《熱工學》在木材科學與工程專業中的定位、困境及對策

【摘要】《熱工學》課程是木材科學與工程專業的專業基礎課，本文詳細分析了該課程在木材科學與工程專業中的地位和作用，教學過程中面臨的困境以及相應的對策。

【關鍵詞】木材科學與工程；熱工學；地位；困境；對策

【中圖分類號】S781-4；G642.4 【文獻標識碼】B 【文章編號】2095-3089（2017）17-0016-02

《熱工學》又稱《熱工基礎》、《熱工原理》或《熱工基礎及應用》，基本內容是工程熱力學、傳熱學及其主要的熱工設備。工程熱力學的主要內容是熱力學基本概念、熱力學第一/二定律、理想氣體和水蒸氣的性質及熱力過程；傳熱學主要內容是熱量傳遞的三種基本方式（導熱、對流換熱和輻射換熱）；熱工設備部分主要包括動力循環裝置、制冷循環裝置和換熱器[1]。對于能源類專業的學生，熱工學中的工程熱力學和傳熱學通常會單獨開課，并且設置62學時以上的課時數。然而對于大部分非能源類專業的學生而言，一般把工程熱力學和傳熱學結合起來，安排32學時課時數[2]。

對于木材科學與工程專業，熱工學是一門專業基礎課，主要為人造板工藝學和木材干燥學等涉及能源利用和轉化的專業核心課程服務。然而，基于當前本科教學課程設置重基礎、重實踐的指導原則，許多專業基礎課、專業選修課的都受到了沖擊，專業對此類課程的重視程度逐年下降，課時數不斷減少，學生難以理解該課程對于其專業核心課程學習的重要性。因此，結合自身的多年熱工學教學經驗，本文詳細的分析了熱工學課程在木材科學與工程專業中的地位、面臨的困境及擬采取的對策。

一、熱工學課程在木材科學與工程專業中的地位和作用

木材科學與工程專業主要培養學生掌握木材學、木材干燥和加工、木制品及家具生產技術加工和利用、人造板工藝、木質產品加工設備等相關基礎理論和專業知識，在其課程體系中會涉及較多的能量利用和轉化、熱量傳遞和熱能設備等相關問題，此類問題都與熱工學的課程內容密切相關。木材干燥學課程涉及到較多的熱能利用問題，包括干燥介質的選擇、生產和輸送；木材在干燥過程中的傳熱和傳質基本特性；干燥窯保溫材料的選擇及熱量的高效利用等。人造板課程同樣涉及較多的熱能利用問題，包括纖維板、刨花板和膠合板熱壓過程中傳熱介質的選擇、熱壓過程所需能量大小和能量利用效率、能量在人造板的熱壓過程中的傳輸特性、溫度在人造板厚度方向上的分布情況、人造板基本單元制備過程中的能源問題等。林產化學與工業和生物質能源課程中木材的熱化學轉化過程（炭化和氣化）中的能量利用及其傳熱傳質特性等。

木材加工行業中涉及較多的傳熱介質，如空氣、水蒸氣和導熱油等，加熱的空氣和水蒸氣用于木材干燥過程，加熱的導熱油主要用于人造板熱壓過程，此類介質的傳熱和傳質特征將顯著影響木制品和人造板的性能。其次，木材加工過程中將會用到非常多的熱能設備，包括鍋爐、內燃機、換熱器等。最后，在木材干燥和人造板熱壓過程中都會涉及到熱量傳遞的三種方式，包括導熱、對流換熱和輻射換熱。

綜上所述，熱工學課程的內容與木材科學與工作專業的核心課程密切相關，并且在木材加工實際應用過程中也會用到非常多的熱工學基本知識和理論，接觸到大量能量利用和轉化設備。對于木材科學與工程專業，熱工學是一門非常重要的專業基礎課。只有學好這門課程，才能更好的理解專業核心課程中涉及熱工轉化和傳熱的知識點，幫助企業解決熱能相關設備問題，提高企業生產效率。

二、熱工學課程在木材科學與工程專業中的困境

雖然熱工學是該專業的專業基礎課程，但是在實際教學過程也存在不少問題。

1.最主要的問題是課程內容多，安排的學時數太少，一般才32學時。隨著木材加工高效綜合利用新技術的不斷出現，因此本科生的課程數量逐漸增加，然而總學分數卻是固定的，因此會壓縮原有課程的學時數。此外，熱工學課程內容非常多，涵蓋工程熱力學、傳熱學及其主要的熱工設備，含緒論在內總共有13個章節，因此有些章節2個學時必須講完，學生難以快速掌握基本知識點，無法有效解決課程內容多，授課時間少的矛盾。

2.授課學期安排不合理，熱工學課程經常與專業核心課（如木材干燥學、人造板工藝學和木工機械）安排在同一學期同一時間段開展教學，即本科生還未完全了解熱工學的基本常識，就已經在專業課中碰到了熱工學的知識點，造成專業課的教學效果下降，無法體現熱工學專業基礎課的作用。

3.學生學習熱工學的積極性不高，由于熱工學的知識點非常多，熱能轉化和傳遞的基本定義和計算公式非常多，學生經常把各個定義和基本公式混淆，隨著上課的深入，很多學生就已經跟不上課程內容，容易產生放棄學習該門課程的想法。

4.教學模式落后，目前此類課程授課仍然以教師為主體，向學生灌輸繁雜的各種概念和理論，相互之間的互動交流較少。現在的學生已經不滿足于“上課記筆記，下課做習題，考試背書本”的教學模式，一些書本上寫的非常清楚的公式和定義，他們聽起來枯燥無味，無法集中精力聽講，嚴重影響教學質量。

5.無法開展實驗課程教學，熱工學正常教學過程還需開設相應的實驗課程，如水蒸汽P-T關系演示實驗、畢托管的校正實驗、熱電偶的制作、材料的導熱系數測定、自然對流換熱系數測定、CO2的P-V-T關系演示實驗、空氣橫掠單管時平均換熱系數等20多個實驗，以增強學生對理論教學的理解，然而由于大部分非能源類專業都不具備開設此類實驗的實驗室和儀器設備，難以開展實驗教學。

三、熱工學課程教學改進的對策

1.為解決熱工學課程內容多，課時數少的問題，教師應該要了解與熱工課程高度相關的專業核心課程，如《木材干燥學》和《人造板工藝學》中涉及到熱工學內容的知識點，并在上課時有針對性的進行講解，如水蒸汽和濕空氣的性質及其焓濕圖的應用，能量方程的應用以及傳熱與換熱器的計算等內容，適當削弱部分跟本專業相關度不大的內容，如熱力過程與熱力循環等內容[3]。endprint

2.改善授課時間的安排，應該在專業課之前安排熱工學授課，熱工學授課時間應該介于大學數學和物理等基礎課和木材專業課之間。通識教育基礎課大都集中于大學一年級，而專業課一般都開始于大學二年級的第二個學期，因此熱工學應該安排在二年級的第一個學期開課，與其他專業基礎課（如工程制圖、工程力學等）同時進行，提前為專業課的學習打下堅實基礎。

3.為解決課題教學效果差的問題，通過改善教學方法以提升學生的聽課積極性。除了常規使用的PPT教學方法外，對于一些非常難以理解的概念和熱能設備，可以適當播放一些比較形象的視頻，用于增加學生對此類知識點的感性認識，便于記憶。通過設置幾個關鍵問題開展分組討論和交流，增加師生互動，比如如何用傳熱學的知識解釋電影《泰坦尼克號》中杰克比露絲更快失去體溫而凍死的現象、為什么夏天吹電風扇能夠降低體溫、列舉身邊的一些熱能轉化和利用的例子等，擬通過此類開放性問題的交流，提高學生學習的積極性。利用科研實驗平臺的木材加工實驗室，實地參觀一些設計熱能利用的木材加工設備，如熱壓機、烘箱、干燥窯等，增強學生理論和實際結合能力[4-5]。

4.適當增加少部分實驗教學內容，實驗教學是“熱工學”教學中至關重要的實踐教學環節，讓學生掌握和了解各種儀器的結構、基本原理和操作技能，加深理解和驗證理論知識，培養學生的實驗技能和動手能力，因此選取幾個與專業課高度相關的幾個實驗內容，如水蒸汽P-T關系演示實驗、材料的導熱系數測定等[6]。

四、結論

《熱工學》課程是木材科學與工程專業非常重要的一門專業基礎課，與木材干燥學、人造板工藝學等課程密切相關。針對目前該課程在專業中的重視度逐年下降、學生學習積極性不高、教學方法嚴重落后的形式，擬通過抓住重點授課、優化授課學期、改善教學方法等途徑解決現存的問題。

參考文獻

[1]王焮.對木材科學與工程專業熱工學教學改進的思考[J].內蒙古農業大學學報（社會科學版），2003，3（5）：83-84.

[2]徐德良，賈翀，王志強，等.木材科學與工程專業能源類課程的教學探討[J].安徽農業科學，2015，43（34）：381-383.

[3]張敏，張杰，劉艷玲，等.熱工學課程教學中的探索與實踐[J].中國教育技術裝備，2014，16：107-108.

[4]周少基.食品工程專業（制糖方向）《熱工學》教學改進的思考與體會[J].輕工科技，2014，5：171-172.

[5]張敏，張杰，周繼軍.分組交流討論課在熱工學課程教學中的應用探究[J].中國教育技術裝備，2017，8：77-78.

[6]趙紅杰.“熱工學”實驗教學改革[J].中國電力教育，2011，36：171-172.

作者簡介：馬中青，1987年5月，男，浙江義烏，浙江農林大學講師，博士，研究方向：生物質熱解氣化技術。endprint