傳熱學課程中實驗與理論教學高效結合的探索

高虹 包道日娜

[摘 要] 針對目前傳熱學課程教學過程中實驗和理論教學中存在的問題，對如何使實驗教學與理論教學高效配合進行了探索。首先是教學時間上，理論教學與實驗教學緊密結合，其次從理論教學上，以綜合實驗為研究內容，貫徹到理論教學的每個部分，從始至終形成體系;最后在評價體系上加大實驗與理論的結合。

[關鍵詞] 理論教學;實驗教學;傳熱學

[作者簡介] 高 虹（1972—），女，內蒙古呼和浩特人，工學博士，內蒙古工業大學能源與動力工程學院副教授，主要從事熱利用及傳熱? ? ? 傳質強化技術的研究;包道日娜（1976—），女（蒙古族），內蒙古興安盟人，工學博士，內蒙古工業大學能源與動力工程學院? ? ? 教授，主要從事風力機技術的研究。

[中圖分類號] G642.0 ? ?[文獻標識碼] A ? ?[文章編號] 1674-9324（2020）34-0205-02 ? ?[收稿日期] 2019-11-24

一、引言

從國家教育部發出“關于進一步深化本科教學改革全面提高教學質量的若干意見”以來，各個高校在教學上都開展了相關的探索和研究。面對新形勢下的教學需求，如何提供符合時代需要的課程體系和教學內容，將理論教學與實踐性教學高效的結合，培養適應社會發展需求，具有更高的綜合能力的學生是每個學校和老師面臨的問題。

傳熱學是一門專業技術基礎課，通常包括理論教學和相應的實驗教學。以我校傳熱學課為例，在第5學期開課，總學時64個，其中理論教學58個學時，實驗教學6個學時。傳熱學課程的基本內容大致可以分為導熱、對流換熱、輻射換熱和傳熱綜合分析四部分，傳質過程分析在學時減少的情況下，都刪去不講。因此對應著導熱、對流和輻射換熱分別開出了三個2個學時的實驗。這三個實驗基本屬于演示性實驗，實驗系統搭建完善，實驗老師教給學生如何操作后，只需學生記錄儀表的數據和對實驗數據處理，完成實驗報告即可。在實驗過程中學生主動思考，動手的機會少，更別提針對一些具體的傳熱問題來設計實驗方案。這樣即使將來學生遇到實際問題，也沒有系統的解決問題的理論能力和動手能力。當今社會的發展需要的是全面發展、動手能力強的學生，只會做題的學生是不受歡迎的。為了適應社會發展需求，各學校都對本科傳熱學課程從理論教學和實驗教學上進行相關內容的改革[1-3]，從而提升學生素質和能力。

二、課程教學中存在問題

傳熱學課程教學中存在的問題是普遍的，相關的學者對此都做了深入的研究和改革[2，3]。從這些文獻來看，對于理論教學的改進和實驗教學改革進行了深入的探討，但從教學安排、教學內容上如何將兩者協調的研究還較少見報道。因此針對我校的實際情況，對傳熱學的理論和教學進行了初步的改革和探索。目前在我校傳熱學教學中存在的主要問題有以下幾點。

（一）理論教學與實驗教學脫節

由于學校組織機構的原因，我校理論教學老師是不帶實驗教學部分的，有專門的實驗老師開設實驗教學。因此實驗的開設通常與理論教學的進度不一致。為此，學生在做實驗前，實驗老師得重新將理論講一遍，再講解實驗原理和具體操作方式。同時實驗開設時，可能有些實驗的相關理論內容已經講完，而有些實驗的基礎理論還沒有講。造成實驗進度與理論教學進度的脫節。

（二）實驗內容簡單

目前我校開設的傳熱學實驗分別是：“圓球導熱儀測定黃砂導熱系數實驗、強制對流管外換熱實驗、角系數測定實驗和鉑絲表面發射率測定實驗”，分別對應著熱傳導、對流換熱和輻射換熱的理論教學部分。從實驗內容上看都比較簡單，作為初學者是合適的。因為實驗臺架已調試安裝好，所以導致在實驗過程中學生并不需要很多動手過程，可能只要看測試儀表就可。學生做實驗是被動的，自己思考、自己動手的機會很少。另外當傳熱學基本理論學完后，缺乏對應于傳熱綜合應用的綜合性實驗。

（三）理論考試與實驗內容無關

目前我校的傳熱學理論考試試卷主要由填空題、選擇題、簡答題和計算題部分組成，比較偏重于基本理論、概念和最簡單的計算過程。基本都是客觀性試題，主觀性試題很少。所做的實驗內容基本不會出現在考試試卷中。實驗過程中所培養的能力只能通過實驗報告來檢驗，比較單一。

三、理論教學與實驗教學相輔相成

（一）適時開設實驗課程

針對理論教學與實驗教學脫節的問題，修改理論教學日歷和實驗教學日歷，將兩者在時間上匹配。同時與實驗室老師溝通，實驗理論部分在課堂上都以問題的形式開展教學和討論，讓學生做出初步的實驗方案。學生帶著自己的實驗方案進實驗室，與實驗老師的完善方案對比分析，然后再進行實驗操作與測試。這樣學生的主動性調動起來了，同時對于實驗與理論之間的區別認識得也更加深刻。

（二）增加綜合性傳熱實驗

學校現有的傳熱學實驗比較單一，缺乏綜合能力的培養。針對實際傳熱現象的復雜性，有些學校也改變了相關的實驗內容取得了很好的教學效果[4]。為此我校也對于實驗內容進行了改革。因為學校里研究太陽能光熱利用的老師較多，所以測試太陽能光熱系統的實驗儀器和實驗系統完善。基于此，將太陽能集熱系統熱效率實驗引入本科傳熱實驗教學。在理論教學中，從導熱部分計算平板集熱器吸熱板最高溫度，到集熱管內水的流動換熱和集熱板外表面與空氣的自然對流散熱計算和分析，再到集熱器吸收太陽能輻射能的計算，一步步將平板集熱器的傳熱過程深入分析，建立平板集熱器傳熱數學理論模型。最后引入平板集熱器熱效率實驗，這時在完整的理論基礎上，讓學生考慮如何利用實驗設備去實現相關的測試，做出實驗方案。此時讓學生進實驗室認識實驗設備和系統，學生對整個系統從理論到實驗都有了清晰的認識，并且也激發了學生探索的興趣。

（三）評價體系的改革

傳熱學課程最終成績以80分卷面考試成績、10分實驗成績和10分平時作業成績組成。改革后將實驗成績提高到15分，平時實驗方案的制定作業算在平時作業成績中，理論卷面考試中適當加入主觀實驗題，這類題沒有標準答案，只要學生提出的想法，有理有據就給滿分。評價體系的改革使得學生更加注重平時傳熱學整體系統的學習和思考，而不是以前的死記硬背概念和計算題。

四、結語

通過理論教學與實驗教學的高效結合，首先使得理論教學老師的教學更加體系化，以太陽能集熱器為主線將傳熱學分散的理論部分最終結合起來，教會了學生如何從基礎理論上整體考慮實際問題，建立數學模型。其次理論課堂與實驗理論部分的有效結合，使得學生進入實驗室時對于所做實驗是明確的，并形成了自己的看法，通過實驗操作驗證自己的理論正確性，提升了學生綜合應用知識解決實際問題的能力。

參考文獻

[1]李廣華，李華彥，于靜博，等.“傳熱學”課程實踐性教學環節的探索[J].中國電力教育，2010（13）：139-140.

[2]張俊霞，趙紅星.基于應用技術型人才培養的傳熱學課程建設探索[J].中國電力教育，2014（34）：105-106.

[3]趙金秀.提高傳熱學課程教學效果的方法研究與實踐[J].高等建筑教育，2017，26（4）：90-93.

[4]許亞敏.傳熱學實踐教學改革[J].實驗室研究與探索，2017，36（5）：196-198.