冷鏈物流技術(shù)在車輛工程專業(yè)教學(xué)中融合滲透研究

摘 要：文章從農(nóng)業(yè)院校工科人才培養(yǎng)出發(fā)，開展冷鏈物流技術(shù)與車輛工程專業(yè)教學(xué)融合滲透研究，擬提高科學(xué)研究對本科教學(xué)的支持，在兼顧專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)的前提下培養(yǎng)鄉(xiāng)村振興相關(guān)人才。以《汽車構(gòu)造》中汽車空調(diào)相關(guān)教學(xué)內(nèi)容為例，分析了當(dāng)前汽車空調(diào)課程教學(xué)現(xiàn)狀，提出傳熱學(xué)、計算流體動力學(xué)方法等內(nèi)容的融合思路。最后，通過“三位一體”教學(xué)設(shè)計，提升教學(xué)內(nèi)容與科學(xué)研究的結(jié)合度，促進學(xué)生對課程內(nèi)容的理解。研究結(jié)果將對農(nóng)業(yè)院校人才培養(yǎng)及車輛工程教學(xué)改革起到一定作用。

關(guān)鍵詞：科學(xué)研究；汽車空調(diào)；教學(xué)設(shè)計；教學(xué)改革

中圖分類號：F570；G642 文獻標(biāo)志碼：A DOI：10.13714/j.cnki.1002-3100.2025.02.036

Abstract： This paper explores the integration and penetration research of cold chain logistics technology into vehicle engineering education， starting from the perspective of cultivating engineering talents in agricultural colleges. The aim is to enhance the support of scientific research for undergraduate teaching while cultivating talents relevant to rural revitalization under the premise of meeting professional training objectives. Taking the teaching content related to automotive air conditioning in the course of Automobile Construction as an example， the current situation of automotive air conditioning course teaching is analyzed， and a fusion approach involving heat transfer and computational fluid dynamics methods is proposed. Finally， through the \"three-in-one\" teaching design， the integration of teaching content with scientific research is enhanced to promote students' understanding of the course content. The research results of this paper will play a certain role in talent cultivation in agricultural colleges and reform of vehicle engineering education.

Key words： scientific research; automotive air conditioning; teaching design; teaching reform

0 " "引 " "言

隨著人們對食品安全的要求越來越高，農(nóng)產(chǎn)品的新鮮度、品質(zhì)也越來越受到關(guān)注。而冷鏈物流技術(shù)與設(shè)施被證明能夠有效延長農(nóng)產(chǎn)品的保鮮周期，是滿足人們對食品安全的需求，保障農(nóng)民收入的重要措施之一[1]。2024年中央一號文件明確提出要優(yōu)化農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流體系，加快建設(shè)骨干冷鏈物流基地和縣域產(chǎn)地公共冷鏈物流設(shè)施。X工程學(xué)院自2008年開始從事農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流技術(shù)與裝備的研究，形成了包括保鮮環(huán)境調(diào)控、蓄冷節(jié)能、嵌入式控制系統(tǒng)等關(guān)鍵技術(shù)，研制了果蔬氣調(diào)保鮮運輸車、蓄冷溫控運輸箱、溫濕雙控銷售貨架等裝備。

然而，由于X工程學(xué)院沒有開設(shè)物流工程等相關(guān)專業(yè)，冷鏈物流技術(shù)相關(guān)研究對本科教學(xué)的支撐作用并不明顯，難以培養(yǎng)冷鏈物流相關(guān)人才。另一方面，“新工科”[2]對傳統(tǒng)的、現(xiàn)有的工科專業(yè)提出了新的要求，目前很多高校的各個新型工科專業(yè)都已經(jīng)開始了升級轉(zhuǎn)型，學(xué)科建設(shè)的轉(zhuǎn)型升級主要體現(xiàn)在課程的教學(xué)改革上。因此，本文以X工程學(xué)院車輛工程專業(yè)核心課程《汽車構(gòu)造》為例，將冷鏈物流技術(shù)中的相關(guān)知識進行融合滲透，促進學(xué)生對冷鏈物流技術(shù)的了解并兼顧原教學(xué)目標(biāo)，以期培養(yǎng)跨學(xué)科、投身于鄉(xiāng)村振興建設(shè)的綜合性人才。

1 " "教學(xué)案例分析——以汽車空調(diào)教學(xué)為例

保鮮環(huán)境調(diào)控是指通過包裝、制冷系統(tǒng)調(diào)節(jié)等方式，為農(nóng)產(chǎn)品提供適宜的保鮮環(huán)境，是冷鏈物流裝備的重要功用之一，是保障農(nóng)產(chǎn)品流通品質(zhì)的關(guān)鍵[3]。而汽車空調(diào)通過制冷系統(tǒng)調(diào)節(jié)車廂內(nèi)溫度、風(fēng)速等參數(shù)，為駕駛員和乘客提供舒適的環(huán)境，是影響汽車駕駛與乘坐舒適性的重要因素。

此外，農(nóng)產(chǎn)品在運輸過程中，其品質(zhì)也會受到振動的影響[4]，通過包裝緩沖等方式可以有效減小振動對運輸品質(zhì)的影響。而在汽車的性能中，噪聲、振動與聲振粗糙度（Noise、Vibration、Harshness，合稱NVH）對汽車的安全性及車內(nèi)駕駛員和乘客的舒適性有重要影響[5]。保鮮環(huán)境調(diào)控與汽車車內(nèi)環(huán)境調(diào)控、運輸震動與汽車降噪等學(xué)習(xí)內(nèi)容在作用和原理上相似性較高，可以作為冷鏈物流技術(shù)知識在車輛工程專業(yè)教學(xué)上的切入點（見圖1）。

《汽車構(gòu)造》作為車輛工程專業(yè)的核心課程，在車輛工程專業(yè)課程體系中起著非常重要的作用[6]。汽車空調(diào)是《汽車構(gòu)造》下冊的教學(xué)內(nèi)容之一，相關(guān)課程的實踐性較強，在課程實施過程中，需要學(xué)生對汽車的空調(diào)制冷、制熱、除濕原理有深入了解。通過課程的實施，學(xué)生可以根據(jù)相應(yīng)的汽車維修手冊對機器進行故障診斷，并能夠分析電路原理圖、處理汽車空調(diào)運行中的一般故障，促進學(xué)生形成實事求是的科學(xué)精神，掌握理論聯(lián)系實際的工作方法[7]。

對于加強學(xué)生對理論知識的理解和掌握，特別是在培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力、創(chuàng)新能力和嚴謹?shù)目茖W(xué)態(tài)度上，汽車空調(diào)相關(guān)課程的教學(xué)還存在一些問題：一是偏重理論研究，實驗以基礎(chǔ)性、演示性和驗證性居多，不能真正達到提高學(xué)生實踐能力的目的；二是學(xué)科融合不足，汽車空調(diào)所設(shè)計的工程熱力學(xué)與傳熱學(xué)、流體力學(xué)等方面的知識較多，且在分析汽車空調(diào)影響人體感受的時候會涉及到氣體成分、人體學(xué)等化學(xué)、生物學(xué)知識，而目前在課程中全部為專業(yè)課程知識，并沒有與專業(yè)課程體系中的其他課程產(chǎn)生必要的聯(lián)系，更沒有對其他專業(yè)課程的融合與應(yīng)用。

2 " "課程知識融合以傳熱學(xué)為基礎(chǔ)

2.1 " "傳熱學(xué)教學(xué)

工程熱力學(xué)與傳熱學(xué)是眾多本科院校都有開設(shè)的課程，特別聚焦在能源類、機械類等專業(yè)。其分為兩個部分，即“工程熱力學(xué)”和“傳熱學(xué)”。工程熱力學(xué)是熱力學(xué)最先發(fā)展的一個分支，它主要研究熱能與機械能和其他能量之間相互轉(zhuǎn)換的規(guī)律及其應(yīng)用，是機械工程的重要基礎(chǔ)學(xué)科之一。傳熱學(xué)，是研究熱量傳遞規(guī)律的科學(xué)，是研究由溫差引起的熱能傳遞規(guī)律的科學(xué)。汽車空調(diào)涉及到汽車內(nèi)部空氣的調(diào)節(jié)與循環(huán)，而這恰恰需要動力，空氣的調(diào)節(jié)中溫度調(diào)節(jié)是十分重要的一部分。因此，汽車空調(diào)與工程熱力學(xué)和傳熱學(xué)密不可分。

隨著 4G、5G相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，以及微課、慕課、各種學(xué)習(xí)軟件、公眾平臺等網(wǎng)絡(luò)課程的興起，讓學(xué)生有了更多學(xué)習(xí)途徑，不再局限于課堂和書本。但當(dāng)今大學(xué)生存在缺乏自主學(xué)習(xí)能力和自控能力不強的特點，及高校管理體制欠缺，仍然以課堂面授為主，應(yīng)用其它形式可以起到彌補和輔助作用[8]。對于工程熱力學(xué)與傳熱學(xué)的教學(xué)，可以聚焦在教學(xué)方法與手段的改革上，可在課堂上運用多媒體技術(shù)向?qū)W生展示多種多樣的傳熱模型與關(guān)系，給學(xué)生一種更加直觀的感覺，使其更好理解其中的知識與關(guān)系。

冷藏車、集裝箱等物流裝備配備的制冷系統(tǒng)與汽車空調(diào)工作原理類似，其將廂內(nèi)的熱量轉(zhuǎn)移到廂外，從而實現(xiàn)廂內(nèi)的低溫環(huán)境，有利于貨物品質(zhì)的維持。另一方面，使用實際的冷藏車或汽車空調(diào)進行試驗具有一定的條件限制，為了方便演示，可以設(shè)計相關(guān)的物理模型、傳熱模型進行示意。農(nóng)產(chǎn)品保鮮要求內(nèi)部環(huán)境處于滿足產(chǎn)品保鮮需求的相對平衡狀態(tài)，但內(nèi)外環(huán)境溫差、太陽輻射、縫隙漏熱等因素會影響熱質(zhì)交換，打破平衡直至溫度超過保鮮溫區(qū)。在實際教學(xué)過程中可以畫出相應(yīng)的傳熱模型示意圖，以線框、箭頭等形式來呈現(xiàn)，如圖2所示，讓學(xué)生對學(xué)習(xí)對象的熱環(huán)境規(guī)律有更直觀的理解。

圖2中，①為外界氣流與壁面之間存在溫差和相對速度差，以對流換熱的形式交換熱量；②為壁面反射與自身發(fā)出的輻射；③為太陽輻射與環(huán)境輻射的傳入熱；④為車壁面吸收的熱量通過材質(zhì)之間的接觸，以熱傳導(dǎo)的形式傳遞能量；⑤為內(nèi)壁面與箱內(nèi)冷空氣以對流換熱的方式交換熱量；⑥為貨物因為代謝而溫度上升，冷空氣經(jīng)過貨物將以對流換熱的形式交換熱量。

2.2 " "可視化教學(xué)輔助

計算流體動力學(xué)（Computational Fluid Dynamics，簡稱CFD），是流體力學(xué)的一個分支，是近代流體力學(xué)、數(shù)值數(shù)學(xué)和計算機科學(xué)結(jié)合的產(chǎn)物，能夠?qū)?shù)值問題可視化，具體操作流程如圖3所示。它以電子計算機為工具，套用各種離散化的數(shù)學(xué)方法，對流體力學(xué)的各類問題進行數(shù)值實驗、計算機模擬和分析研究，以解決各種實際問題。在汽車空調(diào)與保鮮環(huán)境調(diào)控研究中，空間內(nèi)空氣的溫度場、速度場相關(guān)參數(shù)變化可用數(shù)值模擬預(yù)測，為降低研究成本、縮短研究周期提供幫助。

制冷系統(tǒng)是冷藏車車廂溫度維持的關(guān)鍵，其主要的用途是維持運輸過程中的環(huán)境溫度，目前諸多研究主要集中在送風(fēng)速度、貨物間隙、貨物包裝以及開關(guān)門過程等因素對庫內(nèi)溫度場和食品的影響，并針對這些研究，CFD得到了廣泛的應(yīng)用[9]。乘用車進氣系統(tǒng)是影響NVH的重要因素之一，運用CFD技術(shù)對進氣噪音進行研究分析，為優(yōu)化NVH提供參考[10]。利用CFD 技術(shù)，可以對汽車空調(diào)的風(fēng)道以及乘員艙內(nèi)流場進行仿真模擬，這些因素會影響風(fēng)量大小從而影響空調(diào)的各個性能，并且可能引起振動噪聲等缺陷。通過對管道內(nèi)流場的 CFD 進行仿真分析，可以對空調(diào)系統(tǒng)的除霜、降溫采暖等性能進行一定程度上的預(yù)測，給出指導(dǎo)意見[11]。

在實施汽車空調(diào)相關(guān)課程及保鮮環(huán)境調(diào)控知識教學(xué)的時候，需重視CFD基本操作的教學(xué)，其中包括相關(guān)軟件的操作演示，并結(jié)合具體實例進行深化認識，最后針對實際問題進行研究分析，從而提出問題的解決方案。

3 " "“三位一體”實踐環(huán)節(jié)教學(xué)

實踐教學(xué)作為高校教學(xué)活動的重要組成部分，在培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)研究方法、實踐能力和創(chuàng)新能力方面有非常重要的作用[12]。實踐教學(xué)不應(yīng)只體現(xiàn)在實驗室的物理空間，更應(yīng)明確實踐教學(xué)目標(biāo)，加強實踐教學(xué)的規(guī)范化和多渠道化，構(gòu)建集課堂、實驗室、網(wǎng)絡(luò)平臺“三位一體”的實踐教學(xué)體系[13]，如圖4所示。

課堂上的實踐教學(xué)主要以引入案例教學(xué)為主。針對冷流物流技術(shù)融合，汽車空調(diào)相關(guān)課程需要改變傳統(tǒng)的教學(xué)方法，建立分析案例。在汽車技術(shù)日新月異，冷鏈物流技術(shù)關(guān)注度越來越高的背景下，建立汽車空調(diào)相關(guān)課程案例資源庫。在實驗室的建設(shè)上需要貼近生產(chǎn)實際，汽車空調(diào)相關(guān)的實踐課程可以添加冷鏈物流設(shè)施的相關(guān)操作及實驗課時，可以進行一些農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)和環(huán)境參數(shù)測定試驗，具體方法是在環(huán)境中布置若干傳感器，可以通過一些試驗指標(biāo)來反映出制冷系統(tǒng)工作性能。X工程學(xué)院的冷鏈物流技術(shù)與裝備研究團隊擁有國家冷鏈物流裝備研發(fā)專業(yè)中心、廣東省農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流工程研究中心等平臺，可為學(xué)生自主學(xué)習(xí)和創(chuàng)新實踐提供良好的實驗條件，為實踐教學(xué)的順利實施提供了保障[14]。

另外，要注重網(wǎng)絡(luò)平臺的建設(shè)，網(wǎng)絡(luò)平臺相比傳統(tǒng)的課堂可以減少學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的枯燥和乏味。網(wǎng)絡(luò)平臺實踐教學(xué)模塊可以使學(xué)生在進入實驗室之前，在網(wǎng)上閱讀文獻和觀看視頻，特別是一些汽車空調(diào)、冷鏈物流技術(shù)等相關(guān)內(nèi)容，均可以在老師上課前完成一定的前置任務(wù)。同時，網(wǎng)絡(luò)平臺可以實時更新該領(lǐng)域的最新研究進展，為汽車空調(diào)課程與冷鏈物流技術(shù)融合教學(xué)提供幫助。

4 " "總 " "結(jié)

作為農(nóng)業(yè)院校，X工程學(xué)院肩負培養(yǎng)鄉(xiāng)村振興、服務(wù)農(nóng)業(yè)相關(guān)人才的責(zé)任。培養(yǎng)冷鏈物流技術(shù)相關(guān)人才對保障農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)、增加農(nóng)民收入具有重要意義。同時，要準(zhǔn)確定位社會對人才專業(yè)知識與技能的需求，探索教學(xué)內(nèi)容和模式的科學(xué)設(shè)計，確保對相關(guān)課程進行提升與滲透。本文依托新工科理念對目前本校汽車空調(diào)課程與冷鏈物流技術(shù)融合方式進行闡述，突出傳熱學(xué)理論、流體動力學(xué)計算方法、實踐環(huán)節(jié)等在教學(xué)過程中的作用，通過優(yōu)化教學(xué)設(shè)計，促進學(xué)生對課程的理解，提高冷鏈物流技術(shù)融合教學(xué)對培養(yǎng)學(xué)生綜合素質(zhì)的作用，為相關(guān)領(lǐng)域輸送人才提供幫助。

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