基于激發(fā)學(xué)習(xí)興趣的傳熱學(xué)緒論教學(xué)研究

張麗娜　馬寧

摘 要 進(jìn)行“傳熱學(xué)”緒論課教學(xué)研究對(duì)提高學(xué)生學(xué)習(xí)該課程的積極性和興趣具有十分重要的意義。結(jié)合學(xué)生專(zhuān)業(yè)設(shè)置特點(diǎn)，從多方面探討和提出了傳熱學(xué)緒論課堂教學(xué)方法，對(duì)當(dāng)前“傳熱學(xué)”課程的教學(xué)有著一定的參考意義。

關(guān)鍵詞 傳熱學(xué) 緒論 教學(xué)研究

“傳熱學(xué)”是研究熱量傳遞規(guī)律的工科技術(shù)學(xué)科，是連接基礎(chǔ)課和專(zhuān)業(yè)課學(xué)習(xí)不可缺少的重要紐帶，也是培養(yǎng)學(xué)生分析和解決工程實(shí)際問(wèn)題能力的一門(mén)關(guān)鍵課程，在專(zhuān)業(yè)課程體系中具有承上啟下的作用。緒論課是教學(xué)的第一課，也是課程建設(shè)中的重要一環(huán)。尤其是剛接觸該課程時(shí)，不易入門(mén)，對(duì)學(xué)生學(xué)好這門(mén)課程的熱情和信心有很大影響。上好緒論課對(duì)于“傳熱學(xué)”課程而言極其重要。此課程內(nèi)容和公式較多且應(yīng)用條件復(fù)雜，所以通過(guò)緒論這節(jié)課激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的熱情和積極性就顯得尤為重要。本文對(duì)傳熱學(xué)緒論教學(xué)進(jìn)行深入研究，主要從以下幾個(gè)方面來(lái)進(jìn)行緒論課的講授。

1明確課程重要性，努力激發(fā)興趣，解決為什么要學(xué)的問(wèn)題

通過(guò)此部分希望學(xué)生了解傳熱學(xué)的研究對(duì)象及其應(yīng)用，從而在了解傳熱學(xué)廣泛應(yīng)用的基礎(chǔ)上，明白為什么要學(xué)該課程，提高對(duì)傳熱學(xué)的學(xué)習(xí)興趣。有很多課程講下來(lái)，好多學(xué)生的反應(yīng)是沒(méi)什么用，越學(xué)越?jīng)]有興趣，所以明白傳熱學(xué)解決問(wèn)題是非常重要的。

該部分計(jì)劃從從同學(xué)們最常見(jiàn)的應(yīng)用實(shí)例切入傳熱學(xué)的研究，例如，列舉傳熱學(xué)在計(jì)算機(jī)發(fā)展中的作用。傳熱學(xué)的發(fā)展直接影響計(jì)算機(jī)的發(fā)展，從20世紀(jì)70年代集成電路芯片僅僅能完成10w/cm2的散熱量，發(fā)展到20世紀(jì)90年代，散熱量已經(jīng)提高到100w/cm2，使得計(jì)算機(jī)的計(jì)算速度大大提高，同時(shí)計(jì)算機(jī)也變得越來(lái)越小，越來(lái)越便攜。圖1直觀(guān)的顯示了臺(tái)式機(jī)CPU散熱示意圖。

作為航空類(lèi)院校，針對(duì)我校飛行器動(dòng)力工程和材料工程專(zhuān)業(yè)，重點(diǎn)引入傳熱學(xué)在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用，為以后的專(zhuān)業(yè)課做下鋪墊。例如，引入美國(guó)首次發(fā)射航空飛機(jī)比原定時(shí)間推遲的例子，主要原因在于沒(méi)有解決好航天飛機(jī)在大氣層中高速飛行時(shí)較大摩擦?xí)r的良好散熱問(wèn)題。同時(shí)給出冷卻技術(shù)失效時(shí)的圖片，如圖2所示，使同學(xué)們有一個(gè)直觀(guān)的認(rèn)識(shí)。這些例子都說(shuō)明了傳熱學(xué)的重要性，使學(xué)生引起高度重視。

2建立課程主線(xiàn)，明確各內(nèi)容間相互關(guān)系，解決學(xué)什么的問(wèn)題

因?yàn)閭鳠釋W(xué)的基礎(chǔ)是工程熱力學(xué)，所以從熱力學(xué)和傳熱學(xué)的關(guān)系開(kāi)始講傳熱學(xué)解決的問(wèn)題。這樣學(xué)生比較好理解和接受。例如，由熱力學(xué)第二定律知道， 如果物體內(nèi)部或物體之間存在溫差，則必有熱量發(fā)生傳遞， 直到溫差消失后， 熱量就停止傳遞。傳熱學(xué)研究的一個(gè)主要問(wèn)題是確定物體內(nèi)部的溫度分布。在兩個(gè)最初存在溫差的物體達(dá)到熱平衡后， 由熱力學(xué)可以確定物體間傳遞了多少熱量， 但不能確定傳遞這些熱量需要多少時(shí)間。傳熱學(xué)不僅要解決這個(gè)問(wèn)題， 還要解決從熱量開(kāi)始傳遞到任意一個(gè)指定時(shí)間， 傳遞了多少熱量。上述已指出， 存在溫差的物體間有熱量傳遞， 但是否有可能在相同的溫差下加快或削弱熱量傳遞速率呢？如果能，途徑是什么？這些問(wèn)題是熱力學(xué)不能解決的， 必須由傳熱學(xué)來(lái)完成。

比如從傳熱學(xué)的幾個(gè)傳熱方式的定義拓展開(kāi)來(lái)讓學(xué)生認(rèn)識(shí)整個(gè)傳熱學(xué)研究的內(nèi)容。同時(shí)，這幾種傳熱方式在高中物理里有學(xué)到，單講到的概念比較籠統(tǒng)，且傳熱原理也沒(méi)有講，所以，在大學(xué)階段，從簡(jiǎn)單概念開(kāi)始引入，逐漸深入分析其原理，同時(shí)引入相關(guān)應(yīng)用。例如，通過(guò)生活實(shí)例引出導(dǎo)熱、對(duì)流、輻射換熱以及傳熱過(guò)程的基本概念。使學(xué)生對(duì)傳熱學(xué)有基本的了解；再對(duì)不同傳熱機(jī)理深入介紹，討論三種傳熱方式各自的基本規(guī)律。然后以換熱器以及復(fù)合換熱為對(duì)象，綜合不同的傳熱方式對(duì)傳熱過(guò)程進(jìn)行深入的探討。這種在結(jié)構(gòu)上對(duì)課程的優(yōu)化，使學(xué)生能在更高的認(rèn)知層面上進(jìn)一步綜合、靈活應(yīng)用傳熱學(xué)的知識(shí)去解決問(wèn)題。

緒論部分其中重要的一部分是傳熱過(guò)程的綜合分析，因?yàn)閷?shí)際傳熱過(guò)程中好多不是單種傳熱方式進(jìn)行的，而是幾種傳熱過(guò)程的綜合作用的結(jié)果。該部分要充分聯(lián)系實(shí)際，比如引入日常生活中的熱水器的換熱過(guò)程進(jìn)行分析其傳熱過(guò)程，再引入發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪葉片的冷卻過(guò)程，因?yàn)樵撜n程針對(duì)飛行器動(dòng)力工程專(zhuān)業(yè)學(xué)生，與專(zhuān)業(yè)相關(guān)問(wèn)題的引入，可以激發(fā)學(xué)生對(duì)該課程的關(guān)注度。在該部分內(nèi)容中，涉及到熱阻的分析方法，該方法是將電學(xué)中的電阻的串并聯(lián)理論應(yīng)用于傳熱學(xué)熱量傳遞現(xiàn)象的研究，在后續(xù)傳熱學(xué)教學(xué)過(guò)程和以后的研究中將有較多應(yīng)用，在傳熱學(xué)的工程應(yīng)用中，為了滿(mǎn)足生產(chǎn)工藝的要求，有時(shí)通過(guò)減小熱阻以加強(qiáng)傳熱，而有時(shí)則通過(guò)增大熱阻以抑制熱量的傳遞。在分析傳熱時(shí)使得熱量流動(dòng)的計(jì)算思路簡(jiǎn)單、易于理解。這部分也要加強(qiáng)講解，舉例說(shuō)明，引起學(xué)生重視。

3明確傳熱學(xué)的研究方法，解決如何學(xué)的問(wèn)題

傳熱學(xué)的研究方法分為解析法，實(shí)驗(yàn)法和數(shù)值法。在講到三種方法時(shí)，引入相關(guān)的方法應(yīng)用，傳熱學(xué)課程好多是經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式，和流體力學(xué)相比，傳熱的定律基本上都是實(shí)驗(yàn)性的定律，包括傅里葉導(dǎo)熱定律、牛頓冷卻定律。為了提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，給學(xué)生看一些相關(guān)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，同時(shí)引出相應(yīng)的傳熱過(guò)程，讓學(xué)生對(duì)實(shí)際的傳熱學(xué)應(yīng)用有所感知。再例如學(xué)生比較感興趣的數(shù)值法，給學(xué)生看一些發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻圖，講解相關(guān)的傳熱學(xué)應(yīng)用知識(shí)，即與專(zhuān)業(yè)相關(guān)，又用到相關(guān)的傳熱學(xué)知識(shí)，提高學(xué)生對(duì)傳熱學(xué)的認(rèn)識(shí)和學(xué)習(xí)的趣味性。

總之，緒論課在《傳熱學(xué)》教學(xué)中是非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，能夠讓學(xué)生清晰的認(rèn)識(shí)到該課程的教學(xué)地位和重要意義，清楚在未來(lái)學(xué)習(xí)、生活和工作的作用，激發(fā)學(xué)生對(duì)該課程的學(xué)習(xí)積極性和興趣，所以需要加強(qiáng)對(duì)緒論課的講解，充實(shí)課程內(nèi)容，改革教學(xué)方法，從而使教學(xué)能夠順利開(kāi)展并達(dá)到預(yù)期的效果。

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