《熱工學(xué)》在木材科學(xué)與工程專業(yè)中的定位、困境及對策

【摘要】《熱工學(xué)》課程是木材科學(xué)與工程專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，本文詳細(xì)分析了該課程在木材科學(xué)與工程專業(yè)中的地位和作用，教學(xué)過程中面臨的困境以及相應(yīng)的對策。

【關(guān)鍵詞】木材科學(xué)與工程；熱工學(xué)；地位；困境；對策

【中圖分類號(hào)】S781-4；G642.4 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】B 【文章編號(hào)】2095-3089（2017）17-0016-02

《熱工學(xué)》又稱《熱工基礎(chǔ)》、《熱工原理》或《熱工基礎(chǔ)及應(yīng)用》，基本內(nèi)容是工程熱力學(xué)、傳熱學(xué)及其主要的熱工設(shè)備。工程熱力學(xué)的主要內(nèi)容是熱力學(xué)基本概念、熱力學(xué)第一/二定律、理想氣體和水蒸氣的性質(zhì)及熱力過程；傳熱學(xué)主要內(nèi)容是熱量傳遞的三種基本方式（導(dǎo)熱、對流換熱和輻射換熱）；熱工設(shè)備部分主要包括動(dòng)力循環(huán)裝置、制冷循環(huán)裝置和換熱器[1]。對于能源類專業(yè)的學(xué)生，熱工學(xué)中的工程熱力學(xué)和傳熱學(xué)通常會(huì)單獨(dú)開課，并且設(shè)置62學(xué)時(shí)以上的課時(shí)數(shù)。然而對于大部分非能源類專業(yè)的學(xué)生而言，一般把工程熱力學(xué)和傳熱學(xué)結(jié)合起來，安排32學(xué)時(shí)課時(shí)數(shù)[2]。

對于木材科學(xué)與工程專業(yè)，熱工學(xué)是一門專業(yè)基礎(chǔ)課，主要為人造板工藝學(xué)和木材干燥學(xué)等涉及能源利用和轉(zhuǎn)化的專業(yè)核心課程服務(wù)。然而，基于當(dāng)前本科教學(xué)課程設(shè)置重基礎(chǔ)、重實(shí)踐的指導(dǎo)原則，許多專業(yè)基礎(chǔ)課、專業(yè)選修課的都受到了沖擊，專業(yè)對此類課程的重視程度逐年下降，課時(shí)數(shù)不斷減少，學(xué)生難以理解該課程對于其專業(yè)核心課程學(xué)習(xí)的重要性。因此，結(jié)合自身的多年熱工學(xué)教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，本文詳細(xì)的分析了熱工學(xué)課程在木材科學(xué)與工程專業(yè)中的地位、面臨的困境及擬采取的對策。

一、熱工學(xué)課程在木材科學(xué)與工程專業(yè)中的地位和作用

木材科學(xué)與工程專業(yè)主要培養(yǎng)學(xué)生掌握木材學(xué)、木材干燥和加工、木制品及家具生產(chǎn)技術(shù)加工和利用、人造板工藝、木質(zhì)產(chǎn)品加工設(shè)備等相關(guān)基礎(chǔ)理論和專業(yè)知識(shí)，在其課程體系中會(huì)涉及較多的能量利用和轉(zhuǎn)化、熱量傳遞和熱能設(shè)備等相關(guān)問題，此類問題都與熱工學(xué)的課程內(nèi)容密切相關(guān)。木材干燥學(xué)課程涉及到較多的熱能利用問題，包括干燥介質(zhì)的選擇、生產(chǎn)和輸送；木材在干燥過程中的傳熱和傳質(zhì)基本特性；干燥窯保溫材料的選擇及熱量的高效利用等。人造板課程同樣涉及較多的熱能利用問題，包括纖維板、刨花板和膠合板熱壓過程中傳熱介質(zhì)的選擇、熱壓過程所需能量大小和能量利用效率、能量在人造板的熱壓過程中的傳輸特性、溫度在人造板厚度方向上的分布情況、人造板基本單元制備過程中的能源問題等。林產(chǎn)化學(xué)與工業(yè)和生物質(zhì)能源課程中木材的熱化學(xué)轉(zhuǎn)化過程（炭化和氣化）中的能量利用及其傳熱傳質(zhì)特性等。

木材加工行業(yè)中涉及較多的傳熱介質(zhì)，如空氣、水蒸氣和導(dǎo)熱油等，加熱的空氣和水蒸氣用于木材干燥過程，加熱的導(dǎo)熱油主要用于人造板熱壓過程，此類介質(zhì)的傳熱和傳質(zhì)特征將顯著影響木制品和人造板的性能。其次，木材加工過程中將會(huì)用到非常多的熱能設(shè)備，包括鍋爐、內(nèi)燃機(jī)、換熱器等。最后，在木材干燥和人造板熱壓過程中都會(huì)涉及到熱量傳遞的三種方式，包括導(dǎo)熱、對流換熱和輻射換熱。

綜上所述，熱工學(xué)課程的內(nèi)容與木材科學(xué)與工作專業(yè)的核心課程密切相關(guān)，并且在木材加工實(shí)際應(yīng)用過程中也會(huì)用到非常多的熱工學(xué)基本知識(shí)和理論，接觸到大量能量利用和轉(zhuǎn)化設(shè)備。對于木材科學(xué)與工程專業(yè)，熱工學(xué)是一門非常重要的專業(yè)基礎(chǔ)課。只有學(xué)好這門課程，才能更好的理解專業(yè)核心課程中涉及熱工轉(zhuǎn)化和傳熱的知識(shí)點(diǎn)，幫助企業(yè)解決熱能相關(guān)設(shè)備問題，提高企業(yè)生產(chǎn)效率。

二、熱工學(xué)課程在木材科學(xué)與工程專業(yè)中的困境

雖然熱工學(xué)是該專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課程，但是在實(shí)際教學(xué)過程也存在不少問題。

1.最主要的問題是課程內(nèi)容多，安排的學(xué)時(shí)數(shù)太少，一般才32學(xué)時(shí)。隨著木材加工高效綜合利用新技術(shù)的不斷出現(xiàn)，因此本科生的課程數(shù)量逐漸增加，然而總學(xué)分?jǐn)?shù)卻是固定的，因此會(huì)壓縮原有課程的學(xué)時(shí)數(shù)。此外，熱工學(xué)課程內(nèi)容非常多，涵蓋工程熱力學(xué)、傳熱學(xué)及其主要的熱工設(shè)備，含緒論在內(nèi)總共有13個(gè)章節(jié)，因此有些章節(jié)2個(gè)學(xué)時(shí)必須講完，學(xué)生難以快速掌握基本知識(shí)點(diǎn)，無法有效解決課程內(nèi)容多，授課時(shí)間少的矛盾。

2.授課學(xué)期安排不合理，熱工學(xué)課程經(jīng)常與專業(yè)核心課（如木材干燥學(xué)、人造板工藝學(xué)和木工機(jī)械）安排在同一學(xué)期同一時(shí)間段開展教學(xué)，即本科生還未完全了解熱工學(xué)的基本常識(shí)，就已經(jīng)在專業(yè)課中碰到了熱工學(xué)的知識(shí)點(diǎn)，造成專業(yè)課的教學(xué)效果下降，無法體現(xiàn)熱工學(xué)專業(yè)基礎(chǔ)課的作用。

3.學(xué)生學(xué)習(xí)熱工學(xué)的積極性不高，由于熱工學(xué)的知識(shí)點(diǎn)非常多，熱能轉(zhuǎn)化和傳遞的基本定義和計(jì)算公式非常多，學(xué)生經(jīng)常把各個(gè)定義和基本公式混淆，隨著上課的深入，很多學(xué)生就已經(jīng)跟不上課程內(nèi)容，容易產(chǎn)生放棄學(xué)習(xí)該門課程的想法。

4.教學(xué)模式落后，目前此類課程授課仍然以教師為主體，向?qū)W生灌輸繁雜的各種概念和理論，相互之間的互動(dòng)交流較少?，F(xiàn)在的學(xué)生已經(jīng)不滿足于“上課記筆記，下課做習(xí)題，考試背書本”的教學(xué)模式，一些書本上寫的非常清楚的公式和定義，他們聽起來枯燥無味，無法集中精力聽講，嚴(yán)重影響教學(xué)質(zhì)量。

5.無法開展實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)，熱工學(xué)正常教學(xué)過程還需開設(shè)相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)課程，如水蒸汽P-T關(guān)系演示實(shí)驗(yàn)、畢托管的校正實(shí)驗(yàn)、熱電偶的制作、材料的導(dǎo)熱系數(shù)測定、自然對流換熱系數(shù)測定、CO2的P-V-T關(guān)系演示實(shí)驗(yàn)、空氣橫掠單管時(shí)平均換熱系數(shù)等20多個(gè)實(shí)驗(yàn)，以增強(qiáng)學(xué)生對理論教學(xué)的理解，然而由于大部分非能源類專業(yè)都不具備開設(shè)此類實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)室和儀器設(shè)備，難以開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)。

三、熱工學(xué)課程教學(xué)改進(jìn)的對策

1.為解決熱工學(xué)課程內(nèi)容多，課時(shí)數(shù)少的問題，教師應(yīng)該要了解與熱工課程高度相關(guān)的專業(yè)核心課程，如《木材干燥學(xué)》和《人造板工藝學(xué)》中涉及到熱工學(xué)內(nèi)容的知識(shí)點(diǎn)，并在上課時(shí)有針對性的進(jìn)行講解，如水蒸汽和濕空氣的性質(zhì)及其焓濕圖的應(yīng)用，能量方程的應(yīng)用以及傳熱與換熱器的計(jì)算等內(nèi)容，適當(dāng)削弱部分跟本專業(yè)相關(guān)度不大的內(nèi)容，如熱力過程與熱力循環(huán)等內(nèi)容[3]。endprint

2.改善授課時(shí)間的安排，應(yīng)該在專業(yè)課之前安排熱工學(xué)授課，熱工學(xué)授課時(shí)間應(yīng)該介于大學(xué)數(shù)學(xué)和物理等基礎(chǔ)課和木材專業(yè)課之間。通識(shí)教育基礎(chǔ)課大都集中于大學(xué)一年級(jí)，而專業(yè)課一般都開始于大學(xué)二年級(jí)的第二個(gè)學(xué)期，因此熱工學(xué)應(yīng)該安排在二年級(jí)的第一個(gè)學(xué)期開課，與其他專業(yè)基礎(chǔ)課（如工程制圖、工程力學(xué)等）同時(shí)進(jìn)行，提前為專業(yè)課的學(xué)習(xí)打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

3.為解決課題教學(xué)效果差的問題，通過改善教學(xué)方法以提升學(xué)生的聽課積極性。除了常規(guī)使用的PPT教學(xué)方法外，對于一些非常難以理解的概念和熱能設(shè)備，可以適當(dāng)播放一些比較形象的視頻，用于增加學(xué)生對此類知識(shí)點(diǎn)的感性認(rèn)識(shí)，便于記憶。通過設(shè)置幾個(gè)關(guān)鍵問題開展分組討論和交流，增加師生互動(dòng)，比如如何用傳熱學(xué)的知識(shí)解釋電影《泰坦尼克號(hào)》中杰克比露絲更快失去體溫而凍死的現(xiàn)象、為什么夏天吹電風(fēng)扇能夠降低體溫、列舉身邊的一些熱能轉(zhuǎn)化和利用的例子等，擬通過此類開放性問題的交流，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。利用科研實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的木材加工實(shí)驗(yàn)室，實(shí)地參觀一些設(shè)計(jì)熱能利用的木材加工設(shè)備，如熱壓機(jī)、烘箱、干燥窯等，增強(qiáng)學(xué)生理論和實(shí)際結(jié)合能力[4-5]。

4.適當(dāng)增加少部分實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，實(shí)驗(yàn)教學(xué)是“熱工學(xué)”教學(xué)中至關(guān)重要的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，讓學(xué)生掌握和了解各種儀器的結(jié)構(gòu)、基本原理和操作技能，加深理解和驗(yàn)證理論知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能和動(dòng)手能力，因此選取幾個(gè)與專業(yè)課高度相關(guān)的幾個(gè)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，如水蒸汽P-T關(guān)系演示實(shí)驗(yàn)、材料的導(dǎo)熱系數(shù)測定等[6]。

四、結(jié)論

《熱工學(xué)》課程是木材科學(xué)與工程專業(yè)非常重要的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，與木材干燥學(xué)、人造板工藝學(xué)等課程密切相關(guān)。針對目前該課程在專業(yè)中的重視度逐年下降、學(xué)生學(xué)習(xí)積極性不高、教學(xué)方法嚴(yán)重落后的形式，擬通過抓住重點(diǎn)授課、優(yōu)化授課學(xué)期、改善教學(xué)方法等途徑解決現(xiàn)存的問題。

參考文獻(xiàn)

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作者簡介：馬中青，1987年5月，男，浙江義烏，浙江農(nóng)林大學(xué)講師，博士，研究方向：生物質(zhì)熱解氣化技術(shù)。endprint