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1.1開篇案例對于傳熱單元操作,可采用學生熟悉的氨的合成中脫除二氧化碳的生產工藝作為開篇案例。氨的合成中二氧化碳脫除的傳統流程如圖1所示[8]。一氧化碳變換后的原料氣經吸收塔底部的氣體分布管加入吸收塔,在塔內與碳酸鉀吸收劑進行洗滌,出塔凈化氣經分離器把氣體夾帶的液滴分離后進入下一工段。吸收液由吸收塔底部引出,經水力透平減壓后進入再生塔頂部。在再生塔頂部,溶液閃蒸出部分水蒸氣,然后沿塔向下流,在塔內與再沸器加熱產生的蒸汽逆流接觸,同時被蒸汽加熱到沸點并放出殘余的二氧化碳。而再生出來的碳酸鉀溶液經冷卻器冷卻之后并經泵加壓后進入吸收塔頂部循環使用。選用此工程案例作為開篇案例是基于下述三個原因:(1)我校的化工原理是在大二下學期開設。此前學生已到云峰合成氨廠進行了生產認識實習,對此工程案例比較熟悉,能較好的引起學生的興趣;(2)該生產案例中,涉及到三類換熱器(再沸器、冷卻器、冷凝器),與教學目標吻合較好;(3)該案例中,化工原理與化工工藝學緊密結合。提出此生產案例后,以學生為主體,讓學生簡述整個脫碳過程,并引導學生思考該生產過程中這些換熱器的作用,流體之間的換熱方式。然后,請學生歸納總結、教師補充說明加以延伸,即可完成開篇內容:(1)換熱在化工生產中的應用,(2)換熱器的類型,(3)冷熱流體換熱方式。之后,提出兩個問題留給學生思考:一是如何根據生產任務設計或選擇一臺換熱器。二是這些換熱器使用時間長了,換熱效果不好了,怎么辦。這些問題將在后續章節逐一解決。
1.2問題案例問題案例法,即教學中講授某一知識點前先列舉出工程中存在的實際問題,分析該問題產生的原因及解決該問題的方法,再引出知識點的教學方法。傳熱一章涉及知識點較多,講授時可采用問題案例法逐一進行。例如,對于保溫層的厚度問題,許多學生會習慣性的認為厚度越厚越好。為改變學生的習慣性思維,即可列舉如下實例進行教學。假設一鋼管規格,鋼管外壁溫度環境溫度鋼管外包熱導率為的保溫材料,以減少熱損失。已知保溫層外表面與環境的對流傳熱系數為保溫層與鋼管接觸良好。求保溫層厚度分別為10mm、20mm、30mm、40mm、50mm、60mm、70mm時,每米管長的總熱阻及熱損失。為節約時間,可將3-5位學生分為一組,每小組計算1個保溫厚度對應的總熱阻和熱損失。計算結果如表1所示。表1的數據顯示,在題設條件下保溫層厚度由10mm增至30mm時,總熱阻逐漸減小、總熱損失逐漸增大;當保溫層厚度從30mm增至70mm時,總熱阻逐漸增大、總熱損失逐漸減小。則保溫層厚度從10mm增至70mm時,總熱阻和總熱損失均存在一個拐點,對應的總熱阻最小、熱損失最大。此點對應的保溫層厚度稱為保溫層的臨界厚度。計算表明,上述題設條件下的臨界保溫層厚度為28mm。原因可由熱損失公式(其中為熱阻)可知,當保溫層厚度增大時,一方面是導熱熱阻增加,另一方面是對流傳熱熱阻減小,因此保溫層厚度存在臨界厚度。當保溫層厚度小于其臨界厚度時,隨著厚度的增加,總熱阻減小、總熱損失增大;在此期間增加保溫層厚度并非是越厚越好。當保溫層厚度大于其臨界厚度時,隨著厚度的增加,總熱阻增大、總熱損失減小。鑒于經濟和管道體積的考慮,實際生產中需通過計算,再選取合適的保溫層厚度。
1.3綜合案例綜合案例法即在每章(或每個單元操作)的結尾,列舉出該單元操作的工程設計(或工程改造)實例,提出需要解決的工程問題,引導學生綜合利用本單元操作所學知識,解決該工程設計(或工程改造)問題。在傳熱單元操作講解的最后一堂課,提出如下生產案例:在某化工產品的生產裝置中,混合液在分解塔中進行反應時,放出大量的熱量。若不及時移走,分解塔內溫度將繼續上升,會產生過量焦油。這不但會使產品質量下降,堵塞管道,甚至造成事故。國內該類生產裝置大都采用蒸發冷卻的方式轉移反應熱(即塔內溫度靠液體自身蒸發來維持,一般維持在88℃左右)。也有部分工廠采用外循環冷卻的方式(將塔內液體用泵抽出,經塔外一雙管程換熱器用冷卻水冷卻后循環回分解塔)轉移反應熱。所用換熱器主要參數為:殼徑1m,雙管程,換熱管,換熱管根數370根,總傳熱面積100m2。該廠欲將塔內溫度降至60℃,這一改變要求冷卻器熱負荷增至4×105kJ/h。將此案例加以描述和說明后,讓學生對這一案例提出實際的解決辦法。根據班級學生數,將學生按5-7人一組,課堂上用10-15min時間進行分組討論。之后,小組派代表闡述解決方案,其它小組可質疑和提問。經小組討論,教師點評,最終形成如表2所示的四種方案。經分析可知,得出方案D是可行的。得到這一結論并不意味著案例分析就結束了。最后也是最重要的一步,是教師引導學生總結歸納出具有普遍規律的理論知識,也就是“從例到理”。此案例表明,考察一臺換熱器的工作能力不能單純只考慮其傳熱面積,傳熱面積和總傳熱系數的乘積KA才能真正代表一臺換熱器的工作能力。因為存在如下關系:A—管數或者殼體體積—流速—傳熱系數。因此,列管換熱器的K和A值之間往往存在“此漲彼消”的關系。傳熱面積過大往往由于流體流量的“不匹配”而導致K值降低,換熱效果降低了。
2案例教學的啟示
案例教學在一定程度上彌補了傳統教學的不足,可提升學生的學習興趣。一個好的案例一定要源于生產和生活,又不能脫離教學內容與教學目標。案例中既包含對實際問題的描述,又暗含一定的科學問題,讓學生參與分析并解決此實際問題。案例教學不但可使學生快速鞏固理論知識,還培養了學生解決實際問題的能力。采用案例教學時,要正確處理好案例教學與理論教學的關系。案例教學只是眾多教學方法中的一種,不能用案例教學完全替論教學,而應在一定的理論基礎上加以實施。案例教學中,應注重以學生為主體,讓全體學生參與問題的分析與解決,最終總結歸納得出具有普遍規律的理論知識,做到“從例到理”,使學生明白理論知識源于實踐。當學生掌握了理論知識后,又要從理論的高度重新審視工程案例,做到“從理到例”,培養學生理論指導實踐的方法。真正實現“以學生為主體,以能力培養為核心”的實踐教學理念。
3結語
摘要:漢語熱漸漸地成為人們談論的熱門話題,學習漢語的外國人越來越多,這既是一個機遇,也是一個挑戰。漢語教師不僅給外國學生教語言,而且還給外國學生傳播中國的文化。傳播中國文化是對外國人進行漢語教學的關健,在此過程中應該注意語言學習的心理差異,應該注重跨文化傳播背景下的微觀人際交流。
當英語走向世界各地時,
二、語言學習的心理差異是漢語教學中的重要問題
中華民族與西方民族在文化發展上的時空差異較大,民族心理也有相當的差異。這必然造成對 漢語教學的影響。首先,從兩者的認知心理看,漢民族偏好形象思維,多從整體上認識事物,表現在語 言上,就是漢語形象性強,注重相關性和整體性,具有非形態特點。西方民族偏好抽象思維,注重邏輯性,重個體輕整體,重理性輕感性,體現在語言上,如西方的典型語言—英語,是一種顯性的形態語言,抽象詞語較多。因此,以西方的思維方式理解具有整體性、意合性的漢語,往往會覺得缺乏邏輯,難 以理解。
關鍵詞:傳熱學;多媒體教學;實驗教學;英文教學
中圖分類號:G642 文獻標識碼:A 文章編號:1009-0118(2012)-06-000-02
傳熱學是一門研究熱量傳遞規律的科學,它所涉及的領域非常廣泛。特別是在能源動力、航空航天、建筑節能、材料冶金、機械制造、交通運輸、化工制藥、生物工程等領域更是蘊藏著大量的傳熱問題,形成了如相變與多相流傳熱、微尺度傳熱、生物傳熱、超常傳熱等傳熱學的多個學科分支[1-3]。
傳熱學課程是我校飛行器動力工程專業設置的專業基礎課程,飛行器動力工程是動力工程與航空院校的結合,通過專業課程的學習,該專業學生要求可以對發動機的總體性能分析、總體與部件設計、故障分析等。傳熱學本身也是一門與各工程領域關系密切、應用性極強的專業課程。它植根于大量的工程實際之中,也必須服務于工程實際。本論文結合該專業工程實際情況,結合在傳熱學的教學過程中的幾點講課體會,把傳熱學比較枯燥的理論與學生的已有知識和感興趣的實踐聯系起來,在實際教學中取得了令人滿意的效果。
一、精心授課,提高教學質量
當前科技發展的速度日新月異,傳熱學方面的理論更加如此。但是我們的教學內容與這些新理論嚴重脫節,這在傳熱學實驗方面尤為嚴重。同時部分同學認為傳熱學的實用性不強,對掌握專業技術幫助不大。因此導致大學傳熱學教學的受重視程度大大降低。這就需要把傳熱學知識與學生具體的專業應用及日常生活應用結合起來,提高同學們對該專業課程的學習興趣。
在講課時,我們要做到以下幾點:第一,重點突出。根據教學要求,結合學生的專業需要,抓住重點,講透概念,不斷深化;第二,理論聯系實際。在理論學習的同時,列舉實際生活與生產中的應用實例,加深學生的印象,提高學生的學習興趣。積極地引導學生對傳熱學、傳熱現象進行深人的思考。進行現代傳熱學的重要實驗,大提高學生學習的積極性。
充分利用網絡資源,結合飛行器動力工程專業,詳細講解傳熱學在飛行器發動機方面的應用。例如,在講到三種換熱方式及計算方式的環節,加入目前飛機發動機用到的幾種冷卻方式:輻射冷卻,燒蝕冷卻,膜冷卻,再生冷卻及發汗冷卻等。同時著重講解目前研究的前沿領域:再生冷卻技術[4]。該過程同時涵蓋了三種換熱方式,如圖1,包括燃油與壁面的對流換熱,壁面的熱傳導,由于發動機溫度較高,換熱方式同時還包括輻射換熱。收集相關實物圖片,如圖2所示,讓同學對其冷卻過程及相關的計算方法有直觀而深刻的認識和掌握。
把日常生活中的應用實例代入的傳熱學的教學課堂里,讓同學們了解到傳熱學應用的廣泛性。例如,引入CPU芯片中的散熱過程[5],圖3是一典型的臺式計算機中的CPU散熱器的圖。在芯片內核內,電能轉換成熱能,發熱升溫,熱量通過內核與金屬外殼接觸導熱,傳到金屬外殼,熱量通過金屬外殼與散熱器上的導熱板的接觸導熱傳到導熱板,在導熱板內熱量以導熱方式擴散傳播到導熱板上的肋片根處,在肋片內,熱量以導熱方式傳播到肋片表面,風扇驅動空氣流經肋片表面,熱量最后以對流傳熱方式從肋片表面傳到空氣中。整個過程包括有:導熱過程(其中多數是接觸導熱),空氣對流傳熱過程。
圖4所示的是采用有熱管的筆記本計算機中CPU散熱器,熱量從導熱板傳到肋片,是通過熱管傳輸,中間還有兩處接觸導熱,在熱管內,有蒸發傳熱和冷凝傳熱過程。
另外還有水冷式CPU散熱器,熱量從導熱板傳輸到肋片,經由兩處管內液體強迫對流傳熱,還有肋片與水管之間的接觸傳熱。將CPU散熱過程分解成若干個傳熱過程,分別分析研究每個傳熱過程的機理,目的是將傳熱學知識與實際日常生活及工程應用相結合,使同學們認識到傳熱學的實際應用,提高同學們學習傳熱學的興趣,加深對傳熱學知識的掌握。
此外,利用多媒體教學時,為避免產生視覺疲勞,可以增加幻燈片的生動活潑性,適當設置一些動畫效果。在放映多媒體課件時,要注意恰當控制好教學節奏,使得課件播放進程與學生的思維節奏同步合拍。
二、增加英文教學內容
培養具有全球化視野和國際交流能力的高素質專業人才是我國經濟社會發展融入世界的需要。而傳熱學的基本概念很多來源于一些英文原著的翻譯,在教學過程中,適當添加一些英文原文,一方面加深同學們對概念的理解,調節學生學習的緊張氛圍,另一方面,增加同學們對專業詞匯的掌握。同時,有利于學生在課外查找一些相關的外文文獻,拓寬學生學習思路。對于提高教學質量、培養高素質的復合型人才具有很重要的意義。例如,引入傳熱的概念的英文介紹:Heat transfer:Thermal energy (heat): refers to the energy transported from one system to another as a result of difference temperature (%=T)。引入對流換熱英文:Convective heat transfer。層流和湍流邊界層:Laminar and turbulent boundary layers等。
三、注重課內教學與課外教學的有機結合
(一)建立教學信息中心。在教學信息中心,介紹傳熱學的歷史與發展前景、最新理論的跟蹤以及傳熱學的科普知識,讓學生對傳熱學有充分的認識。
(二)采取設立選修課的手段,開辟“傳熱象探索園地”,讓有興趣的學生進行傳熱現象的深入探討和研究。
(三)開設課外專題講座。課外專題講座也是提高學生興趣的有效途徑。它不僅讓學生有機會接觸傳熱學的前沿,更深人地了解傳熱學的發展動向,激發他們的興趣及投身傳熱學研究的志向。
(四)要求學生通過各種方式收集信息,撰寫傳熱學原理的應用論文,作為平時作業。通過這個途徑拓寬學生的知識面。
四、理論與實驗相結合,構建先進的傳熱學實驗教學體系
傳熱學是一門實驗學科,傳熱學的一切原理和定律都是從生產的實踐和科學實驗中總結出來的,反之又經受生產的檢驗并推動其發展。因此,必須注重傳熱教學中理論學習與實驗探索的結合。在傳熱實驗教學方面,在預備性實驗、基礎性實驗、設計性實驗和綜合性實驗的基礎上可以引入模擬演示實驗。
通過預備性實驗為理論的學習打好基礎,通過基礎性實驗來驗證一些傳熱規律,從而使學生對這些傳熱學原理和規律有一個感性的認識。但由行器換熱實驗設備價格及操作條件的限制,發動機換熱實驗作為動手實驗實行比較困難,考慮到該專業的性質要求,可以在課堂上增加演示實驗,例如,模擬渦輪旋轉葉片冷卻通道換熱實驗,模擬氣流平行于旋轉軸方向的流動和氣流垂直于旋轉軸方向向外流及向內流等三種情況,基本概括冷卻系統的全貌。通過演示實驗,讓學生直觀認識到發動機渦輪葉片冷卻過程。
此外,實驗室應該建設成為自主型、開放式的實驗室,讓學生能夠根據自己的興趣愛好去進行傳熱現象的探索,充分培養學生對傳熱學的興趣。
五、加強中青年教師實踐鍛煉
目前大批高學歷的青年教師正在成為各高校講臺上的主力軍,他們正在成為我國高教戰線的棟梁。但也不可否認,長期的學校學習,嚴重缺乏工程實踐。同時,青年教師工作后,忙于應付各種日常工作,實踐環節進修的機會非常少,因而也不可能向學生傳播工程實踐知識。部分教師、特別是面臨職稱評聘的中青年教師對上課采取應付的態度,課余不鉆研教學法,上課時拿本教科書照本宣科,不能激發學生的學習熱情,使教學質量下降[6]。
為改變這種狀況,可以采用青年教師下工程現場或實驗室工作半年到一年、青年教師與老教師結對、定期進行教學法研究活動等。同時對教師的考核制度應作相應的變動,使青年教師愿在提高教學質量和增加實踐經歷上花費較多的精力。
六、結論
綜上所述,隨著傳熱學學科的不斷發展,教學內容的不斷增多,“傳熱學”教學改革勢在必行。只有全方位的教學改革,教師綜合素質的不斷提高,教材和教學方法的不斷創新,才能鞏固大學傳熱學的基礎地位,使學生學完大學傳熱學之后,思維能力和解決實際問題的能力有顯著的提高,為今后的專業課程和社會實踐活動奠定堅實的基礎。
參考文獻:
[1]楊世銘,陶文銓.傳熱學(第四版)[M].北京:高等教育出版社,2006.
[2]戴鍋生.傳熱學(第二版)[M].北京:高等教育出版社,1999.
[3]王厚華.傳熱學[M].重慶:重慶大學出版社,2006.
[4]蔣勁.超燃沖壓發動機燃燒室再生冷卻研究[D].西北工業大學,2006,(6).