石油工程專業(yè) 《傳熱學(xué)與傳質(zhì)學(xué)》教學(xué)探討

文/賈敏 楊兆中 李小剛

“傳熱、傳質(zhì)、傳動(dòng)量”在工程中統(tǒng)稱為“三傳”。《傳熱學(xué)與傳質(zhì)學(xué)》是石油工程專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，在《工程流體力學(xué)》之后進(jìn)行學(xué)習(xí)。這門課程可以說是以前所學(xué)《大學(xué)物理》、《大學(xué)化學(xué)》、《流體力學(xué)》等課程的一門綜合運(yùn)用課。該門課程的特點(diǎn)是:概念多、公式多、內(nèi)容多。筆者根據(jù)自己多年的教學(xué)實(shí)踐，分享自己的一些心得體會(huì)。

一、課堂講解，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)熱情

(一)緊密結(jié)合專業(yè)背景

傳熱傳質(zhì)現(xiàn)象不僅在生活中非常普遍，傳熱傳質(zhì)知識(shí)在石油工程中應(yīng)用也很廣泛。在課堂教學(xué)中應(yīng)突出這一特點(diǎn)，并加以應(yīng)用。

在授課過程中，將傳熱傳質(zhì)的內(nèi)容跟生活常識(shí)以及石油工業(yè)中相關(guān)應(yīng)用實(shí)例結(jié)合起來，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，加深學(xué)生對(duì)傳熱傳質(zhì)知識(shí)的理解。比如，在講傳熱學(xué)緒論部分時(shí)，首先跟學(xué)生探討生活中的一些常識(shí):為什么水燒干了之后水壺容易燒壞，為什么下雪不冷化雪冷等，然后給學(xué)生介紹石油行業(yè)中傳熱傳質(zhì)的運(yùn)用實(shí)例:油的加熱輸送、煤油汽油等石油產(chǎn)品的生產(chǎn)過程、稠油熱采等;在介紹圓筒壁溫度場(chǎng)計(jì)算的時(shí)候，可以結(jié)合井筒溫度場(chǎng)的計(jì)算;在介紹傳質(zhì)現(xiàn)象時(shí)，可以給學(xué)生介紹頁(yè)巖氣中氣體的擴(kuò)散、二元聚合物驅(qū)擴(kuò)散現(xiàn)象等。

另外，在課堂教學(xué)的過程中還可以給學(xué)生介紹石油工業(yè)中跟傳熱傳質(zhì)知識(shí)相關(guān)的一些前沿技術(shù)。比如微波在油氣開采中的運(yùn)用，酸蝕蚓孔計(jì)算中傳質(zhì)規(guī)律的運(yùn)用等。

通過跟生活中常見的現(xiàn)象和石油工業(yè)中相關(guān)運(yùn)用實(shí)例的結(jié)合，讓學(xué)生明白這門課程的重要性，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情與求知欲望。

(二)運(yùn)用類比法

類比法是傳熱學(xué)、傳質(zhì)學(xué)發(fā)展過程中重要的研究手段。在課堂教學(xué)中合理運(yùn)用類比法可以讓學(xué)生更容易理解、接受新的知識(shí)，并且能讓學(xué)生把所學(xué)的知識(shí)跟新的知識(shí)結(jié)合起來。比如在介紹傳熱過程和導(dǎo)熱過程計(jì)算時(shí)，可以先復(fù)習(xí)電學(xué)中的歐姆定律，找出電量傳遞與熱量傳遞相類似的規(guī)律“傳遞速率=推動(dòng)力/阻力”，進(jìn)而類比引入“熱阻”的概念，再介紹計(jì)算方法“熱阻分析法”。在介紹傳質(zhì)學(xué)時(shí)，也可以運(yùn)用類比法將傳質(zhì)學(xué)和傳熱學(xué)、流體力學(xué)中相關(guān)的公式規(guī)律進(jìn)行類比得到新的傳質(zhì)規(guī)律公式，比如傳質(zhì)膜系數(shù)的類比求取法。

(三)多媒體課件與傳統(tǒng)板書結(jié)合

隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，多媒體設(shè)備在課堂教學(xué)中得到了廣泛的運(yùn)用。多媒體課件可以實(shí)現(xiàn)聲音、文字、圖像、動(dòng)畫等的展示，跟傳統(tǒng)的板書相比，它具有圖文并茂的特點(diǎn)，可以使課堂教學(xué)更加生動(dòng)具體，吸引學(xué)生的注意力，提高學(xué)生對(duì)傳熱傳質(zhì)過程的認(rèn)知，提高課堂效率。

但是多媒體教學(xué)也有其不足之處。如果僅僅結(jié)合多媒體講解，學(xué)生可能會(huì)抓不住這堂課的重點(diǎn)，對(duì)課堂教學(xué)的內(nèi)容印象不深刻，思路不清晰。老師在課堂教學(xué)中還應(yīng)該在黑板上總結(jié)出這堂課的內(nèi)容、要點(diǎn)，供學(xué)生復(fù)習(xí)參考。另外，在講解一些重要公式的推導(dǎo)和應(yīng)用時(shí)，如果只是通過多媒體課件進(jìn)行展示的話，學(xué)生很容易“坐飛機(jī)”，對(duì)公式的推導(dǎo)和應(yīng)用過程聽不懂。因此，在進(jìn)行重要公式推導(dǎo)時(shí)，應(yīng)采用在黑板上進(jìn)行推導(dǎo)講解的方法，幫助學(xué)生理解，加深印象。

傳統(tǒng)的板書和現(xiàn)代的多媒體教學(xué)各有長(zhǎng)處。在課堂教學(xué)中，應(yīng)該將兩者有機(jī)結(jié)合，既要做到課堂教學(xué)生動(dòng)具體，又要使學(xué)生能夠真正掌握所學(xué)的知識(shí)。

二、課外作業(yè)，發(fā)揮學(xué)生主觀能動(dòng)性

在完成課堂教學(xué)之外，結(jié)合石油工程專業(yè)的特點(diǎn)，布置科研小論文，激發(fā)學(xué)生的求知欲，充分發(fā)揮學(xué)生的主動(dòng)學(xué)習(xí)性。讓學(xué)生充分利用圖書館和網(wǎng)絡(luò)資源，查取相關(guān)文獻(xiàn)。學(xué)生一般分成10人一組，根據(jù)自己的興趣，結(jié)合專業(yè)特點(diǎn)，選取傳熱傳質(zhì)知識(shí)在石油工程中某一相關(guān)領(lǐng)域的應(yīng)用來完成小論文。比如，有的小組選取的是《注蒸汽過程中井筒溫度的分布》，有的小組選取的是《酸化壓裂過程中傳質(zhì)現(xiàn)象的研究》等。

另外，筆者還結(jié)合所在科研團(tuán)隊(duì)的實(shí)際，讓學(xué)生根據(jù)自己的專業(yè)知識(shí)和興趣愛好參與了一些科研實(shí)驗(yàn)，比如《前置液酸壓酸液指進(jìn)實(shí)驗(yàn)》等。

通過讓學(xué)生將所學(xué)的傳熱傳質(zhì)學(xué)知識(shí)真正應(yīng)用于石油工程的具體實(shí)例中，不僅能夠鞏固所學(xué)的知識(shí)，還能加深學(xué)生對(duì)石油工程專業(yè)的了解，激發(fā)學(xué)生“學(xué)石油、愛石油”的熱情。

三、實(shí)驗(yàn)設(shè)置，提高學(xué)生動(dòng)手能力

實(shí)驗(yàn)一直是科學(xué)研究的重要手段。通過開設(shè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)課，不僅可以提高學(xué)生的動(dòng)手能力和實(shí)踐能力，還可以培養(yǎng)學(xué)生在專業(yè)領(lǐng)域的創(chuàng)新意識(shí)和探索能力。

我們開設(shè)了2個(gè)必修實(shí)驗(yàn)，分別是《自然對(duì)流換熱實(shí)驗(yàn)》與《換熱器實(shí)驗(yàn)》，共4個(gè)學(xué)時(shí)。在此基礎(chǔ)上，我們還開設(shè)了《強(qiáng)迫對(duì)流換熱實(shí)驗(yàn)》、《二維溫度場(chǎng)電模擬實(shí)驗(yàn)》、《噴管實(shí)驗(yàn)》、《理想氣體比熱比測(cè)定》等4個(gè)開放性實(shí)驗(yàn)。學(xué)生可以根據(jù)自己的興趣與時(shí)間安排，與實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心預(yù)約進(jìn)行開放實(shí)驗(yàn)。

在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，加大了學(xué)生對(duì)預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)的要求。在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)之前，學(xué)生必須首先掌握實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹⒃淼葍?nèi)容。比如在自然對(duì)流換熱實(shí)驗(yàn)進(jìn)行之前，學(xué)生必須了解實(shí)驗(yàn)測(cè)定自然對(duì)流換熱系數(shù)的方法和原理、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理方法、實(shí)驗(yàn)中可能存在的誤差以及預(yù)期的結(jié)果等，在進(jìn)行該實(shí)驗(yàn)課時(shí)，老師會(huì)提一些跟實(shí)驗(yàn)相關(guān)的問題以考察學(xué)生預(yù)習(xí)情況，并將學(xué)生的預(yù)習(xí)情況跟實(shí)驗(yàn)操作、實(shí)驗(yàn)報(bào)告一起作為實(shí)驗(yàn)成績(jī)的組成部分。

四、結(jié)束語

教師是課堂教學(xué)的組織者和實(shí)施者。教師通過合理的教學(xué)方法和手段有效地組織課堂教學(xué)，能夠使學(xué)生掌握傳熱傳質(zhì)學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí);結(jié)合專業(yè)特色，通過課外科研小論文的撰寫與實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生得到了進(jìn)一步的訓(xùn)練，提高了教學(xué)效果，充分發(fā)揮了學(xué)生的主觀能動(dòng)性，還提高了學(xué)生的科學(xué)研究能力。