主頁 > 企 業(yè) 博 客 > 熱工實驗教學的思考
熱工學(包括工程熱力學、傳熱傳質學、工程流體力學) 是研究熱能與機械能相互轉換和傳遞的基本規(guī)律, 以及能量的合理有效利用的一門學科, 涉及到自然界和工程技術的各個領域, 如宇航、通信、冶金、地礦、機電、交通、建筑、化工、農林、儀表等領域無一不存在熱現(xiàn)象及其技術問題。有時它在某一領域的技術進步中起著關鍵性的作用。比如, 微電子和超大規(guī)模集成電路芯片的散熱、微型電機的冷卻、微細材料的加工、航天器熱控制等, 必須應用微細尺度傳熱傳質理論來解決。各項科學技術的進步, 使熱工學理論不斷完善; 反過來, 它又成為各個工程技術領域發(fā)展的必要的理論支柱?！豆こ虩崃W》和《傳熱學》是學生必修的主要專業(yè)基礎課，它們是連接基礎課和專業(yè)課的重要紐帶，是學生分析和解決問題的關鍵環(huán)節(jié)。熱工課程既具有基礎課的理論性，概念多且抽象，同時又具有專業(yè)課的應用性和技術性，與實際的工程技術問題緊密聯(lián)系，涉及范圍廣泛，公式繁多并且約束條件復雜。由于這兩門課程的這些特點，再加上學生沒有實際工程經驗，理解和學習起來有相當?shù)碾y度。而熱工實驗則恰恰是課程理論和工程實際的中間環(huán)節(jié)，通過它，學生可以直觀的了解一些實際的物理模型和測量手段，學習一些數(shù)據(jù)處理方法，近似地接觸了解工程實際，反過來極大的幫助他們學習熱工理論知識。
1.目前熱工教學實驗以及相關實驗教學方面的實踐想法
熱工實驗室主要對象是設備系的建筑環(huán)境與設備工程專業(yè)，主要承擔工程熱力學和傳熱學兩門課程的實驗任務。由于場地和資金原因，工程熱力學只開設了 CO2P- V- T 關系實驗和氣體定壓比熱測定兩個實驗項目，每個實驗項目 4 個臺位；而傳熱學只開設了強迫對流和非穩(wěn)態(tài)法測物體的導熱性能兩個實驗，每個實驗項目兩個臺位。傳熱學實驗中的強迫對流實驗一直是個老大難問題。本實驗是在一構造好的實驗風洞中，放置一實驗用紫銅圓管，圓管內部均勻繞有電阻絲對圓管進行加熱，通過測量多組熱工數(shù)據(jù)，計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)，進而整理出準則方程式。這是一個綜合性的實驗，涉及較多的課程知識，并應用傳熱學和流體力學中的多種測量手段，測量了風速、功率、溫度等多個參數(shù)，非常有利于學生學習熱工知識。但是，由于引風機風力大，而紫銅管的加熱功率小，數(shù)據(jù)極難穩(wěn)定（在該實驗中，電位差計的熱電勢值三分鐘之內基本不變，才能認為數(shù)據(jù)穩(wěn)定），此外，該實驗要多次變化電壓和風口出口擋板開度來得到多組數(shù)據(jù)，因此實驗時間很長。經多次實驗發(fā)現(xiàn)，如果做實驗時，先做高電壓的文章編號：1672- 7894（2008）10- 101- 01
組再做電壓的組，這樣做低電壓組的實驗時，數(shù)據(jù)穩(wěn)定的時間會相對較短。于是，在指導學生實驗時，教學生做實驗時，從電壓高的組依次做到電壓低的組，這樣一來，學生做完電壓最高的一組實驗后，后面低電壓組的實驗時間就大大縮短。雖然后面的時間縮短了，但是第一組的時間還是很長，做完一個實驗還是要一整個半天的時間。
雖然強迫對流實驗是一個較復雜的綜合實驗，但它復雜的地方主要是數(shù)據(jù)處理和準則整理，而不是實驗過程中的操作和數(shù)據(jù)記錄。在實驗儀器連接完好的情況下，學生們只要認真地聽取老師的講解，一般都能很容易地進行實驗操作和數(shù)據(jù)讀取記錄工作。這樣一來，看似復雜的實驗過程就變成了一場漫長的等待數(shù)據(jù)穩(wěn)定的過程。雖說大多數(shù)工程實際就是這么枯燥、乏味，但學生們主要是學習實驗的方法和實驗過程，大可不必在等待數(shù)據(jù)上花費過多的時間，另外，由于該實驗等待的時間過長且過程操作簡單，很容易消磨學生的學習熱情和學習興趣，影響他們的熱工學習。只要我們在編程時，把穩(wěn)定時間設定成幾分鐘，這樣我們就可以在計算機上方便地進行實驗，這樣既解決了實驗臺位少、場地小帶來的不便，又能消除實驗時間過長給學生帶來的煩躁，整個過程非常直觀快捷。有興趣的學生還可以參與編程，先從傳熱學的基本原理中分析出結果，通過仿真實驗加以驗證；反過來，又可以先觀察變化過程，根據(jù)原理加以解釋。使學生對內容理解得更為透徹，觀察現(xiàn)象“知其然”，分析原理“知其所以然”，達到很好的教學效果。
2.關于熱工實驗教學的進一步思考
（1）隨著多媒體技術的不斷發(fā)展，網(wǎng)絡應用的日漸普及，在網(wǎng)絡教學平臺的基礎上，使用多媒體 CAI 課件進行教學已成為教學革新的一種趨勢，這對于實驗教學也是同樣適用的。實踐已經證明，多媒體 CAI 課件以其獨特的優(yōu)勢，在現(xiàn)代教育教學中充當著越來越重要的角色。它具有豐富的表現(xiàn)力，不僅能對微觀過程進行模擬，還可以對抽象事務進行生動直觀表現(xiàn)，對復雜過程進行簡化和再現(xiàn)。這點在熱工類實驗教學中尤為重要，因為有些實驗原理或過程較為抽象，用理論或文字解釋往往很難讓學生真正理解，現(xiàn)在通過圖片、動畫或視頻可將這些微觀抽象的概念加以直觀展現(xiàn)。
（2）建立熱工實驗思考題庫，促進學生思考探索。結合每項實驗和所涉及的基礎理論、實驗原理、實驗技能、結構特性、綜合設計、實際應用等內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)律分配給每個學生。只要哪個學生上機處理數(shù)據(jù), 計算機就會分配給他一套思考題。盡管每個小組實驗測試數(shù)據(jù)相同, 但每個學生的思考題內容不同, 或同一道題的思路不同, 則實驗報告內容也就各有千秋。
1.目前熱工教學實驗以及相關實驗教學方面的實踐想法
熱工實驗室主要對象是設備系的建筑環(huán)境與設備工程專業(yè)，主要承擔工程熱力學和傳熱學兩門課程的實驗任務。由于場地和資金原因，工程熱力學只開設了 CO2P- V- T 關系實驗和氣體定壓比熱測定兩個實驗項目，每個實驗項目 4 個臺位；而傳熱學只開設了強迫對流和非穩(wěn)態(tài)法測物體的導熱性能兩個實驗，每個實驗項目兩個臺位。傳熱學實驗中的強迫對流實驗一直是個老大難問題。本實驗是在一構造好的實驗風洞中，放置一實驗用紫銅圓管，圓管內部均勻繞有電阻絲對圓管進行加熱，通過測量多組熱工數(shù)據(jù)，計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)，進而整理出準則方程式。這是一個綜合性的實驗，涉及較多的課程知識，并應用傳熱學和流體力學中的多種測量手段，測量了風速、功率、溫度等多個參數(shù)，非常有利于學生學習熱工知識。但是，由于引風機風力大，而紫銅管的加熱功率小，數(shù)據(jù)極難穩(wěn)定（在該實驗中，電位差計的熱電勢值三分鐘之內基本不變，才能認為數(shù)據(jù)穩(wěn)定），此外，該實驗要多次變化電壓和風口出口擋板開度來得到多組數(shù)據(jù)，因此實驗時間很長。經多次實驗發(fā)現(xiàn)，如果做實驗時，先做高電壓的文章編號：1672- 7894（2008）10- 101- 01
組再做電壓的組，這樣做低電壓組的實驗時，數(shù)據(jù)穩(wěn)定的時間會相對較短。于是，在指導學生實驗時，教學生做實驗時，從電壓高的組依次做到電壓低的組，這樣一來，學生做完電壓最高的一組實驗后，后面低電壓組的實驗時間就大大縮短。雖然后面的時間縮短了，但是第一組的時間還是很長，做完一個實驗還是要一整個半天的時間。
雖然強迫對流實驗是一個較復雜的綜合實驗，但它復雜的地方主要是數(shù)據(jù)處理和準則整理，而不是實驗過程中的操作和數(shù)據(jù)記錄。在實驗儀器連接完好的情況下，學生們只要認真地聽取老師的講解，一般都能很容易地進行實驗操作和數(shù)據(jù)讀取記錄工作。這樣一來，看似復雜的實驗過程就變成了一場漫長的等待數(shù)據(jù)穩(wěn)定的過程。雖說大多數(shù)工程實際就是這么枯燥、乏味，但學生們主要是學習實驗的方法和實驗過程，大可不必在等待數(shù)據(jù)上花費過多的時間，另外，由于該實驗等待的時間過長且過程操作簡單，很容易消磨學生的學習熱情和學習興趣，影響他們的熱工學習。只要我們在編程時，把穩(wěn)定時間設定成幾分鐘，這樣我們就可以在計算機上方便地進行實驗，這樣既解決了實驗臺位少、場地小帶來的不便，又能消除實驗時間過長給學生帶來的煩躁，整個過程非常直觀快捷。有興趣的學生還可以參與編程，先從傳熱學的基本原理中分析出結果，通過仿真實驗加以驗證；反過來，又可以先觀察變化過程，根據(jù)原理加以解釋。使學生對內容理解得更為透徹，觀察現(xiàn)象“知其然”，分析原理“知其所以然”，達到很好的教學效果。
2.關于熱工實驗教學的進一步思考
（1）隨著多媒體技術的不斷發(fā)展，網(wǎng)絡應用的日漸普及，在網(wǎng)絡教學平臺的基礎上，使用多媒體 CAI 課件進行教學已成為教學革新的一種趨勢，這對于實驗教學也是同樣適用的。實踐已經證明，多媒體 CAI 課件以其獨特的優(yōu)勢，在現(xiàn)代教育教學中充當著越來越重要的角色。它具有豐富的表現(xiàn)力，不僅能對微觀過程進行模擬，還可以對抽象事務進行生動直觀表現(xiàn)，對復雜過程進行簡化和再現(xiàn)。這點在熱工類實驗教學中尤為重要，因為有些實驗原理或過程較為抽象，用理論或文字解釋往往很難讓學生真正理解，現(xiàn)在通過圖片、動畫或視頻可將這些微觀抽象的概念加以直觀展現(xiàn)。
（2）建立熱工實驗思考題庫，促進學生思考探索。結合每項實驗和所涉及的基礎理論、實驗原理、實驗技能、結構特性、綜合設計、實際應用等內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)律分配給每個學生。只要哪個學生上機處理數(shù)據(jù), 計算機就會分配給他一套思考題。盡管每個小組實驗測試數(shù)據(jù)相同, 但每個學生的思考題內容不同, 或同一道題的思路不同, 則實驗報告內容也就各有千秋。
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