傳熱學(xué)課程中實(shí)驗(yàn)與理論教學(xué)高效結(jié)合的探索

高虹 包道日娜

[摘 要] 針對(duì)目前傳熱學(xué)課程教學(xué)過程中實(shí)驗(yàn)和理論教學(xué)中存在的問題，對(duì)如何使實(shí)驗(yàn)教學(xué)與理論教學(xué)高效配合進(jìn)行了探索。首先是教學(xué)時(shí)間上，理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)緊密結(jié)合，其次從理論教學(xué)上，以綜合實(shí)驗(yàn)為研究內(nèi)容，貫徹到理論教學(xué)的每個(gè)部分，從始至終形成體系;最后在評(píng)價(jià)體系上加大實(shí)驗(yàn)與理論的結(jié)合。

[關(guān)鍵詞] 理論教學(xué);實(shí)驗(yàn)教學(xué);傳熱學(xué)

[作者簡介] 高 虹（1972—），女，內(nèi)蒙古呼和浩特人，工學(xué)博士，內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院副教授，主要從事熱利用及傳熱? ? ? 傳質(zhì)強(qiáng)化技術(shù)的研究;包道日娜（1976—），女（蒙古族），內(nèi)蒙古興安盟人，工學(xué)博士，內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院? ? ? 教授，主要從事風(fēng)力機(jī)技術(shù)的研究。

[中圖分類號(hào)] G642.0 ? ?[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A ? ?[文章編號(hào)] 1674-9324（2020）34-0205-02 ? ?[收稿日期] 2019-11-24

一、引言

從國家教育部發(fā)出“關(guān)于進(jìn)一步深化本科教學(xué)改革全面提高教學(xué)質(zhì)量的若干意見”以來，各個(gè)高校在教學(xué)上都開展了相關(guān)的探索和研究。面對(duì)新形勢下的教學(xué)需求，如何提供符合時(shí)代需要的課程體系和教學(xué)內(nèi)容，將理論教學(xué)與實(shí)踐性教學(xué)高效的結(jié)合，培養(yǎng)適應(yīng)社會(huì)發(fā)展需求，具有更高的綜合能力的學(xué)生是每個(gè)學(xué)校和老師面臨的問題。

傳熱學(xué)是一門專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課，通常包括理論教學(xué)和相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)。以我校傳熱學(xué)課為例，在第5學(xué)期開課，總學(xué)時(shí)64個(gè)，其中理論教學(xué)58個(gè)學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)6個(gè)學(xué)時(shí)。傳熱學(xué)課程的基本內(nèi)容大致可以分為導(dǎo)熱、對(duì)流換熱、輻射換熱和傳熱綜合分析四部分，傳質(zhì)過程分析在學(xué)時(shí)減少的情況下，都刪去不講。因此對(duì)應(yīng)著導(dǎo)熱、對(duì)流和輻射換熱分別開出了三個(gè)2個(gè)學(xué)時(shí)的實(shí)驗(yàn)。這三個(gè)實(shí)驗(yàn)基本屬于演示性實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)搭建完善，實(shí)驗(yàn)老師教給學(xué)生如何操作后，只需學(xué)生記錄儀表的數(shù)據(jù)和對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理，完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告即可。在實(shí)驗(yàn)過程中學(xué)生主動(dòng)思考，動(dòng)手的機(jī)會(huì)少，更別提針對(duì)一些具體的傳熱問題來設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案。這樣即使將來學(xué)生遇到實(shí)際問題，也沒有系統(tǒng)的解決問題的理論能力和動(dòng)手能力。當(dāng)今社會(huì)的發(fā)展需要的是全面發(fā)展、動(dòng)手能力強(qiáng)的學(xué)生，只會(huì)做題的學(xué)生是不受歡迎的。為了適應(yīng)社會(huì)發(fā)展需求，各學(xué)校都對(duì)本科傳熱學(xué)課程從理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)上進(jìn)行相關(guān)內(nèi)容的改革[1-3]，從而提升學(xué)生素質(zhì)和能力。

二、課程教學(xué)中存在問題

傳熱學(xué)課程教學(xué)中存在的問題是普遍的，相關(guān)的學(xué)者對(duì)此都做了深入的研究和改革[2，3]。從這些文獻(xiàn)來看，對(duì)于理論教學(xué)的改進(jìn)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革進(jìn)行了深入的探討，但從教學(xué)安排、教學(xué)內(nèi)容上如何將兩者協(xié)調(diào)的研究還較少見報(bào)道。因此針對(duì)我校的實(shí)際情況，對(duì)傳熱學(xué)的理論和教學(xué)進(jìn)行了初步的改革和探索。目前在我校傳熱學(xué)教學(xué)中存在的主要問題有以下幾點(diǎn)。

（一）理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)脫節(jié)

由于學(xué)校組織機(jī)構(gòu)的原因，我校理論教學(xué)老師是不帶實(shí)驗(yàn)教學(xué)部分的，有專門的實(shí)驗(yàn)老師開設(shè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)。因此實(shí)驗(yàn)的開設(shè)通常與理論教學(xué)的進(jìn)度不一致。為此，學(xué)生在做實(shí)驗(yàn)前，實(shí)驗(yàn)老師得重新將理論講一遍，再講解實(shí)驗(yàn)原理和具體操作方式。同時(shí)實(shí)驗(yàn)開設(shè)時(shí)，可能有些實(shí)驗(yàn)的相關(guān)理論內(nèi)容已經(jīng)講完，而有些實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)理論還沒有講。造成實(shí)驗(yàn)進(jìn)度與理論教學(xué)進(jìn)度的脫節(jié)。

（二）實(shí)驗(yàn)內(nèi)容簡單

目前我校開設(shè)的傳熱學(xué)實(shí)驗(yàn)分別是：“圓球?qū)醿x測定黃砂導(dǎo)熱系數(shù)實(shí)驗(yàn)、強(qiáng)制對(duì)流管外換熱實(shí)驗(yàn)、角系數(shù)測定實(shí)驗(yàn)和鉑絲表面發(fā)射率測定實(shí)驗(yàn)”，分別對(duì)應(yīng)著熱傳導(dǎo)、對(duì)流換熱和輻射換熱的理論教學(xué)部分。從實(shí)驗(yàn)內(nèi)容上看都比較簡單，作為初學(xué)者是合適的。因?yàn)閷?shí)驗(yàn)臺(tái)架已調(diào)試安裝好，所以導(dǎo)致在實(shí)驗(yàn)過程中學(xué)生并不需要很多動(dòng)手過程，可能只要看測試儀表就可。學(xué)生做實(shí)驗(yàn)是被動(dòng)的，自己思考、自己動(dòng)手的機(jī)會(huì)很少。另外當(dāng)傳熱學(xué)基本理論學(xué)完后，缺乏對(duì)應(yīng)于傳熱綜合應(yīng)用的綜合性實(shí)驗(yàn)。

（三）理論考試與實(shí)驗(yàn)內(nèi)容無關(guān)

目前我校的傳熱學(xué)理論考試試卷主要由填空題、選擇題、簡答題和計(jì)算題部分組成，比較偏重于基本理論、概念和最簡單的計(jì)算過程?；径际强陀^性試題，主觀性試題很少。所做的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容基本不會(huì)出現(xiàn)在考試試卷中。實(shí)驗(yàn)過程中所培養(yǎng)的能力只能通過實(shí)驗(yàn)報(bào)告來檢驗(yàn)，比較單一。

三、理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)相輔相成

（一）適時(shí)開設(shè)實(shí)驗(yàn)課程

針對(duì)理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)脫節(jié)的問題，修改理論教學(xué)日歷和實(shí)驗(yàn)教學(xué)日歷，將兩者在時(shí)間上匹配。同時(shí)與實(shí)驗(yàn)室老師溝通，實(shí)驗(yàn)理論部分在課堂上都以問題的形式開展教學(xué)和討論，讓學(xué)生做出初步的實(shí)驗(yàn)方案。學(xué)生帶著自己的實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)實(shí)驗(yàn)室，與實(shí)驗(yàn)老師的完善方案對(duì)比分析，然后再進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作與測試。這樣學(xué)生的主動(dòng)性調(diào)動(dòng)起來了，同時(shí)對(duì)于實(shí)驗(yàn)與理論之間的區(qū)別認(rèn)識(shí)得也更加深刻。

（二）增加綜合性傳熱實(shí)驗(yàn)

學(xué)?，F(xiàn)有的傳熱學(xué)實(shí)驗(yàn)比較單一，缺乏綜合能力的培養(yǎng)。針對(duì)實(shí)際傳熱現(xiàn)象的復(fù)雜性，有些學(xué)校也改變了相關(guān)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容取得了很好的教學(xué)效果[4]。為此我校也對(duì)于實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行了改革。因?yàn)閷W(xué)校里研究太陽能光熱利用的老師較多，所以測試太陽能光熱系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)儀器和實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)完善。基于此，將太陽能集熱系統(tǒng)熱效率實(shí)驗(yàn)引入本科傳熱實(shí)驗(yàn)教學(xué)。在理論教學(xué)中，從導(dǎo)熱部分計(jì)算平板集熱器吸熱板最高溫度，到集熱管內(nèi)水的流動(dòng)換熱和集熱板外表面與空氣的自然對(duì)流散熱計(jì)算和分析，再到集熱器吸收太陽能輻射能的計(jì)算，一步步將平板集熱器的傳熱過程深入分析，建立平板集熱器傳熱數(shù)學(xué)理論模型。最后引入平板集熱器熱效率實(shí)驗(yàn)，這時(shí)在完整的理論基礎(chǔ)上，讓學(xué)生考慮如何利用實(shí)驗(yàn)設(shè)備去實(shí)現(xiàn)相關(guān)的測試，做出實(shí)驗(yàn)方案。此時(shí)讓學(xué)生進(jìn)實(shí)驗(yàn)室認(rèn)識(shí)實(shí)驗(yàn)設(shè)備和系統(tǒng)，學(xué)生對(duì)整個(gè)系統(tǒng)從理論到實(shí)驗(yàn)都有了清晰的認(rèn)識(shí)，并且也激發(fā)了學(xué)生探索的興趣。

（三）評(píng)價(jià)體系的改革

傳熱學(xué)課程最終成績以80分卷面考試成績、10分實(shí)驗(yàn)成績和10分平時(shí)作業(yè)成績組成。改革后將實(shí)驗(yàn)成績提高到15分，平時(shí)實(shí)驗(yàn)方案的制定作業(yè)算在平時(shí)作業(yè)成績中，理論卷面考試中適當(dāng)加入主觀實(shí)驗(yàn)題，這類題沒有標(biāo)準(zhǔn)答案，只要學(xué)生提出的想法，有理有據(jù)就給滿分。評(píng)價(jià)體系的改革使得學(xué)生更加注重平時(shí)傳熱學(xué)整體系統(tǒng)的學(xué)習(xí)和思考，而不是以前的死記硬背概念和計(jì)算題。

四、結(jié)語

通過理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)的高效結(jié)合，首先使得理論教學(xué)老師的教學(xué)更加體系化，以太陽能集熱器為主線將傳熱學(xué)分散的理論部分最終結(jié)合起來，教會(huì)了學(xué)生如何從基礎(chǔ)理論上整體考慮實(shí)際問題，建立數(shù)學(xué)模型。其次理論課堂與實(shí)驗(yàn)理論部分的有效結(jié)合，使得學(xué)生進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室時(shí)對(duì)于所做實(shí)驗(yàn)是明確的，并形成了自己的看法，通過實(shí)驗(yàn)操作驗(yàn)證自己的理論正確性，提升了學(xué)生綜合應(yīng)用知識(shí)解決實(shí)際問題的能力。

參考文獻(xiàn)

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