“制冷技術與節能”研究生課程建設與思考

何國庚++李嘉

摘 要：課程建設是教學質量提高的基礎。文章從制冷技術與節能課程的發展歷史與作用入手，分析了新形勢下，制冷技術與節能課程所面臨的問題，并以華中科技大學為例，提出了加強制冷技術與節能課程建設的措施。

關鍵詞：研究生；制冷技術與節能；課程建設

中圖分類號：G643 文獻標識碼：A 文章編號：1002-4107（2015）06-0026-03

研究生教育是我國高等教育體系中的最高層次，是我國高等教育綜合實力和整體水平的直接反映。我國研究生教育興起于20世紀初，但直到1949年，僅畢業了200多名研究生。新中國成立后，研究生教育有了一定的發展，但仍然處于小規模、低水平的發展狀態，1950年到1965年的16年間，共招收研究生2.3萬人。1966年后由于“文化大革命”的原因，研究生教育中斷長達12年。

我國研究生教育的發展，是在1978年恢復研究生招生制度以后。1978年至1999年的22年間，累計招收研究生77.3萬余人。1999年以后隨著我國經濟的高速發展，研究生教育進入了一個前所未有的超常規發展時期。僅2013年，我國研究生的招生規模就達到了60.8萬人，接近1978年至1999年22年招生總數的80%。

這種研究生教育的超常規發展，雖說也達到了某些初衷，產生了多方面的積極意義，但是，數量上的急劇增長也帶來了許多問題和矛盾，尤其是研究生的培養質量不容樂觀[1-3]。加之中國的研究生教育由于歷史的原因，本來基礎就比較薄弱，條件也相對欠缺，這就加劇了這些問題和矛盾可能帶來的消極后果。

研究生的培養過程涉及到許多方面，其中課程建設是教學質量提高的基礎，教學質量的提高又是人才培養的關鍵。這里就華中科技大學研究生課程制冷技術與節能的建設與思考談點自己的體會。

一、制冷技術與節能課程的發展歷史與作用

（一）制冷技術與節能課程的發展歷史

我國制冷及低溫工程專業研究生的培養始于上世紀60年代初，但由于文化大革命的原因，制冷及低溫工程的研究生教育剛剛起步就戛然而止。文化大革命結束后，1978年才又重新恢復研究生培養。華中科技大學制冷及低溫工程的研究生培養也同步開始，并于1981年獲得制冷及低溫工程專業碩士學位授予權[4]。

在學校制冷低溫工程專業研究生培養初期，制冷技術與節能主要針對當時我國制冷技術開始起步，僅在本科專業教學內容的基礎上略微提高，確定以制冷新理論、混合工質節能研究以及當時剛剛開始應用的旋轉式壓縮機和渦旋式壓縮機的理論與性能為主要教授內容。1987年聯合國關于臭氧破壞物質的《蒙特利爾議定書》獲得通過，制冷技術與節能的內容逐漸淘汰混合工質的內容，而代之以CFCs物質的淘汰，尤其是電冰箱用R12的制冷劑替代技術與節能技術。同時由于制冷劑環保性能和多能源驅動的優勢，吸收式制冷技術蓬勃興起并逐漸壓縮已經日漸成熟的旋轉壓縮機技術和渦旋壓縮機技術的內容。進入21世紀后，全球變暖的趨勢使得具有較高全球溫室氣體潛能值（GWP）的制冷劑受到擠壓，新型更環保的制冷劑研究日漸興起，空調器與電冰箱的能耗標準越來越高，儲能技術與可再生能源的利用等都對制冷技術與節能課程的教學產生了沖擊。

（二）制冷技術與節能課程的作用

制冷技術與節能課程針對制冷及低溫工程專業中的普冷技術，與早期針對低溫技術的低溫傳熱學課程一起構成了學校制冷及低溫工程專業研究生教育的兩門專業必修課程。制冷技術與節能課程是建立在熱力學、傳熱學、制冷原理與裝置等課程的基礎上，也就是學生們在掌握了熱力學和傳熱學理論，獲得人工制冷的基本原理和循環特性的知識，具有制冷循環分析和計算能力，獲得有關制冷設備方面的知識和相應的分析和計算能力的基礎上，通過制冷技術與節能課程的學習，需要進一步掌握制冷循環新理論、制冷劑替代新進展、冰箱空調的新要求及其節能措施以及二氧化碳制冷技術、最新蓄冷技術、高效吸收式制冷技術、太陽能等可再生能源在制冷空調中的應用技術等，既要拓寬學生的知識面，又要培養學生的理論與應用能力，這對于培養既具有寬廣知識面、適應能力強，又具備良好的專業知識和技能的高水平、有創新精神的優秀學生具有舉足輕重的作用。

二、制冷技術與節能課程教學面臨的問題

（一）研究生數量急劇增多

在學校開始招收制冷及低溫工程專業研究生初期，每年招收的研究生數量均只有幾個人。由于人數少，課程教學一直都是采用課堂教學、課堂討論、專題講座及討論等方法，互動性比較強，學生參與度也比較高。后來隨著1999年后全國研究生教育進入一個超常規發展時期，加上除了與原來相同的學術性碩士研究生外，近年來又增加全日制專業型研究生的招生，使得學校制冷及低溫工程專業的研究生數量每年都在30人左右，已經是一個班的規模，從而對原有教學方式帶來沖擊。

（二）研究生來源不同，知識背景差異大

由于招生人數的增加，本專業的研究生來源除主要為本校畢業的學生以及其他相類似的重點高校的畢業生外，也開始有一定數量的二本甚至是三本院校的畢業生考入。雖然這些學生大部分來自于熱能與動力工程專業制冷與低溫方向，但也有一部分學生來自于建筑環境與設備專業。另外還有一些其他專業的研究生將這門課程作為選修課程。除了應屆本科畢業生外，也有一些參加工作數年后再來讀研究生的。由于研究生的來源不同，學科背景也有一定差距，對本課程相關的基礎知識掌握程度也都存在一定的差異，從而也為本課程的教學帶來一定的難度。

（三）學科發展迅速，缺乏適合教材

制冷技術與節能課程主要面向制冷空調技術。隨著我國改革開放的進行，制冷空調行業走上健康發展的軌道，進入1990年代以后，整個制冷空調迎來了高速增長的發展階段。現在我國已經躋身于世界制冷空調設備制造大國之列，多項產品產量已穩居世界第一的位置，部分技術處于世界領先地位。這些都表明，制冷空調行業已經成為我國裝備工業的有生力量和國民經濟的重要組成部分。另一方面，全球的制冷空調技術在近三十年中也取得了長足發展，如制冷劑替代從最初的CFCs淘汰，到HCFCs的淘汰，再到目前HFCs的限制使用，自然制冷劑的重新興起；國際社會也從最初的只重視破壞臭氧層物質的淘汰，到臭氧層與溫室氣體效應并重，形勢發展錯綜復雜，各方利益博弈激烈，新的技術層出不窮；制冷換熱器、制冷系統、制冷壓縮機也都取得巨大進步，難以有一本教材能夠跟上，即使是一些專著，也是在出版兩三年就已經落后。近些年，制冷劑的替代發展日新月異，自然工質與新出現的HFOs類工質及各種混合物，由于其0ODP、低GWP受到世界各國的廣泛重視，研究力度也大大加強，涌現了很多新技術和新的研究方向。這就需要結合現在最新研究成果對教學內容進行調整與改革。

三、加強制冷技術與節能課程建設的措施

（一）精選教學內容

在我國恢復研究生教育初期，我國的制冷技術尚處于發展起步階段，制冷技術與節能課程的內容僅限制在一個很窄的范圍里。經過改革開放三十多年的發展，我國的制冷界與國際制冷界實現完全接軌，并且在亞洲國家中首次成功承辦國際制冷大會。現在我國已經成為全球最大的制冷空調產品生產國，部分產品已近處于國際領先水平，空調器和電冰箱的產量已經分別占全球產量的近80%和近70%。同時制冷空調的研究與應用領域的不斷擴大，新的制冷理論與方法、制冷劑的替代與應用、壓縮機的新結構新理論與高效化、換熱器的新結構與強化傳熱理論與方法、制冷系統的優化匹配與仿真、吸收式與吸附式制冷系統的研究與應用以及可再生能源在制冷空調領域的應用研究等等，每一個方面都涉及到許多內容，由于課時的限制，全面講述制冷空調的所有知識是不現實的，或者只能對每個方面做一個簡單的進展介紹。因此合理選擇制冷技術與節能的教學內容對于研究生掌握必要的專業知識具有重要意義。針對目前制冷空調技術與行業的發展現狀和研究生就業去向，節能與環保已經成為制冷空調技術的核心發展方向，空調器、電冰箱在制冷空調行業中占據2/3的份額，且其能效標準還在不斷提高，因此我們在兼顧研究生來源不同、知識背景有差異而概述制冷技術的基本理論的基礎上，確定制冷技術與節能的核心內容為制冷劑替代與應用技術、空調器節能技術與電冰箱節能技術，同時兼顧新的制冷理論與方法、工商制冷中的最新技術以及可再生能源的應用，使學生不但了解制冷空調的未來發展，更重要的是掌握當前制冷空調技術主流發展的狀況，使學生獲得最大收益，以便更好地適應社會的需要。

（二）緊盯學科發展前沿

制冷空調技術和制冷空調行業在近三十年來，接連遇到了與人類生存直接相關的大問題。首先是臭氧層破壞問題。研究表明，過去制冷空調中常用的CFCs和HCFCs物質是破壞臭氧層的罪魁禍首，1987年通過的關于破壞臭氧物質的《蒙特利爾議定書》明確提出了在制冷空調設備中淘汰和禁止使用CFCs和HCFCs制冷劑，并在2007年全球實現淘汰CFCs物質的同時，又達成了比原計劃提前10年淘汰HCFCs的目標。另一方面全球變暖對人類的威脅也使得關于氣候變化的《京都議定書》于1997年得以通過。在《京都議定書》中，曾經作為CFCs和HCFCs物質替代物的HFCs類物質，由于其較高的全球溫室氣體潛能值（GWP）而被列為限制使用的物質名單中。包括美國在內的一些國家從2009年開始相繼在《蒙特利爾議定書》工作組會議上提出議案，要求將HFCs類物質納入《蒙特利爾議定書》的管制范圍予以限制和淘汰。一些國際標準也相繼進行修訂，將可燃制冷劑納入制冷空調允許使用的范圍。這些都將對整個制冷空調行業產生巨大影響，并對制冷空調技術提出更高的要求。我們在進行制冷技術與節能的課程教學時緊盯當前學科的最新發展，隨時將最新的發展動態、最新的技術成果納入教學內容，并且緊跟空調器和電冰箱能耗標準，及時介紹空調器、電冰箱節能技術的進展、方法、措施以及未來的走向，使學生在課堂上學的知識與實際同步，并略有超前。同時注意結合教師的研究項目及其研究結果講解相關內容，努力提高教學的實用性、生動性和靈活性，以使研究生們能夠盡早了解、適應實驗室的研究，有效地將教學與科研有機結合起來。

（三）堅持理論與應用并重

制冷技術與節能課程不僅針對制冷及低溫工程專業的研究生，部分工程熱物理和流體機械的研究生也將其作為選修課程。作為一門應用技術的專業課程，教給學生的不僅是一項應用技術的知識，更是一種研究方法。因此，這門課程教學不僅要傳授原理知識，更重要的是通過教學，讓學生學會思考問題、解決問題的方法，做到學以致用。我們在教學中堅持以基礎知識和基本原理為先導，在讓學生了解、掌握制冷的基本理論、節能的基本方法和措施的基礎上，著重介紹如何運用所學知識來解釋、解決制冷空調技術研究中出現的現象，遇到的問題。從傳熱強化的基本原理到制冷換熱器的強化傳熱、從壓縮機的基本原理到壓縮機的高效化，從制冷系統的基本構成到制冷系統的優化匹配，從部件到系統深入分析制冷空調的節能方法與措施。同時引用自己和同行工作中的研究經驗，使學生更容易理解、掌握應用方法，深入了解其具體應用并能夠加以拓展。

（四）改革教學方法，建立合理的考核方式

1.采取靈活的教學方法，充分利用多媒體教學

在授課時為使學生能夠抓住重點，用最短時間學到對自己有用的知識，我們根據不同的內容需要、學生的接受程度，把教學內容分為精講內容和簡單介紹內容。只講基本的、關鍵的內容和前沿知識以及在科研實踐中典型的應用實例；同時，適當地留下一些問題，給學生一個討論和思考的時間，以便于學生能夠更深入地理解相關知識。針對課程教學中存在的從原理系統到組成設備再到實際系統和裝置的過渡問題，為使學生能更好地理解復雜的系統、設備、裝置及其工作過程，我們設計了完整的電子課件，借助于動畫和多媒體技術來豐富課程內容和表現形式，將過去因沒有實物對象或由于實物過于復雜而難學的抽象工作原理、復雜的設備結構具體化、形象化，加深學生的理解。同時，對多媒體教案和課堂應用進行研討完善，努力將生動講述、形象投影、直觀演示、啟發思考、活躍課堂有機結合起來。

2.建立合理的課程考核方式

考核是一個重要的教學環節，直接反映學生學習成果與教師的教學質量。建立合理的考核方式，可以準確地反映學生對課程的了解、掌握程度，幫助教師準確地掌握課程教學效果和改進方向。本課程成績的考核目前主要從課堂表現和課程論文兩方面來進行考核。并在課程開設之初即告知學生，使其對各個部分都引起足夠重視。課堂表現主要是從到課率、問題回答與分析來實時了解學生的學習情況，提高課堂的學習效率；課程論文則是要求學生根據課程教學內容，結合自己的研究內容撰寫綜述性論文。從目前的效果看，本課程的課程論文為研究生進入課題研究的開題報告的撰寫階段的論文查閱、文獻綜述、研究目標的制定和研究方法的確定奠定了扎實基礎，取得了良好的效果。

四、關于制冷技術與節能課程建設的思考

綜上所述，我們在制冷技術與節能課程的教學過程中得到一些啟示和經驗，在教學中以拓寬學生知識面、掌握必要的研究方法與手段、了解本學科研究前沿為目的，做到精選教學內容，兼顧理論與應用并重；教學內容要反映制冷空調技術的最新進展；教學方式要靈活并充分發揮多媒體教學的優勢。上述教學理念已在并將在以后的教學中繼續起到一定的指導作用，以提高制冷技術與節能課程的教學質量，從而有利于培養高質量的研究生。

盡管本課程建設取得了一定成效，但由于目前條件的限制，還存在著一些可以通過努力來進一步提高教學質量的方面，其一是適當增加一些的實驗環節，培養學生的實際動手能力，提高學生在制冷空調方面的實驗技能；其二是在課時允許的情況下適當增加課堂專題討論內容，進一步加強與學生互動，了解學生的學術需求，力爭通過課程的教學實踐讓學生學有所用。

參考文獻：

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