主頁 > 企 業(yè) 博 客 > 熱工實(shí)驗(yàn)教學(xué)的思考
熱工學(xué)(包括工程熱力學(xué)、傳熱傳質(zhì)學(xué)、工程流體力學(xué)) 是研究熱能與機(jī)械能相互轉(zhuǎn)換和傳遞的基本規(guī)律, 以及能量的合理有效利用的一門學(xué)科, 涉及到自然界和工程技術(shù)的各個(gè)領(lǐng)域, 如宇航、通信、冶金、地礦、機(jī)電、交通、建筑、化工、農(nóng)林、儀表等領(lǐng)域無一不存在熱現(xiàn)象及其技術(shù)問題。有時(shí)它在某一領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)步中起著關(guān)鍵性的作用。比如, 微電子和超大規(guī)模集成電路芯片的散熱、微型電機(jī)的冷卻、微細(xì)材料的加工、航天器熱控制等, 必須應(yīng)用微細(xì)尺度傳熱傳質(zhì)理論來解決。各項(xiàng)科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步, 使熱工學(xué)理論不斷完善; 反過來, 它又成為各個(gè)工程技術(shù)領(lǐng)域發(fā)展的必要的理論支柱?！豆こ虩崃W(xué)》和《傳熱學(xué)》是學(xué)生必修的主要專業(yè)基礎(chǔ)課，它們是連接基礎(chǔ)課和專業(yè)課的重要紐帶，是學(xué)生分析和解決問題的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。熱工課程既具有基礎(chǔ)課的理論性，概念多且抽象，同時(shí)又具有專業(yè)課的應(yīng)用性和技術(shù)性，與實(shí)際的工程技術(shù)問題緊密聯(lián)系，涉及范圍廣泛，公式繁多并且約束條件復(fù)雜。由于這兩門課程的這些特點(diǎn)，再加上學(xué)生沒有實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)，理解和學(xué)習(xí)起來有相當(dāng)?shù)碾y度。而熱工實(shí)驗(yàn)則恰恰是課程理論和工程實(shí)際的中間環(huán)節(jié)，通過它，學(xué)生可以直觀的了解一些實(shí)際的物理模型和測(cè)量手段，學(xué)習(xí)一些數(shù)據(jù)處理方法，近似地接觸了解工程實(shí)際，反過來極大的幫助他們學(xué)習(xí)熱工理論知識(shí)。
1.目前熱工教學(xué)實(shí)驗(yàn)以及相關(guān)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方面的實(shí)踐想法
熱工實(shí)驗(yàn)室主要對(duì)象是設(shè)備系的建筑環(huán)境與設(shè)備工程專業(yè)，主要承擔(dān)工程熱力學(xué)和傳熱學(xué)兩門課程的實(shí)驗(yàn)任務(wù)。由于場(chǎng)地和資金原因，工程熱力學(xué)只開設(shè)了 CO2P- V- T 關(guān)系實(shí)驗(yàn)和氣體定壓比熱測(cè)定兩個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，每個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目 4 個(gè)臺(tái)位；而傳熱學(xué)只開設(shè)了強(qiáng)迫對(duì)流和非穩(wěn)態(tài)法測(cè)物體的導(dǎo)熱性能兩個(gè)實(shí)驗(yàn)，每個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目?jī)蓚€(gè)臺(tái)位。傳熱學(xué)實(shí)驗(yàn)中的強(qiáng)迫對(duì)流實(shí)驗(yàn)一直是個(gè)老大難問題。本實(shí)驗(yàn)是在一構(gòu)造好的實(shí)驗(yàn)風(fēng)洞中，放置一實(shí)驗(yàn)用紫銅圓管，圓管內(nèi)部均勻繞有電阻絲對(duì)圓管進(jìn)行加熱，通過測(cè)量多組熱工數(shù)據(jù)，計(jì)算出不同工況下空氣流過單管表面的平均表面換熱系數(shù)，進(jìn)而整理出準(zhǔn)則方程式。這是一個(gè)綜合性的實(shí)驗(yàn)，涉及較多的課程知識(shí)，并應(yīng)用傳熱學(xué)和流體力學(xué)中的多種測(cè)量手段，測(cè)量了風(fēng)速、功率、溫度等多個(gè)參數(shù)，非常有利于學(xué)生學(xué)習(xí)熱工知識(shí)。但是，由于引風(fēng)機(jī)風(fēng)力大，而紫銅管的加熱功率小，數(shù)據(jù)極難穩(wěn)定（在該實(shí)驗(yàn)中，電位差計(jì)的熱電勢(shì)值三分鐘之內(nèi)基本不變，才能認(rèn)為數(shù)據(jù)穩(wěn)定），此外，該實(shí)驗(yàn)要多次變化電壓和風(fēng)口出口擋板開度來得到多組數(shù)據(jù)，因此實(shí)驗(yàn)時(shí)間很長(zhǎng)。經(jīng)多次實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，如果做實(shí)驗(yàn)時(shí)，先做高電壓的文章編號(hào)：1672- 7894（2008）10- 101- 01
組再做電壓的組，這樣做低電壓組的實(shí)驗(yàn)時(shí)，數(shù)據(jù)穩(wěn)定的時(shí)間會(huì)相對(duì)較短。于是，在指導(dǎo)學(xué)生實(shí)驗(yàn)時(shí)，教學(xué)生做實(shí)驗(yàn)時(shí)，從電壓高的組依次做到電壓低的組，這樣一來，學(xué)生做完電壓最高的一組實(shí)驗(yàn)后，后面低電壓組的實(shí)驗(yàn)時(shí)間就大大縮短。雖然后面的時(shí)間縮短了，但是第一組的時(shí)間還是很長(zhǎng)，做完一個(gè)實(shí)驗(yàn)還是要一整個(gè)半天的時(shí)間。
雖然強(qiáng)迫對(duì)流實(shí)驗(yàn)是一個(gè)較復(fù)雜的綜合實(shí)驗(yàn)，但它復(fù)雜的地方主要是數(shù)據(jù)處理和準(zhǔn)則整理，而不是實(shí)驗(yàn)過程中的操作和數(shù)據(jù)記錄。在實(shí)驗(yàn)儀器連接完好的情況下，學(xué)生們只要認(rèn)真地聽取老師的講解，一般都能很容易地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作和數(shù)據(jù)讀取記錄工作。這樣一來，看似復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)過程就變成了一場(chǎng)漫長(zhǎng)的等待數(shù)據(jù)穩(wěn)定的過程。雖說大多數(shù)工程實(shí)際就是這么枯燥、乏味，但學(xué)生們主要是學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)的方法和實(shí)驗(yàn)過程，大可不必在等待數(shù)據(jù)上花費(fèi)過多的時(shí)間，另外，由于該實(shí)驗(yàn)等待的時(shí)間過長(zhǎng)且過程操作簡(jiǎn)單，很容易消磨學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和學(xué)習(xí)興趣，影響他們的熱工學(xué)習(xí)。只要我們?cè)诰幊虝r(shí)，把穩(wěn)定時(shí)間設(shè)定成幾分鐘，這樣我們就可以在計(jì)算機(jī)上方便地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，這樣既解決了實(shí)驗(yàn)臺(tái)位少、場(chǎng)地小帶來的不便，又能消除實(shí)驗(yàn)時(shí)間過長(zhǎng)給學(xué)生帶來的煩躁，整個(gè)過程非常直觀快捷。有興趣的學(xué)生還可以參與編程，先從傳熱學(xué)的基本原理中分析出結(jié)果，通過仿真實(shí)驗(yàn)加以驗(yàn)證；反過來，又可以先觀察變化過程，根據(jù)原理加以解釋。使學(xué)生對(duì)內(nèi)容理解得更為透徹，觀察現(xiàn)象“知其然”，分析原理“知其所以然”，達(dá)到很好的教學(xué)效果。
2.關(guān)于熱工實(shí)驗(yàn)教學(xué)的進(jìn)一步思考
（1）隨著多媒體技術(shù)的不斷發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的日漸普及，在網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)的基礎(chǔ)上，使用多媒體 CAI 課件進(jìn)行教學(xué)已成為教學(xué)革新的一種趨勢(shì)，這對(duì)于實(shí)驗(yàn)教學(xué)也是同樣適用的。實(shí)踐已經(jīng)證明，多媒體 CAI 課件以其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，在現(xiàn)代教育教學(xué)中充當(dāng)著越來越重要的角色。它具有豐富的表現(xiàn)力，不僅能對(duì)微觀過程進(jìn)行模擬，還可以對(duì)抽象事務(wù)進(jìn)行生動(dòng)直觀表現(xiàn)，對(duì)復(fù)雜過程進(jìn)行簡(jiǎn)化和再現(xiàn)。這點(diǎn)在熱工類實(shí)驗(yàn)教學(xué)中尤為重要，因?yàn)橛行?shí)驗(yàn)原理或過程較為抽象，用理論或文字解釋往往很難讓學(xué)生真正理解，現(xiàn)在通過圖片、動(dòng)畫或視頻可將這些微觀抽象的概念加以直觀展現(xiàn)。
（2）建立熱工實(shí)驗(yàn)思考題庫，促進(jìn)學(xué)生思考探索。結(jié)合每項(xiàng)實(shí)驗(yàn)和所涉及的基礎(chǔ)理論、實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)技能、結(jié)構(gòu)特性、綜合設(shè)計(jì)、實(shí)際應(yīng)用等內(nèi)容編寫出一套思考題, 編輯到數(shù)據(jù)處理程序上, 按排列組合規(guī)律分配給每個(gè)學(xué)生。只要哪個(gè)學(xué)生上機(jī)處理數(shù)據(jù), 計(jì)算機(jī)就會(huì)分配給他一套思考題。盡管每個(gè)小組實(shí)驗(yàn)測(cè)試數(shù)據(jù)相同, 但每個(gè)學(xué)生的思考題內(nèi)容不同, 或同一道題的思路不同, 則實(shí)驗(yàn)報(bào)告內(nèi)容也就各有千秋。
1.目前熱工教學(xué)實(shí)驗(yàn)以及相關(guān)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方面的實(shí)踐想法
熱工實(shí)驗(yàn)室主要對(duì)象是設(shè)備系的建筑環(huán)境與設(shè)備工程專業(yè)，主要承擔(dān)工程熱力學(xué)和傳熱學(xué)兩門課程的實(shí)驗(yàn)任務(wù)。由于場(chǎng)地和資金原因，工程熱力學(xué)只開設(shè)了 CO2P- V- T 關(guān)系實(shí)驗(yàn)和氣體定壓比熱測(cè)定兩個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，每個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目 4 個(gè)臺(tái)位；而傳熱學(xué)只開設(shè)了強(qiáng)迫對(duì)流和非穩(wěn)態(tài)法測(cè)物體的導(dǎo)熱性能兩個(gè)實(shí)驗(yàn)，每個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目?jī)蓚€(gè)臺(tái)位。傳熱學(xué)實(shí)驗(yàn)中的強(qiáng)迫對(duì)流實(shí)驗(yàn)一直是個(gè)老大難問題。本實(shí)驗(yàn)是在一構(gòu)造好的實(shí)驗(yàn)風(fēng)洞中，放置一實(shí)驗(yàn)用紫銅圓管，圓管內(nèi)部均勻繞有電阻絲對(duì)圓管進(jìn)行加熱，通過測(cè)量多組熱工數(shù)據(jù)，計(jì)算出不同工況下空氣流過單管表面的平均表面換熱系數(shù)，進(jìn)而整理出準(zhǔn)則方程式。這是一個(gè)綜合性的實(shí)驗(yàn)，涉及較多的課程知識(shí)，并應(yīng)用傳熱學(xué)和流體力學(xué)中的多種測(cè)量手段，測(cè)量了風(fēng)速、功率、溫度等多個(gè)參數(shù)，非常有利于學(xué)生學(xué)習(xí)熱工知識(shí)。但是，由于引風(fēng)機(jī)風(fēng)力大，而紫銅管的加熱功率小，數(shù)據(jù)極難穩(wěn)定（在該實(shí)驗(yàn)中，電位差計(jì)的熱電勢(shì)值三分鐘之內(nèi)基本不變，才能認(rèn)為數(shù)據(jù)穩(wěn)定），此外，該實(shí)驗(yàn)要多次變化電壓和風(fēng)口出口擋板開度來得到多組數(shù)據(jù)，因此實(shí)驗(yàn)時(shí)間很長(zhǎng)。經(jīng)多次實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，如果做實(shí)驗(yàn)時(shí)，先做高電壓的文章編號(hào)：1672- 7894（2008）10- 101- 01
組再做電壓的組，這樣做低電壓組的實(shí)驗(yàn)時(shí)，數(shù)據(jù)穩(wěn)定的時(shí)間會(huì)相對(duì)較短。于是，在指導(dǎo)學(xué)生實(shí)驗(yàn)時(shí)，教學(xué)生做實(shí)驗(yàn)時(shí)，從電壓高的組依次做到電壓低的組，這樣一來，學(xué)生做完電壓最高的一組實(shí)驗(yàn)后，后面低電壓組的實(shí)驗(yàn)時(shí)間就大大縮短。雖然后面的時(shí)間縮短了，但是第一組的時(shí)間還是很長(zhǎng)，做完一個(gè)實(shí)驗(yàn)還是要一整個(gè)半天的時(shí)間。
雖然強(qiáng)迫對(duì)流實(shí)驗(yàn)是一個(gè)較復(fù)雜的綜合實(shí)驗(yàn)，但它復(fù)雜的地方主要是數(shù)據(jù)處理和準(zhǔn)則整理，而不是實(shí)驗(yàn)過程中的操作和數(shù)據(jù)記錄。在實(shí)驗(yàn)儀器連接完好的情況下，學(xué)生們只要認(rèn)真地聽取老師的講解，一般都能很容易地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作和數(shù)據(jù)讀取記錄工作。這樣一來，看似復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)過程就變成了一場(chǎng)漫長(zhǎng)的等待數(shù)據(jù)穩(wěn)定的過程。雖說大多數(shù)工程實(shí)際就是這么枯燥、乏味，但學(xué)生們主要是學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)的方法和實(shí)驗(yàn)過程，大可不必在等待數(shù)據(jù)上花費(fèi)過多的時(shí)間，另外，由于該實(shí)驗(yàn)等待的時(shí)間過長(zhǎng)且過程操作簡(jiǎn)單，很容易消磨學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和學(xué)習(xí)興趣，影響他們的熱工學(xué)習(xí)。只要我們?cè)诰幊虝r(shí)，把穩(wěn)定時(shí)間設(shè)定成幾分鐘，這樣我們就可以在計(jì)算機(jī)上方便地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，這樣既解決了實(shí)驗(yàn)臺(tái)位少、場(chǎng)地小帶來的不便，又能消除實(shí)驗(yàn)時(shí)間過長(zhǎng)給學(xué)生帶來的煩躁，整個(gè)過程非常直觀快捷。有興趣的學(xué)生還可以參與編程，先從傳熱學(xué)的基本原理中分析出結(jié)果，通過仿真實(shí)驗(yàn)加以驗(yàn)證；反過來，又可以先觀察變化過程，根據(jù)原理加以解釋。使學(xué)生對(duì)內(nèi)容理解得更為透徹，觀察現(xiàn)象“知其然”，分析原理“知其所以然”，達(dá)到很好的教學(xué)效果。
2.關(guān)于熱工實(shí)驗(yàn)教學(xué)的進(jìn)一步思考
（1）隨著多媒體技術(shù)的不斷發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的日漸普及，在網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)的基礎(chǔ)上，使用多媒體 CAI 課件進(jìn)行教學(xué)已成為教學(xué)革新的一種趨勢(shì)，這對(duì)于實(shí)驗(yàn)教學(xué)也是同樣適用的。實(shí)踐已經(jīng)證明，多媒體 CAI 課件以其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，在現(xiàn)代教育教學(xué)中充當(dāng)著越來越重要的角色。它具有豐富的表現(xiàn)力，不僅能對(duì)微觀過程進(jìn)行模擬，還可以對(duì)抽象事務(wù)進(jìn)行生動(dòng)直觀表現(xiàn)，對(duì)復(fù)雜過程進(jìn)行簡(jiǎn)化和再現(xiàn)。這點(diǎn)在熱工類實(shí)驗(yàn)教學(xué)中尤為重要，因?yàn)橛行?shí)驗(yàn)原理或過程較為抽象，用理論或文字解釋往往很難讓學(xué)生真正理解，現(xiàn)在通過圖片、動(dòng)畫或視頻可將這些微觀抽象的概念加以直觀展現(xiàn)。
（2）建立熱工實(shí)驗(yàn)思考題庫，促進(jìn)學(xué)生思考探索。結(jié)合每項(xiàng)實(shí)驗(yàn)和所涉及的基礎(chǔ)理論、實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)技能、結(jié)構(gòu)特性、綜合設(shè)計(jì)、實(shí)際應(yīng)用等內(nèi)容編寫出一套思考題, 編輯到數(shù)據(jù)處理程序上, 按排列組合規(guī)律分配給每個(gè)學(xué)生。只要哪個(gè)學(xué)生上機(jī)處理數(shù)據(jù), 計(jì)算機(jī)就會(huì)分配給他一套思考題。盡管每個(gè)小組實(shí)驗(yàn)測(cè)試數(shù)據(jù)相同, 但每個(gè)學(xué)生的思考題內(nèi)容不同, 或同一道題的思路不同, 則實(shí)驗(yàn)報(bào)告內(nèi)容也就各有千秋。
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