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作者简介：衣晓青（1956-），女，山东青岛人，长沙理工大学能源与动力工程学院，教授；石尔（1979-），女，湖南长沙人，长沙理工大学能源与动力工程学院，讲师。（湖南 长沙 410004）
基金项目：本文系2011年湖南省普通高等学校教学改革研究立项项目的研究成果。
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）16-0069-02
“工程流体力学”、“工程热力学”、“传热学”既是热工理论的三大主干课程，又是能源动力类专业（方向）的主要技术基础课。传统的教学宗旨倾向于各门基础课程自成科学体系，分别独立教学，为后续专业课程打下牢固基础。但是这种传统的教学模式死板，致使学生缺乏学习兴致，不易明确学习目的。建构主义的认知灵活性理论发现了新的教学要素——“案例教学”。按照认知灵活性理论，对以上热工理论三大基础主干课程进行优化整合，以热能动力类专业为场景，建构诸多新的知识点教学，组织全新的热工理论基础课程体系，可以使热工理论基础课教学克服以上不足。
一、打破僵化教学：认知灵活性理论的应用
建构主义教学理论冲破了传统教学模式，克服了“填鸭式”教学把学生作为小绵羊驯服的弊端。[1]作为建构主义教学理论中的一个分支，斯皮罗提出的“认知灵活性”理论很好地解决了“死记硬背”传统与极端建构主义（忽视抽象养成）之间的矛盾。认知灵活性理论的主要思想就是：通过情景（境）展现基本概念和基础理论工具，学生既可以掌握基础理论知识，又可以按抽象思维方式，放开视野寻找新的分析问题的工具。
为了解决传统与极端的冲突，斯皮罗把知识抽象为两种不同性质的结构：良构的与非良构的两种领域。[2]良构的即是指：按照抽象思维，从概念到原理的演绎解析的知识体系，符合科学意义上的正统规范。非良构的即是指：在具体场景（案例）中，隐透出的各种良性结构的知识叠合；这种叠合的基础知识能够解释或解决具体场景问题；不同的场景有不同的良性结构知识叠合的诠释。由此得出结论，良性结构知识就存在于非良性结构知识之中，“认知灵活性”教学就可以让学生通过非良性知识教学获得更加深刻的良性结构的系统知识，而且是积极主动地、生动有趣地接受之。
热工理论是研究热（能）在释放、转换和传递中的流体流动及传热传质等问题的科学，涉及流体运动规律、热（能）转换与传递规律。按照认知灵活性理论的教学观，热工理论基础课教学也可分类为良构性和非良构性。热工理论的三大主干课程“工程流体力学”、“工程热力学”和“传热学”分别作为单独体系教学的基本概念、基本理论和基本知识的层次组织结构，应属于良构性领域，其传统的教学方式就是从概念到概念、从原理到原理、从公式到公式的演绎解析，逻辑性很强，范式文本较固定，程式较稳定，测验作业较死板。
“认知灵活性”教学理论认为，这种教学方式僵化、被动，既不能启动学生的兴趣，也不能启发学生的创造想象力，学生容易落入死记硬背、教条主义的套路，缺乏广泛的知识联系和举一反三的思维训练，更缺乏给学生以另辟蹊径的想象空间。如果以流体介质为对象将热工理论三大主干课程进行优化整合（杂交），并以热工理论应用为主线，将能源动力类相关专业作为场景，构成非良构性知识结构，其所涉及的具体问题具有复杂背景和综合影响因素，能够从问题入手引出综合知识的有机联系，开阔学生发展思路，引导学生融会贯通，指导学生熟知专业背景。这种按照认知灵活性教学理论建立起来的热工理论基础课程的非良构性知识体系会冲破传统的各自为主的单科系统性的课程教学模式，有利于克服“高分低能”的应试教育倾向，培养面对知识时代和信息社会的创新型人才。
二、创建问题教学：热工理论基础三大主干课程的优化整合
认知灵活性理论认为：学习者在建构知识意义的过程中，只有对知识进行多维表征，才能达到对知识的全面理解和灵活运用。这也是指导热工理论基础三大主干课程进行优化整合的基本思想。热工理论基础三大主干课程“工程热力学”、“传热学”和“工程流体力学”是主要以流体介质为研究对象而紧密联系在一起的动力类技术基础性课程，三门课程相互依存，共同构成了热工理论的主干课程体系。其中，工程流体力学是研究流体介质的位置势能、压力势能和动能之间的相互作用的关系；工程热力学是研究热能与机械能之间的相互转换的规律；传热学是研究热量从高温部分传递到低温部分的机理。由此可见，能（热）量转换与守恒定律是热工理论三大主干课程进行优化整合的内在动力。
基础课理论自身系统的完善性使任何改动需求都带有相当大的难度，只有进行优化整合，才能在不断调整和深化过程中发展新的学习要素。例如，“传热和流体流动的数值方法”课程就是将传热学、流体力学知识进行融合后加入到数值计算科学这一更为广泛的学科领域，为热工理论知识的进一步发展奠定了基础。同时，通过这一知识的优化整合，多维表征得以实现，使学生建构起在热科学和流体科学中可以直接迁移和引用的关于热物理方面的知识，超越了封闭、孤立课程所给的单一信息模式。
如果说热工理论的三大主干课程“工程流体力学”、“工程热力学”和“传热学”分别作为单独体系教学是良性结构知识的传授，那么，把“三课”拆分，再按照具体能量转换的场景问题有机组合，这种教学模式就属于非良性结构教学。乔纳生等人的研究把前者称作低阶学习阶段，把后者称作高级学习阶段。[3]高级学习阶段优于低级学习阶段的实质就是变公式学习为问题学习。问题学习对于热工基础理论教学来说，打破其三大主干课程的各自理论体系是必然的，是要针对具体的场景问题而进行知识交叉组合。值得注意的是：根据认知灵活性教学理论，这种知识体系重组，必须避免极端建构主义干扰，必须遵循“专业问题、溯本求源、知识联系”三原则，才是优化的、高级的教学模式。
三、重复多变教学：能源动力类专业问题逆向渗透于热工理论基础课程
非良构的知识体系与良构性知识体系的区别就在于：一是前者比后者建立的概念庞大、复杂，它往往是多个不同学科孤立概念的交集；二是前者比后者建立的概念有很大的多变性，这是由问题教学场景多变性所决定的。热工理论基础知识在航天、航空、热能动力、化工、核热工、低温工程、冶金热工、微电子技术、材料和建筑等各个领域都有具体的应用，从知识体系的角度来看，其展现的知识点都是非良性的。实际上，在能源动力类相关专业的不同场景下，其呈现的非良性知识结构也存在着很大的差异性。例如，工程热力学中的热经济性指标在热机循环中的应用是热效率，而在制冷循环中的应用是制冷系数。这说明热经济性概念在实际应用过程中具有复杂性。又如，流体力学在电厂中的应用以管内流动、物体绕流为主，而在建筑环境与设备工程专业中的应用以室内外环境通风、换气的流动为主。传热学中对于散热器来说需要强化传热效果，对于建筑物屏蔽掩体则要抵制传热。
在针对能源动力类专业的热工理论基础课程进行新的建构中，按照认知灵活性教学理论，必须将原有良性结构体系的知识与专业场景结合起来。这种有专业针对性的知识渗透，有学者称其为专家知识学习阶段，属于更高层次。[2]比如，把能源动力类专业（方向）的“流体力学”、“泵与风机”两门课程整合为热工理论基础课“泵与风机的流体流动”一章，以流体力学知识为基础，反映了流体力学基本原理在流体机械中的具体应用场景，通过多媒体教学课件可以使学生建构泵与风机工作原理和结构的多维图式，达到对流体力学基础理论知识全面理解和灵活运用的目的。
按照斯皮罗的认知灵活性理论规范，对应专家知识学习阶段的教学模式即“随机通达教学法”，它的主要特点就是针对专业的众多场景链，反复从不同问题视角，以不同的基本知识、基本公式、基本理论的多样组合，不断给予学习者良性知识的刺激，这会使学习者通过反复的从各种变式到抽象的过程，不断加深对良性结构知识的各种理解，而且有助于学习者历练分析问题和解决问题的能力，发挥创造性思维，为今后在专业上有所建树打下坚实的学习基础。贯穿于这一思想的新的“热工理论基础”课程体系，组织“锅炉工质流动与热交换”、“汽轮机流体流动与功能转换效率”、“热力发电厂工质循环与热效率”等章节，探讨基于专家知识学习理念的非良构知识领域的显性建构，加入热能动力类专业知识对热工理论基础课的反向渗透，有效增加课程教学的深度和广度这一结果就自然生成了。
除了书本专业知识的反向渗透以外，通过与科研、生产单位合作的科研课题的有机结合，也是专家知识学习阶段的案例来源。例如，教师通过某钢铁公司锅炉尾部烟道声学振动问题的科研活动，向学生们提出卡门涡街产生机理、影响因素以及卡门涡街产生后对设备及系统的危害和消除卡门涡街的措施等诸多学科问题，从而认知基本理论。
参考文献：
随着科技的进步，新能源、化工制药、航天航空等领域都在蓬勃发展，而它们都离不开大量的或简单、或复杂的传热过程。所以，在当代的高等教育中，“传热学”课程不仅是能源动力类专业主要的专业基础课，同样也是建筑环境、化学工程、机械制造等专业学科的重要课程。[3]
一、传热学课程存在的问题及CFD技术简介
1.传热学教学中存在的问题
传热学的教学内容丰富，因专业所需不同、所用教材版本不同，所以侧重点也不尽相同，但通常都包括稳态和非稳态的热传导及其数值解法、对流传热相关理论和计算、热辐射相关理论和计算，以及传热过程分析等内容。我国开设传热学的历史已颇悠久，广大教育工作者在长期的教学实践中总结出了很多有效、实用的教学方法。但由于热量的传递过程比较抽象，而且通常伴随着流体的流动现象，过程复杂多变，学生理解起来往往很吃力。
实验教学无疑是帮助学生理解传热现象的好途径，但成本甚高、操作复杂，如果实验设备昂贵笨重则更是根本无法带到课堂上来。而且流动传热过程往往瞬息万变，稍纵即逝的实验现象不易捕捉、显示，这也为实验教学带来了一定困难。传统的粉笔黑板式教学模式经济、简便，但相对古板、静态，难以将热量传递现象描述得流畅生动。新兴的多媒体教学是很适合讲解传热学的教学方式，但如果没有专门的配图、动画等资源来辅助，也很难将复杂的流动、传热过程表达清楚。所以，急需寻找一种能针对具体物理过程的演示方法，为课堂教学提供支持，以便学生更好地观摩、理解传热过程。
2.CFD技术简介
CFD是Computational Fluid Dynamics（计算流体力学）的简称，特指通过计算机的数值计算和数据汇总处理、图像显示等功能，是对包含有流体流动和传热等相关物理现象进行求解分析的技术。通过CFD技术，我们可以利用计算机来计算、分析并显示流动与传热现象，在较短的时间内解决流体力学、传热学问题。CFD的基本思想可以归结为：把原来在时间域及空间域上连续的物理场（如速度场和压力场），用有限个离散点上的变量的集合来代替，通过一定的方式建立起关于这些离散点上场变量之间的代数方程组，然后通过对代数方程组的迭代求解，来获得场变量的近似值。[4]
一个完整的CFD模拟过程通常包含如下几个主要环节：根据实际情况建立数学模型；将计算区域离散化；选择合适的数值算法求解；计算结果的显示与后处理。
简单地说，CFD相当于“虚拟”地在计算机里做实验，用以模拟实际的流体流动与传热情况。由于其不用搭建实体的试验台，不用购买、制作真实的工程仪器，仅仅把计算机作为工具和场所，所以相对于传统实验研究具有速度快、成本低、操作性强等优势。
随着计算机技术的蓬勃发展，越来越多的科研工作者和工程技术人员把实验室搬到了电脑里，用数值模拟方式代替传统实验，取得了理想的结果。如今，CFD在各行各业都有广泛应用，大到飞机的外部流场和电站锅炉内部燃烧、传热过程的仿真，小到燃料电池内的化学反应、人体血管血液流动过程的模拟，都有CFD参与其中。
目前全世界已有几十种求解流动与传热问题的商用CFD软件，比较著名的有FLUENT、CFX、PHOENICS、Icepak等，而FLUENT是其中较为成熟、使用较为广泛的一款。FLUENT内置了多种算法（包括非耦合隐式算法、耦合显式算法、耦合隐式算法），包含丰富而先进的物理模型，能够胜任对各种流体的对流换热、固体或流体间的热传导、热辐射等复杂传热现象的模拟。而且其操作界面友好、迭代过程迅速准确、计算结果显示美观清晰，无疑是传热学多媒体教学的好帮手。
作者基于多年传热学教学经验，希望通过用fluent软件模拟传热过程的方式，在课堂上简洁、生动地展示传热现象，为学生对流动传热过程的理解提供帮助。
二、CFD软件在课堂教学中的应用
1.CFD教学模式的优势
与常规的多媒体课件模式（以下简称为“传统模式”）相比，直接用CFD软件在课堂教学中进行演示（以下简称为“CFD模式”）有如下优势：
（1）CFD模式使学生产生强烈的“参与感”。在传统模式教学中，多媒体课件往往是教师根据教材和教学大纲在课下制作的，包括思路的整理、教学内容的展示、素材的选取等，都是由教师一手操办，再到课堂上宣讲。在这种传统模式下的教学，学生没有看到知识点的组织和梳理过程，更没有亲身去参与到其中，这样他们往往是在被动地接受知识，缺少参与感。而CFD模式则不然，它可以直接针对具体的传热过程实例，教师在课下先画好模型，在课堂上用fluent软件一步步地设置边界条件、物性参数、求解方法。这样，例子的求解全过程同学们都能参与到，该过程是对流还是辐射、是层流还是紊流、是可压缩还是不可压缩、是定常还是非定常，同学们都能亲眼看到。可见，CFD模式可以把知识概念的灌输，变成知识脉络的整理，这对巩固学生们的知识、加深同学们对传热流动现象的理解都有巨大帮助。
（2）CFD模式能极好地活跃课堂氛围。在传统模式教学中，尽管多媒体课件中有较为丰富的图片、动画等元素，比粉笔黑板式教学要多元化得多，但教师在依靠其授课的过程中，本质仍是在照本宣科，只不过“本”换成了“课件”。除去教师个人能力因素来看，只依靠多媒体课件，课堂气氛难以活跃。在CFD模式中，对多媒体课件的“依靠”变成了对CFD软件的“操作”，教师把参数的设置过程、求解的迭代过程、后处理的显示过程全部展现在了同学们的面前。设置参数时的周密思考，求解时的紧张兴奋，结果显示时的成就感，甚至计算失误时的小失落，都会使课堂气氛变得活跃、热烈。
（3）CFD模式能有效激发学生对传热学的兴趣。在传统模式教学中，复杂的公式和抽象的边界条件只能借助一些相对活泼新鲜的图片或简单动画来显示，无法在学生脑中形成感性认识，更难以把传热问题复杂的求解过程“平易化”，很难激发学生的兴趣。我们知道，对于当代大学生来说，生活中最熟悉的东西莫过于电脑了，计算机技术的飞速发展使电脑普及到学生身边，新鲜的、功能强大的软件是大多数年轻人关注的热点，也是强烈的兴趣点。而CFD模式则正是利用fluent等商业软件，使相对枯燥的数学模型变得生动，把抽象的传热现象通过眼前新鲜的软件展示出来。这样能使学生对软件产生浓厚的兴趣，甚至会把兴趣带到课下，在摸索、学习软件的过程中自觉地加强对传热学、流体力学等基础课程的学习，把被动接受知识变成主动汲取知识。
2.CFD教学模式过程中需要注意的问题
作者通过在课堂上对CFD模式的摸索实践，深切感受到其优势，同时也发现了一些需要注意的问题。
（1）CFD模式对教师的软件操作能力要求较高。传统模式教学中，课件是事先做好的，课堂上只要按照预先的准备来放映即可，节奏与内容都很容易掌握。但在CFD模式中，由于教师要在课堂上当场用fluent演示全部求解过程，甚至即兴根据所讲的知识点进行建模和求解，所以需要教师对CFD软件有深刻的理解和高超的操作水平。
（2）CFD模式需要教师具备一定的临场应变能力。而且课堂上同学们可能会希望看到更多工况下的模拟结果，对于这些工况教师在课前未必会准备得很充分，不可避免会使教学过程出现小波折，比如出现求解不收敛、结果伪收敛等情况，这就需要教师有相应的应变能力，将这些小瑕疵转化成活跃课堂气氛的兴趣点。
（3）CFD模式对电脑有一定要求。CFD软件的求解过程需要电脑的CPU和内存共同高速运转，如果电脑状况很差，处理的模型比较大、网格比较多，就可能会出现死机现象。这种情况在课堂教学中真的很扫兴，应该尽量避免出现。所以需要教室内配备有相应配置的电脑，或是由教师自带性能足够的笔记本电脑，以便顺利完成教学。
三、教学实例
根据《传热学》中外部强制对流传热部分，[1]模拟流体横掠管束的传热过程。外掠管束换热在各种换热设备中极为常见，通常管束的排列有叉排和顺排两种方式。为帮助同学们理解，现假设了如下两个模型（见图1）：
温度为T1=300K的空气以u=1m/s的速度分别冲刷叉排和顺排的两组管束，管束的温度均为T2=700K。d=100mm，s1=s2=150mm。
网格事先画好，在课堂上利用fluent软件对此二维模型进行模拟，展示相应的参数设置（见图2）。湍流模型选用k-ε模型，气体的粘度等参数按照相应温度下的物性设置，松弛因子用软件默认的即可（若希望加快收敛，可以将相应方程的松弛因子调低些）。
计算收敛后可以清晰地得到流场的速度云图（见图3，图5）、温度云图（见图4，图6）、局部放大速度矢量图（见图7），非常直观地展示了两种排列方式流动、换热过程的异同。
通过观看、参与参数的设置过程，使同学们明确了解决传热学问题的步骤和条件；而通过计算后得到的这些物理场图，可以加深同学们对空气流冲刷管束时强制对流传热的感性认识。
为进一步帮助学生对传热过程的理解，可以将稳态问题转化成非稳态问题，逐时进行求解。即在求解器中将Steady改成Transient（见图8），并设置时间步长（见图9），模拟出传热过程定时刻的状态。
图10-图13分别显示了叉排横掠管束内t=0.03s、t=0.1s、t=0.5s和t=1s时的温度云图。从这几张图中可清晰地看到叉排横掠管束强制对流的换热过程：换热器内原本温度较高，当空气流入时，由于管子与空气间存在温差，二者间发生了热的传递。流入的空气逐渐被高温管子加热，而内部原本温度很高的流场则被流入的空气冷却。整个过程最终会趋于稳态，渐渐与图4的稳态温度云图相吻合。
最后，用fluent进行简单的后处理，生成两种排列方式出口处的温度曲线图（见图14），叠在一起后便可以看出两种方式的换热差别。
可见，通过对传热过程的稳态模拟和逐时模拟，可以把原本难以捕捉的传热过程生动地展现出来，把抽象问题具体化、形象化，大大加深学生对传热过程的理解，激发大家对传热学的兴趣。
四、结论
作者简介：齐晓霓（1974-），女，山东淄博人，山东理工大学交通与车辆工程学院，讲师。（山东 淄博 255049）魏丽霞（1976-），女，山东潍坊人，中国石油大学（华东）理学院，助理实验师。（山东 青岛 266555）
基金项目：本文系山东理工大学教学项目基金《传热学教学方法的研究与探索》（项目编号：112024）的研究成果。
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）02-0123-02
热工基础课程是一门专门研究探讨如何提高功热转换效率、热能转换及传递基本规律的工科课程。在工科领域，热工基础课程占有举足轻重的地位，为培养专业化综合型人才起到了重要作用。在前几年，高等院校为了适应社会需要和时展，许多院校提出了要培养具有跨学科知识、渊博学识、基础扎实、专业技能过硬的高级人才目标。在这样的目标指引下，众多高等院校在工科类以机械大类进行招生，[1]在大类下面进行专业细分，比如清华大学、哈尔滨理工大学、西北工业大学、上海交通大学、东南大学等国内知名高校。在西方国家的高等工程教育中，对热工基础课程很重视，基本都开设了“热力学”与“传热学”。陶文铨与何雅玲教授为了探索热工基础课程教学方案，对开设了热工基础课程的国外二十多所大学进行了调查研究。[2，3]笔者从调查结果中发现，材料学院、核能工程系、化工学院以及机械学院等工科类院系都开设了热工基础课程。还有不少大学将“传热传质学”和“热力学”设置为机械类学院的重要课程，比如普渡大学、麻省理工大学等世界知名大学。也有些大学将热工基础课程设置为工科学院的公共课程，比如美国依阿华州立大学工学院将“传热学”、“热力学I”、“热力学II”和“热流系统设计”这四门热学设置为他们的公共课程。山东理工大学（以下简称“我校”）机械学院在2006年时进行了专业设置改革，开始实行机械大类招生，但作为热工基础的核心课程——传热学仅在机械创新实验班被设置为专业基础课（44教学学时+4实验学时），而没在机械大类全部专业中进行开设。笔者基于考虑“传热学”课程的重要性以及机械大类综合型人才的培养目标，有必要对传热学的教学范围、内容、方法、教材选用和实验进行深入研究和改善。
一、机械大类所有专业设置热工基础课程的必要性
在我国高等教育中，主要将热力学与传热学归类为热工基础，也有不少学校将流体力学的基础部分添加了进来。热工基础课程是工程学科的基础学科，其主要研究的内容是能量传递与转换的基本规律、提高能量利用率。机械大类中的热能工程专业、制冷与空调、内燃机方向将热工基础课程设为基础课程，其中主要包括了传热学与热力学，同时都设置了较多的教学学时。不过随着我校开始实行机械大类招生后，大部分机械类专业都开始了热工基础课程，不过学时量不大。机械大类设置热工课程的有其时代背景，即机械工程专业人才所从事的工作内容基本都会遇到能量传递与转换问题，具有扎实热工基础知识才能良好应对。比如动力机械设备、家庭供暖、家用电器、汽车等各种机械产品的研究设计阶段，以及生产运输等各领域环节都需要热工基础知识来解决相关热能问题。
二、机械大类专业热工基础课程教学现状
在课程教学规划中，机械大类尚未以学科平台课的方式设置热工基础课程，仅有机械创新实验班开设了短学时的热工基础课，课程安排在大三上学期。由于学院领导和学科骨干在进行编写教学大纲、制订教学计划与教学实践上有不少分歧和不同见解，导致该校遭遇了不少新问题和障碍。
1.课程教学时数设置
我校能源动力类方向的专业对热工基础课程的设置比较合适，课时安排了不少。例如，热力学有60课时，传热学50课时以及流体力学的40课时。目前，机械大类的机械创新实验班开设了48课时的传热学，对于教学实践环节，课时稍微过多。如果将传热学、热力学和流体力学三门热工基础课结合为一门课程，即整合成学科平台课，机械大类的全部专业都需要学习，这将会是机械大类知识面的极大拓宽。当然这个学科整合，不是单纯的将这三门课程所有课时进行叠加，整合后的学科平台应该设置多少个课时比较科学？是否应该根据各个方向的不同需求而进行个性化课时设置？这些都是需要进一步思考和研究的问题。
2.教学内容方面
传热学的主要内容是研究热量宏观传递规律和现象。传热学主要研究了导热传热、对流传热以及辐射传热三种传热方式，这三种传热方式由受制于不同的物理原理，所以到目前还没有统一的理论将此三种传热方式整合，所以对传热现象研究的方式一般采用单个研究，而后进行综合。导热传热、对流传热以及辐射传热三种传热方式相互独立，各自构成一个知识体系。[4]非能源动力类的机械大类学生由于热工基础的知识并未系统化，学习起来比较吃力，教师授课要讲透彻也不是那么简单，所以，可以基于热工课程在他们将来知识需求上的低层次，将比较难的内容讲表面化即可，或适当略过。但是对于能源动力类的学生，热工基础课程知识的掌握要求要高很多，必须熟练甚至精通，在教学课程规划时，怎么进行内容的增减、知识点的侧重，这些问题均还需要笔者更深刻的研讨。
所以，在进行“传热学”教学的起始阶段，首先应该本书的基本内容进行串联，注重知识的系统性，让学生能够在一开始就能清楚学科轮廓，能理解这三种传热方式。
3.实验教学方面
当前，我校传热学的教学实践上过于注重知识的灌输，而很少关注学生的实践创新能力的锻炼。而有效锻炼学生这方面能力的实验教学方面又存在较多欠合理之处，主要表现在如下几方面：第一，课时安排较少，实验教学内容不够丰富，大部分内容依然是基于课堂所讲知识而进行的验证。第二，实验教学是课堂教学的重要补充，但是对于实验教学质量的考评，尚未有可靠的考核标准，导致实验教学比较散漫。第三，学校可用的实验教学设备和仪器数量不多，且机械大类的每期学生都较多，只能多人一机，不少想体验实验过程提高动手能力的同学最终也未能实现想法。
4.教学方法和教学手段方面
热工基础课程也是实行双语教学的工程技术类课程，[5]但是受学生专业外语水平的限制，并未实现双语教学。因为即使采用了，双语教学也无法受到实际教学效果。
三、机械大类专业热工基础课程教学改革建议
笔者针对上文给出的几个问题，提出了如下几个解决方案。
1.科学设置教学学时数
由于以大类专业的方式进行的招生，导致大类教学的课程较大，但所有课程的总学时是一定的，所以考虑了诸如教学内容、大纲、教学对象等因素后，设计了AB两套“传热学”课程设置方案，不同专业根据需要可以对其进行分类选修。
2.进行实验教学改革
传统的热工教学模式采用填鸭式教学，注重知识的灌输，在进行实验教学改革上，有必要摆脱传统教学模式，以培养实用型科技人才为教学目标。加快完善现代化实验室建设，提高学生实践创新能力，锻炼学生在实际问题中应用理论知识的能力。
（1）科学设置实验项目。在规划实验教学大纲时，对实验项目的安排上进行了科学分配，降低验证性实验与演示性实验比重，其比重分别为30%与10%，提高综合性实验项目比重，使其达到总项目的60%。演示性与验证性实验是属于传统实验教学项目，是教学任务的基础，通过它有益于学生更好的理解抽象概念，帮助他们更好解释热工现象，证实热工基本规律与理论，并强化课堂所学知识，同时熟练掌握实验流程及相关仪器设备。而通过大量的综合性实验，可以提高学生解决热工基础问题的综合能力，培养学生思维的深度和广度，激发他们的创造性。这种递进式的实验教学过程，可以有效的实现实验教学任务，并培养学生应用基本技能的能力。
（2）合理组织实验。根据实验项目的不同，实验教学也应该有针对性，有些实验应让学生进行预习，然后在实验快开始时考察学生预习程度，并给出相关预习成绩。有些实验不能通过一人完成，需要团队的配合，则进行实验分组，让他们根据实验要求和目的以及设备说明书，通过合作完成实验台的组装和实验任务，完成后进行统一评比，公开评比优劣，并当场给予成绩评定。而在综合性实验中则应该避开固化的实验指导书，让学生通过实验任务和要求以及实验仪器说明书为指导，自行拟定实验方案，锻炼学生解决问题的能力，并锻炼其创新能力。
（3）装配现代化实验设备，及时更新实验内容。当代科技正处于日新月异的快速发展中，陈旧的实验仪器已无法满足当代热工实验教学的要求，而内容上也显得过于保守，缺乏新意。但是，由于我校机械类人力、物力资源有限，实现完全现代化设备的更新换代是不现实的，所以该校热工教师团队通过自行研究，将旧设备进行改造，并开发新的实验台。例如，该校教师将“水平管空气自然对流传热实验”中所用的人工手调测温的实验装置改造成计算机自动测温系统；再比如，改良了“准稳态法测定材料的导热系数实验”所用双热电偶测温度与温差环节，实验中将热工测量技术知识与传热学知识相结合，提升了实验项目的综合性价值。而且，该校在教学实验中引入了计算机技术，比如在“流体沿程与局部阻力实验”这一基础实验中，使用计算机进行实验数据的采集和处理。
3.提高中青年热工课程教师学术水平
提升热工教师队伍自身专业素质，强化与一流学校的学术交流与项目合作。充分利用各种渠道，加强学校之间的学术交流，让教师队伍在专业知识上相互学习，相互提高，定期开展学术研讨会，以强化学校之间的联系。国外高等工程学校具有丰富的热工基础教学理念，可以尽可能多地利用各种机会与他们建立联系，并形成学术互访机制，随时了解国外教学改革动态，学习他们科学的教学模式。
四、结语
传热学作为机械大类专业的一门重要学科课程，必须对各个专业方向设置合适的教学课时，科学规划教学内容，全面改进课堂教学模式、优化实验教学方法，并着力改善热工教师队伍的专业水平，并重新选用合适的热工基础教材。笔者对于机械大类设置热工基础课程也仅是一次积极的探讨，还需要实践来检验，需要教师们的共同努力，将热工课程更科学地进行施教。
参考文献：
[1]中华人民共和国教育部高等教育司.中国普通高等学校专业设置大全[M].北京：高等教育出版社，2003.
[2]何雅玲，陶文铨.对我国热工基础课程发展的一些思考[J].中国大学教学，2007，（3）.
热工类课程包括《工程流体力学》、《工程热力学》与《传热学》等。该类课程是培养21世纪工科类学生,尤其是机械类专业学生的公共技术基础课。西安交通大学、浙江大学和长沙理工大学等许多院校在机械大类专业中都大课时量的设置了该类课程。我校从1999年设立“过程装备与控制工程”专业后,《工程热力学》、《传热学》与《工程流体力学》3门课程陆续开设。经过十来年的发展,目前该热工类课程已成为我校机械大类各专业的一门公共课。针对机械大类专业人才培养要求及热工类课程本身特点,结合近两年来我校热工类课程教学改革实践,本文拟对机械大类专业中热工类课程的理论教学、教学方法及实验教学等方面进行探索与思考。
一、存在的问题
目前,我校在机械大类专业中开设了5个专业方向,即过程装备与控制工程、机械设计制造及自动化、工业工程、物流工程和材料成型及模具。由于热工类课程内容知识点多、联系紧密、概念抽象、理论性较强等原因,我校开设该课程的过程中存在以下一些问题:(1)不同专业方向对热工知识需求的侧重点不同,该如何针对性地安排教学内容和课时量的多少是个不容易把握好的问题。(2)课程的实验项目单一,验证性实验居多,对有助于提高学生综合分析与解决问题能力以及实践创新能力的大型综合性实验(践)甚少;而且热流实验设备价格昂贵、台套数少,当学生人数多时,供需矛盾相当突出。(3)教学方法和教学手段单一,热工类课程开设之初采用的是教师在讲台上讲、学生在讲台下听的填鸭式教学。
二、探索与思考
1.适应我校机械大类各专业方向需求,建立分层次理论教学课程体系
由于课时数的限制,在机械大类专业中开设热工类课程不可能像在能源动力类专业中那样学习的内容知识点都面面俱到,只能结合机械大类下各专业方向的知识需求及其特点有所取舍。其基本思路是:以质量、能量和动量守恒为线索将传统的3门课程内容融会贯通,以形成有机的整体,构成较系统的一门课,以基本概念基本定律为主要知识点围绕这些内容展开,改变一般《热工基础》课中把《传热学》和《工程热力学》当作两个独立部分,而且与《工程流体力学》内容不相关联的做法。事实上,这3门课都是以“三个”守恒定律为基础的。另外,《工程热力学》中理想气体性质及其热力过程等有关理论是《工程流体力学》讲述气体动力学的基础,《工程流体力学》对粘性流体流动的分析正是《传热学》介绍对流换热的前提,等等。根据这一特点,我们构建起以“三个”守恒定律及其方程为基础、以《工程流体力学》为桥梁,使3学科知识有机结合的分层次新课程内容体系,在保证各学科自身特点的同时,综合学科间的相关知识,删除雷同内容,加强学科间的内在联系,使3学科教学更为系统、高效。当然,还需考虑的是要围绕各专业方向后续课程所需内容及学生将来工作应必备的专业知识来组织教学内容,使学生具备分析解决工作中所遇到的热基础方面实际问题的能力。
基于以上思路,为适应我校机械大类各专业方向的需求,我们建立了热工类课程分层次理论教学课程体系。它主要包括以下11个模块的内容:(1)流体静力学;(2)流体动力学基础;(3)气体动力学基础;(4)有旋流动和有势流动;(5)热能转换的基本概念和基本定律;(6)工质的热力性质和热力过程,(7)热传导;(8)对流换热;(9)辐射换热;(10)传热过程与应用;(11)热力循环与应用。对于“过程装备与控制工程”等专业,我们采用高级层次课程内容体系,即全部11个模块的内容都学习,开设约120个学时;对于“机械制造及自动化”等专业,我们采用中级层次课程内容体系,即选取其中8～9个模块的内容学习,开设约90个学时;对于“工业工程”等专业,我们采用初级层次课程内容体系,即选取其中6～7个模块的内容学习,开设约60个学时。
2.结合理论教学,建立科学的实践教学体系
(1)建立热工类课程基础实验平台
通过补充必要的演示实验,加强学生对内部机理、运动过程、系统整体的深入了解;改造和精炼验证型实验,加强其综合性,提高其精确性,使其实验结果的可靠性和实验效率得到改善;补充开设大型综合性(或设计性)实验,如复杂条件下工程传热系数测定、提高循环效率、强化传热等。形成分层次(基础实验、技术基础实验、专业实验)、多类型(演示型、验证型、设计型、研究型等)和多专业共享的热工类课程群实验教学平台。
(2)建立远程与虚拟实验中心
为解决学生人数多、实验设备价格昂贵、台套数少的问题,引入虚拟技术,改革传统实验中一些片面的、粗糙的、繁琐的、低效的实验方法,建成远程与虚拟实验中心,该中心是机械大类专业共享的实验技术通用平台。开发了一套虚拟实验系统,将真实实验过程和环境模拟到计算机内完成。通过学生在真实实验之前,首先在虚拟系统上进行虚拟实验,完成虚拟实验后,对实验过程和环境已非常熟悉,从而在真实实验中能熟练地高质量地在规定时间内完成实验,收到很好的效果。它集真实设备、虚拟技术、仿真技术、视频技术、多媒体技术为一体,可实现教学实验的可塑性、多样性、综合性和开放性。可解决学生人数多、实验台套数少的供需矛盾问题,使每个学生都能利用先进的实验技术和设备亲自动手开展实验,从教学方法上进一步提高了教学质量。
3.探索“教――研”型的教学模式
(1)改进教学方法和教学手段
为加强学生能力和素质的培养,必须对传统的教学方法与手段进行改革。课堂上,从过去传统的讲授为主变为讲、演、答等多样化形式,讲授部分以主要知识点为内容采取精讲多练的方法,重视理论联系实际,围绕专业及工程实际问题安排各教学环节;选用实景、动画等方式,制作图文结合,形象生动,充实工程实例、通俗易懂的多媒体课件,将学生缺乏的专业背景知识形象地演示出来,激发学生的学习兴趣和创新思维;采用启发式教学方法,互问互答,与学生交流讨论,营造即活泼又严谨的学习氛围,提高教学效率。
(2)组织研究型课外教学活动
利用我校开展的“创新教育项目”和“优秀生导师制”活动,结合课程教学内容和专业实践,先后进行了“大型车辆制动散热装置设计”、“大换热量厂房保暖系统分析”、“蒸汽喷射式真空泵内流体流动特性”、“带式干燥机节能”、“大型球罐胀型”等多个研究型课外教学活动,取得了良好的效果。研究型课外教学活动根据学生对知识的掌握情况进行优选,要求由知识掌握牢固、能力较强的学生来完成。
Key words heat transfer； teaching； Energy and Environmental Systems Engineering
0 引言
传热学主要研究热量传递的机理、规律、计算和测试方法等基础理论知识。传热现象与过程广泛存在于自然界和工农业生产、高新科技及交叉学科前沿的各个领域，在能源（包括常规能源、核能、可再生能源）、动力、制冷、化工、建筑环境、微电子、航空航天、微机电系统、新材料、纳米技术、军事科学与技术、生命科学与生物技术等领域中大量存在热质传递过程与热控技术问题。传热学是当今科学技术发展的最重要的技术基础之一。
目前，国内外高等学校都对该类课程给予了高度重视。传热学课程已经成为能源动力类、机械类与建工类等院系重要的平台课。传热学课程中除了介绍国内外成熟的定论以外，还要大量介绍国内外最新的有关研究成果。通过各环节的教学，应使学生获得热量传递规律的基础知识，具备分析工程传热问题的基本能力，掌握计算工程传热问题的基本方法及一定的实验技能，不仅为学生学习有关的专业课提供基本的理论知识，而且也为以后从事热能的合理利用、热工设备效能的提高及换热器的设计等方面的工作打下必要的基础。
1 传热学课程的特点
“传热学”课程从热量传递的三种基本方式入手，主要介绍热量传递的基本规律，为学习后续“供热工程”、“空气调节”、“制冷原理及设备”、“热源设备”、 “热泵技术”和“建筑节能技术”等课程提供必要的理论基础。“传热学”作为学科基础理论课，其牵扯的概念颇多，理论性很强。其中一些新的理论和新的概念对学生来说不易理解和掌握，增加了课程学习的难度。该课程（能源与环境系统工程专业）的知识模块顺序及对应的学时如下：热能传递基本方式及传热过程，4学时；导热基本定律，2学时；一维和多维稳态导热求解，2学时；非稳态导热，4学时；导热问题的数值解法，4学时；对流传热的理论基础，4学时；单相对流传热的实验关联式，4学时；相变对流传热，4学时；热辐射基本定律及物体的辐射特性，4学时；辐射换热的计算，4学时；传热过程分析与换热器热计算，4学时。
2 “传热学”教学中存在的问题
在教学过程中，学生普遍会反映“传热学”学习难度大。根据调查笔者认为难学的原因主要有以下几点：
（1）传热学本身内容涉及到的高等数学基础知识深而广，而且对传热的研究历史较长，前人总结了大量的概念、公式。例如在传热学的理论推导中经常用到微积分、泰勒展开、偏微分方程组的求解方法等。而且刚接触传热学的低年级学生在与高年级学生的交流中就会得到类似传热学特别难的印象，增加了畏难情绪。同时传热学内容分散，各主要部分相对独立。由于课时安排和教学大纲的限制，以学生为主体的研究性学习内容较少，以锻炼学生工程实践能力为目的的实验教学内容较少，使得学生缺乏分析和解决实际问题的能力。
（2）在对流传热内容的学习过程中，由于其牵扯到流体力学的纳维斯托克斯方程，而N-S方程本身就是流体力学学习的难点，所以大大增加了对流传热的复杂性。特别是关于湍流流态的对流传热和相变对流传热，目前还不能从理论上推导出实际情况下的努赛尔数计算公式，大部分都是使用经验关联式的状态。学生会感到难以理解。
（3）在传统的单向灌输式教学中，教师与学生之间的互动较少，很难激发学生的学习兴趣和独立分析解决问题的意愿。同时部分学生学习态度不够好，怕吃苦不努力，对新的课程未作预习，课后也没有独立完成作业和复习。学生对传热学的基本原理未能深刻理解，而是停留在机械记忆的层面上。
（4）期终考试采用传统的闭卷考核方法不够合理。为了应对考试，学生复习时认真推导公式，多做习题，但传热学这门课程的概念多、方程多、经验公式多，学生无法全部背出。对考试的命题范围有很大的限制。同时也不利于培养学生的独立思考能力，更无法对学生是否达到卓越工程师的要求进行考查。
3 教学方法的探讨
3.1 调动学生学习的积极性
兴趣是最好的老师，如果学生缺乏学习的兴趣，必将只能为了应付考试而机械记忆，更不可能做到运用学习的知识来解决实际中的问题。而调动学生的积极性，要从第一节课始，到最后一节课终。在一开始给学生介绍传热学这门课程时，可以通过图片展示传热学知识在传统工业、高新技术、节能环保和日常生活中的应用。在授课过程中，将授课内容与日常生活中的现象以及在建筑、冶金、化工、航天等行业的广泛应用结合起来。比如在讲授临界热绝缘直径内容时，先以生活中的现象为例，提问是不是冬天带上手套就一定能起到保暖的作用。再引申到在工业管道外部附加保温层是否就一定能达到保温的效果。学生通常都会想当然地认为是。这时以电线散热等实例说明附加保温层后散热量并不一定减少，甚至有时会起到增强散热的效果，这会大大激发学生的好奇心和探求原因的欲望。在明白了机理后，学生会深刻地理解和记忆能否保温还得看绝热层外径的大小，当绝热层外径小于临界热绝缘直径时起不到保温的作用，相反可以增强换热。再如对于能源与环境系统工程专业来说，空调系统中最重要的两个部件是蒸发器和冷凝器，都为相变对流换热器。其中蒸发器中制冷工质沸腾吸热，冷凝器中制冷工质凝结放热。其换热的机理都来自教材中相变对流传热章节。在该章节讲述之前，可以从学生们日常中经常接触的空调系统为引入点，提起学生的学习兴趣。这样能够激发学生的学习主动性与积极性，加深他们对知识的理解和掌握程度，增强他们分析问题和解决问题的能力，有利于他们学习能力的提高和创造性思维的培养。
3.2 优化组合教学方法和手段
教学方法是多种多样的，如发现式、启发式、提问式和讨论式等。不同课程采用的教学方法不同，即使是同一节课，也往往需要采用多种教学方法。同时在教学过程中采用现代化的电子技术和信息手段，包括光学媒体、音响媒体、计算机教学系统和各种教学软件的应用。这样可以使课堂教学包含更大的信息量，同时对实践教学的不足给予一定的补充。但要避免出现杨叔子院士列举的多媒体教学中多种错误形式和问题，如 ：“照屏宣科”、“人幕分离”、“对屏讲解”、“快速浏览”等。更不能将PPT变成“骗骗他”。
3.3 教学内容和实际实践相联系
在教材的选择上，本课程选用杨世铭、陶文铨所编的高等教育出版社的《传热学》（第四版），该书在内容上由浅入深，循序渐进，在介绍基础知识的同时，也积极反映了传热学发展的前沿知识，如纳米传热学的基本知识等。该教材包含典型的例题与习题，对较为复杂的实际问题进行了详尽的分析，十分接近工程实际。但随着传热技术的发展和其他学科之间的交叉程度大大提高，许多新的研究手段得以出现。传热技术的工程应用领域进一步扩大，也因此使得传热学的内涵得以丰富。随着能源学科和相关行业的发展，需要不断更新教学内容，使学生接收到最新的知识内容。因此在教学内容的选择上，适当删减了一些比较繁琐的数学推导内容，如非稳态导热中一维无限大平板分析解的推导过程。此外也增加了一些传热技术新发展的内容，如微尺度的传热等内容。同时在教学中要注重培养学生的工程观点以及工程实践能力。工科院校的教学必须注重学生工程实践意识的培养和工程设计能力的训练。
3.4 改进实验教学
传热学的实践性很强，像一些复杂的传热问题的规律都是通过实验总结提出。当前，我校传热学的实验教学上对学生的实践创新能力的锻炼还有所欠缺，比如课时安排较少，实验教学内容不够丰富，大部分内容依然是基于课堂所讲知识而进行的验证性实验。再如实验教学设备和仪器数量不多，往往多人一机，不少想体验实验过程提高动手能力的学生未能得偿所愿。因此，对于传热学教学十分重要的实验教学需要加以改进，除了巩固课堂授课的内容以外，还应该注意培养学生的实际动手能力、综合设计能力和总结归纳能力。传热学的课内实验可不仅仅局限于验证性实验，同时应增加开放性、综合性的实验内容。以期提高学生的综合分析能力和解决问题的能力。
3.5 改进考核模式，注重考查学生能力
针对闭卷考核方式的不足，同时避免开卷考试带来学生的惰性和依赖性，我们尝试在考核成绩的最终评定时，采用平时成绩加考试成绩的形式。平时的课堂表现、互动参与情况、作业占总成绩的30%，考试成绩占总成绩的70%。提高课堂互动讨论中的表现占平时成绩的比重，以促进学生的参与度。同时对试卷的命题范围可以尝试参考大学英语四、六级考试，即将试卷分为A、B两部分。其中A部分主要考核学生对基本概念、基本方程、基本原理的掌握情况，采用闭卷的方式要求学生在一定的时间内完成并上交；B部分主要考核学生应用传热规律解决实际问题的能力，主要是实验关联式的应用，采用开卷形式。
【中图分类号】G642.0 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2015）08-0028-02
1.引言
本科毕业设计是在本科教学过程的最后阶段进行的总结性的实践教学环节。在毕业设计环节中，学生应当综合运用本科阶段所学的各科知识和技能，对所需解决的课题进行思考、分析、设计和研究，从而全面、系统地完成课题交给的任务。可见，毕业设计是对学生本科阶段学习质量的全面性的检验，也对学生能否顺利拿到毕业证书和学位证书起到直接和决定性的作用。
计算传热学又称数值传热学，是研究用数值方法求解传热问题的一门科学。它可以理解为：根据所需求解的实际问题建立合理的数学模型，利用离散化处理的数值方法，再通过用计算机高级语言编制的程序，以计算机作为工具来求解传热问题的、与工程实践密切结合的一门应用基础科学[1]。而市场占有率高达40%[2]的数值计算软件FLUENT是解决传热领域数值计算问题的较好的通用软件之一[3]。
运用FLUENT等CFD软件，可以在不具备实验条件或暂不需要对研究对象进行实验的情况下，借助计算的方法进行相关工程分析，从而极大地节约人力、物力、财力和时间成本。因此，在本科学习最后的毕业设计阶段，若能让部分学生学习并基本掌握FLUENT软件对本领域问题的计算过程，将会在很大程度上促进学生今后对相关问题的建模和分析等工作。
2.毕业设计指导工作应注意的问题
由于FLUENT软件的专业性，在指导与FLUENT软件工程计算相关课题的时候，应注意以下几个问题：
（1）学生的选择
要能较好地掌握FLUENT软件相关计算过程，首先需要具有较为过硬的微积分、流体力学、传热学、计算传热学（也称数值传热学）等相关学科的基础知识。这不仅要求学生较好地理解课堂所讲知识，还要能够灵活运用课内外相关知识。有的学生学习能力和成绩相对较弱，并不具备过硬的知识储备和学习能力;有的学生未来从事的工作与本专业距离较远，或者对相关的数值计算兴趣不大，因此缺乏从事相关课题毕业设计工作的原动力;这些因素都会影响整个毕业设计工作的正常进行。因此，对于与FLUENT软件工程计算相关联的毕业设计课题，并不是所有学生都适合来做。为了有效地开展相关的毕业设计课题，在学生的选择上往往优先推荐让学习相对努力的、有兴趣和求知欲的以及未来将继续深造或从事相关科研工作的学生来进行。
（2）课题的选择
在本科教学阶段，由于受限于书本和教学大纲的安排，教师在对流体力学、传热学等课程的讲授中往往较少涉及数值计算相关知识，书本上只有一章内容与之相关，课堂上一般只传授数值计算的基本概念、简单情况下的离散方法、离散方程的建立等较为浅显的知识，这与FLUENT软件中对相应问题处理方法的深度和难度相去甚远;然而，在毕业设计的短短一学期时间内，要让学生完全掌握相关知识是比较牵强的。因此，在FLUENT软件工程计算相关课题的选择上，应选择相对基础性的、与实践结合紧密的、具有科研应用前景的课题作为毕业设计课题。这样既可保证毕业设计工作的正常开展，也能使学生在软件方面得到基本训练，为后续科研工作以及研究生阶段的学习打下良好的基础。
（3）指导过程中的问题
在毕业设计的指导过程中，笔者发现有部分学生在使用软件进行计算时，较为注重结果的可视化，而恰恰对计算中关键参数的设置、计算方法的选择等关键问题较为忽视。造成该现象的原因可能是，无论在软件中设置怎样的参数、选择怎样的计算方法，总能通过软件的计算得到一个可视化的结果，即使参数设置或计算方法的选择欠妥或有误，只要计算过程没有脱离现实太远，计算结果看上去都有一定的可信度，再加上学生对具体计算过程的“不求甚解”、不仔细推敲，往往易使人误认为该计算过程是正确的。因此，在指导过程中，应对学生使用软件的具体计算过程进行仔细地把关，确保计算过程和结果的正确性。
3.毕业设计算例
算例一：建筑空心砌块传热问题
图1a为所需计算的典型建筑空心砌块的尺寸标注图。该砌块是某典型普通混凝土空心砌块，三排孔结构，每排均由大小相等的两个孔组成，孔厚30mm。热量由室外侧（左侧）传向室内侧（右侧），室外侧为稳态或非稳态热边界条件，室内侧为稳态热边界条件。
图1b为数值计算得到的该砌块传热的某时刻温度分布图。可以看到，温度从左到右大体上呈现由高到低的分布状况。由于空心砌块为非均质构件，砌块材料的热导率与空气层的当量热导率不相等，造成了内部等温线的非均匀分布。
（a）空心砌块结构俯视图（单位：mm） （b）典型砌块温度分布图 图1 空心砌块结构俯视图
算例二：加气混凝土墙体结露问题判断
待计算的房屋的加气混凝土自保温墙体结构类型如图2所示，图中的B05表示型号为B05的加气混凝土砌块。计算中，加气混凝土砌块可以认为是热均质结构，这样导热系数相对较高的混凝土柱或梁便成为了结构体系中的热桥。由图3、图4可以看到，加气混凝土自保温墙体内表面温度最低点均发生在热桥部位室内表面宽度的中心处或阴角处。将该处的温度与当地室内空气的露点温度相比较，既可判断是否会产生结露现象。
图2 框架结构房屋自保温墙体结构
图3 B05厚度为50 mm墙体的温度场
图4 B05厚度为100 mm墙体的温度场
4.总结
利用FLUENT软件对实际工程问题进行数值计算，大大节约了经济开支和时间成本，也为学生对本领域的传热和流动问题的解决提供了有效手段，夯实了学生的理论基础，增强了其解决问题的能力。通过与从事相关毕业设计课题的学生的交流得知，学习FLUENT软件的工程计算对学生更好地掌握相关物理过程起到了很好的帮助作用，拓宽了学生的视野，也提高了学生对相关问题的兴趣，有助于提高他们的专业竞争力。由于兴趣的作用，采用FLUENT软件进行工程计算的学生的毕业设计得分总体较进行其它课题的学生的得分高约15%。由此可见，在做好本文所提及的三点问题（学生和课题的选择、指导过程中的问题）的前提下，在毕业设计中加入FLUENT软件工程计算相关课题不仅可行，还值得在一定范围内推广。
参考文献：
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[3]韩占忠，王小敬，兰小平.FLUENT流体工程仿真计算的实例与应用[M].北京：北京理工大学出版社，2004.
关键词：工程热力学；传热学；新能源；教学
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）52-0176-02
能源是现代社会赖以生存和发展的物质基础，是国民经济和社会发展的先决条件。新能源专业的毕业生，肩负着为国家能源发展贡献力量的重要责任。为达到培养专业知识面广、基本功扎实和创新能力强的本科人才的目标，作为新能源专业非常重要的必修课――《工程热力学》和《传热学》的课程设计和教学方法探索就显得尤为重要[1，2]。此前的相关文献中报道了《工程热力学》和《传热学》教学的优秀经验[3-6]。本文在此教学经验的基础上，对热工课程的教学内容和教学方法进行优化和探索，以更好地提高学生的创新精神和创新思维。
一、教学内容的优化
教学内容的优化和精选是教学改革的关键。作为专业必修课，在学时有限的情况下，如何最大程度地讲授最有价值的知识点成为教学的关键。
热工类课程由《工程热力学》和《传热学》两门课组成。《工程热力学》按热力学基本概念、热力学第一定律、理想气体的性质与过程、热力学第二定律与熵、气体动力循环、水蒸气、蒸汽动力循环、制冷循环、理想混合气体和湿空气、实际气体的性质等内容分为若干章节；《传热学》按照传热基本概念、稳态热传导、非稳态热传导、对流换热、热辐射及辐射换热、传热过程与换热器等分为若干章节。由于新能源科学与工程专业属于新兴产业专业，学科领域广泛，涉及能源类（如生物质能、太阳能、风能）、化工类（如基础化学、物理化学、新能源材料）、力学类（如工程力学、流体力学）等多门课程和领域。
在实际的教学过程中，教学内容必须有所侧重，应充分考虑到不与新能源科学与工程专业开设的其他相关课程的知识点产生重复。另外由于《工程热力学》和《传热学》课程难度较大，在教学过程中要讲清课程中的要点和基础知识。可以以“基本原理―公式推导―影响因素―实际应用”为主线介绍该课的有关知识，建立每章知识结构图，让学生清楚该门课程的知识体系结构。对重点的热力学第一和第二定律进行原理介绍，仔细推导相关公式，让学生夯实基础，使学生在进一步的学习中不会混淆概念，相对轻松地应对课程。此外，注重理论与实践相结合，例如介绍空调在夏天与冬天的工作原理、冰箱开门对室内的影响，积极引导学生利用热力学定律进行分析，增加课程的趣味性以提高学生的创新能力。通过优选教学内容，使教学内容始终能反映本学科的专业特点和学术水平，加强学生对后续专业方向的把握。
二、教学方法的探索
（一）以创新性地教带动创新性地学
科学技术是第一生产力。要想发展经济，需要加大科研力度、提高科技含量。这已被证明是一种行之有效的道路。与此对应的是，要促进教学质量、提高教学效率，必须加大教学与科研的力度、提高教学与科研互动水平。在当今大力发展科学技术的大背景下，如何提高身为未来科学技术发展主力军的大学生的学习热情和创新能力，成为目前高校教学的难题和重点。传统的直白讲课和搜集各种习题以供学生练习只会让课程变得生硬和枯燥，导致学生的学习效率和学习热情越来越低，甚至出现了普遍的抄袭作业和迟到早退等不良现象。为了改变这些不良现象，就需要在教学手段上进行创新。教师通过对平时科研工作成果的再学习，并结合对教材的研究，创造性地运用某些方法，使学生对重要问题达到本质上的领悟。在这种途径中，教师的创新思维方式以及从中体现的一言一行，让学生耳濡目染、潜移默化，对带动学生进行创新学习、开发创新思维起到积极的作用。
例如，在进行《传热学》教学时，学生往往对传热的基本概念，尤其是二维与三维的导热理论及方程很难理解。一般地教学方式是，教师在黑板上进行微观导热原理推导，得出一维傅里叶导热定律和二维三维傅里叶导热定律，并给出几个常用的导热方程。这种教学方式中，推导过程比较晦涩，给出的方程也较为难懂，学生们很可能只会死记硬背，不能灵活运用。针对以上问题，笔者建议将导热理论与生活问题相结合，或者采取数学建模的方法，将导热方程与实践相结合，选取最适合该问题的模型，以达到课程有趣生动、富有创新性，激发学生们的创新思维。以创新性地“教”带动创新性地“学”，学生收获的不仅仅是知识点，更是如何去发现问题、解决问题的实际能力，为以后在新能源科学与工程专业领域的探索中打下良好基础。
（二）板书教学与多媒体辅助教学相结合
多媒体技术以其图文并茂、声像俱佳、动静皆宜的呈现使课堂教学达到了全新的境界。在《传热学》的讲授中，一维的传热理论和公式很好理解和应用，但二维与三维牵扯到微观传热理论，以至于推导过程较为复杂，传热方程较为抽象难懂。因此需要教师精心准备多媒体课件，通过动态描绘各向同性材料的微观传热过程，让学生理解不同形状材料在具有不同位置的热源时如何进行热传导。通过绘制动态的卡诺循环过程，使学生深入理解热力学第二定律，并理解第二类永动机无法制成的原因。同时需要注意的是，对于工程热力学和传热学，由于信息量大、内容广，过多地依赖多媒体教学可能会让学生在短时间内难以消化，因此在教学中对于难度较大的基础理论部分和原理的学习，板书不可缺少，使学生能够有充分时间紧跟老师的思维去理解每一个知识点。
（三）课程教学与科研活动相结合
教师可以将全班学生分为若干调研小组，每五个人为一组，选择新能源与热工基础理论相结合的课题，通过查找国内外科技文献，调研总结新能源专业前沿知识，形成调研报告，锻炼学生阅读科技文献的能力，提前为毕业设计的开展奠定基础。各小组也可以参与指导教师的科研项目，在实验室做一些力所能及的科研活动，并通过文献调研，形成工程热力学和传热学知识系统。课程结束时，各小组以PPT形式向全班同学作汇报，授课老师根据报告提出问题，该组同学进行即时答辩，考查学生对相关知识点的掌握情况。
三、课程考核方式的探索
工程热力学和传热学覆盖面广、知识点多，应该采取灵活多样的考核办法。在成绩的评定方式上，可以设定了四项考核内容，第一部分是学生考勤、课堂互动表现和课堂笔记，通过此部分的考核，提高学生的听课注意力，锻炼学生提炼课程重点内容的能力；第二部分是根据每个小组的调研报告、PPT展示、答辩情况打分，锻炼学生的团队合作能力、口头表达能力和应变能力；第三部分是每节课结束前的思考题，采取加分方式，鼓励学生积极思考；第四部分是传统的期末考试，考试内容为课程讲授的基本内容，专业性强的理论部分强调定性了解，让学生对热工基础有个整体的认识。
随着新能源科学领域的不断发展，热工基础理论散发出强大的活力。根据新能源科学与工程专业特点，教师还需要在教学过程中，不断探索教学方法和考核方式，不断优化课程内容，提升教学质量，使课程教学体系更加科学合理，更好地适应社会对新能源科学与工程专业人才的需求。
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[3]武和全，姚永腾.对“工程热力学及传热学”课程教学的几点思考[J].科教导刊（下旬），2015，（4）：90-91.
1.热能动力工程的研究方向
热动主要研究热能与动力方面，是跨热能与动力工程、机械工程等学科领域的工程应用型专业。目前我国有120多所院校开设有该专业，它由旧本科的九个相关专业合并而成，包括了原来的热力发动机（080311）、热能工程（080501）、流体机械及流体工程（080313）、热能工程与动力机械（080319W）、制冷与低温技术（080502）、能源工程（080506W）、工程热物理（080507W）、水利水电动力工程（080903）、冷冻冷藏工程（081409）专业。
热动主要学习机械工程、热能动力工程和工程热物理的基础理论，学习各种能量转换及有效利用的理论和技术。专业通过理论力学、材料力学、工程制图、机械设计、电工与电子技术、工程热力学、流体力学、传热学、控制理论、热工测试技术以及专业方向课程的学习，使我们具备工程热力学、流体力学、传热学和热工测试技术等热能与动力工程领域的基础理论、实验技能和基本专业知识，掌握制冷空调设备、制冷装置、动力机械与动力工程、流体机械等设计、制造和实验研究的基本技术。在此基础上，它是一个宽口径的专业，拓展空间很大，就业方向很广，有电厂热能工程及其自动化方向、工程热物理过程及其自动控制方向、流体机械及其自动控制方向、空调制冷方向等。同时，热动还是现代动力工程师的基本训练，可见热动是现代动力工程的基础。
2.热能工程技术在能源方面需要解决的问题
能源问题在当今社会举足轻重，热能与动力工程专业在国民经济中的地位可想而知。
能源动力工业是我国国民经济与国防建设的重要基础和支柱型产业，同时也是涉及多个领域高新技术的集成产业，在国家经济建设与社会发展中一直起着极其重要的作用。
风机是一种装有多个叶片的通过轴旋转推动气流的机械。叶片将施加于轴上旋转的机械能，转变为推动气体流动的压力，从而实现气体的流动。风机广泛应用于发电厂、锅炉和工业炉窑的通风和引风，矿井、隧道、冷却塔、车辆、船舶和建筑物的通风、排尘和冷却等[1]。尤其是在电站，随着机组向大容量、高转速、高效率、自动化方向的发展，电站也对风机的安全可靠性提出了越来越高的要求，锅炉风机在运行中常发生烧坏电机、窜轴、叶轮飞车、轴承损坏等事故，严重危害设备、人身安全，也给电厂造成巨大的经济损失[2]。此外，风机一直是电站的耗电大户，电站配备的送风机、引风机和冷烟风机是锅炉的重要辅机，降低其耗电率是节能的一项重要措施。
3.热能专业中工业炉的发展
工业炉是在工业生产中，利用燃料燃烧或电能转化的热量，将物料或工件加热的热工设备。
中国在商代出现了较为完善的炼铜炉，在春秋战国时期，人们在熔铜炉的基础上进一步掌握了提高炉温的技术，从而生产出了铸铁。1794年，世界上出现了熔炼铸铁的直筒形冲天炉。后到1864年，法国人马丁运用英国人西门子的蓄热式炉原理，建造了用气体燃料加热的第一台炼钢平炉。随着现代化管理水平的提高，计算机控制系统的不断完善，现代连续加热炉也应运而生. 现代连续加热炉炉型可以归入两大类：推钢式炉和步进式炉。两类炉型的根本区别，仅在于炉内的输料方式。
4.炉内燃烧控制技术
其燃烧控制是步进炉的核心技术之一，手动控制已被自动控制方式所取代。目前大规格钢锭推钢式加热炉可选用的燃烧自控方式通常有：
（1）空燃比例连续控制系统，该系统主要由烧嘴、燃烧控制器、空气/燃气比例阀、空气/燃气电动蝶阀、空气/燃气流量计、热电偶、气体分析装置、PLC等组成。工作原理是由热电偶或气体分析装置检测出来的数据传送到PLC与其设定值进行比较，偏差值按比例积分、微分运算输出4-20 mA的电信号分别对空气/燃气比例阀和空气/燃气电动蝶阀的开度进行调节，从而达到控制空气/燃气比例和炉内温度之目的。
（2）双交叉限幅控制系统，该系统主要由烧嘴、燃烧控制器、空气/燃气流量阀、空气/燃气流量计、热电偶等组成。工作原理是：通过一个温度传感器热电偶把测量的温度变成一个电信号，该信号表示测量点的实际温度，该测量点的温度期望给定值是由预存贮在上位机中的工艺曲线自动给定的。根据这两个温度值偏差的大小，PLC自动校准燃气/空气流量阀的开度。该阀通过电动执行机构定位。空气/燃料比控制，借助于孔板和差压变送器来测量空气流量，燃气的流量是借助于一台安装在燃气支管上的质量流量计来测量，使精确的温度控制得以实现。
5.软件仿真锅炉风机翼型叶片
由于锅炉叶轮机械内部流场非常复杂，并带有强烈的非定常特征，进行细致的实验测量非常困难，目前尚没有完善的流体力学理论解释诸如流动分离、失速和喘振等流动现象，这就迫切需要可靠详细的流动实验和数值模拟工作来了解机械内部流动本质。将利用软件对锅炉风机翼型叶片进行二维的数值模拟，研究空气以不同的方向流入翼型叶片入口所造成的流动分离。根据数值模拟的一般步骤：创建二维模型，进行网格划分，设定边界条件和区域，输出网格，再利用求解器求解，对不同空气来流攻角角下的流动进行二维数值模拟。在得到模拟结果后，对不同攻角下模拟所得到的速度矢量图进行比较分析，得出锅炉风机翼型边界层分离和攻角的关系。（作者单位：辽宁工程技术大学）
参考文献：
[1] 安连锁.泵与风机[M].北京：中国电力出版社，2001.
作者简介：齐晓霓（1974-），女，山东临淄人，山东理工大学交通与车辆工程学院，讲师；刘永启（1965-），男，山东枣庄人，山东理工大学交通与车辆工程学院，教授。（山东 淄博 255049）
基金项目：本文系山东理工大学教学项目基金“传热学教学方法的研究与探索”（项目编号：112024）的研究成果。
中图分类号：G642.421 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）32-0091-02
“传热学”是高等学校能源动力类、化工制药类、航空航天类、机械类、环境与安全类等专业的主要专业基础课，其与“工程热力学”、“流体力学”一起被称作热工类专业的三大支柱，[1，2]由此可以看到这些课程在上面专业中占有非常重要的地位。只有认真掌握这三门课程，才有利于后面课程的学习和相关的工作研究，所以要求教师在实际教学过程中，运用新型教学方法，采取先进教学手段，保证教与学都能达到最佳目标。本文根据“传热学”的课程特点，依据笔者自己的教学经验，从课程定位、教学方法以及培养学生的实际应用水平和创新性思维等方面，针对教与学的过程中出现的问题及解决要点进行分析和探讨。
一、明确课程定位
传热学是研究具备温度差异时发生的热量传递规律和测试的科学。因为自然界和不同生产领域普遍存在着温度差异，所以传热现象非常广泛。传热学也普遍应用在现代科学技术当中，是能源动力、化工制药、机械、航空航天等领域的必备技术课程。具有很强的实践作用，在具体学习过程中要重视基本概念和基本理论的掌握。因此在教学中要重视理论与实践相结合，使学生学会分析问题和解决问题的思路和方法，提高工程分析的能力，注重学生能力的培养，提倡节约能源，让学生灵活运用各章的经验公式和通过图表进行计算的能力。同学们在传热学的学习过程中普遍存在的问题是学习时不觉得有多难，但处理具体问题时却感觉力不从心、无从下手。究其原因，传热学的理论推导较多，而且经验公式难以理解和记忆，做习题时学生难以下手。
在教学实践中，笔者发现并归纳出中学时学过的能量守恒原理作为一条横线贯穿着传热学计算问题的始终，能将复杂的问题简单化。以导热问题的数学描写为例来说明这种方法的思路，[3]在要研究的物体中任意去除一个微元平行六面体作为该微元体能量收支平衡的分析对象。假设物体中有内热源，它代表单位时间内单位体积中产生或消耗的热量，在空间三个坐标方向上，将任一方向上的热流量分解成x、y、z坐标轴方向的分热流量，对于微元体应用能量转化和守恒定律建立起能量平衡关系式，即导入微元体的总热流量+微元体内热源的生成热=导出微元体的总热流量+微元体热力学能的增量。将三个方向上的能量平衡关系式写出后，相加即可获得总的能量平衡关系式，然后将各项热量传递方式的表达式代入平衡关系中求解，该方程可以针对物体的边界条件用简单积分求解。无论使用导热微分方程式直接结合边界条件求解还是简单积分求解，通过上述两种方法的讲解，可以让学生思路清晰，处理实际问题时起到事半功倍之效。如果在实际问题中出现了更复杂的热传递问题，可以划分不同的单元，一个个解决。将这种能量守恒的思路融入整个教学过程中，可以使学生加深对各章节中定律的连贯理解，达到了相当好的教学效果。
二、优化教学内容，适应传热学技术发展
世界范围内科学技术的迅速发展和我国经济建设取得的显著成就都对“传热学”课程的发展产生了积极的影响。尽管传热学的基本规律并无变化，但是研究手段的发展和工程应用领域的扩大进一步丰富了传热学的内涵。与此同时，在我国加入世界贸易组织以后，关于高等教育的国际化与本土化已成为热门话题，部分国外优秀的原版教材被引进了大学讲台上。如何借鉴国外优秀教材，不断更新教学内容，让学生经常接触到本学科的前沿知识，成为“传热学”教学中的必要任务。传热学的发展日新月异，为了适应我国相关行业的发展，体现本学科的进展，要使学生学到最新的知识，必须不断更新教学内容，把最新的知识引入到教学中。因此在教学内容的选择上，删减了部分比较繁琐的数学推导内容，如一维无限大平板非稳态导热分析解的推导过程等；对于传统传热学中相对陈旧的内容也做了删减，包括管内湍流传热的齐德-泰特公式、米海耶夫公式、流体横掠管束的格里森公式等；增添了教材上没有涉及或涉及不深的有关传热学新技术的内容，如微纳米传热内容、强化单相对流换热的纵向涡方法。
向学生传授知识，同时也是培养学生分析问题、解决问题能力的过程。从人才培养的整体计划来看，培养能力是更为根本的任务，因此在教学过程中对这一任务做了很大的努力：在每一章节末增加了本章内容的应用部分，举例更为接近工程实际，需要学生应用更多知识进行综合分析；对例题进行讲解时更为注重较为复杂的实际问题的分析和讲授，对此类问题分层次进行剖析讲解；在每一章最后增加了小论文题目，在教学实践中组织学生撰写与课程学习内容相关的小论文，激发学生的学习兴趣，培养分析问题、解决问题的能力。
三、“传热学”教学中的教学方法分析
大部分高校教师的教学模式都已从“独角戏”式的填鸭式教学过渡到“教与学的互动阶段”，例如在课堂教学中不再是教师一人唱独角戏，而是采用提问回答式、小范围对话式、逻辑启发式等教学方式，因材施教，因人施教。随着教育改革的逐步深入，现代科技的发展对教学的影响越来越大，例如为了使教学过程信息量增大，生动形象，激发学生的学习兴趣，大学课堂中大部分课堂教学都采用多媒体教学。[4]那么，“传热学”采用多媒体教学是否能够达到预期的教学效果呢？“传热学”是以传导、对流、辐射和换热器四大内容去展开的。所以在教学中适当辅以多媒体课件有利于讲清有关现象的物理本质和基本原理。比如在介绍三种传热方式时用空调制冷过程、烧开水的过程等生动的动画，来说明热量传递的分类，就能使学生留下非常深刻的印象。肋片导热一节中，同学们对稳态下的肋片沿着热量传递方向的热量逐渐减少这一动画过程去分析问题时，很快就明白了肋片的导热实质与传统的一维稳态导热过程的差别。
但在实际教学中，运用多媒体课件教学并不是为了运用现代教学方法。那么运用多媒体课件是否可以收到良好的教学效果呢？笔者调查了很多学生，他们大多认为：“传热学”中的纯理论推导难度很大，如果仍然采用多媒体课件，很难留下较深的印象，无法真正领会推导过程，虽然多媒体课件信息量大，但不逐步推导，能接受的内容就会很少，收效甚微。所以“传热学”作为一门专业基础课程，如果在教学活动中运用多媒体，就要预先确定教学内容。在讲解基础理论时，要以板书为主。多媒体课件作为一种辅助手段，把抽象的事物用生动的语言和画面展现在学生面前，更加形象和具体，再列举一些生活当中的实际例子，可以使教学活动收到良好的效果。在讲解较为复杂的公式时，最好的办法是板书，再加上对学生的提问，可以调动学生的学习兴趣。把理论的讲解和生动形象的事物联系起来，有利于学生掌握。学生在学习过程中，对不易理解的内容要适当做些记录，不但可以调动学生的学习积极性，而且取得了良好的教学效果。
四、考试方法及成绩评定方法改革
为了考核学生解决实际问题的能力，调动学生的学习积极性，死记硬背的内容不列入考核范围。笔者在“传热学”的考核中也进行了改革。考试采用三种考核方式综合进行，这三种方式是闭卷、开卷和大作业。任课教师在进行课程考核时要出具两套试题：一套试题是开卷，主要目的是为了考核学生运用所学内容分析实际传热问题和解决实际传热问题的能力，并且在开卷试题中也要有考查学生创新能力和创造性思维的内容；另一套试题为闭卷试题，主要用于考查学生对课程的基本概念、基本理论和基本规律等基础知识的掌握程度，题目主要包括简答题、选择题、填空题、名词解释等。开卷试题和闭卷试题的考试时间和分值分别占总考试时间和分值的50%。开卷考试和闭卷考试在同一考场中先后进行。
学生的成绩评定方法由传统的考试成绩评定改为“考试成绩+实验成绩+平时成绩”综合评定。为了提高学生的学习积极性，并保证学生的大作业质量，提高学生参与课堂讨论和课堂讲授的能动性，任课老师在课程一开始就要在课堂上宣布最终成绩的评定方法：考试成绩占总成绩的60%；实验成绩占总成绩的10%；平时成绩考核根据课堂讨论情况、回答问题、大作业成绩综合评定，占总成绩的30%。
五、教学效果
1.课堂和实验课教学效果
通过一个学期的教学改革思路下的教学设计和教学实践，笔者发现学生在课堂上能够积极主动地思考和回答问题，对“传热学”的学习比往届学生兴趣更高，在任课教师的引导下能够主动思考解决传热学问题的流程，主动查阅笔者提供的参考书目并提出问题。在导热、对流及辐射换热的实验课上，大多数同学能够自发、独立、主动地完成三个基本实验，有些同学还与教师探讨更深入的实验验证分析解的问题，完成笔者布置的选做内容。
2.大作业反馈教学效果
由于学生较多，从120个学生中抽查了交上来的50份大作业，学生在选题上发挥了积极性和主观能动性，选题范围从生活实例到气候变化，再到工程实践，如天气现象谚语中蕴含的传热基理、太阳能利用，制冷系统中的传热学应用等，涉及到“传热学”各个章节的内容。大部分学生还通过查阅相关文献和主动思考，初步掌握了模型建立、数值模拟及结果分析并验证这一流程，得到了一次系统的科学分析方法训练。学生在查阅资料并完成大作业的过程中，不仅巩固了课堂上教授的基本内容，还自发引入其它课程或参考资料中的信息并将信息加工消化，例如进行传热过程分析的火用分析方法等。
总之，学生在学习过程中发挥了主体作用，提高了综合分析能力和创新能力。
六、结束语
总之，课程教学没有固定的模式，在实际教学中做到因人而异、因材施教是有一定难度的。作为教师，要不断应用新型教学方法，提高个人修养，制作丰富多彩的多媒体课件。要想使全部学生顺利完成学习任务，不但要适当运用多媒体课件辅助教学，还应经常和学生进行交流，有目的地指导学生，提高学生的学习兴趣，使全部学生感受到学习的乐趣，获得努力学习的动力。
参考文献：
[1]刘立平，师少鹏.传热学课程教学的改革探索[J].高等农业教育，
2004，（3）.
[2]刘晓慧.传热学课程内容分类教学法[J].建材高教理论与实践，
1996，（3）.
中图分类号：G64 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）09（a）-0113-02
核反应堆热工本科专业是核工程与核技术的核心专业课之一。核反应堆热工是一门工程性较强的课程，它着重讲述了反应堆热工的基础理论和一些分析、计算方法，是核能科学与工程专业方向的一门专业主干课程。核反应堆热工课程实际上是一门较难的课程，因为它要求的课程基础较多，课程内容较为复杂抽象，能实践的内容较少。因此，各大开设核专业的高校对这么课程的教学都十分重视，如何能较好的开展核反应堆热工课程的教学已经成为高校教育中的一个难题。该文结合核反应堆热工课程的教学实践，通过教学内容的编排、教学模式的改善开展了一些教学的创新探索，收获了一定的效果。
1 核反应堆热工课程概况
核反应堆热工课程是核工程专业的必修课，其的性质和任务是分析燃料元件内的温度分布、冷却剂的流动和传热特性以及预测在各种运行工况下反应堆的热力参数，以及在各种瞬态和事故工况，压力、温度、流量等热力参数随时间变化的过程。要求学生前修课程包括反应堆物理分析、核反应堆工程原理、流体力学、传热学、高等数学、数值分析等。核反应堆热工课程的主要教学内容包括堆的热源及其分布、堆的传热过程、堆内流体的流动过程及水力分析、堆芯稳态热工分析及堆芯瞬态热工分析，此外还要求学生对传热学方面的知识非常了解。该课程40个学时，占2.5个学分，一般上课人数为40～50人。开设该课程的目的在于培养学生能够掌握反应堆领域热工水力学的基本分析方法，运用先修课程流体力学、传热学、工程热力学和反应堆物理中学到的基本概念、基本公式和基本结论，以压水堆堆芯为主要分析对象，达到既了解反应堆稳态工况下的工作情况以及在瞬态工况下的变化特点，又能训练和培养独立分析问题的技能和能力。通过该课程的学习为学生在毕业后从事核反应堆安全分析和设计运行等工作打下坚实的理论基础并提供有益的工程借鉴。
核反应堆热工课程的主要特点有以下几方面。
（1）课程基础多。热工课程不仅要求学生对核反应堆无力分析的知识非常了解，还需要掌握核反应堆工程的专业知识，在具体的知识点学习中，还需要了解传热学的知识。在进行具体的热工设计中，还需要流体力学方面的知识，进行计算时，高等数学、线性代数及数值分析等基础理论的知识也不少。因此，要求如此多的课程基础，少了任何一门都会使学生觉得此课程非常的有难度。
（2）课程内容抽象。从以上的介绍可以看出，课程中的许多内容涉及到很多基本概念和公式，在一一进行推导的时候十分的枯燥，难以引起学生的兴趣。而且，课程的内容一环套一环，如果刚开始的课程学生没有认真的学习，出现脱节现象，到后面的章节，学生学习起来难度将非常大。这也就导致学生在后面的学习失去了学习的热情和信心。
（3）实践的环节少。因为课程内容涉及到热工水力和反应堆，但无论是流体力学还是反应堆，学校都不具备进行实验的条件，这也就给本来枯燥、难度较大的教学内容带来了更打的困难。
针对以上核反应堆热工课程的特点，在教学过程中，我们采取了一些创新的教学探索，以期实现提高学生学习兴趣，改善教学效果的目的。
2 教学创新探索
针对核反应堆热工课程的特点，在教学过程中，通过以下几个方面展开了教学创新探索。
2.1 抓好绪论课的教学
绪论课是教学的起点，有非常确定的目标，具有非常强的导向性。教师只有对课程的理解、掌握和控制到达了一定程度，才能在绪论课上将学生对教材的学习起到引领、提示和导向等作用，可以启发学生对课程的兴趣。通过绪论课使学生对这门课程的整体框架建立一个初步感观，了解学习内容、明确学习方向、掌握学习方法、认识课程的前沿动态，进一步解决“为何学、学什么”和“如何学”三个问题，从而充分调动他们日后学习该课程的积极性。尽管每门课程的内容都不尽相同，但绪论课的主要的模式大致相同。绪论课的授课方式主要有以下几个特点：从整体上介绍本课程、绪论课的内容求全不求精以及绪论课授课形式以老师讲授为主。
俗话说得好：“良好的开端是成功的一半”。结合多年的教学经验深刻体会到绪论课的重要性，可以说上好了绪论课，这个学期的教学就成功了一半。由于绪论课在整个课程内容中的特殊性，采取以上教学形式可以对学生进行有效引导，使学生快速地明白本课程的主旨和篇章结构，熟悉教材的知识系统，发挥主动学习课程的积极性，初步了解本课程的一般理论和研究方法[1-2]。但对于课程内容较为复杂、抽象和枯燥的课程，采取这种方式来组织绪论课的教学，未必能取得较好的效果。核反应堆热工这门课程主要涉及到传热学、热工水力、核反应堆物理分析等相关内容，各种物理原理、化学方法完全靠语言上的讲解十分的枯燥，完全采用老师讲授的方式，学生听起来费劲，效果也很差。因此，有必要重新考虑核反应堆热工绪论课的组织形式。通过认真的调研，本课程从重新编排绪论课的教学内容和调整绪论课的教学模式等方面对绪论课的教学进行了创新探索。
由于核反应堆热工课程的内容十分的庞杂，要想在短短的2个学时内，将这些内容面面俱到的一一介绍，有一定的难度，也没有必要。因此在本课程的编排上，必须对本课程的教学内容进行精简，重新编排教学内容的原则是以点带面。由于学生在前面的课程里已经上过一些专业课，对核反应堆物理分析的基础知识有了一定的了解，因此这部分的内容可以有一定的删减，既能对知识进行回顾，又要能引起学生们的兴趣，这是对这部分内容的编排要求。对于后面具体的课程专业知识介绍，则挑重点介绍，而不是一一涉及。这样重新编排绪论课的教学内容既继承了传统绪论课授课方式的优点，又在这个基础上有新的突破。学生们听起来既不会为庞杂而系统的知识感到厌倦，同时有兴趣的知识点的深入探讨又会引起他们足够的兴趣。虽然重新编排了教学内容，还是不能从根本上解决绪论课冗长的难题。因此，本课程也借鉴了研究型教学的模式。研究型教学是指在教学环节与过程中，有效促进教师主导地位与学生主体地位的双向互动、并有机融合课程大纲与内容、研究选题与实践、学生个性兴趣与专业发展的多维统一从而教学相长的新型教学方式与课改实践[3-4]。
2.2 使用好多媒体课件
多媒体课件是将文字、图形、声音、动画、影像等多种媒体融为一体，将其于教学中，可以节省教师板书、画图等大量的时间，在相同的时间单元，可以给学生提供更多更大的信息量，拓展了学生的视野和思维，是传统的“黑板+粉笔+教材”教学方法无法比拟的，而且显示出了巨大的优势。多媒体课件辅助教学在推动教育教学现代化、提高课堂教学效果等方面所起的积极作用是无可厚非[5]。在核反应对热工课程中，使用多媒体课件尤其是视频资料是非常适合的。因为在反应堆热工课程中，许多热工水力的原理及实验是暂时没有条件在现场或是实验室展示的，因此通过视频的方式来展现就变得尤为重要了，例如核电站核岛内一回路管道、二回路管道内流体流动以及温度分布等特点，通过讲述的方式难以理解，而如果引入视频的方式来展现就会变得特别直观，易于学生理解。但多媒体课件的使用也存在一些问题，例如课程中视频的时间不能过长，否则学生只看视频的话，虽然印象深刻，但对于原理性的内容的理解反而不容易。
2.3 做好课程设计
核反应堆热工课程内容非常多，需要检验学生对重点知识点的掌握和理解，以及是否有能力对这些知识加以综合运用，解决核反应堆热工中的问题。课程设计是一个非常好的选择，通过课程设计，可以使学生对课程的内容的理解更为深刻，同时也锻炼了他们的动手能力。例如，课程设计要求学生针对某压水堆燃料组件热工水力稳态特性进行分析计算，通过独立编程计算锻炼学生综合应用课本理论知识的能力和计算机编程能力，为学生毕业后从事核反应堆程序开发工作打下基础。例如，基于课程设计指导书内容，利用单通道模型思想对压水堆燃料组件的热工水力特性进行稳态分析计算，要求独立编程计算，给出计算结果图，并撰写课程设计总结报告。例如基于课程设计指导书内容，利用单通道模型思想对压水堆燃料组件的热工水力特性进行稳态分析计算，要求独立编程计算，给出计算结果图，并撰写课程设计总结报告。这些都是可以进行的课程设计内容。
3 教学实践
基于以上的讨论，我们展开了对核反应堆热工课程的教学实践。在教学实践的过程中，认真做好绪论课的教学工作。根据学生们反馈，明显能感觉到学生们对绪论课上教学内容的兴趣得到了明显的提高。在教学实践过程中，做好多媒体课件的使用工作。很多同学在观看多媒体课件时，尤其是播放核电站管道系统内流体流动的视频时，很多同学都非常仔细的观看。视频观看完毕后，有些同学立刻提出了自己的疑问，希望了解核电站内流体流动的具体情况。可见，在教师的引导下，学生们会自然而然的对核反应堆热工课程的内容产生了具体的兴趣。可见，多媒体课件特别是相关视频的播放，也对提高学生们的学习兴趣发挥巨大的作用。课程设计过程中，学生们展现的主观能动性给任课老师也留下了非常深刻的印象，他们不仅学习热情高，而且在课设过程中往往能有很多意想不到的创新性工作，使得这些课程设计在课程教学过程中发挥了巨大的作用。
4 结语
核反应堆热工课程具有一定的难度。该文结合了核反应堆热工课程的教学实践，讨论了在核反应堆热工课程中可以采取的创新教学模式。通过抓好绪论课的教学，多媒体课件的使用以及课程设计等手段，提高核反应堆热工课程的教学质量。实践结果表明，这些手段都能在核反应堆热工课程的教学过程中，发挥正面的作用，起到了良好的效果。
参考文献
[1] 仝卫卫，王彩虹.《高等数学》绪论课教学方法浅谈[J].中国西部科技，2015，14（1）：97-98.
[2] 杨燕霞.教师课堂的“首场秀”――浅谈关于“质量检验”绪论课的重要性[J].教育艺术，2015（5）：32.
1.通识类课程
(1)人文社会科学类
除国家规定的教学内容外，由各高校根据办学定位和人才培养目标确定。
(2)数学和自然科学类
主要包括数学和物理学，并合理考虑化学和生命科学等知识领域。
数学主要包括微积分、线性代数、微分方程、概率与数理统计、计算方法等相关知识领域。物理学主要包括力学、热学、电磁学、光学、近代物理学等相关知识领域。
数学、物理学的教学内容应不低于教育部相关课程教学指导委员会制定的基本要求。各高校可根据自身人才培养定位提高数学和物理学(含实验)的教学要求，以加强学生的数学、物理学基础。
2.基础类课程
学科基础知识被视为专业类基础知识，教学内容应覆盖以下知识领域的核心内容：工程图学、力学(材料力学、理论力学等)、热流体(流体力学、热力学或传热学)、电工电子学、材料科学基础等。
3.专业类课程
过程装备与控制工程专业核心知识领域包括：机械设计及制造基础、过程(化工)原理、过程设备设计、过程流体机械、过程装备控制技术与应用等。
过程装备与控制工程专业就业方向
本专业学生毕业后可在化工、石油、能源、轻工、环保、医药、食品、机械及劳动安全等部门从事工程设计、技术开发、生产技术、经营管理以及工程科学研究等方面工作
从事行业：
毕业后主要在机械、石油、新能源等行业工作，大致如下：
1、机械/设备/重工;
2、石油/化工/矿产/地质;
3、新能源;
4、环保;
5、其他行业;
6、制药/生物工程;
7、建筑/建材/工程;
8、仪器仪表/工业自动化。
从事岗位：
毕业后主要从事设备工程师、机械工程师、机械设计工程师等工作，大致如下：
1、设备工程师;
2、机械工程师;
3、机械设计工程师;
4、销售工程师;
5、压力容器设计工程师;
6、监理工程师;
7、设计工程师;
8、压力容器设计。
