高等傳熱學學習體會及案例庫課堂教學

毛前軍

[摘 要] 高等傳熱學作為建筑環境與能源應用工程、能源與動力工程、制冷技術等相關專業研究生的一門重要課程，其課堂教學質量直接影響研究生培養質量與后續科學研究。基于多年的教學經驗，結合新工科建設的需求與行業發展的變化，通過課程教學現場調查學生學習體會，探討高等傳熱學案例庫模式課堂教學，為不同專業該門課程的教學提供借鑒和參考。

[關鍵詞] 高等傳熱學;課程教學;提問式教學;案例庫

[中圖分類號] G642? ? [文獻標識碼] A? ? [文章編號] 1674-9324（2020）41-0285-02? ? [收稿日期] 2020-03-30

一、前言

高等傳熱學是基礎學科的一門重要課程，不僅在交通、建筑、能源、冶金等行業廣泛應用，對于基礎學科的也有一定的促進作用。高等傳熱學是本科傳熱學課程的提升與延續，其主要內容也是熱傳導、熱對流、熱輻射。高等傳熱學涉及專業基礎知識（傳熱學、工程熱力學以及流體力學等），也涉及計算機、物理方程等學科的應用;因此，如何學習高等傳熱學尤為重要，其中提高高等傳熱學的授課質量是重中之重。

高等傳熱學的教學改革一直是本領域眾多學者的研究熱點之一。黃光勤[1]等指出，可利用四種案例式教學法形成“案例鏈”進行傳熱學教學，結合工程實例增加課程的趣味性。張輝[2]等通過具體教學案例對高等傳熱學課程的教學進行全新定位以及大膽嘗試，以研究方法為主導思想，最終達到培養學生能力的目的。張莉[3]等對案例教學在傳熱學中的實踐過程進行多方面闡述，結合教學效果對此教學方法表示了肯定。王學仁[4]結合自身教學經驗，對高等傳熱學課程中的案例式教學的案例準備與課堂授課兩方面進行深入剖析。王富強[5]結合傳熱學網絡平臺的開展進度，對課程建設的具體步驟與后期建設目標提出了一些思考。李俊梅[6]立足于高校暖通專業高等傳熱學的教學現狀，提出高等傳熱學應該講什么、如何講的相關思考，認為教學中應該注重學生分析與解決問題的能力。邱林[7]從教育學原理出發，對開放互動式教學模式的意義與作用、設計與應用以及實踐效果進行深入探討，通過實踐證明此教學方法具有可操作性。朱群志[8]結合高等傳熱學課程的教學改革，對教學改革的指導思想以及方式內容進行細致分析，經過作者兩年實踐與嘗試，教學改革初見成效。

從上述文獻的研究看來，盡管目前關于高等傳熱學的一些教學方案、教學模式、教學改革取得了豐碩成果，但是由于目前國內尚未統一的教學大綱、教材等，在實際的教學過程中仁者見仁智者見智。本文結合作者的教學經驗，基于專業背景和行業特色，提出高等傳熱學課程教學中的案例庫教學法并進行相關探討，研究思想和結論供同行參考。

二、高等傳熱學課程教學的研究生學習體會

高等傳熱學主要包括熱傳導、對流換熱和輻射換熱三部分，系統介紹了傳熱問題的基本原理、數學模型以及各種分析求解方法，強調物理概念與換熱機理，突出分析問題、解決問題的思路與方法。

學習體會1：高等傳熱學相對于本科學習中的傳熱學來說，更加偏向于數學理論以及解析，公式繁雜并且冗長，在學習過程中需要有傳熱學理論支撐以及高等數學的基礎知識。在本科傳熱學學習過程中，對于公式的理解僅僅停留在計算運用的層面，沒有進行具體推導與演繹。雖然傳統的解析方法已經逐漸被計算傳熱學所替代，但是在學習的過程中，我們仍然需要追根溯源，盡管計算機的解法使得結果的獲得更加容易，但是會使我們忽略對于過程的理解。

學習體會2：在大學學習期間曾學習過傳熱學，我們主要學習了不同傳熱方式的計算方法與結論，可以直接與相應工程結合進行計算，解決實際問題。而研究生期間學習的高等傳熱學則偏重于利用高等數學方法研究傳熱問題，比如，高等傳熱學對于熱傳導講了很多解析解的求解方法;對于對流，高等傳熱學對一些能取得近似解或者數值解的問題進行了詳細描述，湍流換熱也一樣;而輻射換熱是就物體自身和傳輸介質本身之間建立能量與空間關系函數進行推導研究。當然，學習高等傳熱學不僅學到了傳熱方面的內容，更了解了研究客觀規律的基本方法，清楚地知道科學研究需要有強大的數學能力作為基礎，對于相關領域內的商業軟件的學習也很重要，受益匪淺。

三、高等傳熱學案例庫課程教學范例

案例1：在寒冷的北方地區建房，越來越多的人開始采用多孔的空心磚替代傳統的實心磚，如何從傳熱學的角度去分析空心磚相對于實心磚的優勢（建筑領域的應用）。

案例分析：從傳熱的方式去分析。傳熱的方式有熱傳導、熱對流和熱輻射。對空心磚和實心磚，其內外表面的傳熱方式均為對流換熱，故差別不大，但二者內部結構差異很明顯，空心磚內部為中空，里面充滿空氣，這些空氣在不流動時，熱量只能通過導熱的方式進行傳遞。而空氣僅進行導熱時，相對于實心磚是一種很好的絕熱材料。因此，采用空心磚替代實心磚可以有效降低熱量的散失，大大提高房間的保溫效果。

案例2：冰箱在使用一段時間后，內表面就會結一層冰霜，這時候必須及時處理，否則會增加冰箱的耗電量，如何解釋這個現象（生活中的應用）。

案例分析：在未結霜之前，冰箱制冷的過程中只是制冷劑與空氣之間的熱傳遞。結霜之后，相當于在冷流體與冰箱內空氣的傳熱過程中串聯增加了一個熱阻，使得整個制冷過程的總熱阻增大。為達到原先的制冷效果，制冷劑的蒸發溫度必然要降低，為實現這一目的，只能增加壓縮機的功耗，從而導致冰箱的耗電量的增加。因此，在使用冰箱一定時間后，必須要及時清理冰箱內的冰霜。

四、結論

高等傳熱學是研究熱量傳遞及其規律的一門學科，它的許多理論在生活中被廣泛應用，是一門重要的基礎學科。但是經過近一個世紀的發展，它所涉及的理論、公式、概念較多，不易被學生所掌握。采用案例教學法的方法教授學生傳熱學，不僅可以激發學生的學習興趣，加深對相關知識的理解，也有利于鍛煉學生對問題的思考能力和分析能力，將所學的知識運用到生產生活中，提升所學知識的實用性。

參考文獻

[1]黃光勤，楊小鳳，戴通涌.“案例鏈”教學方法——以《傳熱學》為例[J].教育現代化，2017，v.4（50）：160-162.

[2]張輝，陳振乾.“高等傳熱學”教學的改革實踐[C].全國高等院校制冷空調學科發展與教學研討會，2006.

[3]張莉，姜未汀，任洪波.案例教學在行業類高校“傳熱學”中的實踐[J].教育教學論壇，2015（45）：139-140.

[4]王學仁，艾春安，寧超.高等院校“傳熱學”案例式教學法探討[J].中國電力教育，2010（12）：74-76.

[5]王富強.對《傳熱學》課程網絡教學平臺建設的幾點思考[J].教育教學論壇，2013（28）：93-94.

[6]李俊梅，李炎鋒，畢月虹.關于暖通專業“高等傳熱學”教學的幾點思考[C].土木建筑教育改革理論與實踐（第12卷），2010.

[7]邱林.開放互動式教學方式在高等傳熱學研究生課程教學中的實踐[J].高等建筑教育，2008，17（4）：95-97.

[8]朱群志，姜未汀，張莉.研究生課程“高等傳熱學”教學改革初探[J].中國電力教育，2014（30）：49-50.