機械大類專業(yè)熱流課程教學改革的探索與思考

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1、本文系陜西科技大學機電工程學院教改基金資助項目（編號：09JG18）機械大類專業(yè)熱流課程教學改革的探索與思考—以陜西科技大學為例袁越錦張勇胡鵬睿李瑞虎陳海峰楊立軍（陜西科技大學機電工程學院陜西西安710021）【摘要】本文針對機械大類專業(yè)人才培養(yǎng)要求及熱流課程本身特點，結(jié)合近兩年來陜西科技大學熱流課程教學存在的問題，探討了熱流課程的教學改革思路，建議適應機械大類各專業(yè)方向需求，建立分層次理論教學課程體系；結(jié)合理論教學，建立科學的實踐教學體系；實行教研一體化的教學模式，增強教學中的科研含量?！娟P鍵詞】熱流課程；機械專業(yè)；教學改革近年來，基于“以流體介質(zhì)能量載體為研究對象

2、，將熱流力學規(guī)律、熱量傳遞規(guī)律和能量轉(zhuǎn)換規(guī)律進行橫向融合，專業(yè)基礎課向?qū)I(yè)課領域進行縱向滲透”的思路，將《工程流體力學》、《工程熱力學》與《傳熱學》三部分經(jīng)典內(nèi)容整合為一門綜合性“熱流課程”已得到越來越多專家學者的認同。如今這類課程已不僅僅可作為技術基礎課看待，很多情況下甚至可以作為專業(yè)課對待。由于機械工程類專業(yè)技術人員所從事的工作無不涉及能量的轉(zhuǎn)換和傳遞問題。因此，熱流課程是培養(yǎng)21世紀工科類學生、尤其是機械類專業(yè)學生的一門公共技術基礎課。陜西科技大學從1999年設立“過程裝備與控制工程”專業(yè)后，《工程熱力學》、《傳熱學》與《工程流體力學》三門課程陸續(xù)開設。經(jīng)過十來

3、年的發(fā)展，目前該熱流課程已成為學校機械大類各專業(yè)的一門公共課。一、機械大類專業(yè)熱流課程存在的問題目前，陜西科技大學在機械大類專業(yè)中開設了5個專業(yè)方向，即：過程裝備與控制工程、機械設計制造及自動化、工業(yè)工程、物流工程和材料成型及模具。由于熱流課程內(nèi)容知識點多、聯(lián)系緊密、概念抽象、理論性較強等原因，開設該課程的過程中存在以下一些問題：（1）不同專業(yè)方向?qū)崃髦R需求的側(cè)重點不同，該如何針對性地安排教學內(nèi)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(chuàng)新能力的大型綜合性實驗（踐）甚少；而且熱流

4、實驗設備價格昂貴、臺套數(shù)少，當學生人數(shù)多時，供需矛盾相當突出。（3）教學方法和教學手段單一，熱流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、適應機械大類各專業(yè)方向需求，建立分層次理論教學課程體系在機械大類專業(yè)中開設熱流課程首先遇到的就是理論教學內(nèi)容的安排問題。由于課時數(shù)的限制，在機械大類專業(yè)中開設熱流課程不可能象在能源動力類專業(yè)中那樣學習的內(nèi)容知識點都面面俱到，只能結(jié)合機械大類下各專業(yè)方向的知識需求及其特點有所取舍。其基本思路是：以質(zhì)量、能量和動量守恒為線索將傳統(tǒng)的三門課程內(nèi)容融會貫通，以形成有機的整體，構(gòu)成較系統(tǒng)的一門課，以基本

5、概念基本定律為主要知識點圍繞這些內(nèi)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(nèi)容不相關聯(lián)的做法?；谝陨纤悸罚瑸檫m應機械大類各專業(yè)方向的需求，我們建立了熱流課程分層次理論教學課程體系，如表1所示。它主要包括以下11個模塊的內(nèi)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(zhuǎn)換的基本概念和基本定律，（6）工質(zhì)的熱力性質(zhì)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(huán)與應用。表1分層次理論教學課程體系序號專業(yè)開設

6、學時理論教學內(nèi)容所包含的模塊1過程裝備與控制工程120（1）~（11）2機械設計制造及自動化90（1）~（3）、（5）~（10）3材料成型及模具90（1）~（3）、（5）~（10）4物流工程60（1）~（2）、（5）~（9）5工業(yè)工程60（1）~（2）、（5）~（9）2、結(jié)合理論教學，建立科學的實踐教學體系（1）建立熱流課程基礎實驗平臺。通過補充必要的演示實驗，加強學生對內(nèi)部機理、運動過程、系統(tǒng)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(jié)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(shù)測定、提高

7、循環(huán)效率、強化傳熱等。形成分層次（基礎實驗、技術基礎實驗、專業(yè)實驗）、多類型（演示型、驗證型、設計型、研究型等）和多專業(yè)共享的熱流課程群實驗教學平臺，如表2所示。表2熱流課程基礎實驗平臺基礎實驗技術基礎實驗專業(yè)實驗氣體定壓比熱的測定流動阻力及局部阻力測定多通道烘缸紙張干燥實驗流體流動雷諾數(shù)測定及伯努利方程驗證噴管實驗空調(diào)設備性能測試平板附面層速度分布及繞流柱體表面壓力分布的測定對流傳熱系數(shù)的測定復雜條件下工程傳熱系數(shù)測定ＣＯ２Ｐ-Ｖ-Ｔ關系的測定及可視性飽和蒸汽壓力和溫度關系換熱器實驗非固結(jié)多孔介質(zhì)孔隙蒸發(fā)流動與換熱實驗（2）建立遠程與虛擬實驗中心。