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篇(1)

關(guān)鍵詞：卓越工程師；傳熱學(xué)；教學(xué)改革

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）11-0149-02

國家教育部于2009年決定實施的“卓越工程師教育計劃”，是為順應(yīng)國際發(fā)展趨勢，適應(yīng)國家工業(yè)、企業(yè)需求，增強我國核心競爭力，建設(shè)創(chuàng)新型國家，走新型工業(yè)化道路，培養(yǎng)各類型工程師的重要決策。該計劃要解決的重點問題是：企業(yè)一方面抱怨工科大學(xué)畢業(yè)生工程實踐能力弱化、不適應(yīng)企業(yè)要求等問題；另一方面又不愿意接受大學(xué)生實習(xí)，不愿意參與工程師培養(yǎng)。該計劃旨在高校中培養(yǎng)造就一大批創(chuàng)新能力強、適應(yīng)經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展需要的高質(zhì)量各類型工程技術(shù)人才，為國家走新型工業(yè)化發(fā)展道路、建設(shè)創(chuàng)新型國家和人才強國戰(zhàn)略服務(wù)。

傳熱學(xué)課程著重研究熱量傳遞的規(guī)律和方法。[1]建筑環(huán)境與設(shè)備工程專業(yè)是土木工程專業(yè)下屬學(xué)科專業(yè)，主要包含供熱、供燃?xì)狻⑼L(fēng)與空調(diào)工程、建筑給排水工程、建筑電氣工程等幾個方向，涉及的主要專業(yè)課程有暖通空調(diào)、制冷技術(shù)、流體輸配管網(wǎng)系統(tǒng)、鍋爐設(shè)備、熱質(zhì)交換等。從這些課程所講授的內(nèi)容看，傳熱學(xué)知識有著相當(dāng)重要的地位，因此傳熱學(xué)是建筑環(huán)境與設(shè)備工程專業(yè)畢業(yè)生知識結(jié)構(gòu)中的一門非常重要的基礎(chǔ)課。隨著我國高等教育教學(xué)改革的不斷深化，在“重基礎(chǔ)、寬口徑” 的指導(dǎo)方針下，建筑環(huán)境與設(shè)備工程專業(yè)傳熱學(xué)的課時減少到原來的一半。如何在較少課時內(nèi)培養(yǎng)學(xué)生用傳熱學(xué)的規(guī)律分析工程問題的能力，面對“卓越工程師”培養(yǎng)的傳熱學(xué)教學(xué)方法改革勢在必行。[2]

下面結(jié)合筆者對建筑環(huán)境與設(shè)備工程專業(yè)學(xué)生進(jìn)行傳熱學(xué)課堂教學(xué)的工作實踐，談?wù)勛吭焦こ處煴尘跋峦七M(jìn)“熱傳學(xué)”課程改革的幾點體會。

一、傳熱學(xué)課程教學(xué)現(xiàn)狀及存在的問題

1.教材的內(nèi)容結(jié)構(gòu)

楊世銘等主編的《傳熱學(xué)》為比較經(jīng)典的教材，該教材總體上體現(xiàn)了傳熱學(xué)這門應(yīng)用性很強的基礎(chǔ)課程的特點。教材主要包含熱傳導(dǎo)、熱對流和熱輻射三方面的內(nèi)容。其中熱傳導(dǎo)部分相對簡單，通過簡化實際物理模型，運用高等數(shù)學(xué)的知識能夠得到一般問題的分析解。而對流換熱過程則相對復(fù)雜，該部分在實驗研究的基礎(chǔ)上總結(jié)出大量的圖表和經(jīng)驗、半經(jīng)驗公式，運用時需區(qū)別不同情況帶入不同的計算公式。對于此部分的學(xué)習(xí)學(xué)生感覺公式繁多、復(fù)雜，需強化記憶，且應(yīng)用時經(jīng)常選擇錯誤的經(jīng)驗公式。輻射傳熱部分由于理論的抽象性以及輻射換熱方程次數(shù)較高的問題，學(xué)生不僅對概念的掌握困難，輻射換熱問題的求解亦有比較大的難度。總的來說，到目前為止傳熱學(xué)學(xué)科的發(fā)展中對于三種傳熱方式分析方法差別較大，連貫性不強，導(dǎo)致學(xué)生對課本知識的理解有些被動。且由于學(xué)時的減少，課上主要介紹三種傳熱方式的基本概念及方法，對綜合性問題的分析、訓(xùn)練環(huán)節(jié)必然相應(yīng)減少，導(dǎo)致學(xué)生分析和解決綜合實際問題的能力缺乏。

2.教學(xué)方法和手段單一

傳熱學(xué)的教學(xué)中，目前多采用多媒體授課。多媒體授課方式相對于以前的板書授課方式雖然大大增強了學(xué)生的直觀感受，通過圖、文、聲、像多角度調(diào)動學(xué)生的情緒、注意力和興趣，但也存在許多新的問題。例如：對于重點公式的推導(dǎo)不夠細(xì)致，通常忽略或者先于學(xué)生的反應(yīng)便給出答案，學(xué)生無法真正領(lǐng)會推導(dǎo)過程；課上信息量大，只注重講課進(jìn)度，忽視學(xué)生接受程度，到頭來學(xué)生收效甚微；與學(xué)生的互動缺乏，因為內(nèi)容多，上課過程多是教師一人在上邊喋喋不休，學(xué)生卻在下面精神恍惚，特別是難度較大的章節(jié)，學(xué)生因為理解不了干脆放棄聽講，教師在講臺上唱獨角戲，課堂氣氛沉悶。

根據(jù)傳熱學(xué)課程現(xiàn)狀及存在的問題，以下內(nèi)容分別為筆者從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、考核方式等幾方面進(jìn)行的一些思考及嘗試。

二、面對“卓越工程師”培養(yǎng)的改革

1.優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容

正如教材中所述，最近幾年，世界范圍內(nèi)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展對于傳熱學(xué)課程的發(fā)展產(chǎn)生了積極的影響，也提出了新的挑戰(zhàn)。盡管傳熱學(xué)的基本規(guī)律并無變化，但是研究手段的發(fā)展和工程應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大進(jìn)一步豐富了傳熱學(xué)的內(nèi)涵。為了適應(yīng)我國相關(guān)行業(yè)的發(fā)展，體現(xiàn)本學(xué)科的進(jìn)展，要使學(xué)生學(xué)到最新的知識，必須不斷更新教學(xué)內(nèi)容，把最新的知識引入到教學(xué)中。因此在教學(xué)內(nèi)容的選擇上，考慮面對卓越工程師培養(yǎng)的目標(biāo)，筆者適當(dāng)刪減了一些比較繁瑣的數(shù)學(xué)推導(dǎo)內(nèi)容，如一維無限大平板非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱分析解的推導(dǎo)過程課堂上不再推導(dǎo)，直接給出最后解的表達(dá)形式，要求同學(xué)了解其物理意義即可；對于傳統(tǒng)傳熱學(xué)中相對陳舊的內(nèi)容也可根據(jù)情況做一些刪減，例如管內(nèi)湍流傳熱的齊德-泰特公式、米海耶夫公式、流體橫掠管束的格里森公式等；此外，根據(jù)情況可以增加一些有關(guān)傳熱學(xué)新技術(shù)的內(nèi)容，如微尺度傳熱內(nèi)容、強化單相對流換熱的縱向渦方法等，通過這些前言知識的滲透使學(xué)生了解目前傳熱學(xué)應(yīng)用的熱點技術(shù)，增加學(xué)習(xí)興趣。

2.引入工程案例的教學(xué)方法

面對“卓越工程師”培養(yǎng)需加強基于工程應(yīng)用的教學(xué)方法。傳熱學(xué)學(xué)習(xí)的最終目的是解決與傳熱有關(guān)的工程實際問題。教材中分析的主要問題都能夠在工程實際中找到原型。對建筑環(huán)境與設(shè)備工程專業(yè)來說，空調(diào)系統(tǒng)中最主要的部件是兩個換熱器：蒸發(fā)器和冷凝器。其中分別發(fā)生的是制冷工質(zhì)的沸騰吸熱以及凝結(jié)放熱過程，這兩部分換熱的理論基礎(chǔ)分別來自于傳熱學(xué)課本中沸騰和凝結(jié)換熱一章。為了增強換熱器的傳熱面積，肋片的應(yīng)用則增加了同學(xué)們對換熱器表面不同結(jié)構(gòu)的理解和認(rèn)識。空調(diào)中冷量的載體―制冷劑在管路中的輸送過程需要保溫，經(jīng)濟(jì)保溫層厚度的確定也離不開利用傳熱學(xué)知識的計算。此外，空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計初期，計算維護(hù)結(jié)構(gòu)的冷、熱負(fù)荷時，建筑維護(hù)結(jié)構(gòu)的熱傳導(dǎo)環(huán)節(jié)則多可簡化為無限大平壁的穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問題，與課本中重點分析無限大平壁的導(dǎo)熱問題相對應(yīng)，等等。因此，在教學(xué)工作中引入與本專業(yè)密切相關(guān)的典型案例，首先會激發(fā)同學(xué)的學(xué)習(xí)興趣，讓同學(xué)帶著問題去理解、去學(xué)習(xí)。此外，融入大量實際案例也可以使同學(xué)對基礎(chǔ)知識的理解更加深入，避免了單純課本知識的枯燥無味。

3.講解與討論相結(jié)合的教學(xué)方式

提高學(xué)生學(xué)習(xí)效果的重要方法是讓學(xué)生的學(xué)習(xí)從被動到主動。多媒體課件作為一種輔助手段，把抽象的事物用生動的語言和畫面展現(xiàn)在學(xué)生面前，更加形象和具體，但講解基礎(chǔ)理論時，以板書為主的方式效果較好。

摒棄課堂上老師一言堂的局面，在整個學(xué)習(xí)過程中教師主動設(shè)置討論環(huán)節(jié)。目前傳熱學(xué)作為建筑環(huán)境與設(shè)備工程專業(yè)研究生考試的專業(yè)課之一，許多時候?qū)I(yè)課的復(fù)試是通過綜合案例的分析來考查學(xué)生對傳熱學(xué)知識的掌握情況。因此，在本科生教學(xué)階段就加強這方面的練習(xí)十分必要。例如在不同學(xué)習(xí)階段，教師可以挑選某一綜合的傳熱問題，讓學(xué)生分成小組，分別通過查閱文獻(xiàn)、分析和制訂求解方案，最后以報告或論文形式提交不同的解決方案，讓學(xué)生在課堂上進(jìn)行匯報和討論，最終獲得大家認(rèn)為較好的方案。期間避免教師完全控制討論，教師應(yīng)注意傾聽學(xué)生的發(fā)言，并進(jìn)行適當(dāng)引導(dǎo)，使所有學(xué)生都參加討論過這個過程。這樣，讓學(xué)生對傳熱學(xué)的學(xué)習(xí)從被動到主動，深切體會運用所學(xué)傳熱學(xué)知識解決實際工程問題的過程，增強學(xué)習(xí)興趣，并能培養(yǎng)部分學(xué)生進(jìn)行科學(xué)研究的能力。

4.CFD教學(xué)方法的應(yīng)用

CFD（Computer Fluid Dynamics）是應(yīng)用各種離散化的數(shù)值計算方法與計算機(jī)科學(xué)相結(jié)合來解決流動與傳熱問題的重要方法。對于典型情況下的傳熱問題，傳熱學(xué)課本中能夠推導(dǎo)并以公式的形式給出某一特定物體的溫度場，但對于幾何形狀或者邊界條件復(fù)雜的傳熱問題，運用CFD技術(shù)獲得其內(nèi)部的溫度場之后，再對其傳熱量進(jìn)行分析，這種方式已經(jīng)必不可少。因此，結(jié)合CFD的教學(xué)方法可以更形象、生動地展示特定復(fù)雜場景下的傳熱過程，增強學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，運用巧妙的模擬方法又可以使學(xué)生加強對傳熱基本規(guī)律的理解和掌握。[3]

5.增加實踐教學(xué)課程

傳熱學(xué)是理論與應(yīng)用并重的課程，目前傳統(tǒng)的授課卻往往偏重理論。為提高學(xué)生的動手與分析能力，應(yīng)增加形式多樣的實踐課程。例如：建立教學(xué)和實習(xí)示范基地，在學(xué)習(xí)過程中帶學(xué)生到這些基地進(jìn)行參觀。例如到散熱器或空調(diào)廠家，通過讓學(xué)生參觀各種形式的換熱器，讓學(xué)生感受到傳熱學(xué)知識與日常生活和工業(yè)生產(chǎn)的重要性；利用假期可以鼓勵學(xué)生到這些示范基地進(jìn)行短期實習(xí)，豐富實踐經(jīng)驗的同時也加強了鍛煉。筆者所在的學(xué)校就與大金、開利等空調(diào)公司建立了合作關(guān)系，也為學(xué)生的就業(yè)提供了很好的出路。此外，可以針對重要知識點開設(shè)實驗環(huán)節(jié)，讓學(xué)生親自制訂實驗方案、獲得并整理實驗數(shù)據(jù)，最后運用理論方法獲得不同條件下的實驗規(guī)律等等。這樣通過鍛煉學(xué)生的動手能力，增強了工程師素質(zhì)的培養(yǎng)。

6.考核方式改革

考核既是對教師課堂教學(xué)效果的檢驗，又會促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)的效果。筆者曾經(jīng)對傳熱學(xué)的考核方式嘗試多次改革。目前，期末考試環(huán)節(jié)分成開卷加閉卷兩個部分，其中開卷部分針對綜合傳熱問題進(jìn)行考核，著重考查學(xué)生綜合分析問題的能力；而閉卷部分則重點考查學(xué)生對基本概念、定性分析方法的理解。此外，課程過程中穿插的小論文完成情況也會在平時成績中體現(xiàn)。這樣避免了單一環(huán)節(jié)失誤導(dǎo)致學(xué)生成績不理想而造成的心理負(fù)擔(dān)，充分給予學(xué)生機(jī)會，也能夠清楚了解到每個學(xué)生在不同方面的特長加以針對性培養(yǎng)。

三、結(jié)論

面對“卓越工程師”培養(yǎng)的要求，結(jié)合建筑環(huán)境與設(shè)備工程專業(yè)特點，本文提出了優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，引入工程案例的教學(xué)方法，講解與討論相結(jié)合的教學(xué)方式，應(yīng)用CFD教學(xué)方法，增加實踐教學(xué)課程，改革考核方式等傳熱學(xué)教學(xué)改革之方法，能夠使學(xué)生學(xué)習(xí)從被動到主動，并培養(yǎng)學(xué)生在較少課時內(nèi)用傳熱規(guī)律分析工程問題的能力。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊世銘，陶文銓.傳熱學(xué)[M].北京：高等教育出版社，2006.

篇(2)

關(guān)鍵詞：傳熱學(xué)；任務(wù)教學(xué)法；課程設(shè)計

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）23-0044-02

傳熱學(xué)是一門研究由溫差引起的熱量傳遞規(guī)律的科學(xué)，是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)中最重要的基礎(chǔ)學(xué)科之一，它不僅是能源動力、交通運輸、石油化工等專業(yè)本科生的一門重要專業(yè)基礎(chǔ)課，而且在機(jī)械、電子、土木、航天航空和輕紡食品等工程技術(shù)領(lǐng)域里的應(yīng)用也十分廣泛。目前大連海洋大學(xué)（以下簡稱“我校”）該課程體系是由理論、實驗、實習(xí)和課程設(shè)計四個環(huán)節(jié)所組成。其中傳熱學(xué)課程設(shè)計這個教學(xué)環(huán)節(jié)是緊接在傳熱學(xué)課程理論教學(xué)之后進(jìn)行的一個綜合性實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，也是學(xué)生綜合運用傳熱學(xué)、換熱器設(shè)計以及相關(guān)先修課程知識，聯(lián)系實際生產(chǎn)和日常生活，以完成以某一特定設(shè)計任務(wù)為主的一次工程設(shè)計實踐環(huán)節(jié)（包括自行完成主體設(shè)備的選型計算、材料選擇及內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計、工藝計算及主要尺寸設(shè)計，主要附屬設(shè)備的選型設(shè)計，主體設(shè)備總圖的繪制等，同時還要綜合考慮制造成本、加工工藝難度、維護(hù)保養(yǎng)等因素）。因此，該課程設(shè)計在整個課程體系教學(xué)改革中的地位十分重要。[1-3]

一、傳熱學(xué)課程設(shè)計的現(xiàn)狀與改革方向

目前高校的課程設(shè)計大多數(shù)是依附于理論課程而開設(shè)的，與理論教學(xué)同步并在授課計劃范圍內(nèi)完成，通常課程設(shè)計的過程往往是學(xué)生仿照教師的設(shè)計過程和設(shè)計指導(dǎo)書上的步驟來進(jìn)行。因此課程設(shè)計的核心主要是指導(dǎo)教師，學(xué)生按教師預(yù)先給定好的設(shè)計流程進(jìn)行，被動地接受設(shè)計方案，喪失了主動參與課程設(shè)計的積極性和熱情，而且在設(shè)計中發(fā)生問題也不能及時反饋。這樣的結(jié)果，將大大降低學(xué)生的動手能力、分析和解決問題的能力，更談不上對學(xué)生工程素質(zhì)的培養(yǎng)了。

隨著對培養(yǎng)工程素質(zhì)人才的需求和對傳統(tǒng)課程設(shè)計教學(xué)模式改革的呼聲越來越高，一種“以學(xué)生為中心”的教學(xué)理念即“任務(wù)學(xué)習(xí)法”越來越受到教育工作者的重視。這種教學(xué)模式主要是體現(xiàn)“任務(wù)導(dǎo)向”和“學(xué)生主體、教師主導(dǎo)”的教學(xué)原則，引導(dǎo)學(xué)生主動參與、樂于探究、勤于動手，培養(yǎng)學(xué)生搜集和處理信息的能力、獲取新知識的能力、分析和解決問題的能力，甚至于交流合作的能力，這同樣也是當(dāng)前培養(yǎng)知識、能力、素質(zhì)綜合發(fā)展的工程型人才的改革方向。[4，5]

二、基于任務(wù)型教學(xué)法的課程設(shè)計改革原則

為了將任務(wù)教學(xué)法成功而高效地運用于傳熱學(xué)課程設(shè)計這一實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，在改革之前必須制訂某些行之有效的原則作為指導(dǎo)，以便使其更好地發(fā)揮功用。考慮到任務(wù)型教學(xué)法是一種以任務(wù)為核心單位計劃和組織教學(xué)的途徑，它強調(diào)在“做中學(xué)”，不僅吸收了以往多種教學(xué)方法的優(yōu)點，而且和其他的教學(xué)方法并不排斥。因此，筆者在教學(xué)改革實施過程中根據(jù)此教學(xué)方法的特點提出了以下的課程設(shè)計原則。[6]

1.將較難的任務(wù)前置

大量的研究結(jié)果表明，學(xué)生在整個學(xué)習(xí)過程中的精力是有限的。根據(jù)筆者多年指導(dǎo)課程設(shè)計的教學(xué)經(jīng)驗，發(fā)現(xiàn)學(xué)生往往在學(xué)習(xí)過程的前半階段思想最為活躍，精力也最為充沛。因此，在給定課程設(shè)計任務(wù)后，教師應(yīng)有意識地把那些理論性強、需要花費大量精力才能掌握的較難的任務(wù)環(huán)節(jié)放在課程設(shè)計的前半階段，例如對換熱器的選型計算部分。這不僅僅是因為這些較難的學(xué)習(xí)任務(wù)往往更具有冒險性和創(chuàng)新性，而且這樣的設(shè)置可以極大地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和好奇心，從實際教學(xué)反饋效果來看教學(xué)效果良好，也更有利于教師靈活地推動整個課程設(shè)計教學(xué)流程的進(jìn)行。

2.將安靜的教學(xué)任務(wù)前置

激烈的教學(xué)活動能讓學(xué)生的大腦興奮，特別是在課程設(shè)計的后半階段，學(xué)生往往會感覺到疲憊，這個時候如果再進(jìn)行安靜的教學(xué)活動，學(xué)生的大腦就會處于一種抑制狀態(tài)，從而影響整個課程設(shè)計的教學(xué)效果。因此，為了保證學(xué)生處于科學(xué)、合理的學(xué)習(xí)狀態(tài)，指導(dǎo)教師應(yīng)當(dāng)把相對較為安靜的教學(xué)任務(wù)安排在課程設(shè)計的前半階段。

3.將整個課程設(shè)計連貫化

根據(jù)任務(wù)型教學(xué)法的指導(dǎo)思想，任務(wù)的設(shè)計是實施任務(wù)型教學(xué)法的關(guān)鍵和前提。因此，在課程設(shè)計正式開始之前，教師應(yīng)指導(dǎo)每名學(xué)生根據(jù)分配的相關(guān)參數(shù)獨立構(gòu)建設(shè)計項目，每一項目均設(shè)計任務(wù)若干，在任務(wù)設(shè)計的過程中考慮行業(yè)發(fā)展、企業(yè)需求的實際情況，同時把傳熱學(xué)作為基礎(chǔ)技能貫穿于任務(wù)環(huán)中，讓學(xué)生提前對任務(wù)環(huán)的大體框架有一個較為清晰的了解。同時以任務(wù)為核心單位計劃和組織教學(xué)，在“教中做”，在“做中學(xué)”，通過一系列的集體活動或個人活動來開展課程設(shè)計，最后對所涉及的全部教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行整合并總結(jié)。總之，每一個教學(xué)環(huán)節(jié)都應(yīng)該緊密相連，從教學(xué)設(shè)計角度保證課程設(shè)計的連貫性，并讓學(xué)生能夠獲得最佳的學(xué)習(xí)效果。

三、課程設(shè)計的具體改革步驟

1.改革課程設(shè)計的教學(xué)大綱

課程設(shè)計中的教學(xué)目標(biāo)和任務(wù)都是依據(jù)教學(xué)大綱提出的，而教學(xué)大綱中所提出的相關(guān)教學(xué)要求和教學(xué)任務(wù)就是開展課程設(shè)計的指揮棒，其作用不言而喻。顯然，大綱中的這些目標(biāo)和要求應(yīng)該能夠體現(xiàn)任務(wù)教學(xué)法的任務(wù)設(shè)計思想。

通過傳熱學(xué)課程設(shè)計這一實踐環(huán)節(jié)，應(yīng)該讓學(xué)生掌握換熱器設(shè)備設(shè)計的基本程序和方法，熟悉查閱技術(shù)資料、國家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的途徑，正確地選用公式和數(shù)據(jù)，加強工程計算和CAD繪圖能力，初步形成工程優(yōu)化意識，并能運用簡潔的文字和工程語言正確表述設(shè)計思想和結(jié)果，從而培養(yǎng)學(xué)生的工程能力和創(chuàng)新能力。筆者在總結(jié)以往教改經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，將教學(xué)大綱作為前任務(wù)階段進(jìn)行改革，根據(jù)行業(yè)的發(fā)展趨勢以及學(xué)生日后就業(yè)的企業(yè)需求，為每名學(xué)生都構(gòu)建了不同的設(shè)計項目，引導(dǎo)學(xué)生自主地參與到任務(wù)設(shè)計環(huán)節(jié)中來。當(dāng)學(xué)生對自身任務(wù)有了較為明確的認(rèn)知后，就可以進(jìn)入任務(wù)環(huán)階段了。

2.課程設(shè)計題目的設(shè)定

在任務(wù)環(huán)階段需要學(xué)生采用各種方法和手段去完成任務(wù)要求。如何能讓學(xué)生從課程設(shè)計中既學(xué)到有用的知識和技能，同時又符合傳熱學(xué)課程設(shè)計的教學(xué)要求，這是課程設(shè)計題目設(shè)定的最根本原則。考慮到傳熱學(xué)課程設(shè)計最多一般也就兩周的時間，同時受各種條件的限制，學(xué)生到現(xiàn)場測量考察換熱器實物的可能性很小。如果設(shè)置的課程設(shè)計題目過大過深，學(xué)生可能會沒有時間深入研究任務(wù)而只是忙于完成形式上的設(shè)計報告。因此，在設(shè)計題目的設(shè)定上，指導(dǎo)書中會盡量選取學(xué)生在學(xué)校和日常生活中能接觸到的常見換熱器類型，同時做到每名學(xué)生的初始設(shè)計參數(shù)都不一樣，從而培養(yǎng)學(xué)生自主設(shè)計的獨立工作意識。[7]

3.教學(xué)環(huán)境的改革

傳統(tǒng)的課程設(shè)計教學(xué)環(huán)境已經(jīng)不能很好地適應(yīng)新形勢下的課程設(shè)計教學(xué)要求。任務(wù)教學(xué)法就是要以學(xué)生為中心，創(chuàng)新教學(xué)模式和教學(xué)方法，建立以學(xué)生為主體、教師為主導(dǎo)的教學(xué)模式，通過組建課程設(shè)計小組，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，引導(dǎo)學(xué)生通過組內(nèi)分工、信息資源共享、技術(shù)難題攻關(guān)、組內(nèi)討論、組外交流等多種方式參與到教師的各個教學(xué)環(huán)節(jié)中去，鼓勵每一名學(xué)生發(fā)揮自身特點，積極參與到設(shè)計團(tuán)隊的任務(wù)中，充分利用學(xué)生主觀能動性，師生共同營造一個輕松熱烈的教學(xué)環(huán)境。

基于以往的課程設(shè)計教學(xué)經(jīng)驗，采用靈活的情景式教學(xué)比較有利于任務(wù)教學(xué)法的開展，同時適當(dāng)結(jié)合CDIO（構(gòu)思、設(shè)計、實現(xiàn)、運作）模式等先進(jìn)教學(xué)方法，展開對設(shè)計任務(wù)的團(tuán)隊討論及研究模式，注重原理和應(yīng)用相結(jié)合，強化以工程實例為載體的案例教學(xué)，將課程設(shè)計與工程體系有機(jī)結(jié)合，強化綜合設(shè)計和工程實踐訓(xùn)練。同時開展專題討論，強化能力的培養(yǎng)。教學(xué)中增加一些專題討論、工程案例、工程項目研究報告，有助于培養(yǎng)學(xué)生分析、解決問題的能力，創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力。

4.評價與考核方式的改革

從學(xué)生的長遠(yuǎn)發(fā)展來看，對學(xué)生的評價與考核不過是激勵他們不斷學(xué)習(xí)和進(jìn)步的一種手段。既然實踐環(huán)節(jié)的教學(xué)目的是側(cè)重提高學(xué)生的動手實踐能力，那么其評價考核方式就應(yīng)與傳統(tǒng)的理論教學(xué)有所區(qū)別，針對任務(wù)教學(xué)法更應(yīng)如此。

由于任務(wù)教學(xué)法是以任務(wù)作為教學(xué)的主線，以學(xué)生實踐作為中心，以老師作為輔導(dǎo)。因此，在考核方式上也應(yīng)以學(xué)生為主體，以設(shè)計任務(wù)完成的質(zhì)量作為考核依據(jù)，而不再以最終的課程設(shè)計報告作為終結(jié)性評價指標(biāo)。每個學(xué)生作為個體既是自己任務(wù)的設(shè)計者，也是其他同學(xué)的“同行”，可以對其他同學(xué)的設(shè)計進(jìn)行評價打分，因為學(xué)生在一起共同完成課程設(shè)計任務(wù)的同時，對彼此平時的表現(xiàn)也是最為了解的，這樣可以提升評價考核的公平性與透明度，有效促進(jìn)學(xué)生們的學(xué)習(xí)積極性。

四、結(jié)束語

總而言之，任務(wù)教學(xué)法有效地打破了傳統(tǒng)的教學(xué)模式，最大限度地發(fā)揮了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動性，不僅符合新形勢下對高素質(zhì)工程技術(shù)人才培養(yǎng)的需要，同時在教學(xué)實踐中也取得了良好的教學(xué)效果。在教學(xué)中，教師要不斷地總結(jié)實際經(jīng)驗，運用任務(wù)教學(xué)法，實現(xiàn)傳熱學(xué)課程設(shè)計教學(xué)效果的不斷提高。

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篇(3)

熱學(xué)課程論文教學(xué)形式與作用一、引言

《熱學(xué)》是物理學(xué)中研究物質(zhì)熱運動及其有關(guān)性質(zhì)和規(guī)律的一門分支學(xué)科，是物理學(xué)專業(yè)本、專科學(xué)生必修的專業(yè)基礎(chǔ)課。《熱學(xué)》課程在實驗基礎(chǔ)上，通過物理學(xué)的基本概念、基本原理、基本知識、基本思想和方法的引導(dǎo)，培養(yǎng)學(xué)生進(jìn)一步學(xué)好物理學(xué)的興趣，提高學(xué)生的自學(xué)能力、分析和解決問題的能力。其主要內(nèi)容包括：分子動理學(xué)理論的平衡態(tài)理論、輸運現(xiàn)象與分子動理學(xué)理論的非平衡態(tài)理論、熱力學(xué)第一定律、熱力學(xué)第二定律與熵、液態(tài)與固態(tài)、相變等方面的基本概念、基本理論和基本運算技能。通過本課程的學(xué)習(xí)，既要幫助學(xué)生迅速掌握大學(xué)的學(xué)習(xí)特點和規(guī)律，建立正確的學(xué)習(xí)方法，努力養(yǎng)成刻苦踏實、勤于思考的良好學(xué)風(fēng)，又要為后繼課程的學(xué)習(xí)作好業(yè)務(wù)、思想和心理上的準(zhǔn)備，還要為學(xué)生畢業(yè)后從事有關(guān)科學(xué)研究、應(yīng)用開發(fā)、教學(xué)工作等打下良好的基礎(chǔ)。在目前《熱學(xué)》課程的教學(xué)中，課程論文扮演著越來越重要的角色，探討課程論文教學(xué)的相關(guān)研究課題也逐漸開始得到重視。課程論文要求學(xué)生在掌握物理學(xué)基本概念和基本規(guī)律的基礎(chǔ)上，通過調(diào)查研究，適當(dāng)了解這些基本概念與規(guī)律以及它們在生產(chǎn)技術(shù)、特別是高技術(shù)領(lǐng)域中的應(yīng)用，注意培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實際的能力，培養(yǎng)學(xué)生對實際問題特別是當(dāng)代物理學(xué)前沿以及當(dāng)前高技術(shù)領(lǐng)域中物理問題的興趣，引導(dǎo)和激勵他們解決實際問題的愿望和責(zé)任感。教學(xué)方法的改進(jìn)是課程教學(xué)改革的重要方面，在課程論文的實施過程中重視學(xué)生能力素質(zhì)的培養(yǎng)，把課程建設(shè)的目標(biāo)定位于造就新世紀(jì)人才，使學(xué)生終生受益。

二、課程論文的基礎(chǔ)

課程論文實際上是對學(xué)生提出了更高的要求，因此，《熱學(xué)》課程的教學(xué)應(yīng)當(dāng)把重點放在打好基礎(chǔ)上。如果學(xué)生掌握的基礎(chǔ)知識雄厚，基本功扎實，再加上廣泛涉獵與深入鉆研，專業(yè)課就能學(xué)得好，理解得深，在將來從事高新科技領(lǐng)域的創(chuàng)新工作時就上手快，回旋的余地也比較大。況且，“熱學(xué)”課程在傳授系統(tǒng)物理學(xué)知識的同時，還要培養(yǎng)學(xué)生掌握物理學(xué)中的思維方法與工作語言。這樣，盡管有些基礎(chǔ)物理知識從表面上看似乎并沒被直接應(yīng)用，但這卻會影響到學(xué)生的工作方法、思維方式以至世界觀，當(dāng)他們以后從事科研與教學(xué)工作時會在潛意識深處起重要作用。總而言之，《熱學(xué)》課程的基礎(chǔ)還是基本概念、基本原理、方法，離開這些基礎(chǔ)去談?wù)n程論文就是無源之水、無本之木。

三、課程論文的形式

課程論文的形式靈活，不僅包括論文、調(diào)查報告，還包含有實驗研究、實物制作等多種形式。在教學(xué)過程中，教師可以通過告知、提問等多種提示方式引導(dǎo)同學(xué)自行深入研究，常見的課程論文形式主要有以下幾種。一是解題方法的探究，通過對一個例題或習(xí)題的多種方法求解，使得學(xué)生對相關(guān)概念、原理、方法掌握得更透徹；二是實驗探究，例如，當(dāng)講解到氣體玻一馬定律與蓋?呂定律知識點時，可以讓學(xué)生自行設(shè)計相關(guān)實驗來驗證上述定律；三是調(diào)研報告，例如在講解卡諾循環(huán)這一知識點時，可讓學(xué)生調(diào)研、總結(jié)目前市場上熱機(jī)的工作原理與工作流程等；四是理論模擬與分析，例如講到相變這一知識點時，可以通過理論分析各種相的穩(wěn)定性。五是合理的估算，例如氣體動理學(xué)理論里輸運現(xiàn)象中的氣體黏度公式，查普曼和恩斯庫格曾用不同的高深理論得到相同結(jié)果，它是個級數(shù)，由前幾項可得系數(shù)約為0.499，而如果充分考慮速度住留的簡便方法，很容易就得到此系數(shù)等于1/2，又如通過對小無極分子估算分子間力的有效作用距離與平衡距離的半經(jīng)驗公式，再如可以用標(biāo)準(zhǔn)大氣模型中數(shù)以千計的數(shù)據(jù)，考慮地面凹凸不平的影響，可求出精度較高的大氣粒子總數(shù)，然后與用均質(zhì)大氣模型、等溫大氣模型或者地面大氣壓強所得到的結(jié)果進(jìn)行對比，從而總結(jié)出估算行星大氣粒子總數(shù)的簡便方法；目前“熱學(xué)”課程中有一些概念和提法在學(xué)術(shù)界實際并未完全統(tǒng)一，有的甚至還是有爭議的，例如：任意逆循環(huán)的制冷系數(shù)的定義，等熱容過程與多方過程的差異，卡諾循環(huán)的概念以及回?zé)崾窖h(huán)與非回?zé)崾窖h(huán)，等等。遇到這些內(nèi)容時，就在課程講授中把各家的觀點都原原本本地告訴學(xué)生，同時也介紹自己的看法，然后讓學(xué)生獨立進(jìn)行研究，自由思考，自己做出合理的判斷。

四、總結(jié)

《熱學(xué)》課程論文的目的是使得學(xué)生通過熱力學(xué)宏觀定理與微觀模型的學(xué)習(xí)，建立把宏觀現(xiàn)象與微觀模型進(jìn)行聯(lián)系的物理思想方法，掌握對事物的實驗――理論――實踐的認(rèn)知規(guī)律，在此基礎(chǔ)上，采用問題探討與課程講授、主題討論與實踐相結(jié)合的教學(xué)方式，以教學(xué)論文為載體，實現(xiàn)《熱學(xué)》課程的互動研究型教學(xué)，重視學(xué)生能力素質(zhì)培養(yǎng)，通過精心設(shè)計方案，全面加強各個環(huán)節(jié)，合理運用各種方法手段，形成視野開闊、理論聯(lián)系實際的特色風(fēng)格。用搞科研的態(tài)度對待教學(xué)，積極開展教學(xué)論文的教學(xué)，從教學(xué)有關(guān)領(lǐng)域挖掘課題開展科研，再把科研成果引入教學(xué)豐富教學(xué)內(nèi)容，使教學(xué)與科研兩者有機(jī)地相結(jié)合。教師在課程教學(xué)中引入了這些從教學(xué)有關(guān)領(lǐng)域挖掘課題開展科研所取得的成果，身教言傳，課程里就會充滿了研究與探索的特色和風(fēng)格，使學(xué)生在學(xué)習(xí)課程的過程中逐漸受到熏陶，養(yǎng)成勤于思考研究、勇于提出自己獨立見解的良好習(xí)慣，并為學(xué)生發(fā)展其科學(xué)研究能力和科學(xué)創(chuàng)新能力創(chuàng)造了良好的學(xué)術(shù)環(huán)境，使得學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的能力都能夠得到進(jìn)一步的提升。

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篇(4)

關(guān)鍵詞 檸檬酸；仿真實驗；實踐教學(xué)

中圖分類號：TP391.9 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1671-489X（2015）12-0049-02

1 前言

實踐教學(xué)是高等工科教育教學(xué)中的重要組成部分。通過實踐教學(xué)，可以幫助學(xué)生鞏固課堂知識、培養(yǎng)其專業(yè)基本技能、養(yǎng)成并具備良好的創(chuàng)新習(xí)慣。可是，在實際教學(xué)實施過程中存在諸多問題。

首先，能夠接受學(xué)生去實習(xí)的企業(yè)數(shù)量有限，學(xué)生數(shù)量又較多，都到企業(yè)或工廠進(jìn)行實習(xí)，給工廠帶來較大的壓力。

其次，工廠現(xiàn)在都是大規(guī)模連續(xù)生產(chǎn)，生產(chǎn)過程要求連續(xù)穩(wěn)定，導(dǎo)致學(xué)生在生產(chǎn)實習(xí)時只能看不能動手操作，難以完成生產(chǎn)實習(xí)的教學(xué)目標(biāo)。

最后，隨著科技的進(jìn)步，現(xiàn)有大型生產(chǎn)裝置日益系統(tǒng)化、自動化，導(dǎo)致學(xué)生只能觀察和了解整個系統(tǒng)的表面，無法深入學(xué)習(xí)，難以提高教師和學(xué)生的積極性，生產(chǎn)實習(xí)的效果很差。

2 仿真實驗

在增加硬件實驗設(shè)備難以立即實現(xiàn)的情況下，利用計算機(jī)仿真技術(shù)，開發(fā)適合于專業(yè)需求的實驗與操作實習(xí)仿真軟件成為解決當(dāng)前實驗教學(xué)存在問題的一個重要途徑。區(qū)別于傳統(tǒng)的實驗，仿真實驗不需要實物形態(tài)工具與對象，實驗時主要是針對軟件設(shè)計的實驗設(shè)備與儀器進(jìn)行。計算機(jī)仿真技術(shù)借助面向?qū)ο缶幊誊浖c多媒體制作技術(shù)，制作與傳統(tǒng)實驗操作相對應(yīng)的軟硬件條件。學(xué)生在仿真實驗中可像在真實環(huán)境中一樣實現(xiàn)各種實驗項目，實驗結(jié)果甚至優(yōu)于實際實驗。可見，計算機(jī)仿真實驗可輔助、部分替代傳統(tǒng)實驗操作。仿真實驗提供了友好、操作方便的教學(xué)環(huán)境，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣也大大提高。仿真實驗與互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)結(jié)合后，通過網(wǎng)絡(luò)鏈接，學(xué)生可在網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行遠(yuǎn)程實驗課程學(xué)習(xí)，克服了傳統(tǒng)實驗教學(xué)空間和時間的限制，同時能大幅降低實驗經(jīng)費。

當(dāng)前，計算機(jī)仿真在工科實驗教學(xué)中已經(jīng)得到越來越多的應(yīng)用。以生物工程專業(yè)為例，煙臺大學(xué)就已經(jīng)開發(fā)完成一套谷氨酸發(fā)酵生產(chǎn)仿真軟件，實現(xiàn)了谷氨酸發(fā)酵生產(chǎn)與分離提取過程的形象化與動態(tài)模擬。該軟件在山東輕工業(yè)學(xué)院、青島農(nóng)業(yè)大學(xué)、文經(jīng)學(xué)院等多所學(xué)校內(nèi)試用，成為生物工程專業(yè)實習(xí)教學(xué)與培訓(xùn)的重要輔助手段。國內(nèi)某公司開發(fā)的離心泵單元仿真培訓(xùn)被眾多院校采用，作為相關(guān)專業(yè)的離心泵操作訓(xùn)練工具。

其他專業(yè)如熱能與動力工程專業(yè)，許多高校都在實驗教學(xué)中加入仿真實驗以輔助教學(xué)，如制冷模擬教學(xué)課件[1]、小型冷庫仿真教學(xué)系統(tǒng)[2]、制冷空調(diào)綜合創(chuàng)新模擬實驗平臺[3]等。煙臺大學(xué)也研制了傳熱學(xué)實驗教學(xué)仿真軟件[4]輔助實驗教學(xué)。這些仿真實驗在實際應(yīng)用中都取得較好的教學(xué)效果，值得大力推廣。

3 檸檬酸發(fā)酵生產(chǎn)仿真實驗

檸檬酸發(fā)酵實驗 檸檬酸發(fā)酵實驗是生物與食品類專業(yè)的主要實驗教學(xué)內(nèi)容之一，目的是讓學(xué)生了解檸檬酸的生產(chǎn)原理與流程，掌握檸檬酸的發(fā)酵生產(chǎn)工藝與發(fā)酵分析方法，通過實驗?zāi)苁炀毜卣莆照婢l(fā)酵的接種、培養(yǎng)與發(fā)酵產(chǎn)物的分析測定等技術(shù)。由于檸檬酸整個發(fā)酵生產(chǎn)流程所需設(shè)備眾多，現(xiàn)在國內(nèi)還沒有廠家制作銷售實驗用檸檬酸全過程生產(chǎn)演示的儀器，大多數(shù)學(xué)校實驗教學(xué)中只是在實驗室中開展檸檬酸生產(chǎn)中發(fā)酵部分的實驗，無法實現(xiàn)整個生產(chǎn)過程的操作練習(xí)。由于檸檬酸生產(chǎn)廠家分布過于分散，大部分高校因人力、物力等資源限制，無法開展實地操作實驗教學(xué)。

針對此問題，本文開發(fā)了檸檬酸發(fā)酵生產(chǎn)仿真軟件。該軟件能夠?qū)崿F(xiàn)檸檬酸發(fā)酵生產(chǎn)全過程的仿真模擬，為廣大生物與食品類專業(yè)學(xué)生的生產(chǎn)實習(xí)提供支持。通過該軟件的推廣使用，滿足這些專業(yè)實驗教學(xué)的迫切需要。

檸檬酸實驗仿真工具 檸檬酸實驗仿真軟件的開發(fā)是根據(jù)教學(xué)任務(wù)要求，分析整理實驗教學(xué)內(nèi)容而進(jìn)行的。利用該軟件，學(xué)生對檸檬酸生產(chǎn)流程獲得形象化的認(rèn)知，還可以在仿真平臺上完成實驗虛擬操作，得到實踐成績。

本軟件含有實驗內(nèi)容、成績評定、使用幫助等內(nèi)容。軟件能夠?qū)崿F(xiàn)的實驗內(nèi)容包括檸檬酸生產(chǎn)的淀粉糊化、發(fā)酵、粗提和精提四個主要流程，在每個流程的實驗界面上，都設(shè)計了該流程所需的全部實驗部件，包括罐體、閥門、泵、過濾機(jī)、攪拌器等，各動力機(jī)械與調(diào)節(jié)閥門均可實現(xiàn)手動調(diào)節(jié)。學(xué)生在該仿真軟件上手動完成各生產(chǎn)過程的相關(guān)操作練習(xí)。軟件的成績評定功能將在學(xué)生實際操作過程中，根據(jù)操作過程順序以及由此引起的生產(chǎn)工藝參數(shù)變化情況給出實驗成績，并提供詳細(xì)的得分明細(xì)與說明，學(xué)生可根據(jù)該明細(xì)查找實驗操作中出現(xiàn)的問題并加以改進(jìn)。軟件的實驗成績判別功能實現(xiàn)了實驗操作的定量計分，減輕了實驗指導(dǎo)教師的負(fù)擔(dān)。軟件提供的幫助功能為學(xué)生提供逐步實驗操作指導(dǎo)，幫助學(xué)生更快地熟悉相關(guān)實驗操作。軟件還提供了時間加速功能，使得學(xué)生能夠在較短的時間內(nèi)就完成檸檬酸的實際長時間生產(chǎn)過程。

軟件采用VB6.0軟件開發(fā)，功能包括裝置組成與工藝流程演示、部件運行與閥門操作動態(tài)演示、工藝參數(shù)動態(tài)變化、逐步指導(dǎo)等功能。圖1～圖4分別為淀粉糊化、發(fā)酵、粗提和精提四個流程的實驗界面。

該軟件的開發(fā)采用模塊化編程，每部分實驗內(nèi)容作為一個大模塊，大模塊中還細(xì)分為若干個小的模塊，模塊之間通過操作流程引起的操作流程因果關(guān)系、耦合參數(shù)進(jìn)行銜接。開發(fā)過程中采用動態(tài)模擬技術(shù)實現(xiàn)攪拌器、罐體液位、管道內(nèi)流體流動等動態(tài)變化內(nèi)容，實驗參數(shù)可依據(jù)實際操作實現(xiàn)動態(tài)即時顯示，學(xué)生能夠隨時了解參數(shù)的動態(tài)變化情況，并據(jù)此判斷操作時機(jī)。

教學(xué)效果 基于仿真技術(shù)開發(fā)的檸檬酸發(fā)酵生產(chǎn)仿真軟件，完整地模擬了檸檬酸生產(chǎn)的全過程，學(xué)生通過使用該軟件，不僅加深了對所學(xué)理論知識的理解，還對檸檬酸的生產(chǎn)流程有了更深刻全面的認(rèn)知，生產(chǎn)操作水平也得到了較大的提高。仿真實驗由于界面設(shè)計友好，形式新穎，學(xué)生對此普遍歡迎，實驗興趣大大提高，取得較好的教學(xué)效果。可見，檸檬酸發(fā)酵生產(chǎn)仿真軟件很好地解決了實踐教學(xué)過程中存在的不足，提高了實踐教學(xué)的水平，強化了生物工程專業(yè)學(xué)生綜合素質(zhì)的培養(yǎng)。

4 結(jié)論

本文首先分析傳統(tǒng)實驗與實習(xí)教學(xué)存在的一些問題，總結(jié)仿真實驗教學(xué)應(yīng)用現(xiàn)狀及其優(yōu)點，敘述自主開發(fā)的檸檬酸發(fā)酵生產(chǎn)仿真軟件以及學(xué)生的使用體會。■

參考文獻(xiàn)

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142-144.

篇(5)

摘要：低溫地板輻射供暖設(shè)備―地盤管散熱器，是目前民用建筑采暖系統(tǒng)中的一項新技術(shù)。該文根據(jù)室內(nèi)地面熱傳導(dǎo)的實際情況，對地板輻射供暖系統(tǒng)建立數(shù)值計算的數(shù)學(xué)模型，運用fluent軟件進(jìn)行模擬的分析方法得出隨著供、回水溫度變化及護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)的改變，對室內(nèi)溫度及人體舒適度的影響。分析結(jié)果可為地板輻射供暖系統(tǒng)的設(shè)計、施工及運行提供參考依據(jù)。

中圖分類號：TU767+.4 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：

0 引言

低溫?zé)崴匕遢椛涔┡到y(tǒng)(以下簡稱地板輻射供暖)是一種利用建筑物內(nèi)部地面進(jìn)行供暖的系統(tǒng)。地板通過對流換熱加熱周圍空氣，同時還與四周的圍護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行輻射換熱，從而使圍護(hù)結(jié)構(gòu)表面溫度升高，其輻射換熱量約占總換熱量的50%。地板輻射供暖系統(tǒng)既能高效地利用各種低品位能源，節(jié)能效果好，又具有室溫均勻，溫度梯度小，腳感溫度高，熱舒適性好，衛(wèi)生條件好，安全可靠，蓄熱性能好及不占用室內(nèi)使用面積等優(yōu)點，是一種降低建筑能耗、提高熱舒適性的理想供暖系統(tǒng)。

1 地板輻射供暖的簡介

1.1 地板輻射供暖的發(fā)展

低溫?zé)崴匕遢椛涔┡夹g(shù)于上世紀(jì)三十年代運用于發(fā)達(dá)國家，由于它具有經(jīng)濟(jì)、節(jié)能、舒適等一系列優(yōu)越性，很快被人們接受并廣泛使用，從而得到了迅速地推廣。在北美、北歐已十分普及，到1994年，法國約有20％、德國40％、奧地利25％、瑞士48％、加拿大65％的住宅建筑采用了地板輻射供暖系統(tǒng)。六十年代初，我國開始對地板輻射供暖系統(tǒng)進(jìn)行研究，八十年代得到了大面積的推廣。目前，許多省市已經(jīng)制定了這一技術(shù)的工程標(biāo)準(zhǔn)。介于地板輻射供暖系統(tǒng)成本低、安全、舒適、易施工等優(yōu)點，近幾年新建的住宅小區(qū)大多數(shù)都采用地板輻射供暖系統(tǒng)來進(jìn)行供暖，占到了我國地暖市場的90%以上。

1.2 地板輻射供暖結(jié)構(gòu)型式

地板輻射供暖結(jié)構(gòu)型式種類很多。現(xiàn)以目前通常采用的混凝土內(nèi)埋管式為研究對象，主要結(jié)構(gòu)為基本結(jié)構(gòu)層、復(fù)合保溫層、管上豆石混凝土層、找平層、地面層。混凝土內(nèi)埋管式地板輻射供暖的結(jié)構(gòu)及各層尺寸，如圖1所示。

圖1地板輻射供暖結(jié)構(gòu)圖

在建筑地面基層做好以后，首先敷設(shè)高效保溫和隔熱材料，然后將塑料埋管按一定的間距固定在保溫材料上，最后回填豆石混凝土。在找平層施工完畢后再做地面層。由于管徑的變化隨管子埋深的增大對地板表面溫度的影響愈來愈小，當(dāng)埋管較深時，這種影響可忽略不計。在實際工程中，塑料埋管的管徑一般都為De20x2.0這種規(guī)格。

1.3 地板輻射供暖中加熱管的布置方式

地板輻射供暖以溫度不高于60℃的熱水為熱媒，供暖埋管的材質(zhì)一般為鋼、銅、聚乙烯(PE-RT)和聚丙烯。由于近幾年來塑料工業(yè)發(fā)展迅速，塑料加工制作和使用壽命等問題得到了較好的解決。所以目前國內(nèi)外大都采用塑料管作為地板輻射供暖中的加熱管。

圖2塑料埋管的鋪設(shè)型式

地板輻射供暖系統(tǒng)中，塑料埋管的鋪設(shè)型式大致分為回折型、平行型和雙平行型三種。具體鋪設(shè)型式如圖2所示。三種鋪設(shè)型式各有不同特點，而其中，由于回折型鋪設(shè)型式，經(jīng)過板面中心點的任何一個剖面，埋管均是高溫管、低溫管相間布置，易于造成“均化”效果，并且它的鋪設(shè)彎度大部分為90度，鋪設(shè)簡單，沒有埋管相交的問題[1]。因此，在工程上，鋪設(shè)塑料埋管廣泛采用回折型鋪設(shè)型式。該文將主要針對回折型塑料埋管鋪設(shè)型式進(jìn)行研究。

2 室內(nèi)溫度場的數(shù)值模擬與分析

2.1 建立數(shù)值計算的模型

用傳熱學(xué)的基本原理對地板輻射供暖系統(tǒng)地板層內(nèi)的傳熱進(jìn)行簡化假設(shè)，建立數(shù)學(xué)模型。通過模擬的結(jié)果，對地板層內(nèi)、地板表面及室內(nèi)空間溫度場的分布及其影響因素進(jìn)行分析。

通常的模型都建立在一定假設(shè)基礎(chǔ)上，地板輻射采暖系統(tǒng)由于各種復(fù)雜因素的影響，難以求解。為了使問題簡化，將物理模型抽象成數(shù)學(xué)模型，使其易于求解分析，又不失指導(dǎo)意義。故作以下幾條合理假設(shè)：

(1) 對于以熱水為熱源的低溫地板輻射采暖系統(tǒng)，水在塑料管中流動，不斷將熱量傳到室內(nèi)空間。熱量在空間三個方向傳導(dǎo)，該傳熱過程是一個三維傳熱過程。但由于回折型鋪設(shè)方式特有的均化作用，除了最邊緣的管子外，其它各管間的分布基本相同，又以管中心剖面對稱，故可忽略管間的傳熱，認(rèn)為該傳熱問題是二維傳熱過程。

(2) 假設(shè)從加熱開始到穩(wěn)態(tài)期間，加熱熱源溫度恒定，熱水流量為定值，房間內(nèi)無內(nèi)熱源。塑料管的彎管部分，實際的傳熱過程較為復(fù)雜，但所占的比例較小，所以將其簡化為直管段。

(3) 假設(shè)保溫材料導(dǎo)熱系數(shù)很小，在盤管底層周圍鋪設(shè)一定厚度的保溫材料，向外的散熱量可忽略不計，視為絕熱。

(4) 假設(shè)熱管與埋管層材料接觸良好，各覆蓋層之間接觸良好，忽略接觸熱阻。

(5) 假設(shè)各層材料均質(zhì)恒物性。

(6) 假設(shè)管內(nèi)熱水流動為穩(wěn)定流動。

地板輻射換熱過程可分為三個階段。第一階段，盤管內(nèi)熱水與管壁的換熱；第二階段，管壁通過填充層、找平層、地板層的換熱；第三階段，地板表面與房間的換熱。[1]

2.2 實際模擬的對象及物性參數(shù)

在實際中，對于典型房間（如圖3），房間尺寸(長×寬×高)為5m×4m×3m，東、西、南、北面各有一面外墻，外墻墻體為370厚的頁巖多孔磚，傳熱系數(shù)K=1.3W/( m2?K)。其中南面外墻上有面積為2.1m2的塑鋼窗，玻璃為中空玻璃，空氣層厚度為12mm，傳熱系數(shù)K=3.5W/( m2?K)。北外墻有一塑鋼門，傳熱系數(shù)K=3.9W/( m2?K)。室內(nèi)設(shè)計溫度為18℃。室外溫度為-5℃。管間距為300mm。具體物性參數(shù)見表1。

表1物性參數(shù)表

2.3 室內(nèi)空間溫度場數(shù)值模擬與結(jié)果分析

在其它條件都相同，僅改變供水溫度和回水溫度時，地板以下及室內(nèi)空間溫度場的分布情況如下。

圖4為供水溫度328K(即55℃)、回水溫度318K(即45℃)的室內(nèi)溫度場模擬圖。

圖5為供水溫度313K(即40℃)、回水溫度303K(即30℃)的室內(nèi)溫度場模擬圖。

圖4室內(nèi)溫度場分布圖圖5室內(nèi)溫度場分布圖

以上兩圖對比結(jié)果表明在其他條件都相同時，隨著供、回水溫度的降低，室內(nèi)溫度也有所下降。

在其它條件都相同，僅改變護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱系數(shù)時，地板以下及室內(nèi)空間溫度場的分布情況如下。

圖6為外墻傳熱系數(shù)為1.3[W/(?K)]的室內(nèi)溫度場模擬圖。

圖7為外墻傳熱系數(shù)為2.6[W/(?K)]的室內(nèi)溫度場模擬圖。

圖6室內(nèi)溫度場分布圖 圖7室內(nèi)溫度場分布圖

以上兩圖對比結(jié)果表明在其他條件都相同時，當(dāng)護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)變大時，室內(nèi)溫度降低。

3 結(jié)論

(1)地板輻射供暖系統(tǒng)中隨著供、回水溫度變化，地板散熱量、室內(nèi)及地板表面的溫度分布也相應(yīng)變化。水溫是影響地板輻射供暖系統(tǒng)的主要因素之一。地板輻射采暖系統(tǒng)若想保證舒適，就必須有效控制供回水平均溫度。

(2)外墻圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)不同，室內(nèi)溫度變化也不同。所以為了減少建筑能耗及保持室內(nèi)溫度的舒適性，應(yīng)在外墻上添加保溫板。

(3)將地板輻射供暖系統(tǒng)進(jìn)一步加以利用，冬季時盤管內(nèi)通低溫?zé)崴訜岬匕澹蚴覂?nèi)供熱；夏季時又可在盤管內(nèi)通入冷水，向室內(nèi)供冷。降低建筑能耗，提高室內(nèi)舒適性。

參考文獻(xiàn)

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篇(6)

關(guān)鍵詞：BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；管芯式散熱器；性能

1.設(shè)計預(yù)測網(wǎng)絡(luò)參數(shù)、結(jié)構(gòu)參數(shù)

1.1輸入量的選擇

輸入量必須選擇那些對輸出影響大且能夠檢測或提取的變量，各輸入量之間互不相連或相關(guān)性很小。在大多數(shù)情況下，直接送給神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入量無法直接得到，常常需要用信號處理與特征提取技術(shù)從原始數(shù)據(jù)中提取能反映其特征的若干參數(shù)作為網(wǎng)絡(luò)輸入，輸出量表示可以是數(shù)值也可以是語言變量[1]。本文進(jìn)行的預(yù)測目標(biāo)已經(jīng)確定，就是要預(yù)測管芯式散熱器的熱工性能，而解決問題的關(guān)鍵就是確定輸入層的節(jié)點數(shù)，即影響輸出的直接變量。

1.2訓(xùn)練樣本集的設(shè)計

網(wǎng)絡(luò)的性能與訓(xùn)練用的樣本密切相關(guān)，設(shè)計一個好的訓(xùn)練樣本既要注意樣本規(guī)模，又要注意樣本的質(zhì)量。一般來說樣本的數(shù)目越多，訓(xùn)練結(jié)果越能正確反映其內(nèi)在規(guī)律，但樣本的獲取往往有一定困難，另外樣本數(shù)量過多，網(wǎng)絡(luò)的精度也很難提高。樣本要有代表性，樣本的組織要注意將不同類的樣本交叉輸入。一般將收集到的可用樣本隨機(jī)分成兩部分，一部分為訓(xùn)練集，一部分為測試集。本文就是通過管芯式散熱器的性能試驗來獲得樣本集的，在編寫預(yù)測程序時也相應(yīng)將樣本集分為兩部分。

2影響散熱器傳熱性能的主要因素

輸入量必須選擇那些對輸出影響大且能夠檢測或提取的變量，此外還要求各輸入變量之間互不相關(guān)或相關(guān)性很小。目前對于汽車散熱器傳熱性能研究的理論已經(jīng)比較成熟，衡量散熱器優(yōu)劣的一個重要指標(biāo)就是傳熱系數(shù)的值，對于不同類型或同一類型不同結(jié)構(gòu)參數(shù)的散熱器進(jìn)行傳熱性能比較的關(guān)鍵就是比較傳熱系數(shù)K的值。所以傳熱性預(yù)測模型建立的輸出層節(jié)點數(shù)已經(jīng)確定就是傳熱系數(shù)K，而影響傳熱系數(shù)的主要因素即輸入層節(jié)點的數(shù)目就要從傳熱系數(shù)的計算公式入手了。由公式（2-1）知

3影響散熱器阻力性能的主要因素

散熱器的阻力包括水流阻力和空氣阻力。影響各個阻力性能的主要因素應(yīng)分別做出具體的分析。

3.1影響水流阻力的主要因素

水管流經(jīng)管道，產(chǎn)生沿程阻力和局部阻力，這兩部分阻力的計算公式前面已經(jīng)敘述，通過傳熱學(xué)知識可以看出，水流動的速度，是影響沿程阻力的主要因素。而散熱器水管的長度、水管直徑試驗前已經(jīng)確定，它們的值不隨流量和溫度的改變而變化；通過文獻(xiàn)[3]分析可知水流阻力受管排數(shù)M的影響，水的密度是與溫度有關(guān)的物理量（本文將空氣密度、水的密度通過擬合方法求得，擬合的溫度分別是水、空氣進(jìn)出口溫度的平均值），通過以上分析可知，影響水流阻力的主要變量因素是水流速度、水的進(jìn)出口溫度、管排數(shù)。

3.2影響空氣阻力的主要因素

空氣流過散熱器通道的壓力損失可以通過文獻(xiàn)[4]確定，如下式：

（3-1）

建立神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測模型就是要通過輸入層物理量的變化來預(yù)測輸出變量，所以輸入層的各節(jié)點就是影響輸出變量的可以通過試驗測定的主要因素。通過對公式（3-1）可以看出影響影響散熱器空氣阻力性能的主要變量是空氣的質(zhì)量流量、散熱器進(jìn)出風(fēng)溫度，另外由文獻(xiàn)[5]可知：散熱器管排數(shù)M同樣影響空氣阻力的大小。通過以上分析可知，影響管芯式散熱器空氣阻力的主要因素是管排數(shù)、空氣的質(zhì)量流量、散熱器的進(jìn)出風(fēng)溫度。

3.4 散熱器性能預(yù)測模型的建立

圖3-1散熱器傳熱性能預(yù)測BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型

圖3-2 散熱器水阻性能預(yù)測BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型

通過以上分析可以建立管芯式散熱器神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測模型，分別為傳熱性能預(yù)測模型和阻力性能預(yù)測模型，建立預(yù)測模型時應(yīng)盡量使網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)緊湊。傳熱性能預(yù)測模型如圖3-1所示，阻力性能預(yù)測模型如圖3-2、3-3所示。

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測模型建立的準(zhǔn)確與否直接影響著最終的預(yù)測結(jié)果，所以要經(jīng)過反復(fù)的驗證。圖3-1、3-2給出了模型的輸入節(jié)點和輸出節(jié)點的具體情況，通過具體的編程可以實現(xiàn)管芯式散熱器的性能預(yù)測，為礦用的管芯式散熱器的結(jié)構(gòu)改造提供理論依據(jù)。■

參考文獻(xiàn)

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篇(7)

關(guān)鍵詞：自然散熱；外殼設(shè)計；壓鑄；鋁合金；鋅合金

隨著三網(wǎng)融合的推進(jìn)，在廣電傳媒領(lǐng)域，數(shù)字化的新媒體帶來了一場深刻的革命[1]。有線電視網(wǎng)絡(luò)雙向化數(shù)字化改造是廣電業(yè)占領(lǐng)新的信息產(chǎn)業(yè)版圖的重要實施舉措。有線帶寬的提高、高清視頻、IP數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)、語音業(yè)務(wù)、數(shù)據(jù)點播等的開展，對有線電視傳輸設(shè)備提出了更高的要求，熱問題在產(chǎn)品的研發(fā)過程中越來越突出，特別是傳輸干路和支路上的野外型和室外型設(shè)備的設(shè)計研發(fā)。這類設(shè)備以自然散熱為主要散熱途徑，使用環(huán)境復(fù)雜多變，所在的網(wǎng)絡(luò)平臺歷史較長，各地運營商對設(shè)備的要求和標(biāo)準(zhǔn)也參差不齊，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)方面可變的設(shè)計條件也有限，所有這些限制因素都增加了結(jié)構(gòu)設(shè)計的難度，提出了更高的要求。本文以有線電視網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)監(jiān)控模塊（簡稱DOCSIS 模塊）的設(shè)計為例，探討了以自然散熱為主的設(shè)備的外殼熱設(shè)計要素和方法。

1.挑戰(zhàn)和機(jī)遇

DOCSIS模塊是配合DOCSIS網(wǎng)絡(luò)而產(chǎn)生的新模塊，是代替現(xiàn)有HMS應(yīng)答器的產(chǎn)品。該模塊普遍應(yīng)用于CATV傳輸網(wǎng)絡(luò)的光站和放大器設(shè)備中，這些設(shè)備基本都是野外型或是室外型。由于HMS模塊已經(jīng)應(yīng)用在諸多的光站和放大器平臺中，因此，DOCSIS模塊的外形尺寸和連接器位置都不能改變。但由于DOCSIS模塊功能的極大提升、新的集成芯片的使用，模塊的功耗有成倍的增長。在有限的空間范圍內(nèi)，模塊熱設(shè)計遇到了極大的挑戰(zhàn)。

近十年，傳統(tǒng)的鋅、鎂、鋁合金的加工技術(shù)有較快的發(fā)展，導(dǎo)熱材料的熱導(dǎo)率有很大的提升，有限元熱設(shè)計分析工具更是被廣泛應(yīng)用，這給外殼熱設(shè)計提供了強有力的技術(shù)支持。

2.熱設(shè)計理論分析

為了達(dá)到理想的散熱效率，將主要發(fā)熱芯片與產(chǎn)品外殼通過導(dǎo)熱材料相連，從而有效降低從芯片結(jié)到外部空氣的傳熱熱阻。將產(chǎn)品的導(dǎo)熱簡化成下圖，在此僅討論穩(wěn)態(tài)場產(chǎn)品的散熱：

其中t_j為芯片的結(jié)溫，t_c為芯片的表面溫度，γ是導(dǎo)熱材料的厚度，t_TIM是導(dǎo)熱材料的溫度，δ是外殼設(shè)計厚度，t_h是外殼的溫度，t_a是模塊工作的外部環(huán)境溫度，h是機(jī)殼表面自然對流換熱系數(shù)。

穩(wěn)態(tài)場指產(chǎn)品達(dá)到熱平衡時，各部件的溫度幾乎不變的熱場分布。穩(wěn)態(tài)場性能反應(yīng)了電子產(chǎn)品正常工作情況下的熱學(xué)性能。

t_a為恒定外界溫度，自然散熱條件下表面換熱系數(shù)h為小于10的某一數(shù)值。由（2.4）式，芯片的選型，外殼材料的特性、厚度和表面積的設(shè)計，導(dǎo)熱介質(zhì)的材料選型、厚度和接觸面設(shè)計都決定了t_j的值。因此，選用耐溫高、內(nèi)部熱阻低的芯片，選用熱導(dǎo)率高的金屬做外殼，增大外殼有效散熱面積，選用熱導(dǎo)率高、厚度薄的導(dǎo)熱材料做介質(zhì)，設(shè)計合理的接觸面，能有效避免產(chǎn)品過熱問題。

輻射換熱效率與自然散熱產(chǎn)品效率相當(dāng)[6]，可以增加表面處理（如噴漆、氧化）來強化輻射效果，增強自然散熱能力。

3.DOCSIS模塊結(jié)構(gòu)設(shè)計比較

模塊的外形尺寸限制為 長×寬×高=78mm ×38mm ×12mm，F(xiàn)PGA芯片大小為長×寬=23mm ×23mm 。

下表為模塊結(jié)構(gòu)設(shè)計選項：

設(shè)計選項1和設(shè)計選項2比較了不同合金材料的選擇對產(chǎn)品熱性能的影響；設(shè)計選項2和設(shè)計選項3比較了發(fā)熱芯片接觸面積和導(dǎo)熱介質(zhì)對產(chǎn)品熱性能的影響；設(shè)計選項3和設(shè)計選項4比較散熱面積和表面輻射效果對產(chǎn)品熱性能的影響。

下圖為設(shè)計選項1和設(shè)計選項4的設(shè)計效果圖：

4.仿真結(jié)果比較

使用Flotherm軟件進(jìn)行仿真比較。設(shè)置外部環(huán)境溫度為85°C，模塊總功耗為1.7w，F(xiàn)PGA芯片功耗為0.8w。按下表設(shè)置鋁合金和鋅合金材料的基本參數(shù)。

下表是各條件的仿真結(jié)果。

其中，t_j和t_h與章節(jié)2中對應(yīng)的芯片結(jié)溫和殼體外表溫度意義一致。

比較設(shè)計選項1和設(shè)計選項2的結(jié)果，選用鋁合金比選用鋅合金，F(xiàn)PGA結(jié)溫下降0.23°C，殼體溫度下降0.25°C。結(jié)果顯示，Zmark3和A413散熱能力相當(dāng)。因為鋅合金比鋁合金具有更好的鑄造性能，能鑄造出更薄的殼體，在PCB布板空間緊張、對模塊重量不敏感的情況下，選用鋅合金比鋁合金更有優(yōu)勢。

比較設(shè)計選項2和設(shè)計選項3的結(jié)果，增大導(dǎo)熱介質(zhì)和FPGA芯片的接觸面接、選用導(dǎo)熱率更高、更薄的導(dǎo)熱材料，使得FPGA結(jié)溫下降了0.69°C，殼體溫度下降了2.57°C。結(jié)果表明，導(dǎo)熱介質(zhì)的優(yōu)化可以帶來一定程度的溫度降低。但是熱導(dǎo)率為5w/m.k的導(dǎo)熱介質(zhì)成本是2.5w/m.k的一倍以上，且越薄的導(dǎo)熱介質(zhì)對產(chǎn)品的加工精度要求更高。因此，在成本和公差允許的情況下，選用更大、更薄、導(dǎo)熱率更高的材料能有效降低芯片結(jié)溫。

比較設(shè)計選項3和設(shè)計選項4的結(jié)果，增大表面積和輻射率，使得FPGA結(jié)溫下降了3.08°C，殼體溫度下降了2.01°C。結(jié)果表明，增大表面積和表面輻射率是自然散熱條件下最為有效的降低溫度的方法。而表面涂鍍是增加表面輻射率的有效途徑，它既增加了產(chǎn)品美觀性，又增強了表面耐腐蝕性，缺點是增加了成本。因此，在產(chǎn)品尺寸大小不敏感，成本壓力小，表面要求高的情況下，加強表面處理是解決散熱問題的有效途徑。

綜上所述，導(dǎo)熱率相當(dāng)?shù)匿X合金和鋅合金合金材料對模塊溫度的影響不大；增大芯片與導(dǎo)熱介質(zhì)的接觸面積，增大導(dǎo)熱材料的熱導(dǎo)率、降低其厚度可以有效降低溫度；增加表面散熱面積，加強表面處理是最有效的提高散熱效率的方法。

5.結(jié)論

自然散熱的電子產(chǎn)品外殼設(shè)計中，選用耐溫高、內(nèi)部熱阻低的芯片，選用熱導(dǎo)率高的金屬做外殼，增大外殼有效散熱面積，增強表面輻射強度，選用熱導(dǎo)率高、厚度薄的導(dǎo)熱材料做介質(zhì)，設(shè)計合理的接觸面，能有效避免產(chǎn)品過熱問題。

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