中太陽(yáng)能輻射的教學(xué)實(shí)踐，在課程編排上加入太陽(yáng)溫度以及大爆炸過(guò)程的部分內(nèi)容，根據(jù)當(dāng)代大學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中體現(xiàn)出的種種特點(diǎn)，增強(qiáng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣并激發(fā)了學(xué)生對(duì)太陽(yáng)能以及宇宙起源的好奇心。經(jīng)過(guò)教學(xué)實(shí)踐證明， 通過(guò)這一系列的改進(jìn)，提高了學(xué)生對(duì)太陽(yáng)能輻射換熱的學(xué)習(xí)興趣，增強(qiáng)了學(xué)生的探索意識(shí)和能力，取得了較為滿(mǎn)意的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞 傳熱學(xué)；太陽(yáng)能；溫度；教學(xué)改進(jìn)

中圖分類(lèi)號(hào) TK124 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1671-489X（2008）12-0033-02

1 太陽(yáng)能利用與傳熱學(xué)相互關(guān)系

傳熱學(xué)是研究不同溫度的物體，或同一物體的不同部分之間熱量傳遞規(guī)律的學(xué)科。傳熱學(xué)作為學(xué)科，形成于19世紀(jì)。太陽(yáng)能輻射部分以及太陽(yáng)能利用屬于熱輻射研究?jī)?nèi)容。熱輻射方面的理論比較復(fù)雜，它是指物體因自身具有溫度而輻射出能量的現(xiàn)象。它是波長(zhǎng)在0.1～100微米之間的電磁輻射，因此與其他傳熱方式不同，熱量可以在沒(méi)有中間介質(zhì)的真空中直接傳遞。太陽(yáng)就是以輻射方式向地球傳遞巨大能量的。

傳熱學(xué)以及太陽(yáng)能利用研究，內(nèi)容理論性強(qiáng)，涉及知識(shí)面廣，與最新的科學(xué)研究前沿結(jié)合緊密，同時(shí)太陽(yáng)能的利用又是目前研究熱點(diǎn)之一[1]。對(duì)于這一部分內(nèi)容的學(xué)習(xí)，不僅需要學(xué)生有相應(yīng)的傳熱學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)，同時(shí)要求教師能在教學(xué)過(guò)程中切實(shí)有效地提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)積極性。根據(jù)目前大學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中表現(xiàn)出的思想活躍、不拘泥于習(xí)慣思維定式并具有強(qiáng)烈好奇心等特點(diǎn)，筆者在教學(xué)中穿插加入Stephen Hawking關(guān)于宇宙起源“大爆炸理論”[2]，增強(qiáng)學(xué)生的好奇心和求知欲，探索出一些教學(xué)改進(jìn)的思路和方法，取得較好的效果。

2 太陽(yáng)能利用的相關(guān)外延知識(shí)

太陽(yáng)能能量巨大，取之不盡，用之不竭，屬于一種清潔、無(wú)污染、對(duì)環(huán)境友好和可持續(xù)利用的能源，總輻射能量達(dá)3.75×1026 W[3]。盡管照射到地球上的只是其總輻射量的很小一部分，但是也遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)人類(lèi)生存與發(fā)展所需的能量，具有廣闊的前景。盡管太陽(yáng)能取之不盡，用之不竭，但是利用過(guò)程依然存在缺點(diǎn)和限制，最為主要的原因是太陽(yáng)能能量密度低（約為1 kW#8226;m-2），并且具有不連續(xù)及不穩(wěn)定等特點(diǎn)。學(xué)習(xí)太陽(yáng)能利用不能僅局限于傳熱機(jī)理和應(yīng)用研究，還要從太陽(yáng)的本身特性以及相應(yīng)的外延知識(shí)入手，拓展學(xué)生的知識(shí)面。

太陽(yáng)的大小以及與地球的距離為：太陽(yáng)的直徑約為139萬(wàn)千米，是地球的109倍；太陽(yáng)的體積很大，約有130萬(wàn)個(gè)地球那樣大；太陽(yáng)的質(zhì)量是1.989×1030千克，相當(dāng)于地球質(zhì)量的33萬(wàn)倍；太陽(yáng)距離地球很遠(yuǎn)，約有15 000萬(wàn)千米[4]。以上對(duì)太陽(yáng)的描述，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)诌^(guò)于枯燥，難以發(fā)揮學(xué)生的想象力。在實(shí)際教學(xué)中，筆者采用比例縮小的方法，將太陽(yáng)比喻成籃球，將地球比喻成直徑為2 mm的鋼珠；兩者的距離相當(dāng)于教室講臺(tái)和教室后排座位距離，以此激起學(xué)生好奇心，記住相關(guān)知識(shí)點(diǎn)。

3 太陽(yáng)能利用的最新研究前沿

太陽(yáng)能利用的講解應(yīng)不局限于教材的內(nèi)容，而是加入最新的科技前沿研究。從熱點(diǎn)問(wèn)題引申，介紹太陽(yáng)能開(kāi)發(fā)利用是當(dāng)今國(guó)際上的一大熱點(diǎn)，以及人類(lèi)直接利用太陽(yáng)能的3大技術(shù)領(lǐng)域，即光熱轉(zhuǎn)換、光電轉(zhuǎn)換和光化學(xué)轉(zhuǎn)換。太陽(yáng)能光電轉(zhuǎn)換主要是通過(guò)硅板，利用光伏效應(yīng)來(lái)發(fā)電；太陽(yáng)能光熱轉(zhuǎn)換主要是利用集熱器來(lái)進(jìn)行光熱轉(zhuǎn)換，近來(lái)的發(fā)展包括太陽(yáng)能制熱和太陽(yáng)能制冷。

對(duì)于太陽(yáng)能光熱利用，筆者在課堂上介紹太陽(yáng)能吸附制冷的研究前沿。相比于傳統(tǒng)的壓縮式制冷，固體吸附式制冷系統(tǒng)中幾乎沒(méi)有運(yùn)動(dòng)部件，噪音大為減少，整體結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單且運(yùn)行費(fèi)用不高。并且太陽(yáng)能吸附制冷采用的吸附工質(zhì)對(duì)是沸石、活性炭、甲醇、水、氨等自然工質(zhì)對(duì)，對(duì)環(huán)境沒(méi)有影響，不會(huì)破壞臭氧層，也不會(huì)引起溫室效應(yīng)。吸附式制冷技術(shù)相比其他制冷技術(shù)具有一定的優(yōu)勢(shì)。盡管太陽(yáng)能吸附式制冷相比于傳統(tǒng)的壓縮制冷相應(yīng)會(huì)提高太陽(yáng)能裝置的一次性投資，然而由于太陽(yáng)能具有無(wú)污染及運(yùn)行費(fèi)用低等特點(diǎn)，在礦物燃料已存量不多和環(huán)境污染日益嚴(yán)重之時(shí)，太陽(yáng)能吸附式制冷近年來(lái)得到廣泛的重視和大力發(fā)展，成為各國(guó)競(jìng)相研究的熱點(diǎn)。

4 結(jié)語(yǔ)

通常認(rèn)為傳熱學(xué)是一門(mén)基礎(chǔ)理論，概念較多，枯燥而難以理解。通過(guò)課堂實(shí)踐表明，采用傳統(tǒng)的思路進(jìn)行教學(xué)改進(jìn)，不能起到良好的效果[5，6]。筆者根據(jù)當(dāng)代大學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中體現(xiàn)出的種種特點(diǎn)，結(jié)合傳熱學(xué)課程中對(duì)太陽(yáng)能輻射以及太陽(yáng)能利用部分的特點(diǎn)，在課程的內(nèi)容上加入部分宇宙大爆炸理論新知識(shí)，增強(qiáng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)了學(xué)生對(duì)太陽(yáng)能以及宇宙起源的好奇心。

參考文獻(xiàn)

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