傳熱學中太陽能應用的教學改進

摘要 結合傳熱學中太陽能輻射的教學實踐，在課程編排上加入太陽溫度以及大爆炸過程的部分內容，根據當代大學生在學習過程中體現出的種種特點，增強了學生的學習興趣并激發了學生對太陽能以及宇宙起源的好奇心。經過教學實踐證明， 通過這一系列的改進，提高了學生對太陽能輻射換熱的學習興趣，增強了學生的探索意識和能力，取得了較為滿意的教學效果。

關鍵詞 傳熱學；太陽能；溫度；教學改進

中圖分類號 TK124 文獻標識碼 A 文章編號 1671-489X（2008）12-0033-02

1 太陽能利用與傳熱學相互關系

傳熱學是研究不同溫度的物體，或同一物體的不同部分之間熱量傳遞規律的學科。傳熱學作為學科，形成于19世紀。太陽能輻射部分以及太陽能利用屬于熱輻射研究內容。熱輻射方面的理論比較復雜，它是指物體因自身具有溫度而輻射出能量的現象。它是波長在0.1～100微米之間的電磁輻射，因此與其他傳熱方式不同，熱量可以在沒有中間介質的真空中直接傳遞。太陽就是以輻射方式向地球傳遞巨大能量的。

傳熱學以及太陽能利用研究，內容理論性強，涉及知識面廣，與最新的科學研究前沿結合緊密，同時太陽能的利用又是目前研究熱點之一[1]。對于這一部分內容的學習，不僅需要學生有相應的傳熱學基礎知識，同時要求教師能在教學過程中切實有效地提高學生的學習興趣和學習積極性。根據目前大學生在學習過程中表現出的思想活躍、不拘泥于習慣思維定式并具有強烈好奇心等特點，筆者在教學中穿插加入Stephen Hawking關于宇宙起源“大爆炸理論”[2]，增強學生的好奇心和求知欲，探索出一些教學改進的思路和方法，取得較好的效果。

2 太陽能利用的相關外延知識

太陽能能量巨大，取之不盡，用之不竭，屬于一種清潔、無污染、對環境友好和可持續利用的能源，總輻射能量達3.75×1026 W[3]。盡管照射到地球上的只是其總輻射量的很小一部分，但是也遠遠超過人類生存與發展所需的能量，具有廣闊的前景。盡管太陽能取之不盡，用之不竭，但是利用過程依然存在缺點和限制，最為主要的原因是太陽能能量密度低（約為1 kW#8226;m-2），并且具有不連續及不穩定等特點。學習太陽能利用不能僅局限于傳熱機理和應用研究，還要從太陽的本身特性以及相應的外延知識入手，拓展學生的知識面。

太陽的大小以及與地球的距離為：太陽的直徑約為139萬千米，是地球的109倍；太陽的體積很大，約有130萬個地球那樣大；太陽的質量是1.989×1030千克，相當于地球質量的33萬倍；太陽距離地球很遠，約有15 000萬千米[4]。以上對太陽的描述，嚴謹但又過于枯燥，難以發揮學生的想象力。在實際教學中，筆者采用比例縮小的方法，將太陽比喻成籃球，將地球比喻成直徑為2 mm的鋼珠；兩者的距離相當于教室講臺和教室后排座位距離，以此激起學生好奇心，記住相關知識點。

3 太陽能利用的最新研究前沿

太陽能利用的講解應不局限于教材的內容，而是加入最新的科技前沿研究。從熱點問題引申，介紹太陽能開發利用是當今國際上的一大熱點，以及人類直接利用太陽能的3大技術領域，即光熱轉換、光電轉換和光化學轉換。太陽能光電轉換主要是通過硅板，利用光伏效應來發電；太陽能光熱轉換主要是利用集熱器來進行光熱轉換，近來的發展包括太陽能制熱和太陽能制冷。

對于太陽能光熱利用，筆者在課堂上介紹太陽能吸附制冷的研究前沿。相比于傳統的壓縮式制冷，固體吸附式制冷系統中幾乎沒有運動部件，噪音大為減少，整體結構較為簡單且運行費用不高。并且太陽能吸附制冷采用的吸附工質對是沸石、活性炭、甲醇、水、氨等自然工質對，對環境沒有影響，不會破壞臭氧層，也不會引起溫室效應。吸附式制冷技術相比其他制冷技術具有一定的優勢。盡管太陽能吸附式制冷相比于傳統的壓縮制冷相應會提高太陽能裝置的一次性投資，然而由于太陽能具有無污染及運行費用低等特點，在礦物燃料已存量不多和環境污染日益嚴重之時，太陽能吸附式制冷近年來得到廣泛的重視和大力發展，成為各國競相研究的熱點。

4 結語

通常認為傳熱學是一門基礎理論，概念較多，枯燥而難以理解。通過課堂實踐表明，采用傳統的思路進行教學改進，不能起到良好的效果[5，6]。筆者根據當代大學生在學習過程中體現出的種種特點，結合傳熱學課程中對太陽能輻射以及太陽能利用部分的特點，在課程的內容上加入部分宇宙大爆炸理論新知識，增強了學生的學習興趣，激發了學生對太陽能以及宇宙起源的好奇心。

參考文獻

[1]王補宣.工程傳熱傳質學（下冊）[M].北京:科學出版社，2002

[2]Hawking S.時間簡史[M].長沙:湖南科學技術出版社

[3]張瑞華，胡廣明.太陽教學實錄及評析[J].云南教育，2007(9):3-9

[4]付德萍.地球運動的基本形式——自轉和公轉的教學設計[J].黑龍江教育，2006(7):60-61

[5]邵狄濤.如何在課堂教學中培養學生的探究性能力[J].中國教育技術裝備，2008(3-4):76

[6]劉羨飛，李俊紅.結合大學生特點談“自動控制原理”的教學改進[J].中國教育技術裝備，2008(3-4):67-69