熱質(zhì)交換原理與設(shè)備教學(xué)探索與思考

呂留根 羅義英

摘 要 “熱質(zhì)交換原理與設(shè)備”是建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專(zhuān)業(yè)的一門(mén)專(zhuān)業(yè)平臺(tái)課程。結(jié)合教學(xué)體會(huì)，論述“熱質(zhì)交換原理與設(shè)備”理論教學(xué)中的知識(shí)體系樹(shù)，并討論增強(qiáng)教學(xué)效果的措施。

關(guān)鍵詞 熱質(zhì)交換原理與設(shè)備；建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專(zhuān)業(yè)；實(shí)驗(yàn)教學(xué)

中圖分類(lèi)號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1671-489X（2018）12-0104-03

1 前言

“熱質(zhì)交換原理與設(shè)備”是連接建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專(zhuān)業(yè)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)建環(huán)專(zhuān)業(yè)）基礎(chǔ)理論課和專(zhuān)業(yè)課的一門(mén)專(zhuān)業(yè)平臺(tái)課程[1]。它以動(dòng)量傳遞、熱量傳遞和質(zhì)量傳遞共同作用的三傳理論及分析計(jì)算方法為基礎(chǔ)，研究建筑環(huán)境中空氣的熱濕處理、吸附及吸收處理的原理與方法，最終將上述理論與方法應(yīng)用于建筑環(huán)境營(yíng)造中的相關(guān)熱質(zhì)交換設(shè)備的設(shè)計(jì)計(jì)算之中，為建環(huán)專(zhuān)業(yè)學(xué)生后續(xù)專(zhuān)業(yè)課的學(xué)習(xí)打下堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。

但是，在該門(mén)課程教學(xué)中，任課教師和學(xué)生普遍反映存在下面幾個(gè)問(wèn)題。

1）理論公式復(fù)雜，符號(hào)表達(dá)繁多。傳質(zhì)過(guò)程原理本身就相對(duì)抽象，其數(shù)學(xué)描述又建立在大量偏微分方程組推導(dǎo)之上，學(xué)生容易產(chǎn)生畏難情緒。

2）后續(xù)專(zhuān)業(yè)課“冷熱源工程”“空調(diào)工程”等尚未學(xué)習(xí)，學(xué)生對(duì)各種熱質(zhì)交換設(shè)備結(jié)構(gòu)和特性認(rèn)識(shí)不足，導(dǎo)致對(duì)熱質(zhì)交換原理和分析一知半解。

3）教學(xué)方法和考核方式有待改進(jìn)，但目前教學(xué)設(shè)計(jì)、考核方式可參考的素材相對(duì)較少。

2 “熱質(zhì)交換原理與設(shè)備”教材及教學(xué)研究現(xiàn)狀

我國(guó)高校的“熱質(zhì)交換原理與設(shè)備”課程是在1997年國(guó)家學(xué)科目錄調(diào)整、建設(shè)部高等教育教學(xué)內(nèi)容和課程體系改革的背景下產(chǎn)生和發(fā)展起來(lái)的。在本學(xué)科專(zhuān)業(yè)指導(dǎo)委員會(huì)的堅(jiān)強(qiáng)領(lǐng)導(dǎo)與支持下，國(guó)內(nèi)第一部教材《熱質(zhì)交換原理與設(shè)備》由連之偉教授主編，中國(guó)建筑工業(yè)出版社于2001年出版。該教材經(jīng)過(guò)逐步調(diào)整和改進(jìn)，先后經(jīng)歷2006年第二版和2011年第三版，受到大多數(shù)高校建環(huán)專(zhuān)業(yè)教學(xué)使用。

各個(gè)高校在講授“熱質(zhì)交換原理與設(shè)備”課程中，結(jié)合各自情況展開(kāi)教學(xué)改革研究，目前檢索到相關(guān)教學(xué)研究論文23篇（詳見(jiàn)圖1）。眾多“熱質(zhì)交換原理與設(shè)備”課程一線(xiàn)教師結(jié)合自己的教學(xué)體驗(yàn)，從教學(xué)體會(huì)、教學(xué)內(nèi)容修改建議、教學(xué)方法改革與實(shí)踐、如何上好第一節(jié)課、實(shí)驗(yàn)教學(xué)、教學(xué)團(tuán)隊(duì)建設(shè)等方面開(kāi)展研究，為該課程的教學(xué)和發(fā)展提供了有益參考[2-6]。

3 “熱質(zhì)交換原理與設(shè)備”課程體系

《熱質(zhì)交換原理與設(shè)備》教材共有九章，根據(jù)教材各章節(jié)之間的邏輯關(guān)系，結(jié)合自己教學(xué)體會(huì)，除去第1章緒論之外，其余八章可分為四個(gè)模塊畫(huà)成“知識(shí)體系樹(shù)”的形式（如圖2所示），讓學(xué)生對(duì)本課程的知識(shí)體系有個(gè)宏觀(guān)認(rèn)識(shí)[1]。

第一模塊為熱質(zhì)交換理論與分析計(jì)算，建立在流體力學(xué)和傳熱學(xué)之上，包含傳質(zhì)的理論基礎(chǔ)、傳熱傳質(zhì)問(wèn)題的分析和計(jì)算兩部分內(nèi)容；

第二模塊為兩種情況熱質(zhì)交換處理方法，即空氣的熱濕處理、吸附和吸收處理空氣的原理和方法；

第三模塊為典型熱質(zhì)交換設(shè)備的熱工計(jì)算，包含間壁式、混合式和復(fù)合式等三種熱質(zhì)交換設(shè)備的熱工計(jì)算；

第四模塊為熱質(zhì)交換設(shè)備的優(yōu)化設(shè)計(jì)及性能評(píng)價(jià)。

在宏觀(guān)認(rèn)識(shí)體系樹(shù)的指導(dǎo)下，學(xué)生對(duì)本門(mén)課程的知識(shí)體系和章節(jié)邏輯結(jié)構(gòu)更加明了。

4 “熱質(zhì)交換原理與設(shè)備”增強(qiáng)教學(xué)效果的措施

“熱質(zhì)交換原理與設(shè)備”作為溝通建環(huán)專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課與專(zhuān)業(yè)課的橋梁，是一門(mén)應(yīng)用性極強(qiáng)的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課。建環(huán)專(zhuān)業(yè)的蓬勃發(fā)展給該門(mén)課程教學(xué)帶來(lái)新的挑戰(zhàn)，結(jié)合自身體會(huì)，思考并總結(jié)一系列增強(qiáng)教學(xué)效果的措施[2-6]。

明確教學(xué)目標(biāo)和課程體系，上好第一節(jié)課 目前，大多數(shù)高校“熱質(zhì)交換原理與設(shè)備”是在大三上學(xué)期開(kāi)課，很多學(xué)生反映，經(jīng)過(guò)兩年大學(xué)學(xué)習(xí)，尚不清楚本專(zhuān)業(yè)主要學(xué)習(xí)方向，畢業(yè)后能從事哪方面的工作，故對(duì)本專(zhuān)業(yè)的前景及興趣有所動(dòng)搖。作為建環(huán)專(zhuān)業(yè)溝通專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課與專(zhuān)業(yè)課的橋梁，有必要在該課程中進(jìn)行必要的專(zhuān)業(yè)宣傳和教育。第一次課的設(shè)計(jì)和安排顯得非常重要，可以從暖通專(zhuān)業(yè)最初設(shè)置背景、發(fā)展經(jīng)過(guò)及專(zhuān)業(yè)調(diào)整的歷程等方面向?qū)W生介紹，也可穿插一些暖通專(zhuān)業(yè)的趣聞?shì)W事，提升學(xué)生的專(zhuān)業(yè)興趣。同時(shí)，可以從生活中學(xué)生熟悉的房間空調(diào)器、空氣加濕器等方面逐漸引入其中的流體力學(xué)、傳熱學(xué)方面的知識(shí)，進(jìn)而引入并介紹其中的熱質(zhì)交換現(xiàn)象及相關(guān)知識(shí)。再介紹本課程在建環(huán)專(zhuān)業(yè)的設(shè)置目的，介紹圖2所示的課程體系樹(shù)，讓學(xué)生明白本課程主要講授內(nèi)容，以及對(duì)后續(xù)的專(zhuān)業(yè)課學(xué)習(xí)的支撐作用。

根據(jù)實(shí)際合理刪減教學(xué)內(nèi)容，優(yōu)化教學(xué)組織設(shè)計(jì) 《熱質(zhì)交換原理與設(shè)備》自第一版出版以來(lái)，不斷進(jìn)行調(diào)整，已越來(lái)越貼合教學(xué)的實(shí)際需要；但書(shū)中公式仍然較多，符號(hào)繁雜，大量基于微分方程組的推導(dǎo)對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)理解造成一定困難。針對(duì)以培養(yǎng)應(yīng)用型人才為主的普通高校的學(xué)生的實(shí)際情況，適當(dāng)刪減部分內(nèi)容，化繁為簡(jiǎn)，“講清原理、淡化過(guò)程、突出應(yīng)用”的處理方式是必要的。在課堂教學(xué)中，靈活使用多種教學(xué)方式，充分利用現(xiàn)代化多媒體教學(xué)手段，搜集熱質(zhì)交換設(shè)備的實(shí)例圖片及相關(guān)動(dòng)畫(huà)，既能引起學(xué)生興趣，又能讓學(xué)生了解所學(xué)知識(shí)的所用之處。

加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐教學(xué)，做到學(xué)有所用 實(shí)驗(yàn)教學(xué)對(duì)于鍛煉學(xué)生的動(dòng)手能力和啟發(fā)學(xué)生思維起著重要作用。以往的實(shí)驗(yàn)教學(xué)以驗(yàn)證性和演示型實(shí)驗(yàn)為主，主要滿(mǎn)足學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的感性認(rèn)識(shí)。結(jié)合本門(mén)課程內(nèi)容和特點(diǎn)，布置綜合作業(yè)：校園宿舍空調(diào)的熱質(zhì)交換過(guò)程及分析。將學(xué)生分為若干組，根據(jù)自身在宿舍空調(diào)使用過(guò)程中的體驗(yàn)和認(rèn)識(shí)，積極在網(wǎng)上查找相關(guān)知識(shí)和圖片，并完成作業(yè)PPT。在教師的引導(dǎo)下，各組介紹自己整理分析的結(jié)果，并接受教師和其他學(xué)生的提問(wèn)。這對(duì)加強(qiáng)學(xué)生對(duì)相關(guān)知識(shí)的理解和掌握，鍛煉學(xué)生的綜合能力，起到很好的作用。

改革考核方式，引導(dǎo)學(xué)生查閱專(zhuān)業(yè)資料 本課程可采用多元考核方式，如期末考試側(cè)重基本知識(shí)及應(yīng)用，課堂提問(wèn)側(cè)重引導(dǎo)學(xué)生理解和思考，課后作業(yè)側(cè)重對(duì)基本知識(shí)和計(jì)算方法的掌握，而專(zhuān)題討論側(cè)重資料查閱和綜合分析能力。結(jié)合討論專(zhuān)題（如房間空調(diào)器、冷卻塔等），引導(dǎo)學(xué)生查閱一定量的專(zhuān)業(yè)期刊論文及網(wǎng)絡(luò)資料，分析整理后以PPT方式在課堂進(jìn)行講述和討論，既提升了學(xué)生的能力，又不會(huì)使學(xué)生因淹沒(méi)在大量抽象而復(fù)雜的公式中而感到厭煩，有助于學(xué)生理解本門(mén)課程的重點(diǎn)知識(shí)。多元化考核既能檢驗(yàn)學(xué)生理論知識(shí)的理解和掌握，又能不斷提升學(xué)生的專(zhuān)業(yè)綜合素養(yǎng)。

5 結(jié)語(yǔ)

“熱質(zhì)交換原理與設(shè)備”是建環(huán)專(zhuān)業(yè)溝通基礎(chǔ)課與專(zhuān)業(yè)課的橋梁，其教學(xué)效果直接關(guān)系著后續(xù)專(zhuān)業(yè)課的教學(xué)，如何教好這門(mén)課程，對(duì)每個(gè)授課教師都是一種挑戰(zhàn)。結(jié)合自身教學(xué)體會(huì)，筆者對(duì)“熱質(zhì)交換原理與設(shè)備”的理論課程體系、增強(qiáng)教學(xué)效果的措施進(jìn)行論述，對(duì)提高教學(xué)質(zhì)量和完善課程建設(shè)具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。

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