热学实验总结

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热学实验总结范文第1篇

关键词：课堂教学;课堂引入法;传热学

中图分类号：G642.41 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2015）47-0138-03

一部成功的电影需要出奇制胜的预告片吸引观众的注意，教学亦是如此，生动有趣的教学引入对学生的课堂学习起着至关重要的作用，对传热学教学质量的提高以及人才培养也是举足轻重的[1]。

经过多年的努力，我校传热学课程建设已日臻完备，并已形成自己的特色，于2007年被评为校优秀课程，2008年被评为省精品课程。教学实践表明，对尚未接触传热学课程的低年级大学生而言，受往届传热学课程挂科率比较高等原因的影响，对传热学课程的学习仍存有畏惧心理。教师在课下与学生的交流发现，很多学生在传热学这门课的学习上不得要领，在初听多维非稳态导热问题、大容器沸腾传热实验关联式以及间壁式换热器热设计等类似问题时，就有种惴惴不安的感觉。因此，如何做好传热学课堂引入，激发学生对传热学的学习兴趣，排除畏难情绪，愈发显得关键。

一、传热学简介

传热是一种自发的不可逆过程，而传热学是一门跨行业、专业技术的基础叉学科，它是在数学（主要是微分方程理论）、热力学、流体力学等基础上发展起来的基础应用学科。热能传递的三种基本方式为热传导、热对流和热辐射。三种传递方式的主要区别在于相对位移和传递介质。

传热过程大多伴随热传导、对流换热和辐射换热的综合影响[2]。例如，生活中铁板烧的传热过程和水壶烧水的过程就兼具这三种换热方式，而不同案例下，这三种换热方式所占比例又不尽相同。由此可见，对于传热过程的理解分析，存有一定的难度。学生在学习传热学课程之初，为消除大学生的畏难情绪，尝试采用引入法从各个角度加深学生对热量传递现象的深入理解[3]，以激发大学生对传热学课程的学习兴趣。

二、引入法浅析

任课教师在传热学课堂上改变传统的授课模式，初步探讨研究出几种教学引入方法。例如，在讲到傅立叶定律时，教师通常会简要介绍让・巴普蒂斯・约瑟夫・傅立叶这位伟大的法国物理学家的生平事迹，继而提及他是如何提出导热基本定律以及求解导热微分方程的无穷级数的。此外，教师还可依据教学重点与难点，为学生设疑，让学生积极思考，开拓思维，主动发言，以此调动学生学习传热学课程的兴趣。

1.实验引入法。在课堂上，通过演示实验，鼓励学生一起参加，提高学生的动手操作能力，更重要的是，形象化的实物相比抽象的理论而言，更容易让学生接受。

在传热学第一堂课中，任课教师带着蜡烛、纸杯、托盘还有一瓶纯净水来到教室，学生都惊讶地看着教师，他们想象不到教师要在传热学课堂上为大家做一个简单的小实验，那就是用纸杯烧开水（见图1）。实验很成功，水也烧开了，但纸杯并没有烧着。学生在底下议论纷纷，猜测这到底是为什么。在大家各抒己见后，总结出正确答案：纸的燃点在180℃左右，而水的沸点在100℃左右，当纸杯中装了水，用蜡烛加热纸杯底部时，纸杯吸热升温并将热量迅速地传递给水，当纸杯中的水吸热升温至沸点时，水开始沸腾。因此，只要纸杯中有水，纸就不能达到燃点而燃烧。学生合理地解释完实验现象，教师可开始引入传热学内容，告诉学生，把水烧开的过程包含即将学习的三种换热方式。类似的趣味实验有很多，如一块30mm×30mm×5mm的冰块静止地悬挂在20℃大气中，冰块融化时的形状有什么变化，也可让学生自己动手操作观察，寻求原因，以达到课堂引入的良效。由此，学生带着好奇心与求知欲，开始这学期的传热学课程。

2.音像引入法。如今，高校教学大多是多媒体授课，在开始课程讲解前，可有效利用多媒体资源，为学生播放相关影片。当然，影片时长几分钟即可，重在引入课堂知识。

任课教师曾在开始讲对流传热这章内容时，为学生播放经典影片《泰坦尼克号》片段，男主人公Jack在海水中被冻死，而女主人公Rose却因躺在竹筏上幸存下来（见图2）。影片戛然而止，学生兴趣盎然，这时教师可以问大家为什么Jack没有像Rose那样撑到救援人员来的一刻？由于绝大多数的学生对该影片比较熟悉，各抒己见。有的说因为Jack把外套脱下给了Rose;有的说海水比较凉，Jack体质比较差。整个课堂开始活跃起来，大家争相回答，而教师告诉学生，可以用传热学理论解释：两人与环境之间属于自然对流换热，但Jack是与海水发生自然对流换热，而Rose在竹筏上，是与空气发生自然对流换热，在温度等条件相同的前提下，水的自然对流强度要远大于空气，因此Jack所处环境的换热强度要高于Rose，单位时间内Jack向水传递的热量远高于Rose向空气传递的热量，从而导致Jack被冻死，而Rose却幸免于难。虽然只有短短几分钟的交流，学生却明白课堂内容的重要性。为了获取更多的知识，更合理地解释其他一些实例，学生都开始认真听讲，使得课堂引入效果甚佳。

3.设置悬念法[4]。教师还可以尝试根据课堂重点内容，在一堂课开始前先给学生留下几个预先设计好的相关问题，让大家思考，然后互相讨论，激发学生的学习主动性。

例如，在讲到辐射换热这一章时，教师可以先问大家，我国北方地区在深秋季节的清晨，树叶叶面上常常会结霜（见图3），那么是树叶上表面结霜还是下表面结霜？根据常识与经验，大家异口同声地回答是树叶上表面结霜。教师可紧接着继续问为什么？这时没有学生能准确说出其中的原因。这时，教师要告诉学生，学完这堂课，你们就会找到其中的奥妙。这一堂课，大家带着疑问听得津津有味，而且全神贯注。课堂最后，学生也可以自己找到答案。这是由于清晨时分，树叶上表面朝向太空，下表面朝向地面，而太空温度低于地表温度，即相对树叶下表面来说，其上表面需要向太空辐射更多的能量，导致树叶上表面温度低于下表面温度。在寒冷天气，树叶上表面温度会先于下表面达到零度，还有可能低于零度而出现结霜的现象。设置悬念的方法可以有效地引发学生的好奇心与积极探讨的情绪，该方法实施的关键在于问题应符合教学内容，难度不应太大，使学生有一种“跳一跳，摘得到”的感觉。

4.联系生活法[5]。在结束导热、对流换热与热辐射的讲解之后，教师开始对热流传递的三种基本方式进行总结。即便是这样的复习课，教师也可选取生活中的一些小事例进行课堂引入。这时的课堂引入不但是为了引发学生的兴趣，更重要的是学以致用，回顾学过的知识，用学到的知识科学地解释生活现象，提高思考能力与总结能力。

例如，人们都有这样的经历，对于相同的室温，假设25℃，夏天在该温度的房间内穿着单薄衣物，可能仍然觉得热，而冬天在这样的房间内穿着棉服，却还有冷的感觉，这是什么原因？这是由于人体表面与室内环境发生对流与辐射产生的复合换热量在冬夏之间差别巨大造成的。再如，许多人喜欢在冬天的阳光中晒被子（见图4），棉被经过白天在太阳底下暴晒后，晚上盖起来会很暖和，经过拍打后，效果更明显。这时教师可以让学生用传热学知识解释原因，即：棉被经过晾晒后，棉花空隙中会进入更多的空气，而空气在狭小的棉絮空间中的热量传递方式主要是导热，由于空气的导热系数较小，具有良好的保温性能，当棉被经过拍打后，可让更多的空气进入，效果更明显。

5.工程实践法。课本中的理论知识往往是枯燥乏味的，学生懂得应用传热学知识解释相关生活现象，仅仅是基础要求，但作为工科生，其最理想的学习效果是把已学知识合理应用到工程实践中。往届的很多学生虽然结束了一学期的传热学课程学习，但却从未了解过工程实践中的传热问题。因此，教师将联系生产实例作为课堂教学引入方法，不仅可以开阔学生视野，同时也会把抽象的理论知识融合到具体的生产实例中，让学生愿意听，印象也更加深刻。

在讲到传热过程分析与换热器的热计算这一章内容时，任课教师可以教室中的暖气片（如图5）为例，告诉学生暖气是我国北方地区必不可少的家用设备，其重要性不言而喻。暖气片是一种简单的换热器，其设计与安装都有一定的学问。为使其能更有效地散热，设计者会为其设计若干肋壁，以此加大散热表面积，降低对流换热的热阻，增强传热作用。在安装时，由所学对流换热分析可知，应尽量将暖气片安装在窗户下方，使进入室内的冷空气加热后上升，在房屋上空循环冷却后，下降回流到暖气片周围进行再次加热，从而使房间达到一个有效的空气对流循环。这一引入法可让学生明白专业知识在生产实例中的重要性，内心产生一种使命感和责任感，更踏实地投入专业学习中。

工程实践引入法主要适用于有经验的教师，对刚刚踏上讲台的教师来说，需要在后续工作和生活中积累经验，才能有效地引导学生把理论知识与实际生产结合起来。

总之，课堂引入方法不胜枚举。例如，断桥残雪是杭州西湖十景之一，可采用美景欣赏法为学生讲述其中的传热原理;窗玻璃对红外线几乎不透明，但隔着玻璃晒太阳却使人感觉很暖和，可采用亲身感受法引入课堂内容。通过各种示例的引入、分享，逐步加深学生对热量传递现象的认知理解。

三、结语

高等学校专业课程课堂教学引入法的目的是旨在提高学生的学习兴趣，激发好奇心，提高教学质量，从而提高专业教学水平。但在课堂引入法的应用上，应注意引入方法的简洁有效，要妙趣横生，紧贴教学内容，具有科学依据。

在传热学课堂教学中，教师应针对每堂课的具体教学内容选择行之有效的引入方法吸引学生，让他们感受到传热学的魅力，学会用传热学基础理论解释生活中的现象，学会用所学专业知识指导生产实践。

参考文献：

[1]蔡恒玲，龙双涟.“卓越工程师计划”学校工作方案的探索与实践[J].中国电力教育，2014，（2）：11-12

[2]杨世铭，陶文铨.传热学[M].北京：高等教育出版社，2006.

[3]吴香侠.谈课堂教学的引入法[J].剑南文学，2012，（11）：275.

热学实验总结范文第2篇

关键词： 统计规律 联系实际 高中物理教学

在高中物理热学部分的教学中，研究物质的结构及微观结构的表现时认为大量分子的宏观行为满足统计规律。由于微观粒子结构的特殊性，多数学生对物质内部的图景缺乏正确的认识，导致学生在理解微观粒子遵循的规律时出现较大困难。如何构建微观过程的宏观图景，是帮助学生克服此类困难的关键。

在人类社会发展的过程中，人们不断总结生活经验。这些生活经验的总结有的是可以与微观粒子满足的统计规律联系起来的。比如在如何理解“物体的温度升高时为什么不是所有的微粒的运动速度都增大”的问题时，可以把温度的升高与学校某个班级平均成绩的提高相类比。当某个班期考的平均分比段考的平均分高时应是这个班的大部分学生的期考成绩比段考高，但也不排除有少数或个别学生因发挥不佳或其他原因，成绩比段考还低的可能。这样一类比把微观问题宏观化，对于学生理解温度升高时并不是每个分子速度都加快、动能都增加的结论是有益的。在理解微观粒子在热现象中满足的统计规律时，这种方法也是非常有用的。

《用油膜法测分子的直径》是高中热学中唯一的学生实验。这个实验充分体现了热力学研究的特点，对于学生理解热力学的统计规律是非常重要的。在指导学生做这个实验时，应想方设法让学生理解这个实验的实质。做《用油膜法测分子的直径》实验时，学生对为何要事先配制油酸酒精溶液不理解，认为配制油酸酒精溶液很麻烦，还会因为酒精的挥发对实验造成较大误差。因此，认为配制该溶液是不必要的。这是学生对微观粒子的特点不了解而产生的错误认识。微观粒子的特点是“多和小”，所谓多是指任何一个宏观物体内部分子的数量多，所谓小是指物体内部微观粒子的质量小、体积小、所占的空间小。基于这样的特点，在做《用油膜法估测分子的直径实验》时，实验能否成功的关键是能否在液面上形成单分子油膜。由于分子的体积非常小，油酸是否在水面上形成单分子油膜用眼睛是不能判断的。那么，怎么才能保证油酸在水面上形成的一定是单分子油膜呢？唯一解决的办法是让油酸在水面上充分散开。而让油酸充分散开的措施有两种：一是滴到水面的油酸体积很大时，要使水面的面积非常大。比如把一小瓶油酸倒在一个大型水库的水面上。这时油酸可以在水面上充分展开形成单分子油膜，但这时油的面积太大又给油膜表面积的测量带来了困难。显然这样的实验学生在实验室是无法完成的。二是尽可能缩小油酸的体积使得在实验室的条件下即可形成单分子油膜，但是这样油酸分子的体积太小用量筒根本无法测量。在油酸体积的测量上又会存在很大误差，使测量结果失去意义。为了解决这样的难题，人们想到了配制油酸酒精溶液，让体积很小但可测的油酸溶于一定体积的酒精中。配制体积比很小的油酸酒精溶液，再用巧妙的方法测出一滴溶液的体积，利用体积比计算出一滴溶液中油酸的体积。将这样的一滴溶液滴在水面上可形成单分子油膜。这时形成的油膜面积很小，在实验室的条件下即可测量。用简单的办法解决了这个难题。用统计方法就解决了既可测油酸的体积，又可测单分子油膜的面积这个难题。可见在用油膜法测定分子的直径的实验中，配制油酸酒精溶液并不是为了增加实验的难度而添加的，而是为了用宏观的方法测定微观量而必不可少的。学生只有在脑海中充分理解物理图景，才能对实验有充分的认识，在实验中自觉地实施，并达到举一反三的效果。

以上做法对于头脑中有微观物理图景的学生来说是容易理解的。但大多数中学生缺乏这样物理图景的构建，理解起来还是有困难的。如何帮助学生克服这样的困难呢？最有效的办法是列举生活中宏观物体的类似例子让学生理解。对于广大农村地区的学生，他们对农村生活比较熟悉，可列举与他们的生活密切联系的例子说明。如在农村，由于种子的价格昂贵，农民往往购买少量的种子然后通过嫁接的方法获得很多幼苗。为了使少量的种子长出高质量的幼苗，必须解决如何把少量种子均匀地撒在宽阔的地畦上的问题。如果认为种子少而选择把种子一颗颗地插在地畦上，这样不仅费时费力，而且达不到要求。农民想了一个简单方法巧妙地解决了这个问题。就是把少量的种子与一大盆细沙混合，然后把沙子与种子一起撒到地畦上。由于在少量的种子中掺进了大量的沙子，使得每相同的体积中种子的含量是相同的。把这样的混合物撒在地畦上，长出来的幼苗一定是均匀的。我国南方农村的广大地区以种植水稻为主，这些稻田在冬天是闲置的。这就导致春天开播时稻田中和田埂上处处会留下因干燥而产生的大小不一的裂缝和因蚯蚓、蝼蚁的挖掘而产生的孔洞，不利于稻田的节水和灌溉。这些裂缝和孔洞很多，难以发现，要想找到它们并一一进行修补，不仅费时费力，而且效果不佳。这样的方法在实际应用中几乎是不可能实现的。怎么才能用最短的时间和最低的成本堵住这些孔洞呢？农民们在解决这个问题时又应用了统计的方法。他们的具体做法是在犁第一次田的过程中，先用犁把田土犁成一坯坯的土坯，再把水放进农田中，用耙反复搅拌，把这些泥坯和成泥浆，这些泥浆就跟着水流到各个裂缝和孔洞中，这些泥浆在孔洞中沉淀就把这些裂缝与孔洞堵得严严实实了。这样用简单的方法达到了目的，而且一举多得。这就是生活中的统计规律的应用。

知识是日常生活经验的概括、总结与升华，物理知识与生活的联系尤为紧密。在物理教学当中通过联系实际把抽象的物理知识形象化，通过类比把微观场景宏观化是使学生加深对物理知识的理解的有效途径。

参考文献：

［1］熊梅，李红霞.主体性、人的发展与启发式教学观［J］.人大复印资料《教育学》，2007.7.

［2］宋兵波.简论教师主体［J］.河北师范大学学报（教育科学版），2008.1.

热学实验总结范文第3篇

“传热学”是一门研究由温度差引起的热能传递规律的学科，[1]根据热力学第二定律，只要是有温差存在，就有热能自发地从高温物体传递给低温物体。[2]而无论是自然环境里，还是在人类生产技术领域里，到处都存在着温差，所以热能传递现象在我们生存的世界中广泛存在。因此，作为一门研究热量传递规律的科学，传热学所涉及的范围极其广泛，成为了人类认识世界、改造世界的重要工具。

随着科技的进步，新能源、化工制药、航天航空等领域都在蓬勃发展，而它们都离不开大量的或简单、或复杂的传热过程。所以，在当代的高等教育中，“传热学”课程不仅是能源动力类专业主要的专业基础课，同样也是建筑环境、化学工程、机械制造等专业学科的重要课程。[3]

一、传热学课程存在的问题及CFD技术简介

1.传热学教学中存在的问题

传热学的教学内容丰富，因专业所需不同、所用教材版本不同，所以侧重点也不尽相同，但通常都包括稳态和非稳态的热传导及其数值解法、对流传热相关理论和计算、热辐射相关理论和计算，以及传热过程分析等内容。我国开设传热学的历史已颇悠久，广大教育工作者在长期的教学实践中总结出了很多有效、实用的教学方法。但由于热量的传递过程比较抽象，而且通常伴随着流体的流动现象，过程复杂多变，学生理解起来往往很吃力。

实验教学无疑是帮助学生理解传热现象的好途径，但成本甚高、操作复杂，如果实验设备昂贵笨重则更是根本无法带到课堂上来。而且流动传热过程往往瞬息万变，稍纵即逝的实验现象不易捕捉、显示，这也为实验教学带来了一定困难。传统的粉笔黑板式教学模式经济、简便，但相对古板、静态，难以将热量传递现象描述得流畅生动。新兴的多媒体教学是很适合讲解传热学的教学方式，但如果没有专门的配图、动画等资源来辅助，也很难将复杂的流动、传热过程表达清楚。所以，急需寻找一种能针对具体物理过程的演示方法，为课堂教学提供支持，以便学生更好地观摩、理解传热过程。

2.CFD技术简介

CFD是Computational Fluid Dynamics（计算流体力学）的简称，特指通过计算机的数值计算和数据汇总处理、图像显示等功能，是对包含有流体流动和传热等相关物理现象进行求解分析的技术。通过CFD技术，我们可以利用计算机来计算、分析并显示流动与传热现象，在较短的时间内解决流体力学、传热学问题。CFD的基本思想可以归结为：把原来在时间域及空间域上连续的物理场（如速度场和压力场），用有限个离散点上的变量的集合来代替，通过一定的方式建立起关于这些离散点上场变量之间的代数方程组，然后通过对代数方程组的迭代求解，来获得场变量的近似值。[4]

一个完整的CFD模拟过程通常包含如下几个主要环节：根据实际情况建立数学模型；将计算区域离散化；选择合适的数值算法求解；计算结果的显示与后处理。

简单地说，CFD相当于“虚拟”地在计算机里做实验，用以模拟实际的流体流动与传热情况。由于其不用搭建实体的试验台，不用购买、制作真实的工程仪器，仅仅把计算机作为工具和场所，所以相对于传统实验研究具有速度快、成本低、操作性强等优势。

随着计算机技术的蓬勃发展，越来越多的科研工作者和工程技术人员把实验室搬到了电脑里，用数值模拟方式代替传统实验，取得了理想的结果。如今，CFD在各行各业都有广泛应用，大到飞机的外部流场和电站锅炉内部燃烧、传热过程的仿真，小到燃料电池内的化学反应、人体血管血液流动过程的模拟，都有CFD参与其中。

目前全世界已有几十种求解流动与传热问题的商用CFD软件，比较著名的有FLUENT、CFX、PHOENICS、Icepak等，而FLUENT是其中较为成熟、使用较为广泛的一款。FLUENT内置了多种算法（包括非耦合隐式算法、耦合显式算法、耦合隐式算法），包含丰富而先进的物理模型，能够胜任对各种流体的对流换热、固体或流体间的热传导、热辐射等复杂传热现象的模拟。而且其操作界面友好、迭代过程迅速准确、计算结果显示美观清晰，无疑是传热学多媒体教学的好帮手。

作者基于多年传热学教学经验，希望通过用fluent软件模拟传热过程的方式，在课堂上简洁、生动地展示传热现象，为学生对流动传热过程的理解提供帮助。

二、CFD软件在课堂教学中的应用

1.CFD教学模式的优势

与常规的多媒体课件模式（以下简称为“传统模式”）相比，直接用CFD软件在课堂教学中进行演示（以下简称为“CFD模式”）有如下优势：

（1）CFD模式使学生产生强烈的“参与感”。在传统模式教学中，多媒体课件往往是教师根据教材和教学大纲在课下制作的，包括思路的整理、教学内容的展示、素材的选取等，都是由教师一手操办，再到课堂上宣讲。在这种传统模式下的教学，学生没有看到知识点的组织和梳理过程，更没有亲身去参与到其中，这样他们往往是在被动地接受知识，缺少参与感。而CFD模式则不然，它可以直接针对具体的传热过程实例，教师在课下先画好模型，在课堂上用fluent软件一步步地设置边界条件、物性参数、求解方法。这样，例子的求解全过程同学们都能参与到，该过程是对流还是辐射、是层流还是紊流、是可压缩还是不可压缩、是定常还是非定常，同学们都能亲眼看到。可见，CFD模式可以把知识概念的灌输，变成知识脉络的整理，这对巩固学生们的知识、加深同学们对传热流动现象的理解都有巨大帮助。

（2）CFD模式能极好地活跃课堂氛围。在传统模式教学中，尽管多媒体课件中有较为丰富的图片、动画等元素，比粉笔黑板式教学要多元化得多，但教师在依靠其授课的过程中，本质仍是在照本宣科，只不过“本”换成了“课件”。除去教师个人能力因素来看，只依靠多媒体课件，课堂气氛难以活跃。在CFD模式中，对多媒体课件的“依靠”变成了对CFD软件的“操作”，教师把参数的设置过程、求解的迭代过程、后处理的显示过程全部展现在了同学们的面前。设置参数时的周密思考，求解时的紧张兴奋，结果显示时的成就感，甚至计算失误时的小失落，都会使课堂气氛变得活跃、热烈。

（3）CFD模式能有效激发学生对传热学的兴趣。在传统模式教学中，复杂的公式和抽象的边界条件只能借助一些相对活泼新鲜的图片或简单动画来显示，无法在学生脑中形成感性认识，更难以把传热问题复杂的求解过程“平易化”，很难激发学生的兴趣。我们知道，对于当代大学生来说，生活中最熟悉的东西莫过于电脑了，计算机技术的飞速发展使电脑普及到学生身边，新鲜的、功能强大的软件是大多数年轻人关注的热点，也是强烈的兴趣点。而CFD模式则正是利用fluent等商业软件，使相对枯燥的数学模型变得生动，把抽象的传热现象通过眼前新鲜的软件展示出来。这样能使学生对软件产生浓厚的兴趣，甚至会把兴趣带到课下，在摸索、学习软件的过程中自觉地加强对传热学、流体力学等基础课程的学习，把被动接受知识变成主动汲取知识。

2.CFD教学模式过程中需要注意的问题

作者通过在课堂上对CFD模式的摸索实践，深切感受到其优势，同时也发现了一些需要注意的问题。

（1）CFD模式对教师的软件操作能力要求较高。传统模式教学中，课件是事先做好的，课堂上只要按照预先的准备来放映即可，节奏与内容都很容易掌握。但在CFD模式中，由于教师要在课堂上当场用fluent演示全部求解过程，甚至即兴根据所讲的知识点进行建模和求解，所以需要教师对CFD软件有深刻的理解和高超的操作水平。

（2）CFD模式需要教师具备一定的临场应变能力。而且课堂上同学们可能会希望看到更多工况下的模拟结果，对于这些工况教师在课前未必会准备得很充分，不可避免会使教学过程出现小波折，比如出现求解不收敛、结果伪收敛等情况，这就需要教师有相应的应变能力，将这些小瑕疵转化成活跃课堂气氛的兴趣点。

（3）CFD模式对电脑有一定要求。CFD软件的求解过程需要电脑的CPU和内存共同高速运转，如果电脑状况很差，处理的模型比较大、网格比较多，就可能会出现死机现象。这种情况在课堂教学中真的很扫兴，应该尽量避免出现。所以需要教室内配备有相应配置的电脑，或是由教师自带性能足够的笔记本电脑，以便顺利完成教学。

三、教学实例

根据《传热学》中外部强制对流传热部分，[1]模拟流体横掠管束的传热过程。外掠管束换热在各种换热设备中极为常见，通常管束的排列有叉排和顺排两种方式。为帮助同学们理解，现假设了如下两个模型（见图1）：

温度为T1=300K的空气以u=1m/s的速度分别冲刷叉排和顺排的两组管束，管束的温度均为T2=700K。d=100mm，s1=s2=150mm。

网格事先画好，在课堂上利用fluent软件对此二维模型进行模拟，展示相应的参数设置（见图2）。湍流模型选用k-ε模型，气体的粘度等参数按照相应温度下的物性设置，松弛因子用软件默认的即可（若希望加快收敛，可以将相应方程的松弛因子调低些）。

计算收敛后可以清晰地得到流场的速度云图（见图3，图5）、温度云图（见图4，图6）、局部放大速度矢量图（见图7），非常直观地展示了两种排列方式流动、换热过程的异同。

通过观看、参与参数的设置过程，使同学们明确了解决传热学问题的步骤和条件；而通过计算后得到的这些物理场图，可以加深同学们对空气流冲刷管束时强制对流传热的感性认识。

为进一步帮助学生对传热过程的理解，可以将稳态问题转化成非稳态问题，逐时进行求解。即在求解器中将Steady改成Transient（见图8），并设置时间步长（见图9），模拟出传热过程定时刻的状态。

图10-图13分别显示了叉排横掠管束内t=0.03s、t=0.1s、t=0.5s和t=1s时的温度云图。从这几张图中可清晰地看到叉排横掠管束强制对流的换热过程：换热器内原本温度较高，当空气流入时，由于管子与空气间存在温差，二者间发生了热的传递。流入的空气逐渐被高温管子加热，而内部原本温度很高的流场则被流入的空气冷却。整个过程最终会趋于稳态，渐渐与图4的稳态温度云图相吻合。

最后，用fluent进行简单的后处理，生成两种排列方式出口处的温度曲线图（见图14），叠在一起后便可以看出两种方式的换热差别。

可见，通过对传热过程的稳态模拟和逐时模拟，可以把原本难以捕捉的传热过程生动地展现出来，把抽象问题具体化、形象化，大大加深学生对传热过程的理解，激发大家对传热学的兴趣。

四、结论

综上所述，将CFD软件引入传热学课堂教学的教学方式能使学生更清晰地观察到流动传热现象，弥补现有多媒体教学中存在的缺陷。教师可以根据教学计划，在课堂上实时地模拟稳态和非稳态的传热过程，加深学生对传热过程的理解。

热学实验总结范文第4篇

关键词：传热学;英文教学;能源动力工程

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）42-0208-02

一、英文《传热学》教学的重要意义

《传热学》、《工程热力学》和《流体力学》被是能源动力专业的三大核心专业基础课[1]。传热学是研究在温差存在的情况下，物理内部或者物体与物体之间发生的能量传递规律的一门课程。由于自然界和科学生产中均处处存在导致热量传递的温差，所以传热不仅是一种常见的自然现象，而且广泛存在于各工程领域，如能源动力、机械制造、建筑节能、航空航天、生物工程等[2]。随着科学技术的不断发展，传热学的应用范围也不断扩展，对《传热学》课程的教学要求也在不断提高。为提高教学质量，培养出能够参与国际化竞争和挑战的“专业+外语”的复合型人才，2001年教育部颁布了《关于加强高等学校本科教学工作提高教学质量的若干意见》[3]。在意见中提出，要在国家发展急需的专业开展双语教学，这是教育部首次从国家战略的高度提出要发展双语教学[4]。而后，教育部分别在2005年、2007年多次颁布意见[5-7]，大力推广双语教学和英文教学。

英文教学的顺利开展不仅有利于学生掌握专业术语，获取学科前沿知识，为以后的国际交流打下基础，而且有利于培养出更多的国际化、复合型人才，在我国高校的人才培养格局中发挥着重要作用。此外，要实现高等教育走出去的国家战略，并实现高等教育国际化，英文教学是重要的基础和手段[8]。在传热学领域中，为了了解时下的前沿动向，学习到国外先进的科学理念，借鉴最新的科研成果，与国际上的优秀学者进行有效地沟通与交流，加之国际上大多数的优秀科研期刊都是英文资料，国际会议也是用英文进行交流，我们必须要不断提高自身的英语水平。由于学科交流中涉及到大量的专业术语，普通的英语教学已不能满足需求，因此有针对性的专业英文教学势在必行。在能源动力专业中的本科《传热学》教学中引入全英文教学也可以更好地提高国际化办学程度，推进教育国际化的进度，不仅能够有的放矢、大幅度提高中国学生该领域的英语水平，而且能够吸引外国留学生，方便他们对该领域学科的学习，促进了国际间的学术交流和沟通。

二、英文《传热学》教学的现状和问题

文本作者在国外留学期间从事《传热学》的教学和研究工作。曾在爱荷华州立大学机械工程系开展了三个学期的《传热学》教学工作，既包括实验课也参与了课堂教学，具有一定的《传热学》全英文教学基础。在国内工作期间，利用中文《传热学》课程的教学机会，部分穿插了双语教学和全英文授课的尝试，并引入国外大学教授直接授课的模式，丰富了《传热学》课程的教学，并使学生受益。在开展这项工作的过程中，逐渐发现了全英文和双语教学中的优势，更发现了当前教学过程中的一些问题。因此对此进行了思考和总结。

教学过程中发现，学生对开展英文授课模式较为感兴趣，可以极大地吸引学生的注意力。结合美国本科生课堂中比较注重与学生互动这一特点，英文《传热学》的教学比中文授课更加激发学生的学习兴趣。对于进入重点大学进行本科学习的学生英语水平基本达到参加双语课程的要求[9]。结合自身英语学习提高的方面，面对《传热学》英文课，学生在自身能够理解课堂内容的基础上，常抱着浓厚的兴趣学习。与平时的中文课相比，英文课从形式展示上做了全新的改变，这对学生无疑有着强烈的吸引力，学好这样的课对于他们也是一项挑战。

然而在教学的过程中也发现存在部分问题，比如学生的表达部分受阻。由于缺少英语口语使用的语言环境以及本科学习对英语口语水平要求有限，国内学生的英语水平普遍为“哑巴”英语，所以在英文课堂上，也存在着和必须要面对的一些问题。受口语水平的局限，多数学生在课堂上不愿意用英语提问，学生与老师之间的课堂沟通机会会有所限制，学生对教学活动的参与主要为被动式。因此在授课中需要注意要采取循序渐进的方式，初期先穿行外语教学，随着讲解的不断深入，学生理解能力的增强和专业知识的提高，可以过渡到全英文授课的模式。此外，教师通过有趣的研究故事和经历调动学生的积极性，同时关注学生情感，及时关注关心学生的学习过程、认知反映和学习效果，及时发现问题，建立师生之间双语交流的常态关系，从而提高双语教学质量。随着全英文课程的逐步推进，学生逐渐愿意交流，并在课堂上用英文大胆提问。

在课程内容上，英文《传热学》与中文《传热学》的授课内容基本一致，但是对于具体的标点符号、公式形式，以及解题思想上有部分区别，因此对这一问题要进行注意。目前，双语教学的学校大多采用国外进口的原版教材。因为与国内教材相比，国外原版教材英文规范，表达清晰，内容丰富、新颖，阅读量大，可读性强，能提供该领域较新的专业知识[10]。然而，国外出版的英文《传热学》教材种类很多，但基本上是针对母语为英语的学生编写的教材。所以在教材选择方面还存在一些问题。与国内教材相比，国外教材在公式表达、标点符号运用，甚至解题思想方面都存在着一定差异，这给学生顺利使用教材带来了一些困难。

全英文教学中的考核不易控制。比如学生作业中，受英文水平的限制，学生对英文写作表达规范和标准把握不到位，他们完成的课后作业往往存在水平不一、表达不清晰、前后顺序不统一等问题，在考试中也存在这一问题。此外，《传热学》课程涉及公式、专业词汇较多，考虑到学生不同的学习目的，他们有的侧重于大量掌握专业词汇，有的侧重于理解和掌握专业知识重点和难点，为此考试标准难以制定和统一。

三、英文《传热学》教学的对策和建议

在对《传热学》英文教学过程中存在的部分问题，可以尝试以以下方式进行解决：

1.尝试对学生分类管理，分别开设《传热学》中文和《传热学》英文班，让学生自由选择（针对自己的发展方向进行），考试时对不同班级分开考核。为了兼顾学生不同的学习目的，可以尝试分别开设《传热学》中文和《传热学》英文班。其中，中文班侧重于讲授《传热学》中的理论、公式推导、实验原理以及应用问题的解决，英文班侧重于讲授《传热学》中的理论、公式推导等及相关的专业词汇和表达规范、该领域较新的专业知识英文文献阅读等。学生可以依据各自的发展方向进行自由选择相应的课程学习。考试时对这两种班级进行分开考核，依据各自教授的重点制定考试形式和题目等。

2.《传热学》中英文半交叉上课，学生可以自由流动，课程内容加深理解。在开设两种班级的基础上，利用两种班级教授内容侧重不一、上课时间不重合的新颖形式，吸引和鼓励学生在上好各自选择的课程的基础上，自由流动，参与另一种形式的课程学习，以期积累浓厚学习《传热学》的兴趣，拓展自己专业视野，加深对课程内容的理解。然而具体的问题还有，因此需要在教学的实践过程中，不断丰富，继而找到全英文教学有效地实施之路。

参考文献：

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[4]郑大湖，戴炜华.我国高校双语教学研究十年，回顾与展望[J].现代外语，2013，1（1）：2.

[5]教育部.关于进一步加强高等学校本科教学工作提高教学质量的若干意见[Z].教育部，2005

[6]教育部.教育部财政部关于实施高等学校本科教学质量与教学改革工程的意见[Z].教育部，2007.

[7]教育部.关于进一步深化本科教学改革全面提高教学质量的若干意见[Z].教育部，2007.

[8]谈多娇.双语教学：中国高等教育国际化的战略选择[J].教育研究，2013，（11）：83-86.

[9]韩建侠，俞理明.我国高校进行双语教学学生需具备的英语水平[J].现代外语：季刊，2007，30（1）：65-72

[10]李孔清，邹声华，向立平.传热学双语教学教材选择浅谈A]//第六届全国高等院校制冷空调学科发展与教学研讨会论文集[C].2010.

Some Considerations in English Teaching of Undergraduate Heat Transfer Course

YUE Ya-nan，XU Yan-ru，WAN Xiang

（Wuhan University，School of Power and Mechanical Engineering，Wuhan，Hubei 430072，China）

热学实验总结范文第5篇

关键词：能源与动力工程；实验教材；节能环保

一、引言

《能源与动力工程实验》作为能源与动力工程专业学生的实验参考用书，其既与本专业的基础理论紧密相关，又是一本独立的实验教材，其是本专业学生实验和工程实践能力培养的基础，在本专业的教学过程中占有重要的地位。

目前，能源与动力工程实验教材使用非常广泛。全国有上百所学校开设了能源与动力工程实验课程，每年有几万名大学生及相关工程技术人员都使用能源与动力工程实验教材，大部分学校只有临时内部讲义，并未有正式出版发行的教材，能源与动力工程实验教材的出版发行将受到很多高校及企业的青睐。武汉科技大学能源与动力工程专业自成立以来，三个班级共一百余名学生一直在使用本校教师编写的内部讲义，他们亦急需正式出版的教材。同时，此教材将涵盖冶金工程、材料学、矿物加工专业开设的冶金传输原理、热工基础、冶金炉原理等课程相对应的实验课。此教材的编写出版既能解决本校师生的燃眉之急，又能在其他高校及企业发挥重要作用。

目前，国内能源与动力工程专业的实验教材比较单一分散，如流体力学实验、传热学实验等，没有全面综合的实验教材。本教材涵盖了传热学、流体力学、工程热力学、燃料及燃烧、制冷原理与装置等专业基础课程，以及锅炉原理、火焰炉等专业课的实验内容，同时增加了编者科研团队的科研成果。其主要目的是通过完成对一些理论的验证，增强学生的动手能力，让学生学会对实验数据的处理方法，巩固理论课程知识，培养学生辩证思维能力和逻辑推理能力，为今后其他专业课程的学习打好基础，也为毕业生今后从事与能源动力有关的工作提供一定的基础知识。

二、教材编写

1.工作基础

本教材的依托单位是武汉科技大学材料与冶金学院能源与动力工程系。该专业从2008年起开始招收本科生，目前该校的能源与动力工程专业毕业生就业前景良好，得到用人单位的一致好评。其下属的能源与动力工程实验室自成立以来，经过校、院、系教师的努力，已经成为集科研、教学于一体的实验室。目前实验室专职管理教师四名，实验室面积超过500平方米，拥有一百余台科研与教学设备，可进行热工检测、流体、热工、燃烧、炉窑等相关专业的实验。目前编者团队已经为本校能源与动力工程本科生、冶金工程本科生、矿物加工本科生的热工基础实验、热工综合实验、冶金基础实验、冶金炉原理实验、CAD技术等课程，共计56学时编写了教材，此教材也是在这些实验课的基础上编写的。

编写团队就实验教学问题先后承担了“热能与动力工程专业实验教学体系改革研究与实践”“跨学科宽口径节能环保型人才培养的改革与实践”等教学研究项目，对实验室及实验教学进行了系统的研究与建设。其已与国内知名大学取得紧密合作，此教材即是与东北大学共同编写完成的。

2.教材特色

目前国内能源与动力工程实验教材多偏重于汽轮机、锅炉、流体机械、空调制冷实验，适用于火力发电、发动机及汽车工程、流体机械及低温制冷专业方向。而我校设置的能源与动力工程专业是以冶金为背景的学科，偏重于冶金热能方向，其对专业实验有自己特殊的要求。本教材结合本校专业特色，同时注重与其他高校本专业的相同与相近，增加了编者科研团队的科研成果，使整合后的教材既能满足本校师生的需求，又可适用于其他高校及企业人员。

（1）结合专业特色，优化知识结构

在教学实践中，整合教学内容，拓宽专业口径，不仅可以作为能源与动力工程专业学生的重要专业基础课程应用教材，也可以作为其他冶金、流体、C械和暖通工程类专业本科生必修的专业基础课教材。本教材是在武汉科技大学《能源与动力工程实验》讲义的基础上重新编写出版的，其已在能源与动力工程专业以讲义形式试用了七年，从该校毕业的本专业及相关专业毕业生，都具备了热工、能源相关实验技能，在社会就业岗位上发挥了重要作用。

（2）简明、易读和突出实用性

本教材按照简明、易读和突出实用性的原则，归纳总结了能源动力类专业实验课程的内容，编写过程中注重对基本概念、基本理论的描述，始终贯彻理论联系实际、学以致用的原则；注重实践创新，结合开放实验的特点，力求教材内容符合学生的认识规律，便于学生独立操作。教材内容精练，符合教学特点，文字简明，深入浅出。为适应教学改革需要，教材针对部分教学内容进行整合，尤其适用于不同专业和不同教学内容的选择，便于教师的取舍。

（3）理论联系实际，体现学术价值

教材要有自主知识产权的内容，努力做到把本领域的最新科研成果引入实验教学中，不仅包括国内外知名学者的研究成果，也要体现编著者的科研成果。

3.编写方案

本书主要设置工程热力学实验、流体力学实验、传热学实验、燃料与燃烧实验、制冷原理实验、热工综合实验、流体综合实验等七章。每个章节包括2～8个不等的实验，涵盖了传热学、流体力学、工程热力学、燃料及燃烧、制冷原理与装置等专业基础课程，以及锅炉原理、火焰炉等专业课的实验内容，还增加了编者科研团队的科研成果。每个实验下设实验目的、实验原理、实验装置、实验方法与步骤、实验数据及处理、实验分析与讨论、注意事项等部分，每个实验会略有调整。

三、结束语

能源与动力工程实验教材的编写是在武汉科技大学内部实验讲义的基础上编写的，已经得到七届师生的验证试用，培养的毕业生均得到用人单位的认可。本教材结合本校专业特色，同时注重与其他高校本专业的相同与相近，增加了编者科研团队的科研成果，使整合后的教材既能满足本校师生的需求又适用于其他高校及企业人员。

参考文献：

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