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作者簡介：衣曉青（1956-），女，山東青島人，長沙理工大學能源與動力工程學院，教授；石爾（1979-），女，湖南長沙人，長沙理工大學能源與動力工程學院，講師。（湖南 長沙 410004）
基金項目：本文系2011年湖南省普通高等學校教學改革研究立項項目的研究成果。
中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2013）16-0069-02
“工程流體力學”、“工程熱力學”、“傳熱學”既是熱工理論的三大主干課程，又是能源動力類專業（方向）的主要技術基礎課。傳統的教學宗旨傾向于各門基礎課程自成科學體系，分別獨立教學，為后續專業課程打下牢固基礎。但是這種傳統的教學模式死板，致使學生缺乏學習興致，不易明確學習目的。建構主義的認知靈活性理論發現了新的教學要素——“案例教學”。按照認知靈活性理論，對以上熱工理論三大基礎主干課程進行優化整合，以熱能動力類專業為場景，建構諸多新的知識點教學，組織全新的熱工理論基礎課程體系，可以使熱工理論基礎課教學克服以上不足。
一、打破僵化教學：認知靈活性理論的應用
建構主義教學理論沖破了傳統教學模式，克服了“填鴨式”教學把學生作為小綿羊馴服的弊端。[1]作為建構主義教學理論中的一個分支，斯皮羅提出的“認知靈活性”理論很好地解決了“死記硬背”傳統與極端建構主義（忽視抽象養成）之間的矛盾。認知靈活性理論的主要思想就是：通過情景（境）展現基本概念和基礎理論工具，學生既可以掌握基礎理論知識，又可以按抽象思維方式，放開視野尋找新的分析問題的工具。
為了解決傳統與極端的沖突，斯皮羅把知識抽象為兩種不同性質的結構：良構的與非良構的兩種領域。[2]良構的即是指：按照抽象思維，從概念到原理的演繹解析的知識體系，符合科學意義上的正統規范。非良構的即是指：在具體場景（案例）中，隱透出的各種良性結構的知識疊合；這種疊合的基礎知識能夠解釋或解決具體場景問題；不同的場景有不同的良性結構知識疊合的詮釋。由此得出結論，良性結構知識就存在于非良性結構知識之中，“認知靈活性”教學就可以讓學生通過非良性知識教學獲得更加深刻的良性結構的系統知識，而且是積極主動地、生動有趣地接受之。
熱工理論是研究熱（能）在釋放、轉換和傳遞中的流體流動及傳熱傳質等問題的科學，涉及流體運動規律、熱（能）轉換與傳遞規律。按照認知靈活性理論的教學觀，熱工理論基礎課教學也可分類為良構性和非良構性。熱工理論的三大主干課程“工程流體力學”、“工程熱力學”和“傳熱學”分別作為單獨體系教學的基本概念、基本理論和基本知識的層次組織結構，應屬于良構性領域，其傳統的教學方式就是從概念到概念、從原理到原理、從公式到公式的演繹解析，邏輯性很強，范式文本較固定，程式較穩定，測驗作業較死板。
“認知靈活性”教學理論認為，這種教學方式僵化、被動，既不能啟動學生的興趣，也不能啟發學生的創造想象力，學生容易落入死記硬背、教條主義的套路，缺乏廣泛的知識聯系和舉一反三的思維訓練，更缺乏給學生以另辟蹊徑的想象空間。如果以流體介質為對象將熱工理論三大主干課程進行優化整合（雜交），并以熱工理論應用為主線，將能源動力類相關專業作為場景，構成非良構性知識結構，其所涉及的具體問題具有復雜背景和綜合影響因素，能夠從問題入手引出綜合知識的有機聯系，開闊學生發展思路，引導學生融會貫通，指導學生熟知專業背景。這種按照認知靈活性教學理論建立起來的熱工理論基礎課程的非良構性知識體系會沖破傳統的各自為主的單科系統性的課程教學模式，有利于克服“高分低能”的應試教育傾向，培養面對知識時代和信息社會的創新型人才。
二、創建問題教學：熱工理論基礎三大主干課程的優化整合
認知靈活性理論認為：學習者在建構知識意義的過程中，只有對知識進行多維表征，才能達到對知識的全面理解和靈活運用。這也是指導熱工理論基礎三大主干課程進行優化整合的基本思想。熱工理論基礎三大主干課程“工程熱力學”、“傳熱學”和“工程流體力學”是主要以流體介質為研究對象而緊密聯系在一起的動力類技術基礎性課程，三門課程相互依存，共同構成了熱工理論的主干課程體系。其中，工程流體力學是研究流體介質的位置勢能、壓力勢能和動能之間的相互作用的關系；工程熱力學是研究熱能與機械能之間的相互轉換的規律；傳熱學是研究熱量從高溫部分傳遞到低溫部分的機理。由此可見，能（熱）量轉換與守恒定律是熱工理論三大主干課程進行優化整合的內在動力。
基礎課理論自身系統的完善性使任何改動需求都帶有相當大的難度，只有進行優化整合，才能在不斷調整和深化過程中發展新的學習要素。例如，“傳熱和流體流動的數值方法”課程就是將傳熱學、流體力學知識進行融合后加入到數值計算科學這一更為廣泛的學科領域，為熱工理論知識的進一步發展奠定了基礎。同時，通過這一知識的優化整合，多維表征得以實現，使學生建構起在熱科學和流體科學中可以直接遷移和引用的關于熱物理方面的知識，超越了封閉、孤立課程所給的單一信息模式。
如果說熱工理論的三大主干課程“工程流體力學”、“工程熱力學”和“傳熱學”分別作為單獨體系教學是良性結構知識的傳授，那么，把“三課”拆分，再按照具體能量轉換的場景問題有機組合，這種教學模式就屬于非良性結構教學。喬納生等人的研究把前者稱作低階學習階段，把后者稱作高級學習階段。[3]高級學習階段優于低級學習階段的實質就是變公式學習為問題學習。問題學習對于熱工基礎理論教學來說，打破其三大主干課程的各自理論體系是必然的，是要針對具體的場景問題而進行知識交叉組合。值得注意的是：根據認知靈活性教學理論，這種知識體系重組，必須避免極端建構主義干擾，必須遵循“專業問題、溯本求源、知識聯系”三原則，才是優化的、高級的教學模式。
三、重復多變教學：能源動力類專業問題逆向滲透于熱工理論基礎課程
非良構的知識體系與良構性知識體系的區別就在于：一是前者比后者建立的概念龐大、復雜，它往往是多個不同學科孤立概念的交集；二是前者比后者建立的概念有很大的多變性，這是由問題教學場景多變性所決定的。熱工理論基礎知識在航天、航空、熱能動力、化工、核熱工、低溫工程、冶金熱工、微電子技術、材料和建筑等各個領域都有具體的應用，從知識體系的角度來看，其展現的知識點都是非良性的。實際上，在能源動力類相關專業的不同場景下，其呈現的非良性知識結構也存在著很大的差異性。例如，工程熱力學中的熱經濟性指標在熱機循環中的應用是熱效率，而在制冷循環中的應用是制冷系數。這說明熱經濟性概念在實際應用過程中具有復雜性。又如，流體力學在電廠中的應用以管內流動、物體繞流為主，而在建筑環境與設備工程專業中的應用以室內外環境通風、換氣的流動為主。傳熱學中對于散熱器來說需要強化傳熱效果，對于建筑物屏蔽掩體則要抵制傳熱。
在針對能源動力類專業的熱工理論基礎課程進行新的建構中，按照認知靈活性教學理論，必須將原有良性結構體系的知識與專業場景結合起來。這種有專業針對性的知識滲透，有學者稱其為專家知識學習階段，屬于更高層次。[2]比如，把能源動力類專業（方向）的“流體力學”、“泵與風機”兩門課程整合為熱工理論基礎課“泵與風機的流體流動”一章，以流體力學知識為基礎，反映了流體力學基本原理在流體機械中的具體應用場景，通過多媒體教學課件可以使學生建構泵與風機工作原理和結構的多維圖式，達到對流體力學基礎理論知識全面理解和靈活運用的目的。
按照斯皮羅的認知靈活性理論規范，對應專家知識學習階段的教學模式即“隨機通達教學法”，它的主要特點就是針對專業的眾多場景鏈，反復從不同問題視角，以不同的基本知識、基本公式、基本理論的多樣組合，不斷給予學習者良性知識的刺激，這會使學習者通過反復的從各種變式到抽象的過程，不斷加深對良性結構知識的各種理解，而且有助于學習者歷練分析問題和解決問題的能力，發揮創造性思維，為今后在專業上有所建樹打下堅實的學習基礎。貫穿于這一思想的新的“熱工理論基礎”課程體系，組織“鍋爐工質流動與熱交換”、“汽輪機流體流動與功能轉換效率”、“熱力發電廠工質循環與熱效率”等章節，探討基于專家知識學習理念的非良構知識領域的顯性建構，加入熱能動力類專業知識對熱工理論基礎課的反向滲透，有效增加課程教學的深度和廣度這一結果就自然生成了。
除了書本專業知識的反向滲透以外，通過與科研、生產單位合作的科研課題的有機結合，也是專家知識學習階段的案例來源。例如，教師通過某鋼鐵公司鍋爐尾部煙道聲學振動問題的科研活動，向學生們提出卡門渦街產生機理、影響因素以及卡門渦街產生后對設備及系統的危害和消除卡門渦街的措施等諸多學科問題，從而認知基本理論。
參考文獻：
隨著科技的進步，新能源、化工制藥、航天航空等領域都在蓬勃發展，而它們都離不開大量的或簡單、或復雜的傳熱過程。所以，在當代的高等教育中，“傳熱學”課程不僅是能源動力類專業主要的專業基礎課，同樣也是建筑環境、化學工程、機械制造等專業學科的重要課程。[3]
一、傳熱學課程存在的問題及CFD技術簡介
1.傳熱學教學中存在的問題
傳熱學的教學內容豐富，因專業所需不同、所用教材版本不同，所以側重點也不盡相同，但通常都包括穩態和非穩態的熱傳導及其數值解法、對流傳熱相關理論和計算、熱輻射相關理論和計算，以及傳熱過程分析等內容。我國開設傳熱學的歷史已頗悠久，廣大教育工作者在長期的教學實踐中總結出了很多有效、實用的教學方法。但由于熱量的傳遞過程比較抽象，而且通常伴隨著流體的流動現象，過程復雜多變，學生理解起來往往很吃力。
實驗教學無疑是幫助學生理解傳熱現象的好途徑，但成本甚高、操作復雜，如果實驗設備昂貴笨重則更是根本無法帶到課堂上來。而且流動傳熱過程往往瞬息萬變，稍縱即逝的實驗現象不易捕捉、顯示，這也為實驗教學帶來了一定困難。傳統的粉筆黑板式教學模式經濟、簡便，但相對古板、靜態，難以將熱量傳遞現象描述得流暢生動。新興的多媒體教學是很適合講解傳熱學的教學方式，但如果沒有專門的配圖、動畫等資源來輔助，也很難將復雜的流動、傳熱過程表達清楚。所以，急需尋找一種能針對具體物理過程的演示方法，為課堂教學提供支持，以便學生更好地觀摩、理解傳熱過程。
2.CFD技術簡介
CFD是Computational Fluid Dynamics（計算流體力學）的簡稱，特指通過計算機的數值計算和數據匯總處理、圖像顯示等功能，是對包含有流體流動和傳熱等相關物理現象進行求解分析的技術。通過CFD技術，我們可以利用計算機來計算、分析并顯示流動與傳熱現象，在較短的時間內解決流體力學、傳熱學問題。CFD的基本思想可以歸結為：把原來在時間域及空間域上連續的物理場（如速度場和壓力場），用有限個離散點上的變量的集合來代替，通過一定的方式建立起關于這些離散點上場變量之間的代數方程組，然后通過對代數方程組的迭代求解，來獲得場變量的近似值。[4]
一個完整的CFD模擬過程通常包含如下幾個主要環節：根據實際情況建立數學模型；將計算區域離散化；選擇合適的數值算法求解；計算結果的顯示與后處理。
簡單地說，CFD相當于“虛擬”地在計算機里做實驗，用以模擬實際的流體流動與傳熱情況。由于其不用搭建實體的試驗臺，不用購買、制作真實的工程儀器，僅僅把計算機作為工具和場所，所以相對于傳統實驗研究具有速度快、成本低、操作性強等優勢。
隨著計算機技術的蓬勃發展，越來越多的科研工作者和工程技術人員把實驗室搬到了電腦里，用數值模擬方式代替傳統實驗，取得了理想的結果。如今，CFD在各行各業都有廣泛應用，大到飛機的外部流場和電站鍋爐內部燃燒、傳熱過程的仿真，小到燃料電池內的化學反應、人體血管血液流動過程的模擬，都有CFD參與其中。
目前全世界已有幾十種求解流動與傳熱問題的商用CFD軟件，比較著名的有FLUENT、CFX、PHOENICS、Icepak等，而FLUENT是其中較為成熟、使用較為廣泛的一款。FLUENT內置了多種算法（包括非耦合隱式算法、耦合顯式算法、耦合隱式算法），包含豐富而先進的物理模型，能夠勝任對各種流體的對流換熱、固體或流體間的熱傳導、熱輻射等復雜傳熱現象的模擬。而且其操作界面友好、迭代過程迅速準確、計算結果顯示美觀清晰，無疑是傳熱學多媒體教學的好幫手。
作者基于多年傳熱學教學經驗，希望通過用fluent軟件模擬傳熱過程的方式，在課堂上簡潔、生動地展示傳熱現象，為學生對流動傳熱過程的理解提供幫助。
二、CFD軟件在課堂教學中的應用
1.CFD教學模式的優勢
與常規的多媒體課件模式（以下簡稱為“傳統模式”）相比，直接用CFD軟件在課堂教學中進行演示（以下簡稱為“CFD模式”）有如下優勢：
（1）CFD模式使學生產生強烈的“參與感”。在傳統模式教學中，多媒體課件往往是教師根據教材和教學大綱在課下制作的，包括思路的整理、教學內容的展示、素材的選取等，都是由教師一手操辦，再到課堂上宣講。在這種傳統模式下的教學，學生沒有看到知識點的組織和梳理過程，更沒有親身去參與到其中，這樣他們往往是在被動地接受知識，缺少參與感。而CFD模式則不然，它可以直接針對具體的傳熱過程實例，教師在課下先畫好模型，在課堂上用fluent軟件一步步地設置邊界條件、物性參數、求解方法。這樣，例子的求解全過程同學們都能參與到，該過程是對流還是輻射、是層流還是紊流、是可壓縮還是不可壓縮、是定常還是非定常，同學們都能親眼看到?？梢?，CFD模式可以把知識概念的灌輸，變成知識脈絡的整理，這對鞏固學生們的知識、加深同學們對傳熱流動現象的理解都有巨大幫助。
（2）CFD模式能極好地活躍課堂氛圍。在傳統模式教學中，盡管多媒體課件中有較為豐富的圖片、動畫等元素，比粉筆黑板式教學要多元化得多，但教師在依靠其授課的過程中，本質仍是在照本宣科，只不過“本”換成了“課件”。除去教師個人能力因素來看，只依靠多媒體課件，課堂氣氛難以活躍。在CFD模式中，對多媒體課件的“依靠”變成了對CFD軟件的“操作”，教師把參數的設置過程、求解的迭代過程、后處理的顯示過程全部展現在了同學們的面前。設置參數時的周密思考，求解時的緊張興奮，結果顯示時的成就感，甚至計算失誤時的小失落，都會使課堂氣氛變得活躍、熱烈。
（3）CFD模式能有效激發學生對傳熱學的興趣。在傳統模式教學中，復雜的公式和抽象的邊界條件只能借助一些相對活潑新鮮的圖片或簡單動畫來顯示，無法在學生腦中形成感性認識，更難以把傳熱問題復雜的求解過程“平易化”，很難激發學生的興趣。我們知道，對于當代大學生來說，生活中最熟悉的東西莫過于電腦了，計算機技術的飛速發展使電腦普及到學生身邊，新鮮的、功能強大的軟件是大多數年輕人關注的熱點，也是強烈的興趣點。而CFD模式則正是利用fluent等商業軟件，使相對枯燥的數學模型變得生動，把抽象的傳熱現象通過眼前新鮮的軟件展示出來。這樣能使學生對軟件產生濃厚的興趣，甚至會把興趣帶到課下，在摸索、學習軟件的過程中自覺地加強對傳熱學、流體力學等基礎課程的學習，把被動接受知識變成主動汲取知識。
2.CFD教學模式過程中需要注意的問題
作者通過在課堂上對CFD模式的摸索實踐，深切感受到其優勢，同時也發現了一些需要注意的問題。
（1）CFD模式對教師的軟件操作能力要求較高。傳統模式教學中，課件是事先做好的，課堂上只要按照預先的準備來放映即可，節奏與內容都很容易掌握。但在CFD模式中，由于教師要在課堂上當場用fluent演示全部求解過程，甚至即興根據所講的知識點進行建模和求解，所以需要教師對CFD軟件有深刻的理解和高超的操作水平。
（2）CFD模式需要教師具備一定的臨場應變能力。而且課堂上同學們可能會希望看到更多工況下的模擬結果，對于這些工況教師在課前未必會準備得很充分，不可避免會使教學過程出現小波折，比如出現求解不收斂、結果偽收斂等情況，這就需要教師有相應的應變能力，將這些小瑕疵轉化成活躍課堂氣氛的興趣點。
（3）CFD模式對電腦有一定要求。CFD軟件的求解過程需要電腦的CPU和內存共同高速運轉，如果電腦狀況很差，處理的模型比較大、網格比較多，就可能會出現死機現象。這種情況在課堂教學中真的很掃興，應該盡量避免出現。所以需要教室內配備有相應配置的電腦，或是由教師自帶性能足夠的筆記本電腦，以便順利完成教學。
三、教學實例
根據《傳熱學》中外部強制對流傳熱部分，[1]模擬流體橫掠管束的傳熱過程。外掠管束換熱在各種換熱設備中極為常見，通常管束的排列有叉排和順排兩種方式。為幫助同學們理解，現假設了如下兩個模型（見圖1）：
溫度為T1=300K的空氣以u=1m/s的速度分別沖刷叉排和順排的兩組管束，管束的溫度均為T2=700K。d=100mm，s1=s2=150mm。
網格事先畫好，在課堂上利用fluent軟件對此二維模型進行模擬，展示相應的參數設置（見圖2）。湍流模型選用k-ε模型，氣體的粘度等參數按照相應溫度下的物性設置，松弛因子用軟件默認的即可（若希望加快收斂，可以將相應方程的松弛因子調低些）。
計算收斂后可以清晰地得到流場的速度云圖（見圖3，圖5）、溫度云圖（見圖4，圖6）、局部放大速度矢量圖（見圖7），非常直觀地展示了兩種排列方式流動、換熱過程的異同。
通過觀看、參與參數的設置過程，使同學們明確了解決傳熱學問題的步驟和條件；而通過計算后得到的這些物理場圖，可以加深同學們對空氣流沖刷管束時強制對流傳熱的感性認識。
為進一步幫助學生對傳熱過程的理解，可以將穩態問題轉化成非穩態問題，逐時進行求解。即在求解器中將Steady改成Transient（見圖8），并設置時間步長（見圖9），模擬出傳熱過程定時刻的狀態。
圖10-圖13分別顯示了叉排橫掠管束內t=0.03s、t=0.1s、t=0.5s和t=1s時的溫度云圖。從這幾張圖中可清晰地看到叉排橫掠管束強制對流的換熱過程：換熱器內原本溫度較高，當空氣流入時，由于管子與空氣間存在溫差，二者間發生了熱的傳遞。流入的空氣逐漸被高溫管子加熱，而內部原本溫度很高的流場則被流入的空氣冷卻。整個過程最終會趨于穩態，漸漸與圖4的穩態溫度云圖相吻合。
最后，用fluent進行簡單的后處理，生成兩種排列方式出口處的溫度曲線圖（見圖14），疊在一起后便可以看出兩種方式的換熱差別。
可見，通過對傳熱過程的穩態模擬和逐時模擬，可以把原本難以捕捉的傳熱過程生動地展現出來，把抽象問題具體化、形象化，大大加深學生對傳熱過程的理解，激發大家對傳熱學的興趣。
四、結論
作者簡介：齊曉霓（1974-），女，山東淄博人，山東理工大學交通與車輛工程學院，講師。（山東 淄博 255049）魏麗霞（1976-），女，山東濰坊人，中國石油大學（華東）理學院，助理實驗師。（山東 青島 266555）
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：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）02-0123-02
熱工基礎課程是一門專門研究探討如何提高功熱轉換效率、熱能轉換及傳遞基本規律的工科課程。在工科領域，熱工基礎課程占有舉足輕重的地位，為培養專業化綜合型人才起到了重要作用。在前幾年，高等院校為了適應社會需要和時展，許多院校提出了要培養具有跨學科知識、淵博學識、基礎扎實、專業技能過硬的高級人才目標。在這樣的目標指引下，眾多高等院校在工科類以機械大類進行招生，[1]在大類下面進行專業細分，比如清華大學、哈爾濱理工大學、西北工業大學、上海交通大學、東南大學等國內知名高校。在西方國家的高等工程教育中，對熱工基礎課程很重視，基本都開設了“熱力學”與“傳熱學”。陶文銓與何雅玲教授為了探索熱工基礎課程教學方案，對開設了熱工基礎課程的國外二十多所大學進行了調查研究。[2，3]筆者從調查結果中發現，材料學院、核能工程系、化工學院以及機械學院等工科類院系都開設了熱工基礎課程。還有不少大學將“傳熱傳質學”和“熱力學”設置為機械類學院的重要課程，比如普渡大學、麻省理工大學等世界知名大學。也有些大學將熱工基礎課程設置為工科學院的公共課程，比如美國依阿華州立大學工學院將“傳熱學”、“熱力學I”、“熱力學II”和“熱流系統設計”這四門熱學設置為他們的公共課程。山東理工大學（以下簡稱“我?！保C械學院在2006年時進行了專業設置改革，開始實行機械大類招生，但作為熱工基礎的核心課程——傳熱學僅在機械創新實驗班被設置為專業基礎課（44教學學時+4實驗學時），而沒在機械大類全部專業中進行開設。筆者基于考慮“傳熱學”課程的重要性以及機械大類綜合型人才的培養目標，有必要對傳熱學的教學范圍、內容、方法、教材選用和實驗進行深入研究和改善。
一、機械大類所有專業設置熱工基礎課程的必要性
在我國高等教育中，主要將熱力學與傳熱學歸類為熱工基礎，也有不少學校將流體力學的基礎部分添加了進來。熱工基礎課程是工程學科的基礎學科，其主要研究的內容是能量傳遞與轉換的基本規律、提高能量利用率。機械大類中的熱能工程專業、制冷與空調、內燃機方向將熱工基礎課程設為基礎課程，其中主要包括了傳熱學與熱力學，同時都設置了較多的教學學時。不過隨著我校開始實行機械大類招生后，大部分機械類專業都開始了熱工基礎課程，不過學時量不大。機械大類設置熱工課程的有其時代背景，即機械工程專業人才所從事的工作內容基本都會遇到能量傳遞與轉換問題，具有扎實熱工基礎知識才能良好應對。比如動力機械設備、家庭供暖、家用電器、汽車等各種機械產品的研究設計階段，以及生產運輸等各領域環節都需要熱工基礎知識來解決相關熱能問題。
二、機械大類專業熱工基礎課程教學現狀
在課程教學規劃中，機械大類尚未以學科平臺課的方式設置熱工基礎課程，僅有機械創新實驗班開設了短學時的熱工基礎課，課程安排在大三上學期。由于學院領導和學科骨干在進行編寫教學大綱、制訂教學計劃與教學實踐上有不少分歧和不同見解，導致該校遭遇了不少新問題和障礙。
1.課程教學時數設置
我校能源動力類方向的專業對熱工基礎課程的設置比較合適，課時安排了不少。例如，熱力學有60課時，傳熱學50課時以及流體力學的40課時。目前，機械大類的機械創新實驗班開設了48課時的傳熱學，對于教學實踐環節，課時稍微過多。如果將傳熱學、熱力學和流體力學三門熱工基礎課結合為一門課程，即整合成學科平臺課，機械大類的全部專業都需要學習，這將會是機械大類知識面的極大拓寬。當然這個學科整合，不是單純的將這三門課程所有課時進行疊加，整合后的學科平臺應該設置多少個課時比較科學？是否應該根據各個方向的不同需求而進行個性化課時設置？這些都是需要進一步思考和研究的問題。
2.教學內容方面
傳熱學的主要內容是研究熱量宏觀傳遞規律和現象。傳熱學主要研究了導熱傳熱、對流傳熱以及輻射傳熱三種傳熱方式，這三種傳熱方式由受制于不同的物理原理，所以到目前還沒有統一的理論將此三種傳熱方式整合，所以對傳熱現象研究的方式一般采用單個研究，而后進行綜合。導熱傳熱、對流傳熱以及輻射傳熱三種傳熱方式相互獨立，各自構成一個知識體系。[4]非能源動力類的機械大類學生由于熱工基礎的知識并未系統化，學習起來比較吃力，教師授課要講透徹也不是那么簡單，所以，可以基于熱工課程在他們將來知識需求上的低層次，將比較難的內容講表面化即可，或適當略過。但是對于能源動力類的學生，熱工基礎課程知識的掌握要求要高很多，必須熟練甚至精通，在教學課程規劃時，怎么進行內容的增減、知識點的側重，這些問題均還需要筆者更深刻的研討。
所以，在進行“傳熱學”教學的起始階段，首先應該本書的基本內容進行串聯，注重知識的系統性，讓學生能夠在一開始就能清楚學科輪廓，能理解這三種傳熱方式。
3.實驗教學方面
當前，我校傳熱學的教學實踐上過于注重知識的灌輸，而很少關注學生的實踐創新能力的鍛煉。而有效鍛煉學生這方面能力的實驗教學方面又存在較多欠合理之處，主要表現在如下幾方面：第一，課時安排較少，實驗教學內容不夠豐富，大部分內容依然是基于課堂所講知識而進行的驗證。第二，實驗教學是課堂教學的重要補充，但是對于實驗教學質量的考評，尚未有可靠的考核標準，導致實驗教學比較散漫。第三，學?？捎玫膶嶒灲虒W設備和儀器數量不多，且機械大類的每期學生都較多，只能多人一機，不少想體驗實驗過程提高動手能力的同學最終也未能實現想法。
4.教學方法和教學手段方面
熱工基礎課程也是實行雙語教學的工程技術類課程，[5]但是受學生專業外語水平的限制，并未實現雙語教學。因為即使采用了，雙語教學也無法受到實際教學效果。
三、機械大類專業熱工基礎課程教學改革建議
筆者針對上文給出的幾個問題，提出了如下幾個解決方案。
1.科學設置教學學時數
由于以大類專業的方式進行的招生，導致大類教學的課程較大，但所有課程的總學時是一定的，所以考慮了諸如教學內容、大綱、教學對象等因素后，設計了AB兩套“傳熱學”課程設置方案，不同專業根據需要可以對其進行分類選修。
2.進行實驗教學改革
傳統的熱工教學模式采用填鴨式教學，注重知識的灌輸，在進行實驗教學改革上，有必要擺脫傳統教學模式，以培養實用型科技人才為教學目標。加快完善現代化實驗室建設，提高學生實踐創新能力，鍛煉學生在實際問題中應用理論知識的能力。
（1）科學設置實驗項目。在規劃實驗教學大綱時，對實驗項目的安排上進行了科學分配，降低驗證性實驗與演示性實驗比重，其比重分別為30%與10%，提高綜合性實驗項目比重，使其達到總項目的60%。演示性與驗證性實驗是屬于傳統實驗教學項目，是教學任務的基礎，通過它有益于學生更好的理解抽象概念，幫助他們更好解釋熱工現象，證實熱工基本規律與理論，并強化課堂所學知識，同時熟練掌握實驗流程及相關儀器設備。而通過大量的綜合性實驗，可以提高學生解決熱工基礎問題的綜合能力，培養學生思維的深度和廣度，激發他們的創造性。這種遞進式的實驗教學過程，可以有效的實現實驗教學任務，并培養學生應用基本技能的能力。
（2）合理組織實驗。根據實驗項目的不同，實驗教學也應該有針對性，有些實驗應讓學生進行預習，然后在實驗快開始時考察學生預習程度，并給出相關預習成績。有些實驗不能通過一人完成，需要團隊的配合，則進行實驗分組，讓他們根據實驗要求和目的以及設備說明書，通過合作完成實驗臺的組裝和實驗任務，完成后進行統一評比，公開評比優劣，并當場給予成績評定。而在綜合性實驗中則應該避開固化的實驗指導書，讓學生通過實驗任務和要求以及實驗儀器說明書為指導，自行擬定實驗方案，鍛煉學生解決問題的能力，并鍛煉其創新能力。
（3）裝配現代化實驗設備，及時更新實驗內容。當代科技正處于日新月異的快速發展中，陳舊的實驗儀器已無法滿足當代熱工實驗教學的要求，而內容上也顯得過于保守，缺乏新意。但是，由于我校機械類人力、物力資源有限，實現完全現代化設備的更新換代是不現實的，所以該校熱工教師團隊通過自行研究，將舊設備進行改造，并開發新的實驗臺。例如，該校教師將“水平管空氣自然對流傳熱實驗”中所用的人工手調測溫的實驗裝置改造成計算機自動測溫系統；再比如，改良了“準穩態法測定材料的導熱系數實驗”所用雙熱電偶測溫度與溫差環節，實驗中將熱工測量技術知識與傳熱學知識相結合，提升了實驗項目的綜合性價值。而且，該校在教學實驗中引入了計算機技術，比如在“流體沿程與局部阻力實驗”這一基礎實驗中，使用計算機進行實驗數據的采集和處理。
3.提高中青年熱工課程教師學術水平
提升熱工教師隊伍自身專業素質，強化與一流學校的學術交流與項目合作。充分利用各種渠道，加強學校之間的學術交流，讓教師隊伍在專業知識上相互學習，相互提高，定期開展學術研討會，以強化學校之間的聯系。國外高等工程學校具有豐富的熱工基礎教學理念，可以盡可能多地利用各種機會與他們建立聯系，并形成學術互訪機制，隨時了解國外教學改革動態，學習他們科學的教學模式。
四、結語
傳熱學作為機械大類專業的一門重要學科課程，必須對各個專業方向設置合適的教學課時，科學規劃教學內容，全面改進課堂教學模式、優化實驗教學方法，并著力改善熱工教師隊伍的專業水平，并重新選用合適的熱工基礎教材。筆者對于機械大類設置熱工基礎課程也僅是一次積極的探討，還需要實踐來檢驗，需要教師們的共同努力，將熱工課程更科學地進行施教。
參考文獻：
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[2]何雅玲，陶文銓.對我國熱工基礎課程發展的一些思考[J].中國大學教學，2007，（3）.
熱工類課程包括《工程流體力學》、《工程熱力學》與《傳熱學》等。該類課程是培養21世紀工科類學生,尤其是機械類專業學生的公共技術基礎課。西安交通大學、浙江大學和長沙理工大學等許多院校在機械大類專業中都大課時量的設置了該類課程。我校從1999年設立“過程裝備與控制工程”專業后,《工程熱力學》、《傳熱學》與《工程流體力學》3門課程陸續開設。經過十來年的發展,目前該熱工類課程已成為我校機械大類各專業的一門公共課。針對機械大類專業人才培養要求及熱工類課程本身特點,結合近兩年來我校熱工類課程教學改革實踐,本文擬對機械大類專業中熱工類課程的理論教學、教學方法及實驗教學等方面進行探索與思考。
一、存在的問題
目前,我校在機械大類專業中開設了5個專業方向,即過程裝備與控制工程、機械設計制造及自動化、工業工程、物流工程和材料成型及模具。由于熱工類課程內容知識點多、聯系緊密、概念抽象、理論性較強等原因,我校開設該課程的過程中存在以下一些問題:(1)不同專業方向對熱工知識需求的側重點不同,該如何針對性地安排教學內容和課時量的多少是個不容易把握好的問題。(2)課程的實驗項目單一,驗證性實驗居多,對有助于提高學生綜合分析與解決問題能力以及實踐創新能力的大型綜合性實驗(踐)甚少;而且熱流實驗設備價格昂貴、臺套數少,當學生人數多時,供需矛盾相當突出。(3)教學方法和教學手段單一,熱工類課程開設之初采用的是教師在講臺上講、學生在講臺下聽的填鴨式教學。
二、探索與思考
1.適應我校機械大類各專業方向需求,建立分層次理論教學課程體系
由于課時數的限制,在機械大類專業中開設熱工類課程不可能像在能源動力類專業中那樣學習的內容知識點都面面俱到,只能結合機械大類下各專業方向的知識需求及其特點有所取舍。其基本思路是:以質量、能量和動量守恒為線索將傳統的3門課程內容融會貫通,以形成有機的整體,構成較系統的一門課,以基本概念基本定律為主要知識點圍繞這些內容展開,改變一般《熱工基礎》課中把《傳熱學》和《工程熱力學》當作兩個獨立部分,而且與《工程流體力學》內容不相關聯的做法。事實上,這3門課都是以“三個”守恒定律為基礎的。另外,《工程熱力學》中理想氣體性質及其熱力過程等有關理論是《工程流體力學》講述氣體動力學的基礎,《工程流體力學》對粘性流體流動的分析正是《傳熱學》介紹對流換熱的前提,等等。根據這一特點,我們構建起以“三個”守恒定律及其方程為基礎、以《工程流體力學》為橋梁,使3學科知識有機結合的分層次新課程內容體系,在保證各學科自身特點的同時,綜合學科間的相關知識,刪除雷同內容,加強學科間的內在聯系,使3學科教學更為系統、高效。當然,還需考慮的是要圍繞各專業方向后續課程所需內容及學生將來工作應必備的專業知識來組織教學內容,使學生具備分析解決工作中所遇到的熱基礎方面實際問題的能力。
基于以上思路,為適應我校機械大類各專業方向的需求,我們建立了熱工類課程分層次理論教學課程體系。它主要包括以下11個模塊的內容:(1)流體靜力學;(2)流體動力學基礎;(3)氣體動力學基礎;(4)有旋流動和有勢流動;(5)熱能轉換的基本概念和基本定律;(6)工質的熱力性質和熱力過程,(7)熱傳導;(8)對流換熱;(9)輻射換熱;(10)傳熱過程與應用;(11)熱力循環與應用。對于“過程裝備與控制工程”等專業,我們采用高級層次課程內容體系,即全部11個模塊的內容都學習,開設約120個學時;對于“機械制造及自動化”等專業,我們采用中級層次課程內容體系,即選取其中8～9個模塊的內容學習,開設約90個學時;對于“工業工程”等專業,我們采用初級層次課程內容體系,即選取其中6～7個模塊的內容學習,開設約60個學時。
2.結合理論教學,建立科學的實踐教學體系
(1)建立熱工類課程基礎實驗平臺
通過補充必要的演示實驗,加強學生對內部機理、運動過程、系統整體的深入了解;改造和精煉驗證型實驗,加強其綜合性,提高其精確性,使其實驗結果的可靠性和實驗效率得到改善;補充開設大型綜合性(或設計性)實驗,如復雜條件下工程傳熱系數測定、提高循環效率、強化傳熱等。形成分層次(基礎實驗、技術基礎實驗、專業實驗)、多類型(演示型、驗證型、設計型、研究型等)和多專業共享的熱工類課程群實驗教學平臺。
(2)建立遠程與虛擬實驗中心
為解決學生人數多、實驗設備價格昂貴、臺套數少的問題,引入虛擬技術,改革傳統實驗中一些片面的、粗糙的、繁瑣的、低效的實驗方法,建成遠程與虛擬實驗中心,該中心是機械大類專業共享的實驗技術通用平臺。開發了一套虛擬實驗系統,將真實實驗過程和環境模擬到計算機內完成。通過學生在真實實驗之前,首先在虛擬系統上進行虛擬實驗,完成虛擬實驗后,對實驗過程和環境已非常熟悉,從而在真實實驗中能熟練地高質量地在規定時間內完成實驗,收到很好的效果。它集真實設備、虛擬技術、仿真技術、視頻技術、多媒體技術為一體,可實現教學實驗的可塑性、多樣性、綜合性和開放性?？山鉀Q學生人數多、實驗臺套數少的供需矛盾問題,使每個學生都能利用先進的實驗技術和設備親自動手開展實驗,從教學方法上進一步提高了教學質量。
3.探索“教――研”型的教學模式
(1)改進教學方法和教學手段
為加強學生能力和素質的培養,必須對傳統的教學方法與手段進行改革。課堂上,從過去傳統的講授為主變為講、演、答等多樣化形式,講授部分以主要知識點為內容采取精講多練的方法,重視理論聯系實際,圍繞專業及工程實際問題安排各教學環節;選用實景、動畫等方式,制作圖文結合,形象生動,充實工程實例、通俗易懂的多媒體課件,將學生缺乏的專業背景知識形象地演示出來,激發學生的學習興趣和創新思維;采用啟發式教學方法,互問互答,與學生交流討論,營造即活潑又嚴謹的學習氛圍,提高教學效率。
(2)組織研究型課外教學活動
利用我校開展的“創新教育項目”和“優秀生導師制”活動,結合課程教學內容和專業實踐,先后進行了“大型車輛制動散熱裝置設計”、“大換熱量廠房保暖系統分析”、“蒸汽噴射式真空泵內流體流動特性”、“帶式干燥機節能”、“大型球罐脹型”等多個研究型課外教學活動,取得了良好的效果。研究型課外教學活動根據學生對知識的掌握情況進行優選,要求由知識掌握牢固、能力較強的學生來完成。
Key words heat transfer； teaching； Energy and Environmental Systems Engineering
0 引言
傳熱學主要研究熱量傳遞的機理、規律、計算和測試方法等基礎理論知識。傳熱現象與過程廣泛存在于自然界和工農業生產、高新科技及交叉學科前沿的各個領域，在能源（包括常規能源、核能、可再生能源）、動力、制冷、化工、建筑環境、微電子、航空航天、微機電系統、新材料、納米技術、軍事科學與技術、生命科學與生物技術等領域中大量存在熱質傳遞過程與熱控技術問題。傳熱學是當今科學技術發展的最重要的技術基礎之一。
目前，國內外高等學校都對該類課程給予了高度重視。傳熱學課程已經成為能源動力類、機械類與建工類等院系重要的平臺課。傳熱學課程中除了介紹國內外成熟的定論以外，還要大量介紹國內外最新的有關研究成果。通過各環節的教學，應使學生獲得熱量傳遞規律的基礎知識，具備分析工程傳熱問題的基本能力，掌握計算工程傳熱問題的基本方法及一定的實驗技能，不僅為學生學習有關的專業課提供基本的理論知識，而且也為以后從事熱能的合理利用、熱工設備效能的提高及換熱器的設計等方面的工作打下必要的基礎。
1 傳熱學課程的特點
“傳熱學”課程從熱量傳遞的三種基本方式入手，主要介紹熱量傳遞的基本規律，為學習后續“供熱工程”、“空氣調節”、“制冷原理及設備”、“熱源設備”、 “熱泵技術”和“建筑節能技術”等課程提供必要的理論基礎?！皞鳠釋W”作為學科基礎理論課，其牽扯的概念頗多，理論性很強。其中一些新的理論和新的概念對學生來說不易理解和掌握，增加了課程學習的難度。該課程（能源與環境系統工程專業）的知識模塊順序及對應的學時如下：熱能傳遞基本方式及傳熱過程，4學時；導熱基本定律，2學時；一維和多維穩態導熱求解，2學時；非穩態導熱，4學時；導熱問題的數值解法，4學時；對流傳熱的理論基礎，4學時；單相對流傳熱的實驗關聯式，4學時；相變對流傳熱，4學時；熱輻射基本定律及物體的輻射特性，4學時；輻射換熱的計算，4學時；傳熱過程分析與換熱器熱計算，4學時。
2 “傳熱學”教學中存在的問題
在教學過程中，學生普遍會反映“傳熱學”學習難度大。根據調查筆者認為難學的原因主要有以下幾點：
（1）傳熱學本身內容涉及到的高等數學基礎知識深而廣，而且對傳熱的研究歷史較長，前人總結了大量的概念、公式。例如在傳熱學的理論推導中經常用到微積分、泰勒展開、偏微分方程組的求解方法等。而且剛接觸傳熱學的低年級學生在與高年級學生的交流中就會得到類似傳熱學特別難的印象，增加了畏難情緒。同時傳熱學內容分散，各主要部分相對獨立。由于課時安排和教學大綱的限制，以學生為主體的研究性學習內容較少，以鍛煉學生工程實踐能力為目的的實驗教學內容較少，使得學生缺乏分析和解決實際問題的能力。
（2）在對流傳熱內容的學習過程中，由于其牽扯到流體力學的納維斯托克斯方程，而N-S方程本身就是流體力學學習的難點，所以大大增加了對流傳熱的復雜性。特別是關于湍流流態的對流傳熱和相變對流傳熱，目前還不能從理論上推導出實際情況下的努賽爾數計算公式，大部分都是使用經驗關聯式的狀態。學生會感到難以理解。
（3）在傳統的單向灌輸式教學中，教師與學生之間的互動較少，很難激發學生的學習興趣和獨立分析解決問題的意愿。同時部分學生學習態度不夠好，怕吃苦不努力，對新的課程未作預習，課后也沒有獨立完成作業和復習。學生對傳熱學的基本原理未能深刻理解，而是停留在機械記憶的層面上。
（4）期終考試采用傳統的閉卷考核方法不夠合理。為了應對考試，學生復習時認真推導公式，多做習題，但傳熱學這門課程的概念多、方程多、經驗公式多，學生無法全部背出。對考試的命題范圍有很大的限制。同時也不利于培養學生的獨立思考能力，更無法對學生是否達到卓越工程師的要求進行考查。
3 教學方法的探討
3.1 調動學生學習的積極性
興趣是最好的老師，如果學生缺乏學習的興趣，必將只能為了應付考試而機械記憶，更不可能做到運用學習的知識來解決實際中的問題。而調動學生的積極性，要從第一節課始，到最后一節課終。在一開始給學生介紹傳熱學這門課程時，可以通過圖片展示傳熱學知識在傳統工業、高新技術、節能環保和日常生活中的應用。在授課過程中，將授課內容與日常生活中的現象以及在建筑、冶金、化工、航天等行業的廣泛應用結合起來。比如在講授臨界熱絕緣直徑內容時，先以生活中的現象為例，提問是不是冬天帶上手套就一定能起到保暖的作用。再引申到在工業管道外部附加保溫層是否就一定能達到保溫的效果。學生通常都會想當然地認為是。這時以電線散熱等實例說明附加保溫層后散熱量并不一定減少，甚至有時會起到增強散熱的效果，這會大大激發學生的好奇心和探求原因的欲望。在明白了機理后，學生會深刻地理解和記憶能否保溫還得看絕熱層外徑的大小，當絕熱層外徑小于臨界熱絕緣直徑時起不到保溫的作用，相反可以增強換熱。再如對于能源與環境系統工程專業來說，空調系統中最重要的兩個部件是蒸發器和冷凝器，都為相變對流換熱器。其中蒸發器中制冷工質沸騰吸熱，冷凝器中制冷工質凝結放熱。其換熱的機理都來自教材中相變對流傳熱章節。在該章節講述之前，可以從學生們日常中經常接觸的空調系統為引入點，提起學生的學習興趣。這樣能夠激發學生的學習主動性與積極性，加深他們對知識的理解和掌握程度，增強他們分析問題和解決問題的能力，有利于他們學習能力的提高和創造性思維的培養。
3.2 優化組合教學方法和手段
教學方法是多種多樣的，如發現式、啟發式、提問式和討論式等。不同課程采用的教學方法不同，即使是同一節課，也往往需要采用多種教學方法。同時在教學過程中采用現代化的電子技術和信息手段，包括光學媒體、音響媒體、計算機教學系統和各種教學軟件的應用。這樣可以使課堂教學包含更大的信息量，同時對實踐教學的不足給予一定的補充。但要避免出現楊叔子院士列舉的多媒體教學中多種錯誤形式和問題，如 ：“照屏宣科”、“人幕分離”、“對屏講解”、“快速瀏覽”等。更不能將PPT變成“騙騙他”。
3.3 教學內容和實際實踐相聯系
在教材的選擇上，本課程選用楊世銘、陶文銓所編的高等教育出版社的《傳熱學》（第四版），該書在內容上由淺入深，循序漸進，在介紹基礎知識的同時，也積極反映了傳熱學發展的前沿知識，如納米傳熱學的基本知識等。該教材包含典型的例題與習題，對較為復雜的實際問題進行了詳盡的分析，十分接近工程實際。但隨著傳熱技術的發展和其他學科之間的交叉程度大大提高，許多新的研究手段得以出現。傳熱技術的工程應用領域進一步擴大，也因此使得傳熱學的內涵得以豐富。隨著能源學科和相關行業的發展，需要不斷更新教學內容，使學生接收到最新的知識內容。因此在教學內容的選擇上，適當刪減了一些比較繁瑣的數學推導內容，如非穩態導熱中一維無限大平板分析解的推導過程。此外也增加了一些傳熱技術新發展的內容，如微尺度的傳熱等內容。同時在教學中要注重培養學生的工程觀點以及工程實踐能力。工科院校的教學必須注重學生工程實踐意識的培養和工程設計能力的訓練。
3.4 改進實驗教學
傳熱學的實踐性很強，像一些復雜的傳熱問題的規律都是通過實驗總結提出。當前，我校傳熱學的實驗教學上對學生的實踐創新能力的鍛煉還有所欠缺，比如課時安排較少，實驗教學內容不夠豐富，大部分內容依然是基于課堂所講知識而進行的驗證性實驗。再如實驗教學設備和儀器數量不多，往往多人一機，不少想體驗實驗過程提高動手能力的學生未能得償所愿。因此，對于傳熱學教學十分重要的實驗教學需要加以改進，除了鞏固課堂授課的內容以外，還應該注意培養學生的實際動手能力、綜合設計能力和總結歸納能力。傳熱學的課內實驗可不僅僅局限于驗證性實驗，同時應增加開放性、綜合性的實驗內容。以期提高學生的綜合分析能力和解決問題的能力。
3.5 改進考核模式，注重考查學生能力
針對閉卷考核方式的不足，同時避免開卷考試帶來學生的惰性和依賴性，我們嘗試在考核成績的最終評定時，采用平時成績加考試成績的形式。平時的課堂表現、互動參與情況、作業占總成績的30%，考試成績占總成績的70%。提高課堂互動討論中的表現占平時成績的比重，以促進學生的參與度。同時對試卷的命題范圍可以嘗試參考大學英語四、六級考試，即將試卷分為A、B兩部分。其中A部分主要考核學生對基本概念、基本方程、基本原理的掌握情況，采用閉卷的方式要求學生在一定的時間內完成并上交；B部分主要考核學生應用傳熱規律解決實際問題的能力，主要是實驗關聯式的應用，采用開卷形式。
【中圖分類號】G642.0 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2015）08-0028-02
1.引言
本科畢業設計是在本科教學過程的最后階段進行的總結性的實踐教學環節。在畢業設計環節中，學生應當綜合運用本科階段所學的各科知識和技能，對所需解決的課題進行思考、分析、設計和研究，從而全面、系統地完成課題交給的任務。可見，畢業設計是對學生本科階段學習質量的全面性的檢驗，也對學生能否順利拿到畢業證書和學位證書起到直接和決定性的作用。
計算傳熱學又稱數值傳熱學，是研究用數值方法求解傳熱問題的一門科學。它可以理解為：根據所需求解的實際問題建立合理的數學模型，利用離散化處理的數值方法，再通過用計算機高級語言編制的程序，以計算機作為工具來求解傳熱問題的、與工程實踐密切結合的一門應用基礎科學[1]。而市場占有率高達40%[2]的數值計算軟件FLUENT是解決傳熱領域數值計算問題的較好的通用軟件之一[3]。
運用FLUENT等CFD軟件，可以在不具備實驗條件或暫不需要對研究對象進行實驗的情況下，借助計算的方法進行相關工程分析，從而極大地節約人力、物力、財力和時間成本。因此，在本科學習最后的畢業設計階段，若能讓部分學生學習并基本掌握FLUENT軟件對本領域問題的計算過程，將會在很大程度上促進學生今后對相關問題的建模和分析等工作。
2.畢業設計指導工作應注意的問題
由于FLUENT軟件的專業性，在指導與FLUENT軟件工程計算相關課題的時候，應注意以下幾個問題：
（1）學生的選擇
要能較好地掌握FLUENT軟件相關計算過程，首先需要具有較為過硬的微積分、流體力學、傳熱學、計算傳熱學（也稱數值傳熱學）等相關學科的基礎知識。這不僅要求學生較好地理解課堂所講知識，還要能夠靈活運用課內外相關知識。有的學生學習能力和成績相對較弱，并不具備過硬的知識儲備和學習能力;有的學生未來從事的工作與本專業距離較遠，或者對相關的數值計算興趣不大，因此缺乏從事相關課題畢業設計工作的原動力;這些因素都會影響整個畢業設計工作的正常進行。因此，對于與FLUENT軟件工程計算相關聯的畢業設計課題，并不是所有學生都適合來做。為了有效地開展相關的畢業設計課題，在學生的選擇上往往優先推薦讓學習相對努力的、有興趣和求知欲的以及未來將繼續深造或從事相關科研工作的學生來進行。
（2）課題的選擇
在本科教學階段，由于受限于書本和教學大綱的安排，教師在對流體力學、傳熱學等課程的講授中往往較少涉及數值計算相關知識，書本上只有一章內容與之相關，課堂上一般只傳授數值計算的基本概念、簡單情況下的離散方法、離散方程的建立等較為淺顯的知識，這與FLUENT軟件中對相應問題處理方法的深度和難度相去甚遠;然而，在畢業設計的短短一學期時間內，要讓學生完全掌握相關知識是比較牽強的。因此，在FLUENT軟件工程計算相關課題的選擇上，應選擇相對基礎性的、與實踐結合緊密的、具有科研應用前景的課題作為畢業設計課題。這樣既可保證畢業設計工作的正常開展，也能使學生在軟件方面得到基本訓練，為后續科研工作以及研究生階段的學習打下良好的基礎。
（3）指導過程中的問題
在畢業設計的指導過程中，筆者發現有部分學生在使用軟件進行計算時，較為注重結果的可視化，而恰恰對計算中關鍵參數的設置、計算方法的選擇等關鍵問題較為忽視。造成該現象的原因可能是，無論在軟件中設置怎樣的參數、選擇怎樣的計算方法，總能通過軟件的計算得到一個可視化的結果，即使參數設置或計算方法的選擇欠妥或有誤，只要計算過程沒有脫離現實太遠，計算結果看上去都有一定的可信度，再加上學生對具體計算過程的“不求甚解”、不仔細推敲，往往易使人誤認為該計算過程是正確的。因此，在指導過程中，應對學生使用軟件的具體計算過程進行仔細地把關，確保計算過程和結果的正確性。
3.畢業設計算例
算例一：建筑空心砌塊傳熱問題
圖1a為所需計算的典型建筑空心砌塊的尺寸標注圖。該砌塊是某典型普通混凝土空心砌塊，三排孔結構，每排均由大小相等的兩個孔組成，孔厚30mm。熱量由室外側（左側）傳向室內側（右側），室外側為穩態或非穩態熱邊界條件，室內側為穩態熱邊界條件。
圖1b為數值計算得到的該砌塊傳熱的某時刻溫度分布圖?？梢钥吹?，溫度從左到右大體上呈現由高到低的分布狀況。由于空心砌塊為非均質構件，砌塊材料的熱導率與空氣層的當量熱導率不相等，造成了內部等溫線的非均勻分布。
（a）空心砌塊結構俯視圖（單位：mm） （b）典型砌塊溫度分布圖 圖1 空心砌塊結構俯視圖
算例二：加氣混凝土墻體結露問題判斷
待計算的房屋的加氣混凝土自保溫墻體結構類型如圖2所示，圖中的B05表示型號為B05的加氣混凝土砌塊。計算中，加氣混凝土砌塊可以認為是熱均質結構，這樣導熱系數相對較高的混凝土柱或梁便成為了結構體系中的熱橋。由圖3、圖4可以看到，加氣混凝土自保溫墻體內表面溫度最低點均發生在熱橋部位室內表面寬度的中心處或陰角處。將該處的溫度與當地室內空氣的露點溫度相比較，既可判斷是否會產生結露現象。
圖2 框架結構房屋自保溫墻體結構
圖3 B05厚度為50 mm墻體的溫度場
圖4 B05厚度為100 mm墻體的溫度場
4.總結
利用FLUENT軟件對實際工程問題進行數值計算，大大節約了經濟開支和時間成本，也為學生對本領域的傳熱和流動問題的解決提供了有效手段，夯實了學生的理論基礎，增強了其解決問題的能力。通過與從事相關畢業設計課題的學生的交流得知，學習FLUENT軟件的工程計算對學生更好地掌握相關物理過程起到了很好的幫助作用，拓寬了學生的視野，也提高了學生對相關問題的興趣，有助于提高他們的專業競爭力。由于興趣的作用，采用FLUENT軟件進行工程計算的學生的畢業設計得分總體較進行其它課題的學生的得分高約15%。由此可見，在做好本文所提及的三點問題（學生和課題的選擇、指導過程中的問題）的前提下，在畢業設計中加入FLUENT軟件工程計算相關課題不僅可行，還值得在一定范圍內推廣。
參考文獻：
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關鍵詞：工程熱力學；傳熱學；新能源；教學
中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）52-0176-02
能源是現代社會賴以生存和發展的物質基礎，是國民經濟和社會發展的先決條件。新能源專業的畢業生，肩負著為國家能源發展貢獻力量的重要責任。為達到培養專業知識面廣、基本功扎實和創新能力強的本科人才的目標，作為新能源專業非常重要的必修課――《工程熱力學》和《傳熱學》的課程設計和教學方法探索就顯得尤為重要[1，2]。此前的相關文獻中報道了《工程熱力學》和《傳熱學》教學的優秀經驗[3-6]。本文在此教學經驗的基礎上，對熱工課程的教學內容和教學方法進行優化和探索，以更好地提高學生的創新精神和創新思維。
一、教學內容的優化
教學內容的優化和精選是教學改革的關鍵。作為專業必修課，在學時有限的情況下，如何最大程度地講授最有價值的知識點成為教學的關鍵。
熱工類課程由《工程熱力學》和《傳熱學》兩門課組成。《工程熱力學》按熱力學基本概念、熱力學第一定律、理想氣體的性質與過程、熱力學第二定律與熵、氣體動力循環、水蒸氣、蒸汽動力循環、制冷循環、理想混合氣體和濕空氣、實際氣體的性質等內容分為若干章節；《傳熱學》按照傳熱基本概念、穩態熱傳導、非穩態熱傳導、對流換熱、熱輻射及輻射換熱、傳熱過程與換熱器等分為若干章節。由于新能源科學與工程專業屬于新興產業專業，學科領域廣泛，涉及能源類（如生物質能、太陽能、風能）、化工類（如基礎化學、物理化學、新能源材料）、力學類（如工程力學、流體力學）等多門課程和領域。
在實際的教學過程中，教學內容必須有所側重，應充分考慮到不與新能源科學與工程專業開設的其他相關課程的知識點產生重復。另外由于《工程熱力學》和《傳熱學》課程難度較大，在教學過程中要講清課程中的要點和基礎知識?？梢砸浴盎驹悫D公式推導―影響因素―實際應用”為主線介紹該課的有關知識，建立每章知識結構圖，讓學生清楚該門課程的知識體系結構。對重點的熱力學第一和第二定律進行原理介紹，仔細推導相關公式，讓學生夯實基礎，使學生在進一步的學習中不會混淆概念，相對輕松地應對課程。此外，注重理論與實踐相結合，例如介紹空調在夏天與冬天的工作原理、冰箱開門對室內的影響，積極引導學生利用熱力學定律進行分析，增加課程的趣味性以提高學生的創新能力。通過優選教學內容，使教學內容始終能反映本學科的專業特點和學術水平，加強學生對后續專業方向的把握。
二、教學方法的探索
（一）以創新性地教帶動創新性地學
科學技術是第一生產力。要想發展經濟，需要加大科研力度、提高科技含量。這已被證明是一種行之有效的道路。與此對應的是，要促進教學質量、提高教學效率，必須加大教學與科研的力度、提高教學與科研互動水平。在當今大力發展科學技術的大背景下，如何提高身為未來科學技術發展主力軍的大學生的學習熱情和創新能力，成為目前高校教學的難題和重點。傳統的直白講課和搜集各種習題以供學生練習只會讓課程變得生硬和枯燥，導致學生的學習效率和學習熱情越來越低，甚至出現了普遍的抄襲作業和遲到早退等不良現象。為了改變這些不良現象，就需要在教學手段上進行創新。教師通過對平時科研工作成果的再學習，并結合對教材的研究，創造性地運用某些方法，使學生對重要問題達到本質上的領悟。在這種途徑中，教師的創新思維方式以及從中體現的一言一行，讓學生耳濡目染、潛移默化，對帶動學生進行創新學習、開發創新思維起到積極的作用。
例如，在進行《傳熱學》教學時，學生往往對傳熱的基本概念，尤其是二維與三維的導熱理論及方程很難理解。一般地教學方式是，教師在黑板上進行微觀導熱原理推導，得出一維傅里葉導熱定律和二維三維傅里葉導熱定律，并給出幾個常用的導熱方程。這種教學方式中，推導過程比較晦澀，給出的方程也較為難懂，學生們很可能只會死記硬背，不能靈活運用。針對以上問題，筆者建議將導熱理論與生活問題相結合，或者采取數學建模的方法，將導熱方程與實踐相結合，選取最適合該問題的模型，以達到課程有趣生動、富有創新性，激發學生們的創新思維。以創新性地“教”帶動創新性地“學”，學生收獲的不僅僅是知識點，更是如何去發現問題、解決問題的實際能力，為以后在新能源科學與工程專業領域的探索中打下良好基礎。
（二）板書教學與多媒體輔助教學相結合
多媒體技術以其圖文并茂、聲像俱佳、動靜皆宜的呈現使課堂教學達到了全新的境界。在《傳熱學》的講授中，一維的傳熱理論和公式很好理解和應用，但二維與三維牽扯到微觀傳熱理論，以至于推導過程較為復雜，傳熱方程較為抽象難懂。因此需要教師精心準備多媒體課件，通過動態描繪各向同性材料的微觀傳熱過程，讓學生理解不同形狀材料在具有不同位置的熱源時如何進行熱傳導。通過繪制動態的卡諾循環過程，使學生深入理解熱力學第二定律，并理解第二類永動機無法制成的原因。同時需要注意的是，對于工程熱力學和傳熱學，由于信息量大、內容廣，過多地依賴多媒體教學可能會讓學生在短時間內難以消化，因此在教學中對于難度較大的基礎理論部分和原理的學習，板書不可缺少，使學生能夠有充分時間緊跟老師的思維去理解每一個知識點。
（三）課程教學與科研活動相結合
教師可以將全班學生分為若干調研小組，每五個人為一組，選擇新能源與熱工基礎理論相結合的課題，通過查找國內外科技文獻，調研總結新能源專業前沿知識，形成調研報告，鍛煉學生閱讀科技文獻的能力，提前為畢業設計的開展奠定基礎。各小組也可以參與指導教師的科研項目，在實驗室做一些力所能及的科研活動，并通過文獻調研，形成工程熱力學和傳熱學知識系統。課程結束時，各小組以PPT形式向全班同學作匯報，授課老師根據報告提出問題，該組同學進行即時答辯，考查學生對相關知識點的掌握情況。
三、課程考核方式的探索
工程熱力學和傳熱學覆蓋面廣、知識點多，應該采取靈活多樣的考核辦法。在成績的評定方式上，可以設定了四項考核內容，第一部分是學生考勤、課堂互動表現和課堂筆記，通過此部分的考核，提高學生的聽課注意力，鍛煉學生提煉課程重點內容的能力；第二部分是根據每個小組的調研報告、PPT展示、答辯情況打分，鍛煉學生的團隊合作能力、口頭表達能力和應變能力；第三部分是每節課結束前的思考題，采取加分方式，鼓勵學生積極思考；第四部分是傳統的期末考試，考試內容為課程講授的基本內容，專業性強的理論部分強調定性了解，讓學生對熱工基礎有個整體的認識。
隨著新能源科學領域的不斷發展，熱工基礎理論散發出強大的活力。根據新能源科學與工程專業特點，教師還需要在教學過程中，不斷探索教學方法和考核方式，不斷優化課程內容，提升教學質量，使課程教學體系更加科學合理，更好地適應社會對新能源科學與工程專業人才的需求。
參考文獻：
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[3]武和全，姚永騰.對“工程熱力學及傳熱學”課程教學的幾點思考[J].科教導刊（下旬），2015，（4）：90-91.
1.熱能動力工程的研究方向
熱動主要研究熱能與動力方面，是跨熱能與動力工程、機械工程等學科領域的工程應用型專業。目前我國有120多所院校開設有該專業，它由舊本科的九個相關專業合并而成，包括了原來的熱力發動機（080311）、熱能工程（080501）、流體機械及流體工程（080313）、熱能工程與動力機械（080319W）、制冷與低溫技術（080502）、能源工程（080506W）、工程熱物理（080507W）、水利水電動力工程（080903）、冷凍冷藏工程（081409）專業。
熱動主要學習機械工程、熱能動力工程和工程熱物理的基礎理論，學習各種能量轉換及有效利用的理論和技術。專業通過理論力學、材料力學、工程制圖、機械設計、電工與電子技術、工程熱力學、流體力學、傳熱學、控制理論、熱工測試技術以及專業方向課程的學習，使我們具備工程熱力學、流體力學、傳熱學和熱工測試技術等熱能與動力工程領域的基礎理論、實驗技能和基本專業知識，掌握制冷空調設備、制冷裝置、動力機械與動力工程、流體機械等設計、制造和實驗研究的基本技術。在此基礎上，它是一個寬口徑的專業，拓展空間很大，就業方向很廣，有電廠熱能工程及其自動化方向、工程熱物理過程及其自動控制方向、流體機械及其自動控制方向、空調制冷方向等。同時，熱動還是現代動力工程師的基本訓練，可見熱動是現代動力工程的基礎。
2.熱能工程技術在能源方面需要解決的問題
能源問題在當今社會舉足輕重，熱能與動力工程專業在國民經濟中的地位可想而知。
能源動力工業是我國國民經濟與國防建設的重要基礎和支柱型產業，同時也是涉及多個領域高新技術的集成產業，在國家經濟建設與社會發展中一直起著極其重要的作用。
風機是一種裝有多個葉片的通過軸旋轉推動氣流的機械。葉片將施加于軸上旋轉的機械能，轉變為推動氣體流動的壓力，從而實現氣體的流動。風機廣泛應用于發電廠、鍋爐和工業爐窯的通風和引風，礦井、隧道、冷卻塔、車輛、船舶和建筑物的通風、排塵和冷卻等[1]。尤其是在電站，隨著機組向大容量、高轉速、高效率、自動化方向的發展，電站也對風機的安全可靠性提出了越來越高的要求，鍋爐風機在運行中常發生燒壞電機、竄軸、葉輪飛車、軸承損壞等事故，嚴重危害設備、人身安全，也給電廠造成巨大的經濟損失[2]。此外，風機一直是電站的耗電大戶，電站配備的送風機、引風機和冷煙風機是鍋爐的重要輔機，降低其耗電率是節能的一項重要措施。
3.熱能專業中工業爐的發展
工業爐是在工業生產中，利用燃料燃燒或電能轉化的熱量，將物料或工件加熱的熱工設備。
中國在商代出現了較為完善的煉銅爐，在春秋戰國時期，人們在熔銅爐的基礎上進一步掌握了提高爐溫的技術，從而生產出了鑄鐵。1794年，世界上出現了熔煉鑄鐵的直筒形沖天爐。后到1864年，法國人馬丁運用英國人西門子的蓄熱式爐原理，建造了用氣體燃料加熱的第一臺煉鋼平爐。隨著現代化管理水平的提高，計算機控制系統的不斷完善，現代連續加熱爐也應運而生. 現代連續加熱爐爐型可以歸入兩大類：推鋼式爐和步進式爐。兩類爐型的根本區別，僅在于爐內的輸料方式。
4.爐內燃燒控制技術
其燃燒控制是步進爐的核心技術之一，手動控制已被自動控制方式所取代。目前大規格鋼錠推鋼式加熱爐可選用的燃燒自控方式通常有：
（1）空燃比例連續控制系統，該系統主要由燒嘴、燃燒控制器、空氣/燃氣比例閥、空氣/燃氣電動蝶閥、空氣/燃氣流量計、熱電偶、氣體分析裝置、PLC等組成。工作原理是由熱電偶或氣體分析裝置檢測出來的數據傳送到PLC與其設定值進行比較，偏差值按比例積分、微分運算輸出4-20 mA的電信號分別對空氣/燃氣比例閥和空氣/燃氣電動蝶閥的開度進行調節，從而達到控制空氣/燃氣比例和爐內溫度之目的。
（2）雙交叉限幅控制系統，該系統主要由燒嘴、燃燒控制器、空氣/燃氣流量閥、空氣/燃氣流量計、熱電偶等組成。工作原理是：通過一個溫度傳感器熱電偶把測量的溫度變成一個電信號，該信號表示測量點的實際溫度，該測量點的溫度期望給定值是由預存貯在上位機中的工藝曲線自動給定的。根據這兩個溫度值偏差的大小，PLC自動校準燃氣/空氣流量閥的開度。該閥通過電動執行機構定位?？諝?燃料比控制，借助于孔板和差壓變送器來測量空氣流量，燃氣的流量是借助于一臺安裝在燃氣支管上的質量流量計來測量，使精確的溫度控制得以實現。
5.軟件仿真鍋爐風機翼型葉片
由于鍋爐葉輪機械內部流場非常復雜，并帶有強烈的非定常特征，進行細致的實驗測量非常困難，目前尚沒有完善的流體力學理論解釋諸如流動分離、失速和喘振等流動現象，這就迫切需要可靠詳細的流動實驗和數值模擬工作來了解機械內部流動本質。將利用軟件對鍋爐風機翼型葉片進行二維的數值模擬，研究空氣以不同的方向流入翼型葉片入口所造成的流動分離。根據數值模擬的一般步驟：創建二維模型，進行網格劃分，設定邊界條件和區域，輸出網格，再利用求解器求解，對不同空氣來流攻角角下的流動進行二維數值模擬。在得到模擬結果后，對不同攻角下模擬所得到的速度矢量圖進行比較分析，得出鍋爐風機翼型邊界層分離和攻角的關系。（作者單位：遼寧工程技術大學）
參考文獻：
[1] 安連鎖.泵與風機[M].北京：中國電力出版社，2001.
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：
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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，
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中圖分類號：G64 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）09（a）-0113-02
核反應堆熱工本科專業是核工程與核技術的核心專業課之一。核反應堆熱工是一門工程性較強的課程，它著重講述了反應堆熱工的基礎理論和一些分析、計算方法，是核能科學與工程專業方向的一門專業主干課程。核反應堆熱工課程實際上是一門較難的課程，因為它要求的課程基礎較多，課程內容較為復雜抽象，能實踐的內容較少。因此，各大開設核專業的高校對這么課程的教學都十分重視，如何能較好的開展核反應堆熱工課程的教學已經成為高校教育中的一個難題。該文結合核反應堆熱工課程的教學實踐，通過教學內容的編排、教學模式的改善開展了一些教學的創新探索，收獲了一定的效果。
1 核反應堆熱工課程概況
核反應堆熱工課程是核工程專業的必修課，其的性質和任務是分析燃料元件內的溫度分布、冷卻劑的流動和傳熱特性以及預測在各種運行工況下反應堆的熱力參數，以及在各種瞬態和事故工況，壓力、溫度、流量等熱力參數隨時間變化的過程。要求學生前修課程包括反應堆物理分析、核反應堆工程原理、流體力學、傳熱學、高等數學、數值分析等。核反應堆熱工課程的主要教學內容包括堆的熱源及其分布、堆的傳熱過程、堆內流體的流動過程及水力分析、堆芯穩態熱工分析及堆芯瞬態熱工分析，此外還要求學生對傳熱學方面的知識非常了解。該課程40個學時，占2.5個學分，一般上課人數為40～50人。開設該課程的目的在于培養學生能夠掌握反應堆領域熱工水力學的基本分析方法，運用先修課程流體力學、傳熱學、工程熱力學和反應堆物理中學到的基本概念、基本公式和基本結論，以壓水堆堆芯為主要分析對象，達到既了解反應堆穩態工況下的工作情況以及在瞬態工況下的變化特點，又能訓練和培養獨立分析問題的技能和能力。通過該課程的學習為學生在畢業后從事核反應堆安全分析和設計運行等工作打下堅實的理論基礎并提供有益的工程借鑒。
核反應堆熱工課程的主要特點有以下幾方面。
（1）課程基礎多。熱工課程不僅要求學生對核反應堆無力分析的知識非常了解，還需要掌握核反應堆工程的專業知識，在具體的知識點學習中，還需要了解傳熱學的知識。在進行具體的熱工設計中，還需要流體力學方面的知識，進行計算時，高等數學、線性代數及數值分析等基礎理論的知識也不少。因此，要求如此多的課程基礎，少了任何一門都會使學生覺得此課程非常的有難度。
（2）課程內容抽象。從以上的介紹可以看出，課程中的許多內容涉及到很多基本概念和公式，在一一進行推導的時候十分的枯燥，難以引起學生的興趣。而且，課程的內容一環套一環，如果剛開始的課程學生沒有認真的學習，出現脫節現象，到后面的章節，學生學習起來難度將非常大。這也就導致學生在后面的學習失去了學習的熱情和信心。
（3）實踐的環節少。因為課程內容涉及到熱工水力和反應堆，但無論是流體力學還是反應堆，學校都不具備進行實驗的條件，這也就給本來枯燥、難度較大的教學內容帶來了更打的困難。
針對以上核反應堆熱工課程的特點，在教學過程中，我們采取了一些創新的教學探索，以期實現提高學生學習興趣，改善教學效果的目的。
2 教學創新探索
針對核反應堆熱工課程的特點，在教學過程中，通過以下幾個方面展開了教學創新探索。
2.1 抓好緒論課的教學
緒論課是教學的起點，有非常確定的目標，具有非常強的導向性。教師只有對課程的理解、掌握和控制到達了一定程度，才能在緒論課上將學生對教材的學習起到引領、提示和導向等作用，可以啟發學生對課程的興趣。通過緒論課使學生對這門課程的整體框架建立一個初步感觀，了解學習內容、明確學習方向、掌握學習方法、認識課程的前沿動態，進一步解決“為何學、學什么”和“如何學”三個問題，從而充分調動他們日后學習該課程的積極性。盡管每門課程的內容都不盡相同，但緒論課的主要的模式大致相同。緒論課的授課方式主要有以下幾個特點：從整體上介紹本課程、緒論課的內容求全不求精以及緒論課授課形式以老師講授為主。
俗話說得好：“良好的開端是成功的一半”。結合多年的教學經驗深刻體會到緒論課的重要性，可以說上好了緒論課，這個學期的教學就成功了一半。由于緒論課在整個課程內容中的特殊性，采取以上教學形式可以對學生進行有效引導，使學生快速地明白本課程的主旨和篇章結構，熟悉教材的知識系統，發揮主動學習課程的積極性，初步了解本課程的一般理論和研究方法[1-2]。但對于課程內容較為復雜、抽象和枯燥的課程，采取這種方式來組織緒論課的教學，未必能取得較好的效果。核反應堆熱工這門課程主要涉及到傳熱學、熱工水力、核反應堆物理分析等相關內容，各種物理原理、化學方法完全靠語言上的講解十分的枯燥，完全采用老師講授的方式，學生聽起來費勁，效果也很差。因此，有必要重新考慮核反應堆熱工緒論課的組織形式。通過認真的調研，本課程從重新編排緒論課的教學內容和調整緒論課的教學模式等方面對緒論課的教學進行了創新探索。
由于核反應堆熱工課程的內容十分的龐雜，要想在短短的2個學時內，將這些內容面面俱到的一一介紹，有一定的難度，也沒有必要。因此在本課程的編排上，必須對本課程的教學內容進行精簡，重新編排教學內容的原則是以點帶面。由于學生在前面的課程里已經上過一些專業課，對核反應堆物理分析的基礎知識有了一定的了解，因此這部分的內容可以有一定的刪減，既能對知識進行回顧，又要能引起學生們的興趣，這是對這部分內容的編排要求。對于后面具體的課程專業知識介紹，則挑重點介紹，而不是一一涉及。這樣重新編排緒論課的教學內容既繼承了傳統緒論課授課方式的優點，又在這個基礎上有新的突破。學生們聽起來既不會為龐雜而系統的知識感到厭倦，同時有興趣的知識點的深入探討又會引起他們足夠的興趣。雖然重新編排了教學內容，還是不能從根本上解決緒論課冗長的難題。因此，本課程也借鑒了研究型教學的模式。研究型教學是指在教學環節與過程中，有效促進教師主導地位與學生主體地位的雙向互動、并有機融合課程大綱與內容、研究選題與實踐、學生個性興趣與專業發展的多維統一從而教學相長的新型教學方式與課改實踐[3-4]。
2.2 使用好多媒體課件
多媒體課件是將文字、圖形、聲音、動畫、影像等多種媒體融為一體，將其于教學中，可以節省教師板書、畫圖等大量的時間，在相同的時間單元，可以給學生提供更多更大的信息量，拓展了學生的視野和思維，是傳統的“黑板+粉筆+教材”教學方法無法比擬的，而且顯示出了巨大的優勢。多媒體課件輔助教學在推動教育教學現代化、提高課堂教學效果等方面所起的積極作用是無可厚非[5]。在核反應對熱工課程中，使用多媒體課件尤其是視頻資料是非常適合的。因為在反應堆熱工課程中，許多熱工水力的原理及實驗是暫時沒有條件在現場或是實驗室展示的，因此通過視頻的方式來展現就變得尤為重要了，例如核電站核島內一回路管道、二回路管道內流體流動以及溫度分布等特點，通過講述的方式難以理解，而如果引入視頻的方式來展現就會變得特別直觀，易于學生理解。但多媒體課件的使用也存在一些問題，例如課程中視頻的時間不能過長，否則學生只看視頻的話，雖然印象深刻，但對于原理性的內容的理解反而不容易。
2.3 做好課程設計
核反應堆熱工課程內容非常多，需要檢驗學生對重點知識點的掌握和理解，以及是否有能力對這些知識加以綜合運用，解決核反應堆熱工中的問題。課程設計是一個非常好的選擇，通過課程設計，可以使學生對課程的內容的理解更為深刻，同時也鍛煉了他們的動手能力。例如，課程設計要求學生針對某壓水堆燃料組件熱工水力穩態特性進行分析計算，通過獨立編程計算鍛煉學生綜合應用課本理論知識的能力和計算機編程能力，為學生畢業后從事核反應堆程序開發工作打下基礎。例如，基于課程設計指導書內容，利用單通道模型思想對壓水堆燃料組件的熱工水力特性進行穩態分析計算，要求獨立編程計算，給出計算結果圖，并撰寫課程設計總結報告。例如基于課程設計指導書內容，利用單通道模型思想對壓水堆燃料組件的熱工水力特性進行穩態分析計算，要求獨立編程計算，給出計算結果圖，并撰寫課程設計總結報告。這些都是可以進行的課程設計內容。
3 教學實踐
基于以上的討論，我們展開了對核反應堆熱工課程的教學實踐。在教學實踐的過程中，認真做好緒論課的教學工作。根據學生們反饋，明顯能感覺到學生們對緒論課上教學內容的興趣得到了明顯的提高。在教學實踐過程中，做好多媒體課件的使用工作。很多同學在觀看多媒體課件時，尤其是播放核電站管道系統內流體流動的視頻時，很多同學都非常仔細的觀看。視頻觀看完畢后，有些同學立刻提出了自己的疑問，希望了解核電站內流體流動的具體情況?？梢?，在教師的引導下，學生們會自然而然的對核反應堆熱工課程的內容產生了具體的興趣?？梢姡嗝襟w課件特別是相關視頻的播放，也對提高學生們的學習興趣發揮巨大的作用。課程設計過程中，學生們展現的主觀能動性給任課老師也留下了非常深刻的印象，他們不僅學習熱情高，而且在課設過程中往往能有很多意想不到的創新性工作，使得這些課程設計在課程教學過程中發揮了巨大的作用。
4 結語
核反應堆熱工課程具有一定的難度。該文結合了核反應堆熱工課程的教學實踐，討論了在核反應堆熱工課程中可以采取的創新教學模式。通過抓好緒論課的教學，多媒體課件的使用以及課程設計等手段，提高核反應堆熱工課程的教學質量。實踐結果表明，這些手段都能在核反應堆熱工課程的教學過程中，發揮正面的作用，起到了良好的效果。
參考文獻
[1] 仝衛衛，王彩虹.《高等數學》緒論課教學方法淺談[J].中國西部科技，2015，14（1）：97-98.
[2] 楊燕霞.教師課堂的“首場秀”――淺談關于“質量檢驗”緒論課的重要性[J].教育藝術，2015（5）：32.
1.通識類課程
(1)人文社會科學類
除國家規定的教學內容外，由各高校根據辦學定位和人才培養目標確定。
(2)數學和自然科學類
主要包括數學和物理學，并合理考慮化學和生命科學等知識領域。
數學主要包括微積分、線性代數、微分方程、概率與數理統計、計算方法等相關知識領域。物理學主要包括力學、熱學、電磁學、光學、近代物理學等相關知識領域。
數學、物理學的教學內容應不低于教育部相關課程教學指導委員會制定的基本要求。各高?？筛鶕陨砣瞬排囵B定位提高數學和物理學(含實驗)的教學要求，以加強學生的數學、物理學基礎。
2.基礎類課程
學科基礎知識被視為專業類基礎知識，教學內容應覆蓋以下知識領域的核心內容：工程圖學、力學(材料力學、理論力學等)、熱流體(流體力學、熱力學或傳熱學)、電工電子學、材料科學基礎等。
3.專業類課程
過程裝備與控制工程專業核心知識領域包括：機械設計及制造基礎、過程(化工)原理、過程設備設計、過程流體機械、過程裝備控制技術與應用等。
過程裝備與控制工程專業就業方向
本專業學生畢業后可在化工、石油、能源、輕工、環保、醫藥、食品、機械及勞動安全等部門從事工程設計、技術開發、生產技術、經營管理以及工程科學研究等方面工作
從事行業：
畢業后主要在機械、石油、新能源等行業工作，大致如下：
1、機械/設備/重工;
2、石油/化工/礦產/地質;
3、新能源;
4、環保;
5、其他行業;
6、制藥/生物工程;
7、建筑/建材/工程;
8、儀器儀表/工業自動化。
從事崗位：
畢業后主要從事設備工程師、機械工程師、機械設計工程師等工作，大致如下：
1、設備工程師;
2、機械工程師;
3、機械設計工程師;
4、銷售工程師;
5、壓力容器設計工程師;
6、監理工程師;
7、設計工程師;
8、壓力容器設計。
