能源与环境系统工程专业传热学教学实践与探索

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摘 要 传热学是能源与环境系统工程专业的专业基础理论课程，也是能源动力类学科的专业理论主干课，具有十分重要的地位。传热学既是能源与环境系统工程专业毕业生进行相关专业工作的知识基础，也是部分学生继续读研深造的理论基础。基于在传热学教学中的体会，总结了传热学教学的要点及其特点，发现了教学过程中出现的问题。探索使用多种教学手段和方法，并进行简单的探讨，以求满足当前教育发展和人才培养的需要。

关键词 传热学 教学 探索 能源与环境系统工程

中图分类号：G424 文献标识码：A

Heat Transfer Teaching Practice and Exploration on Energy and

Environmental Systems Engineering Professional

ZHAO Yuhan

（College of Mechnical Engineering， Shanghai University of Engineering Science， Shanghai 201620）

Abstract Heat transfer is the basic theoretical course of energy and environmental systems engineering professional， but also trunk disciplinary of energy and power professional theory courses， has a very important position. Heat transfer is the knowledge base of energy and environmental systems engineering graduates in relevant professional work， but also theoretical basis of part of the graduate students to continue their studies. Based on experience in teaching heat transfer， heat transfer summarized the main points of teaching and its characteristics， found the problems in the teaching process. Explore the use of a variety of teaching tools and methods， and a simple discussion， in order to meet the needs of the current educational development and personnel training.

Key words heat transfer； teaching； explore； energy and environmental systems

1 传热学的要点和特点

以传热学教学大纲为依据，结合能源与环境系统工程专业的特点制定了传热学教学的基本要求：

（1）掌握热量传递的三种基本方式及传热过程的规律。掌握热传导、热对流、热辐射、复合传热、传热过程、热阻等概念。应用热阻概念分析工程传热问题。会查用有关图表和手册。

（2）掌握傅立叶定律和导热微分方程及其定解条件。理解导热问题的完整数学描述。理解稳态与非稳态导热问题的区别，并对简单的导热问题利用导热微分方程进行分析解的求解。掌握导热问题的数值解法。

（3）掌握牛顿冷却公式的意义及应用。理解对流换热的物理过程及其机理，掌握影响对流换热的影响因素。掌握边界层概念和普朗特边界层理论，并能对简单条件下的层流边界层进行分析求解。能熟练地应用实验关联式对强制对流、自然对流和凝结与沸腾换热问题进行计算。

（4）掌握热辐射的基本定律及物体的辐射特性和吸收特性。熟练掌握辐射热阻网络法进行辐射传热的计算。

（5）理解传热过程的机理。能对传热过程进行合理分析和计算，了解各类换热器的特点。掌握换热器的热计算方法。

（6）初步掌握温度测量、热量测量的基本方法和技能。

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。同时传热学中针对物理机理和规律的描述大多采用微分方程组的数学语言形式，对高等数学中微积分的掌握要求较高。同时作为三大专业基础课之一，与另外两门课程流体力学和工程热力学都互有涉及。这三门课程学习起来都具有一定难度。传热学同时是一门实践性较强的课程。为了让学生更好地理解与运用传热学的知识，课程中开设了实践教学环节，但由于学时所限，实验内容无法涵盖所有的相关传热学在实际工程中的应用。而且实验多以认识性和验证性为主，传热学课程的实践性难以在课内实践教学中得到完全体现。

2 教学中的问题

（1）由于传热学本身内容结构涉及很多高等数学的知识，且学科发展历史较长，所以传热学的概念多、公式多，学生认为很难学。而且初学者在高年级学生处就会得到类似传热学特别难的印象，增加了畏难情绪。

（2）传统的教师为中心的模式对教师与学生之间的互动要求不高。而单向的灌输式教学难以培养学生的独立分析解决问题的能力。而且导致学生对传热学的机理和理论缺乏深刻的理解，对公式、概念、理论停留在表面的机械记忆上。比如热对流与对流传热的区别，有些学生无法说清。又比如相变传热的物理机理，有的学生不能正确理解与掌握。

（3）考试采用传统的闭卷考核方法，虽然会促使学生复习时认真推导公式，多做习题，熟练掌握解题方法，但也会影响学生独立思考的能力培养。导致学生对基本（下转第180页）（上接第130页）原理的应用能力差。比如能量守恒原理是贯穿传热学这门课程的一条主线，在控制方程推导中都要用到。同时在求解某些习题时使用能量守恒原理去分析可以更灵活地解决。而学生在面对这些具体问题时往往只是按照“常规”的计算求解方法来解决。同时可以预见这样的学生将传热学的理论与实际生活生产中的问题结合起来的能力也会较差。

3 传热学教学探讨

（1）激发学生的学习兴趣，增加自学项目。在教学过程中，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。在扩展学生的视角的同时，激发学生自己将传热学知识与实际结合起来，增强学生的学习动力。同时适当安排部分教学内容让学生自学为主，培养其独立思考的能力。针对学生自学中的不足着重讲解，激发学生的主动性，帮助学生掌握科学的学习方法。

（2）采用多样化的教学方法和教学手段。以课堂讲授为主，同时在联系实际问题时采用分组讨论的方式，对作业和习题分组互评等。确立学生为教育主体，让单向的传授走向多维互动的课堂教学、实践教学。同时在教学过程中采用先淡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。

（3）多讲解例题和习题，进行开放互动式教学。传热学课程包含诸多的概念、公式和方程，例题和习题的讲解是巩固学生掌握的有效途径。在讲授传热学时采用高等教育出版社的《传热学》第四版，该教材包含典型的例题与习题，可通过习题课的形式集中进行讲解。同时针对一些重点难点和学生自发提出的比较集中的问题，以开放互动的方式开设专题讨论，以增进学生对传热学知识的掌握与运用。

（4）考核模式的改进。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；同时考试的时候允许学生携带统一大小的草纸进入考场，学生可以在上面自行记录总结出的基本的、主要的内容或者记录一些经验公式和经验系数。这样可以使学生将复习的重点放在对知识的理解和运用上，克服了闭卷考试的不足。同时带入考场的内容有限，又不会使学生像开卷考试一样过度依赖教材，而是同样促使学生进行独立思考。这种考核方式可以提高学生的学结能力，消除学生的部分心里压力，也可避免学生只依靠考前突击的弊病。

（5）改进实践教学的内容设置。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。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。

4 结语

传热学作为能源与环境系统工程专业重要的学科基础理论课程，其教学效果十分重要。作为传热学的授课教师，应激发学生的学习兴趣，增加自学项目，采用多样化的教学方法和教学手段，多讲解例题和习题，进行开放互动式教学，同时改进考核模式和实践教学的内容设置。以求满足当前教育发展和人才培养的需要。

基金项目：上海工程技术大学课程建设项目，传热学课程建设，k201201002

参考文献

[1] 杨世铭.传热学（第四版）[M].高等教育出版社，2006.