传热学研究性实验的教学研究与实践

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1对培养创新性人才的定位
传统教育偏重于维持性学习,使学生通过获得既有的知识和经验来解决当前已经发生的问题,重 视学生的模仿继承能力.创新教育则提倡学生有目标、有选择地学习,不满足于获得现成的答案和结 果,能创造性地运用所学到的内容去适应新的情况,并能自主调控学习进程和学习策略.创新教育是以 培养学生创新素质为目标的教育,它包括学生的创新意识、创新精神和创新能力.创新教育实质上是在 教给学生一种辩证的思维方式,为其终身学习和自我教育提供一把释疑解难的精神钥匙.
为导热性能好的材料(铝、铜、不锈钢等容器),中间充满沙子.
当把沙子浇上一定量的水后,把整个装置放在通风处,则由于
外层水的蒸发而带走大量的热,从而使内层的容器降温,达到 “冰箱”的制冷效果.沙子的湿度、空气的湿度、温度、风速以及
图1简易“冰箱”实验
两个容器材料的不同等外界条件的差别,都将使该装置的制冷效果不同.学生可以根据不同的条件来
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传热学研究性实验的教学研究与实践
实验过程中的人力资源得以解决.其次本科生在研究生的指导下参与的是一个非常有针对性的研究项 目,避免了盲目性和走弯路,而且能从研究生的身上学到很多有用的东西.研究目标的明确可以使本科 生更具有信心.此外,有效地解决了经费的问题.
4研究性实验的设计实践
传热学是一门理论性很强的基础课,同时又是几乎涉及现代工业各个领域的学科,尤其是与制冷、 节能保温、冷却等过程.考虑到研究性实验应具有趣味性和探索性的特点,对研究性实验的内容进行精
Abstract:Investigative experimental teaching plays an important role in innovative education in universities.The authors discussed their considerations of the guidelines for forming in— vestigative experimental teaching and put forward their opinions on promoting investigative experimental teaching.Two case studies on the design of investigative experiments are given. Key words:innovative education;investigative experimental teaching;heat transfer
温/降温的效果.
5 结论
研究性实验教学对于培养学生的创新能力和创新精神是非常重要的.在创新陛教育改革中应加强 对研究性实验教学的研究和实践.研究性实验教学有基础验证型实验、综合型实验和自我设计型实验 组成.在教学实践中可通过开放实验室、增加和更新实验设备以及与研究生的科研实验相结合来进行.
参考文献
1-13马靖远.高等教育创新教育体系的构建.高等农业教育,2002(12):33—36 1-23张述伟,匡国柱,孟长功.建立创新人才培养体系的思考与实践.化工高等教育,2004(4):24—28
节能有多种途径,其中,在建筑表面覆盖某种特殊性质的材料能起到很好的节能效果.建筑表面铺设的
材料的传热特点是热辐射,白天它吸收太阳辐射能使建筑墙体升温,夜间它以红外辐射的形式散热,使
墙体降温.因此,在冬天和夏天由于保温和散热的要求不同,选择的材料的辐射特性也不同.本实验设
计的目的就是通过对不同表面辐射特性的材料的i见4试来确定如何选择适当的材料,是理论联系实际的
进行系统的测试研究,从中可以学习导热、对流和相变传热等的基础理论.该实验既有较高的理论含 量,同时装置简单、廉价,操作简单可行,只需要热电偶监测温度和测量湿度、风速等参数就可完成.当 然,在完成实验研究后进行理论模型的研究的时候就比较难了.该实验同时趣味性和实用性都很强.
4.2建筑外层材料的保温/散热性能研究 由于化石能源供应的紧张,节能技术在各行业都备受重视,建筑节能更是被政府所大力倡导.建筑
创新性思维能力培养的重点不仅是能够熟练掌握基础理论,并灵活运用它们分析与专业相关的问 题,更重要的是分析问题的方法和思维方式的培养、训练,即方法论的培养.方法论的培养基于能够熟 练运用有关基础理论分析相关问题的基础上,并进一步地能够逐渐地总结、形成一种分析问题的思路. 方法论对于培养创新性思维非常重要.
这部分的实验内容的教学是研究性实验教学的核心,它对学生的要求很高,同样对承担教学任务 的教师的要求也很高.它所能达到的教学效果也是前两个实验教学所不能达到的.在完成了前面两个 实验教学之后,针对课堂理论教学的进度,由教师提出一组有关的研究课题,这些研究课题可以是与工 程实践紧密联系的实用性课题,也可以是具有学术前沿性的理论性课题,它们的共同特征是教师本人 也不知道具体的答案.若干名学生自由组合成一个研究小组,首先选择一个课题,然后去查阅有关的文 献,了解该课题的研究现状、研究方法等,并制定出研究方案,在实验台搭建、测试、数据整理等过程都 由他们自主完成.在整个过程中,教师扮演的角色是指导者甚至有些时候是共同的学习者.这样的实验 教学给教师提出了难度较高的挑战.在确定研究课题的时候,要考虑到研究课题的难度和工作量的大 小,在指导过程中也要投入极大的时间和精力.实验完成后,研究结果按照研究论文的格式整理成一篇 完整的小论文并以答辩的形式陈述研究结果.完成一个这样的实验,学生的收获不仅仅在于培养了他 们综合运用基础理论进行创新研究的能力,同时培养了他们查阅文献、科技论文撰写的能力以及科学 精神的建立.
一方面由学校的学科建设/实验室建设经费增加投入,购置、更新部分常用的测试、分析仪器设备, 而相应减少验证性演示教学实验的实验台架的购置.另一方面,实验室人员发挥主动性自己研制部分 设备.研究性实验的特点是实验内容不固定,需要在不同的实验中加工、使用不同的装置,而只有测试 仪表是通用的.因而,教师可与学生一起参与制作实验系统.在这一过程中十分有利于推动实验室的建 设,并有可能催生部分新的实验仪表和台架的开发.浙江大学本科生在流体力学实验中参与制作的实 验装置申请获得国家专利就是在这一过程完成的. 3.3与研究课题相结合
因此,我们把创新性思维能力的培养定位于以方法论的培养为重点的教学实践,把创新思维能力 的培养过程划分为三个阶段:初级阶段——对基础理论的熟练掌握;中级阶段——对基础理论的熟练、 综合运用;高级阶段——运用有关基础理论,针对给定的课题,选择确定技术路线进行独立解决问题的 能力,这其中包括了自主寻求有关背景知识、查阅文献、确定研究方法的过程,设计研究方案和求解的 过程和对研究结果进行系统分析和表述的过程等.针对这三个阶段,在专业基础课的实验教学实践中 分别采取不同的教学方法有侧重地进行方法论的培养,完成创新性思维方式的培养目标.
一个实验.实验思路如下:
按有关手册取几种不同材料的薄板,它们的表面黑度不同(或是恒定值,或是随波长而阶跃性变
化).或者选择几种涂层材料,测量或查阅手册得到它们的发射率/吸收率,然后在同一块薄板表面涂上
不同的涂层,置于相同的环境下接受太阳辐射,用热电偶监测其表面的温度的变化,完成白天和夜间的 连续测量,比较其温度在白天和夜间的变化特点,从而分析在冬天和夏天应选择何种材料才能起到保
心的方向性设计,下面是两个例子.
4.1简易“冰箱”的传热特性研究
传热的基本方式为导热、对流和辐射.在发生相变的过程
(蒸发和冷却)将转移大量的热.家用冰箱的工作原理也是利
用了这一特点,只不过需要用动力驱动制冷剂的循环来实现放
内层
相变过程中热量的转移.如图l,设计一个套桶,外层为透气 外层
性强的材料(如陶罐,竹编的框或其他新型功能材料等),内层
这部分的实验内容的教学是为了培养学生综合运用所学到的基础理论知识对具有明确的工程应 用背景的问题和学术前沿I生问题进行模拟实验的能力以及对实验数据进行整理、分析的能力.它所占 的比例大约在40%"-50%,对应于创新性思维能力培养的中级阶段.一般情况下,传统的教学过程在达 到这个阶段后也就停止了. 2.3研究性自我设计型的实验教学
创新教育是以培养人的创新意识、创新精神和创新能力为基本价值取向的教育.创新能力是理工 类专业毕业生应具备的能力之一.以培养创新型人才为主旋律的教学改革是今后教学改革的重要内 容‘h引.深化实验改革,改验证性实验为设计性、研究性或具有一定综合性的实验是创新教育的内容之 一[3 ̄6].不同学科的学者对他们的实验课程的教学改革做了大量的研究工作‘7.8].本文以作者近几年从 事传热学的教学经验,就如何开展研究性实验课教学谈一些想法和认识.
2研究性实验教学的指导思想
在传统的专业课实验教学中,一般都是教师集中在实验室给学生讲解有关的实验原理和实验仪器 设备的操作使用方法,然后由学生按规定的实验内容和实验操作规程进行实验测试、记录和完成实验 报告.这样的实验课实际上是验证性的演示实验教学过程.它难以达到启发学生思维和培养他们自己 动手设计实验的能力和独立进行有关研究性实验的能力.
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[-33陈水润.论大学创新教育的途径.化工高等教育,2001(2):4—8 [43庄善学,张伏龙.开设研究性实验课是培养创新人才的重要途径.甘肃教育学院学报(自然科学版),2003,17
(4):86—88
[5]盂庆繁等.探索I生实验是创新型人才培养的有效途径.实验室研究与探索,2004(1):85—88 [6]荣昶等.实验教学与创新能力培养探析.实验室研究与探索,2004(1):12—14 [7]杨倩,孙同明,王炳祥等.研究性实验——有机化学实验教学的一项改革尝试.化工高等教育,2003(4):61—63 [8]钱国英,汪财生,朱秋华.生物技术实验教学体系的改革与实践.实验室研究与探索,2004,23(5):60—61
作者简介:苏亚欣(1972~),男,博士,副教授
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因此,在创新性思维培养中,我们应以研究性实验教学逐步取代验证、演示性实验教学.研究性实 验教学体系应包括以下三个主要内容: 2.1基础理论的验证、演示实验教学
这部分实验内容的教学是为了进一步强化有关的基础性理论的认知和培养基本的实验技能技巧、 动手能力等,它对应于创新陛思维能力培养的初级阶段.在整个研究性实验教学的体系中,它所占的比 例不是很高,大约在20%左右. 2.2综合性技术实验教学
以研究生的科研实验带动本科生的研究性实验教学,一方面解决了实验教师的人手不足,另一方 面为研究生增设助教岗位,同时可以有效解决研究性实验的系统更新问题.在研究性实验中由于实验 内容的经常变化,需要不断更新实验系统.因此,经费的支持是一个关键.如果在设计实验内容时有倾 向性地参考研究生的研究课题,则可以很好地解决这一问题.一方面研究生可以有几个研究助手,在其
3研究性实验教பைடு நூலகம்的进行思路
研究性实验由于不同于传统的演示性教学实验,它对担任实验教学的教师的素质、实验室的设备、 实验教学经费及实验室管理等都提出了挑战.在推进研究性实验教学时可以考虑下面的三点: 3.1开放教学实验室
在时间上对学生开放,可以由学生提前预约好时间和所需要的仪器设备等,教师做好准备,整个实 验由学生独立去完成. 3.2增加实验设备
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制冷空调学科教学研究进展
传热学研究性实验的教学研究与实践
苏亚欣 汝 俭 赵敬德 周亚素
(东华大学环境学院,上海200051)
摘要:研究性实验教学是创新教育的重要内容,讨论了对研究性实验教学的构成的指导思 想,并讨论了推进研究性实验教学的三点看法,结合传热学给出了两个研究性教学实验设计 的例子. 关键词:创新教育;研究性实验教学;传热学
Research and Practice of Teaching Methods Used for Investigative Experiments in Heat Transfer Subj ect
Su Yaxin Ru Jian Zhao Jingde Zhou Yasu
(School of Environmental Science and Engineering,Donghua University,Shanghai 20051,China)
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