計(jì)算機(jī)技術(shù)在高職傳熱學(xué)教學(xué)過程中的應(yīng)用

李智博 羅璇 馬強(qiáng) 賀曉 孔祥雷

摘 要 本文通過對(duì)高職院校的傳熱學(xué)基本課程情況進(jìn)行分析，結(jié)合當(dāng)下學(xué)情分析，對(duì)傳統(tǒng)的理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)進(jìn)行分析，結(jié)合計(jì)算機(jī)技術(shù)，特別是VB可視化語言程序，提出了一些在傳熱學(xué)教學(xué)過程中的改進(jìn)措施，希望通過此項(xiàng)改革，提高學(xué)生的理論學(xué)習(xí)水平，并能夠?yàn)槠渌麑I(yè)基礎(chǔ)課提供一定的參考。

關(guān)鍵詞 傳熱學(xué)教學(xué) VB 計(jì)算機(jī)技術(shù)

中圖分類號(hào)：G642.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0引言

傳熱學(xué)是一門研究由溫差所引起的熱量傳遞規(guī)律的一門科學(xué)，是熱動(dòng)、暖通專業(yè)的核心基礎(chǔ)課，它以高等數(shù)學(xué)和流體力學(xué)等知識(shí)為基礎(chǔ)，為后續(xù)的熱力設(shè)備傳熱分析和管理奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，起著一個(gè)承上啟下的重要作用。而計(jì)算機(jī)技術(shù)作為新時(shí)代大學(xué)的必備技能發(fā)揮著越來越重要的作用，特別是在工業(yè)應(yīng)用和企事業(yè)辦公等方面有著具體應(yīng)用，如何將其應(yīng)用到基礎(chǔ)課程的教學(xué)中來是我們一個(gè)非常好的研究方向。

1課程基本情況

“傳熱學(xué)”雖然屬于技術(shù)基礎(chǔ)學(xué)科，但它不像流體力學(xué)和工程熱力學(xué)那樣系統(tǒng)嚴(yán)謹(jǐn)而偏于理論，而是一門發(fā)展中的實(shí)用性較強(qiáng)的工程學(xué)科。“傳熱學(xué)”是研究宏觀熱量傳遞現(xiàn)象的科學(xué)，但由于不同的傳熱方式分別受不同物理定律的制約，三種基本傳熱方式自成體系，并且由于學(xué)科的發(fā)展尚未成熟，還有很多“物理模型”處于研究階段，而且對(duì)同一問題，解決的方法往往不是單一的，可以有幾個(gè)不同的具體解法。所以“傳熱學(xué)”這門課程的內(nèi)容連貫性和系統(tǒng)性較差，表現(xiàn)為基本概念繁多、公式紊亂、重點(diǎn)分散等，不利于學(xué)生的理解和記憶。部分學(xué)校開展了基于信息和多媒體技術(shù)的傳熱學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革實(shí)驗(yàn)，也有的學(xué)校將CFD軟件引入到傳熱學(xué)教學(xué)中來。傳熱學(xué)作為高職院校中一門重要的專業(yè)核心基礎(chǔ)課熱工基礎(chǔ)的一部分，而熱工基礎(chǔ)作為學(xué)校的精品課程取得了較多的成績，這里就不再贅述。通過筆者在最近的教學(xué)中反映出一些情況應(yīng)當(dāng)引起我們的注意，部分學(xué)生對(duì)于平壁導(dǎo)熱和圓筒壁導(dǎo)熱模型建立有一些模糊，個(gè)別學(xué)生對(duì)準(zhǔn)則關(guān)聯(lián)式的由來感興趣，但這又受學(xué)生基本學(xué)情的限制。

2學(xué)情變化

目前，我國高職生源的質(zhì)量不斷下降，生源也出現(xiàn)了多樣化，高職院校的招生主要有三類：一類是普通高中畢業(yè)生，他們經(jīng)過了正規(guī)的高考和錄取程序；二是從中專、職業(yè)高中、技校升入高職的學(xué)生；三是按國家教育部規(guī)定，示范性高職院校錄取一定比例的省外學(xué)生。隨著我國高等職業(yè)教育的發(fā)展，高等職業(yè)教育面臨著一系列新問題，其中尤以生源多樣化問題最為突出。高職院校的學(xué)生在一年級(jí)學(xué)習(xí)完高等數(shù)學(xué)等公共基礎(chǔ)課程后二年級(jí)開始專業(yè)基礎(chǔ)課程的學(xué)習(xí)。個(gè)別學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣不足，部分學(xué)生基礎(chǔ)差，由于傳熱學(xué)涉及大量的計(jì)算，這對(duì)于這部分學(xué)生是非常困難的，個(gè)別學(xué)生對(duì)不理解的知識(shí)并不能完全反饋，簡(jiǎn)單通過作業(yè)和課堂的理論教學(xué)老師不能完全掌握所有學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握情況。

3理論教學(xué)的探索

傳熱學(xué)的教學(xué)過程中涉及大量的計(jì)算，目前主要是通過大量的練習(xí)使學(xué)生掌握基本的計(jì)算原理、步驟。但是擺在面前的一個(gè)很嚴(yán)峻的問題是學(xué)生作業(yè)抄襲現(xiàn)象非常嚴(yán)重，這也是部分基礎(chǔ)課程必須面對(duì)的一個(gè)問題，如何避免或減少這類現(xiàn)象是廣大教師頭疼的一件事情。現(xiàn)提出了以下的方法：

3.1集體作業(yè)

該方式以宿舍為單位，隨機(jī)抽取一名同學(xué)的作業(yè)作為宿舍的平均成績進(jìn)行加權(quán)平均，教師的工作量較大。

3.2測(cè)試

以測(cè)試成績作為作業(yè)成績，選取傳熱學(xué)中最常見的對(duì)流換熱作為測(cè)試內(nèi)容，以其中的一節(jié)管內(nèi)對(duì)流換熱為例。

結(jié)合第一種集體作業(yè)的形式，將某道例題中的參數(shù)進(jìn)行改進(jìn)，例題如下：在一冷凝器中，冷卻水以1m/s的速度流經(jīng)內(nèi)徑為10mm、長度為3m的銅管，冷卻水的進(jìn)、出口溫度分別為15℃和65℃，試計(jì)算管內(nèi)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)？集體作業(yè)也有個(gè)別學(xué)生抄襲的現(xiàn)象，為避免這種現(xiàn)象，現(xiàn)將冷卻水的速度改為學(xué)生的學(xué)號(hào)，即10號(hào)學(xué)生的冷卻水速度就是10m/s，這樣每個(gè)同學(xué)都有不同的作業(yè)，并加強(qiáng)抽查，防止個(gè)別學(xué)生“替考”。實(shí)施方法非常的簡(jiǎn)單，利用簡(jiǎn)單的office辦公軟件就能實(shí)現(xiàn)，如圖1所示。

考慮個(gè)別學(xué)生是職高的學(xué)生，他們對(duì)計(jì)算機(jī)的掌握水平較高，在教學(xué)中采取平時(shí)加分的方法，調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，例如通過計(jì)算編程，對(duì)不同的傳熱學(xué)問題進(jìn)行更好的處理，還可以選取優(yōu)秀學(xué)生進(jìn)行大學(xué)生科技創(chuàng)新競(jìng)賽，有條件可以對(duì)現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)、實(shí)踐設(shè)備進(jìn)行改進(jìn)等。

結(jié)合其中部分內(nèi)容，讓學(xué)生進(jìn)行編程，實(shí)現(xiàn)對(duì)流換熱計(jì)算的計(jì)算編程，如圖2所示，還是以管內(nèi)強(qiáng)迫對(duì)流換熱為例。

已知60℃的水以2m/s的速度從一根 20？的管子的一段流進(jìn)，已知管子的內(nèi)表面始終維持80℃，管長為3m，求出口溫度為多少？

該題的計(jì)算需要試算，計(jì)算量比較大，耗時(shí)比較長。特別是對(duì)不同的假設(shè)溫度需要進(jìn)行查表，個(gè)別學(xué)生不喜歡計(jì)算，對(duì)計(jì)算中容易出現(xiàn)的問題掌握不好，這樣通過課外編程，既能調(diào)動(dòng)有些學(xué)生的積極性，在編程過程中他也會(huì)對(duì)計(jì)算的基本過程得到很好的掌握，如圖3所示，通過這樣的練習(xí)，加強(qiáng)了學(xué)生對(duì)對(duì)流換熱步驟熟練和計(jì)算過程的鞏固。

3.3口試

為了教學(xué)不留死角，特別是針對(duì)個(gè)別基礎(chǔ)太差學(xué)生的課后教學(xué)如何進(jìn)行，筆者采取了下面的方法。根據(jù)教學(xué)過程中的測(cè)試成績，有選擇的對(duì)個(gè)別學(xué)生進(jìn)行反答疑，也就是對(duì)他們進(jìn)行口試，臨時(shí)出題，結(jié)合對(duì)流換熱小軟件，考察他們對(duì)基本知識(shí)的掌握情況，這樣更能掌握學(xué)生的基本學(xué)情，并結(jié)合學(xué)生基礎(chǔ)情況，根據(jù)多次的口試成績，進(jìn)行適當(dāng)?shù)募臃郑@樣也能調(diào)動(dòng)他們學(xué)習(xí)積極性，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，同時(shí)也為接下來的教學(xué)進(jìn)行更好的銜接。

4實(shí)驗(yàn)教學(xué)

伴隨生源不斷變化，學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的重視和掌握也有一定的變化，實(shí)驗(yàn)報(bào)告的成績已經(jīng)不能完全反應(yīng)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的掌握情況，如何進(jìn)行改進(jìn)也是亟待解決一個(gè)難題。在學(xué)生的成績中，不但要體現(xiàn)學(xué)生知識(shí)水平，更要重視學(xué)生的學(xué)習(xí)能力、知識(shí)應(yīng)用能力、對(duì)問題的分析能力和實(shí)際操作能力的考評(píng)。

表1是傳熱學(xué)期末考試的一道計(jì)算題。

學(xué)生需根據(jù)要求對(duì)上面的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并完成曲線繪制和導(dǎo)熱系數(shù)方程的計(jì)算。根據(jù)實(shí)際測(cè)試，效果很不理想，為此提出了以下的方法。

4.1 Excel計(jì)算繪制曲線

學(xué)生通過計(jì)算機(jī)文化基礎(chǔ)考試，掌握了一定的office辦公軟件應(yīng)用能力，用excel進(jìn)行導(dǎo)熱系數(shù)的計(jì)算，并在excel上繪制出曲線，將曲線粘貼到實(shí)驗(yàn)報(bào)告中。

4.2計(jì)算機(jī)繪圖

學(xué)生通過簡(jiǎn)單的程序編寫，繪制出導(dǎo)熱系數(shù)的變化規(guī)律曲線，利用曲線擬合得出導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度的變化規(guī)律，這對(duì)學(xué)生的要求比較高，個(gè)別學(xué)生可參與。

5總結(jié)

本文通過對(duì)高職院校傳熱課程的基本情況進(jìn)行分析，結(jié)合學(xué)情變化，提出了將office辦公軟件、VB程序設(shè)計(jì)等計(jì)算技術(shù)引入到傳熱學(xué)的教學(xué)中來，解決傳熱學(xué)教學(xué)中的基本問題，并為其他基礎(chǔ)課程的教學(xué)和改革提供了參考。

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