促進傳熱學基礎實驗平臺與機械工程科研融合的探索

任好玲+繆騁+林添良

摘要：以國家教育工程認證為契機，針對專業基礎課程——傳熱學，探索傳熱學基礎實驗在機械工程領域的應用，利用現有實驗基礎平臺，研究機械工程材料的熱導率、表面形狀等對熱量傳遞的影響，分析傳熱學對機械設備的設計、加工及維護過程的影響，進而引導學生將本科基礎實驗平臺與科研活動相融合，利用科研成果促進和豐富本科教學，增強學生的工程實踐能力、創新和思考能力，培養全面發展的高素質人才。

關鍵詞：機械工程；工程認證；傳熱學；科研

中圖分類號：G642.41 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）33-0279-02

一、概述

近年來，在“科教興國”戰略的指導下，我國的高等教育事業取得了前所未有的飛速發展。高等教育規模和總量的擴大在很大程度上提高了國民的總體素質，帶動了社會文明的進步與發展，同時使高校面臨機制創新、培養高素質學生及市場競爭的挑戰，這些挑戰對高校實踐教學提出了更新、更高的要求。教育部《關于進一步加強和改進普通高等學校實踐教學的若干意見》明確指出：“要大力加強實踐教學，切實提高大學生的實踐能力。高等學校要強化實踐育人的意識，區別不同學科對實踐教學的要求，合理制定實踐教學方案，完善實踐教學體系。”因此，高校必須加強實踐教學，積極推進實踐教學改革，構建體系完整、結構合理的實踐教學體系，提高實踐教學質量。

傳熱學是一門理論性強、應用廣泛的專業基礎課程，機械產品的全過程均與其密切相關。隨著中國制造2025和工業4.0的提出，對于產品的性能要求越來越高，而熱量對機械產品性能具有重要影響。但受傳統教育思想的影響，長期以來重理論輕實踐、重知識輕能力的思想占主導地位，且缺乏將本科實驗教學與科學研究相結合的意識，本科教學與科學研究一直處于并行狀態，尤其是傳熱學這種學科基礎課程，一直以驗證性實驗為主，應用性和綜合性的實驗較少，雖然能使學生加深對理論知識的理解，掌握一定的測試方法，但缺乏與實際相聯系的渠道，不懂如何運用所學到的知識解決工程實際問題。因此，本文以華僑大學傳熱學基礎實驗平臺設備升級改造為契機，探索在本科教學基礎實驗平臺上開展傳熱學相關科學研究的途徑，促使學生以機械工程實際問題為導向，進行設計實驗并驗證的能力，努力培養適應現代工業需要的基礎扎實、實踐能力強、具有創新意識和解決工程實際問題等能力的復合型人才。

二、目前存在的問題

所謂知己知彼才能百戰不殆，在進行實驗改革前，對目前的傳熱學實驗存在的問題進行研究，發現存在以下問題：

1.本科實驗教學內容單一。長期以來，本科的實驗環節一直以驗證性實驗為主，按照既定的流程、機械地重復著一成不變的實驗方案，設計性和綜合性實驗嚴重匱乏，學生缺乏興趣，沒有積極性和主動性，造成實驗環節流于形式，嚴重浪費了教學資源和授課時間。

2.實驗內容缺乏必要的引導性。本科實驗設置僅按照理論課程內容進行設置，驗證理論內容，并沒有將其與工程實際相聯系，講授該部分實驗也可用于解決工程實際中的各種問題，或在什么條件下可以進行推廣；針對實驗中的現象，也僅限于對理論知識的解釋，并沒有從工程實際出發進行講解。

3.本科實驗室利用率嚴重偏低。一般專業基礎課程或專業課的實驗課時占本門課程總學時的■或更少，僅在課程后半期才進行幾個學時的實驗，其他時間均處于閑置狀態，占用大量的存放空間，造成資源浪費。且長久閑置的實驗儀器，由于疏于維護，極易出現故障，造成安全隱患。

4.本科教學實驗室不能進行知識創造。科研活動是一種基于現有知識架構進行二次知識創造的過程，而本科實驗平臺，基本上是最經典和傳統的實驗裝置，僅做知識傳承，而沒有創造新知識。因此，不能將最新的學科發展融于本科實驗教學中，不能讓同學體會到創造知識的快感。

因此，為改變本科教學實驗設備目前閑置率高、利用率低、實驗內容設置單一和試驗過程缺乏引導性等問題，促進學生的參與意識和提高積極性，有必要對傳熱學本科實驗平臺進行改造，探索其與科研活動相融合的途徑和方法。

三、實驗平臺與科研融合措施

1.模塊化實驗組合。以傳熱學三種最基本的傳熱方式為主題劃分實驗模塊，在基礎實驗平臺上探索每種傳熱方式的核心問題，分析每種傳熱方式的基本特征、測試方法，比較它們的異同，建立模塊化實驗。通過現場實驗和講解，結合課堂知識與實驗現象，加深對三種基本傳熱方式的認識和理解。

2.增加實驗耗材及基本裝備。現有的實驗設備僅能按照給定的實驗器材進行相應的實驗，屬于驗證性實驗。要擴展本科教學平臺的功能，使其為科研服務，并最大限度地激發學生的創新性想法，必然要在現有基礎上按照學生的可行性方案，在符合實驗臺測試基礎上，制備必要的耗材或添加一定數量的裝備，以完成必要的設計性實驗，提高學生的學習積極性。

3.以工程實際問題為引導，加強實驗設計。以工程認證和工程實際為導向，以解決工程實際問題為目標，培養學生從工程實際中提煉傳熱學相關問題的能力，增強分析基本傳熱學過程的能力。通過對實際問題的合理簡化，設計實驗環節和過程，并在基礎實驗室進行相應的測試，利用獲得的現象和結果分析實際工程問題，并不斷地修正實驗，以求所設計的實驗能最大可能地反映工程實際，從而培養學生發現問題、解決問題的探索能力及不盲從的創新精神。

4.以學生為中心，鼓勵學生多關注工程實際問題和生活中的傳熱學現象，養成善于觀察、勤于思考、勇于求證的良好習慣。鼓勵學生自帶課題，實驗室為學生提供全方位技術指導等服務。建設完善的專業實驗教學體系，注重培養學生發現問題、解決問題和實踐動手的能力，增強學生的科研參與意識和鉆研精神。

四、教學改革成果

通過初步改革，學生養成了善于發現、勤于思考、勇于質疑、樂于動手的學習習慣。例如，對于城市基礎建設中經常用到的挖掘機，在學習了傳熱學后，學生發出疑問，挖掘機的液壓系統使用的油箱很小，與實驗室常規的大型油箱存在很大差別，冷卻效果如何？為此，學生走進實驗室，根據華僑大學某老師的挖掘機實驗樣機經常在連續工作后出現油箱溫度過高的問題，對其液壓系統產生的熱量進行計算，并利用傳熱學設備測定了液壓油的導熱系數、液壓管路的導熱率及輻射熱量，確定了需要冷卻系統的功率，改進了原有風冷系統。經過測試，發現改進的冷卻系統能有效降低液壓挖掘機的油溫，保證了系統的安全可靠運行，獲得了老師的肯定。學生也以此課題為基礎，作為其畢業設計課題，所做工作獲得廣大老師的認可，完美地將本科基礎實驗與科研活動結合，并有效解決了實際問題。

五、結論

本文以教育工程認證和華僑大學傳熱學實驗平臺升級為契機，對實驗教學進行改革，將實驗教學與科研活動相結合，提高了學生的學習熱情，培養了學生發現問題和解決問題的能力，解決了科研中與傳熱學相關的實際問題，提高了設備的性能。實踐證明，將傳熱學基礎實驗平臺與機械工程科研相融合，是一項切實可行、值得推廣的有益經驗。

參考文獻：

[1]王文生，史曉娟，王曉敏.提高工科本科實驗教學質量的思考與建議[J].中國印刷與包裝研究，2012，04（4）：57-60.

[2]樊憲偉，李有志.研究生助教在本科實驗教學中的作用與實踐[J].實驗科學與技術，2014，12（2）：134-136.

[3]盛哲津，石嘉豪，錢潔，等.科研型技術人員參與本科實驗教學的探索與實踐[J].教育教學論壇，2016，（11）：129-130.

[4]張明，江娟.以科研為基礎滾動式拓展本科專業實驗[J].教育教學論壇，2016，（14）：265-266.

Explore of the Promotion of the Integration of the Heat Transfer Experiment Platform and the Mechanical Engineering

REN Hao-ling，MIAO Cheng，LIN Tian-liang

（College of Mechanical Engineering and Automation，Huaqiao University，Xiamen，Fujian 361021，China）

Abstract：Grasping the opportunity of the national engineer certification，for the professional basic course-heat transfer，explore the application of the basic experiments of the heat transfer in the mechanical engineering. The experiment platform is utilized to study the influence of the thermal conductivity and thermal conductivity of the materials on the heat transfer process. The influence of the heat transfer on the design，processing and maintenance of the mechanical equipment is analyzed. The students are guided to integrate the basic experiment platform with the scientific research. The teaching process is improved and enriched by the research achievements. The project practice ability，innovation and thinking capacity are strengthened and all-round developed talents are cultivated based on this research.

Key words：mechanical engineering；engineering certification；heat transfer；scientific research