关于短学时热工基础课程教学的探索与思考

关于短学时热工基础课程教学的探索与思考

摘要：针对热工基础作为机类专业低学时选修课的实际情况，结合作者在教学工作过程中积累的心得和体

会，对机热工基础课程的教学内容、教学方法及实验教学等方面进行研究与探讨。这些建议对当前机械大类专业

短学时热工基础课程的教学有着重要的参考意义。

关键词：机类专业热工基础短学时教学

Exploring and thinking about the teaching of short period Thermodynamic Engineering

A bstract: Based on the writer’s teaching practical experiences of thermodynamic engineering, the authors study that

theshortperiodthermodynamicengineeringteachingmethod,contentandexperiment ation. Thispaperpresentssome

suggestions, which may solve some problems.

Keywords: Mechanical specialty; Thermodynamic Engineering; Short period; Teaching

热工基础是现代工程技术人才必备的技术基础知

识，是21 世纪工科各类专业人才工程素质的重要组成

部分。除了能源、动力类专业学生必须进一步深入学习

工程热力学与传热学之外，热工基础课程也应该是机械

类大学本科生必修的一门技术基础课。我校2006 版教

学培养计划中针对机械设计制造及其自动化专业大三第

一学期所开设热工基础课程，共计32 学时。由于学时

有限，怎么能在有限的学时内让学生了解更多有用的热

工知识成为摆在主讲教师面前的一道难题。针对机械大

类专业人才培养方案及热工基础课程其本身特点，笔者结合实际教学经验，对我校机械设计制造及其自动化专业热工基础课程的教学内容、教学方法及实验教学等方面进行研究与探讨。

一、教学内容

热工基础课程包括工程热力学和传热学两门学

科，在能源与动力专业这两门课程的总学时在100 以上，而我们专业只有32 学时，这在教学大纲的制定时带来许多问题。到底哪些知识需要讲授？需要学生掌握到什么程度？大家心里都没底。教研组老师们仔细研究热工基础课程内容，结合机械设计制造及其自动化专业的特点，经过反复讨论最终确定：热力学第一定律、理想气体的性质与热力过程、热力学第二定律、导热、对流换热和辐射换热作为需掌握的内容，而水蒸气与湿空气、动力装置循环、制冷装置循环和换热器作为了解内容。

二、教学方法

1）基本概念和基本理论的讲解

热工基础课程的物理概念性很强, 而且存在着大量

的公式推导。许多推导是从质量、动量和能量守恒定律

出发, 应用数学、物理方法在微元体或控制体上形成微

分方程或积分方程。对这些繁琐却类似的推导过程, 主

要强调理解基本概念, 掌握方法, 而不深究纯数学的变

化, 通过典型问题的分析, 达到举一反三的目的。讲授

时要做到透彻明了, 简洁精练。尽量利用多媒体教学的

优势，以生动的图像和动画使抽象的概念具体化。例如：

活塞式内燃机循环工作原理的介绍，由于教学对象是机

类专业学生，对内燃机的工作过程不是特别了解，利用

动画将内燃机的工作过程重现，循环过程便一目了然。

2）结合生产生活实际，增强学习兴趣

爱因斯坦说：”兴趣是最好的老师，老师则是点

燃学生学习兴趣的火炬。”教育心理学的研究表明：当

学习内容与学生已有的知识和生活经验相联系时，才能

激发学生学习和解决问题的兴趣。要想使学生学好这门

课程，首先应提高学生的学习兴趣，将课堂教学的驱动

因素由教师转移到学生。而要提高学生的学习兴趣，一

方面应是”还知识于本原”，按照知识形成的本来过程

进行传授；另一方面是做好教学的”互动”，课堂教学

活动不仅是一种认知过程，更是一种师生、生生之间的交互过程，只有学生的真正参与，才会提高学生学习的

积极性，变被动为主动。因此，在”热工基础”教学过程中，紧密联系教学内容和学生实际，巧妙地采用各种行之有效的教学方法，努力激发学生的学习兴趣。例如选择学生在生活中熟知的暖水瓶作为范例讲解传热的基本方法：热传导、热对流和热辐射。采用发现式、启发式、讨论式等多种形式的教学方法，分析在暖水瓶保温的过程中是怎样阻止热量传递的。参考给种材料的导热率表，找出瓶塞用木头原因；瓶胆要抽成真空目的是什么；瓶胆图上水银是怎样阻止热辐射的。要创造逼真的教学情景，使学生感受到”传热学”领域就在自己的身边，进而增强学习热工基础的兴趣。

3）教材教学内容与学科前沿有机结合

随着近几十年世界范围内的科学技术突飞猛进的

发展，特别是信息工业的飞速发展，”传热学”的学科内容也有了很大的变化与进步。能源问题的日益严峻，以及温室效应等世界主要问题都迫使我们提高热能与机械能以及其他形式的能量之间相互转化的效率。因此，授课时在讲授教材内容的同时与相关的前沿学术动态有机结合，多讲解一些能源动态，这样可以提高学生学习的兴趣和目的性，让他们学习如何利用基本知识解决机械专业的实际问题。

三、实验教学

热工基础的试验教学主要以数值模拟试验为主，

主要目的在于掌握数值模拟计算类软件使用方法。

随着信息化时代的到来，当今计算机在我们生产

生活中变得越来越重要，笔者认为有必要增设少量上机实验，让同学们了解传热方面仿真软件，利用计算机模拟计算基本的稳态传热过程，分析温度场分布规律。在讲授相关传热问题数值求解相关章节时，尝试借助CFD 软件讲解传热问题数值求解的基本概念和思想。(ComputationalFluidDynamics，简称CFD)，是一种重要的计算机模拟技术，其产生可以追溯到20 世纪30 年代初，它是流体力学、数值计算方法以及计算机图形学三者相互结合的产物。CFD 是目前国际上一个强有力的研究领域，是进行”三传”（传热、传质、动量传递）及燃烧、多相流和化学反应研究的核心与重要技术，广泛应用于热能动力、航空航天、机械、土木水利、环境化工、暖通空调及空气净化等诸多工程领域。针对机械类学生所接触的应用软件工程

•40·城市建设理论研究

图形建模较多，而数值模拟计算相对较少，笔者认为