传热学实验教学的一些探讨与思考

传热学实验教学的一些探讨与思考

赵宇含 陈煜

上海工程技术大学 机械与汽车工程学院 上海 201620

摘要：为了更好的对学生进行综合素质教育与工程实践能力培养，增强学生综合能力和创新能力，本文分析了上海工程技术大学能源与动力工程专业“传热学”实验教学中存在的问题，对如何进行改进做了一些探讨。提出了几方面的实验教学改进办法，如改进课程的设置、实验教学的组织与方式和考核方法的优化等。

关键词： 传热学 实验教学 能源与动力工程 教学探索

一、引言：

传热学是能源与动力工程专业非常重要的学科基础课，也是能源与动力工程专业的核心课程。通过本课程的学习，应使学生获得热量传递规律的基础知识，具备分析工程传热问题的基本能力，掌握计算工程传热问题的基本方法及一定的实验技能，不仅为学生学习有关的专业课提供基本的理论知识，而且也为以后从事热能的合理利用、热工设备效能的提高及换热器的设计等方面的工作打下必要的基础。

实验教学内容在整个传热学课程中具有很重要的地位，一些抽象概念可以通过实验的手段加以展现，起到加深学生对课堂理论教学内容的理解的作用；同时实验教学也能起到锻炼学生实践动手能力的作用。另外，学生通过自己实测的实验结果与利用经验公式得到的结果进行对比分析可以扩展学生的创新性思维，锻炼学生如何灵活应用专业知识和进行探究性学习的能力。上海工程技术大学能源与动力工程系承担着传热学理论和实验教学任务，该课程日趋完善，一般在第四学期开课，总课时48学时，其中理论课时46学时，实验教学2个学时。

二、课程实验教学中的问题

热学课程教学中普遍存在着问题，有很多学者都对此进行了有益的探索和研究^[1,2]。而其中重要的实验教学方面，目前在我校传热学课程教学中存在的主要问题有以下几方面。

1. 实验开设的时间与理论教学不匹配

由于组织机构的原因学生的实验内容由专门的实验老师进行指导完成，学生则在进行实验时一般以分批次的形式进行。因此会导致学生在进行实验内容时，相关的传热学理论内容部分已经讲授完成比较长的时间，实验的进度与理论内容的进度出现了脱节。实验老师在学生做实验前得重新带学生回顾一番需要的理论知识内容，再讲解实验的目的、原理、步骤。

2. 实验内容和形式比较简单

传热学课程的主体内容主要围绕以下几部分展开：热传导问题、热对流及对流换热、热辐射及辐射换热问题、传热过程和复合传热问题^[3]。而本专业的传热学课内实验教学内容主要围绕对流传热问题开出：自然对流换热系数的测定。通过实验使学生了解对流换热系数的测定方法，熟悉壁面温度等热工参数的测量方法，了解热电偶测温原理，掌握实验数据的处理、实验结果的整理方法，了解平板自然对流换热时的换热规律。从学生所展开的具体实验操作和数据分析工作内容上来看，是都比较简单的。实验指导老师会详细讲解实验目的、实验原理、实验设备、实验步骤、数据记录与处理、注意事项、思考题等方面的内容。包括实验仪器的准备调试与预加热等内容都是提前准备完毕的，在实验过程中学生自己动手的过程较少，尤为关键的是缺少对学生自主设计一个可行的实验过程的锻炼。同时学生按照现成的步骤完成试验后，只需要把测量数据填入统一设计好的数据记录表格当中即可，对实验数据进行分析整理方面的能力也没有多大的帮助和提高。这种较为传统的实验教学方式使得学生过于依赖指导教师，同时很大程度的抑制了学生的自主性。

3. 实验成绩考核机制不完善

学生的实验成绩主要通过学生递交的实验报告来进行考核，这种成绩评价的形式过于单一。如此形成的分数不能真实全面地反映学生的综合素质和动手能力。而且各个实验小组的实验报告内容比较趋同，也不能反映出各个学生水平的差异化。作为实验教学的一个重要环节，实验成绩评价需要更加科学合理的机制来对学生进行全面的素质和能力考查。

三、 传热学实验教学改革探讨

① 实验课开设时间合理设置

对于实验教学时间与理论教学的进度不匹配问题，由理论授课老师和实验老师共同修改教学方案，将二者的时间安排加以调整以求达到一致。同时在实验进行之前由理论授课老师在课堂上进行相关实验理论部分内容的强化，由此引申出联系实际的理论应用问题，引导学生自主思考、设计简单的合理的实验方案。学生进入实验室后可以将自己设计的方案与实验老师的完善的方案进行对比与分析，从而调动学生动手实践的兴趣。学生在此过程中会针对自己在实验方案设计中遇到问题不断巩固自己的专业知识。针对同一个实验目的，可以让学生探索更多的可实现途径，培养提高学生的创新思维能力。

② 增设综合性实验内容

本专业传热学课内实验现有内容比较单一，主要针对的是对流传热问题中的自然对流传热。未能体现出实际工程传热问题中的复杂性和综合性。在借鉴开设同类课程的学校的经验的基础上^[4]，拟对本专业的传热学课内实验内容进行改革。比如在已有的传热学实验装置基础上改进设计新的传热学实验内容：具有对流换热条件的伸展体传热特性实验，平板稳态导热法测定板状物质的导热系数实验等。也可依托本系的太阳能-地热能耦合供热系统，利用太阳能光热系统的实验测量仪器仪表，将太阳能平板集热器和真空管太阳能集热器的热效率测定实验引入到本科实验内容中来。并将实验内容与理论教学中的热传导计算、自然对流换热计算和太阳能辐射换热计算结合起来，引导学生思考和设计合理的实验方案。

③ 改进实验成绩评价机制

完全根据学生的实验报告来评价实验成绩的模式比较单一和片面。实验过程包括了预习、实验操作环节和课后的实验报告书写过程，仅仅从报告的质量出发，不能起到良好的督促学生做好实验准备的作用。而且也容易造成学生的惰性，忽视实验的实操环节。为此可将实验的总评成绩分为三个部分：实验出勤情况（20%）、实验操作过程表现情况（60%）和实验报告的质量情况（20%）。其中实验操作过程情况所占成绩比重最高，除了积极参与，自己动手，互相配合等基本的实验要求外，其中还包含了加分项：是否具有较高的综合实验能力，是否能够将所学的理论知识应用到实际环节，提出新颖合理的实验方案等方面。客观全面的评价机制有助于调动学生参与实验的主动性和积极性，让学生自发的结合自己所学的理论知识进行拓展应用，对综合素质更高且具有钻研精神的学生更具有公平性。同时为充分发挥学生学习的主观能动性，对于实验报告的质量评分中可以考虑“附加项”，实验指导教师可鼓励学生对实验过程进行合理的优化，在实验过程中遇到的新的问题开展讨论后记录下来，丰富实验报告的内容，获得加分。这样也可以加深学生对相关传热学理论知识的掌握。

四、结语

只有真正激发学生对实验实践的兴趣，让每个学生在实验中都能发挥自己的作用，并鼓励学生自主学习、自主设计、自主创新，才能使传热学实验教学取得更好的效果。从而提高和增强学生的创新能力和工程应用能力，为学生适应未来技术和行业发展建立良好的基础。

参考文献:

［1］张俊霞,赵红星.基于应用技术型人才培养的传热学课程建设探索［J］.中国电力教育,2014(34):105-106.

［2］赵金秀.提高传热学课程教学效果的方法研究与实践［J］.高等建筑教育,2017,26(4):90-93.

［3］杨世铭，陶文铨．传热学（第四版）［Ｍ］．北京：高等教育出版社，2006.

［4］许亚敏.传热学实践教学改革［J］.实验室研究与探索,2017,36(5):196-198