基于學(xué)生實(shí)踐能力的熱交換器原理與設(shè)計(jì)課程改革研究

吳詩(shī)勇 朱偉卓

摘 要 通過(guò)教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、考核模式等方面，對(duì)《熱交換器原理與設(shè)計(jì)》這門課程進(jìn)行了改革，著重培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)技能與實(shí)踐能力，加強(qiáng)學(xué)生對(duì)于知識(shí)的實(shí)際運(yùn)用，引導(dǎo)學(xué)生自主思考與學(xué)習(xí)。課程改革堅(jiān)持以人為本的思想，運(yùn)用多種方法，引導(dǎo)學(xué)生聯(lián)系生活，科研以及工程中的換熱器問(wèn)題。實(shí)踐證明提高了教學(xué)質(zhì)量，提升了學(xué)生們的實(shí)踐能力。

關(guān)鍵詞 換熱器原理與設(shè)計(jì) 實(shí)踐能力 課程改革

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

0引言

在能源短缺的今天，能源利用率的提高已經(jīng)成為各國(guó)關(guān)注的重點(diǎn)。換熱器作為日常生活和工業(yè)生產(chǎn)中的非常常見(jiàn)的熱交換設(shè)備，擁有著舉足輕重的地位，換熱器技術(shù)是否進(jìn)步與國(guó)民經(jīng)濟(jì)以及人民生活水平密切相關(guān)，它的工作原理與設(shè)計(jì)計(jì)算方法更是能源與動(dòng)力工程專業(yè)的學(xué)生所必須掌握的專業(yè)知識(shí)，所以，對(duì)于換熱器原理與設(shè)計(jì)這門課程的不斷探索與改革就顯得尤為重要。隨著生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，工藝流程不斷完善與現(xiàn)代化，換熱器的設(shè)計(jì)必須適應(yīng)各種特殊或者苛刻的條件，換熱器在設(shè)計(jì)過(guò)程中包含了傳熱學(xué)、流體力學(xué)、材料科學(xué)等多門學(xué)科的基礎(chǔ)知識(shí)，兼容并蓄又自成一體，增加了教學(xué)過(guò)程的難度。

換熱器原理與設(shè)計(jì)在教學(xué)過(guò)程中主要介紹了管殼式、間壁式、混合式和蓄熱式換熱器，通過(guò)對(duì)各類型換熱器工作原理的講解以及相應(yīng)的熱計(jì)算、結(jié)構(gòu)計(jì)算和流體阻力計(jì)算，使學(xué)生形成換熱器設(shè)計(jì)的基本概念，具備解決生產(chǎn)實(shí)際問(wèn)題的能力。然而計(jì)算中的大量公式要借助高等數(shù)學(xué)知識(shí)進(jìn)行推導(dǎo)，對(duì)學(xué)生的邏輯推理能力有一定的要求，因此需要教師運(yùn)用更加有效的方法把理論抽象的計(jì)算推導(dǎo)變得易于掌握，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情與參與感。換熱器相關(guān)的知識(shí)最終還是要應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐中，不能僅僅停留在理論知識(shí)層面，通過(guò)教學(xué)方法的革新使學(xué)生高效地理解與運(yùn)用相關(guān)知識(shí)，對(duì)換熱器產(chǎn)生系統(tǒng)性的概念，將是授課教師需要達(dá)到的終極目標(biāo)。

1教學(xué)內(nèi)容優(yōu)化

本專業(yè)在換熱器課程的教學(xué)過(guò)程中選用了東南大學(xué)出版社出版的《熱交換器原理與設(shè)計(jì)》，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了整合與取舍，力求讓學(xué)生能夠?qū)⒃O(shè)計(jì)原則與理論計(jì)算有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，培養(yǎng)學(xué)生工程化的思維方式。東南大學(xué)出版社出版的教材作為高等學(xué)校工程熱物理專業(yè)規(guī)劃教材具有較強(qiáng)的系統(tǒng)性，且在內(nèi)容上并不拘泥于介紹工作原理與設(shè)計(jì)方法，還添加了性能評(píng)價(jià)等方面的內(nèi)容，使得整本教材的實(shí)用價(jià)值很高，符合本專業(yè)培養(yǎng)應(yīng)用型人才的初衷。另外添加設(shè)計(jì)課程選用了化學(xué)工業(yè)出版社的《換熱器設(shè)計(jì)手冊(cè)》介紹不同類型換熱器的結(jié)構(gòu)型式和主要參數(shù)，選用設(shè)計(jì)，以及各種換熱器相關(guān)計(jì)算，力求實(shí)現(xiàn)學(xué)生們對(duì)換熱器的整體理解，并嘗試結(jié)合實(shí)際問(wèn)題，解決工程上的設(shè)計(jì)選型問(wèn)題。

在課時(shí)分配上增加基礎(chǔ)的傳熱計(jì)算與阻力計(jì)算課時(shí)，確保學(xué)生正確理解基礎(chǔ)參數(shù)的物理意義及公式推導(dǎo)過(guò)程，在介紹公式時(shí)引導(dǎo)學(xué)生注意公式的假設(shè)條件和適用范圍。由于熱計(jì)算過(guò)程中涉及傳熱學(xué)的相關(guān)知識(shí)，所以在講解時(shí)加入了對(duì)傳熱學(xué)的回顧，使學(xué)生對(duì)換熱器與傳熱學(xué)建立系統(tǒng)性認(rèn)知。同時(shí)考慮到設(shè)計(jì)性熱計(jì)算與校核性熱計(jì)算的側(cè)重點(diǎn)一個(gè)在于確定傳熱面積，另一個(gè)在于能否實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)目標(biāo)，所以采用不同熱計(jì)算方法時(shí)復(fù)雜程度具有明顯的差異，在教學(xué)中需要學(xué)生深刻領(lǐng)會(huì)靈活應(yīng)用。教材中對(duì)兩種熱計(jì)算方法的比較篇幅極小，在教學(xué)過(guò)程中特意借助了具體案例來(lái)比較平均溫差法與傳熱單元數(shù)法。通過(guò)計(jì)算可以發(fā)現(xiàn)校核性計(jì)算時(shí)傳熱單元數(shù)法具有明顯的優(yōu)勢(shì)，能大大縮減計(jì)算步驟。阻力計(jì)算則是影響實(shí)際工業(yè)過(guò)程經(jīng)濟(jì)性的關(guān)鍵計(jì)算，是換熱器設(shè)計(jì)必不可少的環(huán)節(jié)。阻力計(jì)算較傳熱計(jì)算來(lái)說(shuō)公式數(shù)量少，更多的是與結(jié)構(gòu)計(jì)算相結(jié)合。

對(duì)學(xué)生在習(xí)題中遇到的重點(diǎn)問(wèn)題進(jìn)行專題講解，保證學(xué)生能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題解決問(wèn)題。著重關(guān)注學(xué)生們?cè)诹?xí)題中出現(xiàn)的問(wèn)題，可以針對(duì)性地為學(xué)生提供講解，保證知識(shí)的全面性，為解決實(shí)際工業(yè)問(wèn)題打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。同時(shí)通過(guò)對(duì)往屆學(xué)生習(xí)題中問(wèn)題的總結(jié)，可以在授課過(guò)程中更有側(cè)重性，確保在首次教授過(guò)程中就將相關(guān)問(wèn)題講解清楚，提高教學(xué)效率。

2教學(xué)方法優(yōu)化

換熱器在教學(xué)過(guò)程中設(shè)計(jì)各種傳熱計(jì)算，因此傳熱計(jì)算是該學(xué)科的教學(xué)基礎(chǔ)。傳熱計(jì)算中的各種參數(shù)則是學(xué)生易混淆的重點(diǎn)。針對(duì)這一情況，首先需要逐一講解各參數(shù)的物理意義，特別是熱容量、熱流量、流量等相似的參數(shù)要仔細(xì)探討其中的差異。正確理解參數(shù)物理意義有助于學(xué)生對(duì)方程的理解與掌握。在方程推導(dǎo)過(guò)程中，擺脫P(yáng)PT的輔助，通過(guò)板書(shū)逐步推導(dǎo)，有助于學(xué)生整理思路，跟上教學(xué)節(jié)奏。在推導(dǎo)過(guò)程中提出關(guān)鍵問(wèn)題的假設(shè)，能夠讓學(xué)生能夠更好地理解方程的適用范圍，同時(shí)也能讓他們發(fā)現(xiàn)理論與實(shí)際工程實(shí)例之間的聯(lián)系與差異，這將有助于學(xué)生解決工程中的實(shí)際問(wèn)題。

高素質(zhì)人才培養(yǎng)應(yīng)根據(jù)學(xué)生的職業(yè)規(guī)劃進(jìn)行一定的區(qū)分，立志于投身工程實(shí)踐的應(yīng)用型人才需要加大對(duì)專業(yè)技能與實(shí)踐能力的培養(yǎng);而針對(duì)想要成為研究者的學(xué)生則應(yīng)培養(yǎng)其科研創(chuàng)新的能力。通過(guò)教學(xué)方法的不斷優(yōu)化，增加對(duì)不同類型學(xué)生的區(qū)分和針對(duì)性的指導(dǎo)，才能滿足社會(huì)對(duì)高素質(zhì)人才的需求。在本科教育中大部分還是以專業(yè)技能以及工程實(shí)踐能力的培養(yǎng)為主，所以我們以這部分教學(xué)為主，并穿插部分開(kāi)放問(wèn)題，讓感興趣的同學(xué)選擇性的去了解。

換熱器這門課程在多年的教學(xué)過(guò)程中還存在一些問(wèn)題：教材中采用的大多是換熱器的局部示意圖或剖面圖，學(xué)生在認(rèn)知過(guò)程中存在一定障礙，無(wú)法更加直觀的去理解換熱器，特別是在考慮冷熱流體流動(dòng)時(shí)需要將二維的換熱器結(jié)構(gòu)示意圖拓展成三維空間，學(xué)生理解起來(lái)比較吃力。因此在實(shí)際教學(xué)過(guò)程中，在介紹換熱器結(jié)構(gòu)時(shí)添加了實(shí)物圖片與視頻資料，尋找或者制作模型視頻，給學(xué)生提供了三維立體的視角。同時(shí)實(shí)現(xiàn)了更加直觀地介紹工程應(yīng)用中的實(shí)際問(wèn)題，例如結(jié)垢易發(fā)生在什么位置，熱應(yīng)力可能對(duì)整個(gè)換熱器造成哪些影響等，加深了學(xué)生對(duì)相關(guān)知識(shí)的印象。

換熱器這門課程與工程實(shí)際密切相關(guān)，總歸還是要回歸到聯(lián)系工程實(shí)際，不能一味的讓學(xué)生去應(yīng)試性的學(xué)習(xí)。高素質(zhì)人才的教育，在從書(shū)本知識(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)楣こ虘?yīng)用上還存在一些問(wèn)題，學(xué)生在課堂上學(xué)習(xí)到的知識(shí)經(jīng)常難以在工程中使用，在這門課中我們通過(guò)一些設(shè)計(jì)計(jì)算，工程選型教學(xué)，更多的使課本上的知識(shí)與工程實(shí)際相結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生們的應(yīng)用能力。另外增加設(shè)計(jì)課程，讓學(xué)生自己動(dòng)手嘗試解決工程問(wèn)題，讓其身在其中的學(xué)習(xí)，不再單一的進(jìn)行書(shū)本上的學(xué)習(xí)。