热质交换原理与设备教学方法探讨

2023.06.21

张杰刘泽华宁勇飞

摘 ?要热质交换原理与设备是建筑环境与能源运用工程专业联系专业基础和专业课的桥梁，其涉及面广、理论性强、难度大。从第一次课设计、教材的逻辑架构、教学方法、考核等多方面进行一系列改进，提高教学效率，激发学生的学习热情。

关键词热质交换原理与设备;教材;实验室;多媒体教学

中图分类号：G642 ? ?文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2019）16-0097-02

Study on Teaching Methods in Heat and Mass Transfer Funda-mentals and Equipment//ZHANG Jie， LIU Zehua， NING Yongfei

Abstract The course of heat and mass transfer fundamentals and equipment which is a bridge between specialized basic course and

specialized course for Building Environment and Energy Applica-tion Engineering， it covers a wide range， strong theoretical， and also is of great difficulty. The paper improves on a serial of the first class design， logic structure in the whole book， teaching methods and evaluation to improve the teaching efficiency and provoke students learning enthusiasm.

Key words principle and equipment of heat mass transfer; textbook; laboratory; multimedia teaching

1 前言

熱质交换原理与设备是建筑环境与能源应用工程专业的一门专业基础课，是将本专业中的基础课如传热学、工程热力学、流体力学，与专业课如供热工程、暖通空调、空调用制冷技术和锅炉与锅炉房设备有机联系起来的一门课[1]，其教学效果直接影响专业课的学习。但这门课为本专业牵涉的设备及设备中发生的热、质交换过程，这就造成课程涉及面广、理论性强、公式多、难度大，而且在专业课不断压缩课时的大环境下，学生更觉得进度快，难于理解，教学效果欠佳。

2 课程现状与疑难

南华大学于大三第一学期开设该课程，在该课程前，学生对基础课仅学习了流体力学、工程热力学，后续专业课如暖通空调、冷热源工程等均未学习，对本专业设备都未曾接触，突然讲解这些设备及原理，他们普遍感到困惑，对知识不能很好地理解，更谈不上该课程应有的、对学生应用能力和创新能力的培养。且教材[1]前几章公式多、符号杂，牵涉不少流体力学和传热学知识，且传质过程本身就比较抽象，难以举出案例帮助学生理解，其数学描述跟流体力学和传热学一样，均是建立在微分方程组的推导之上，更增加了该课程的难度。

3 第一次课设计

笔者在《热质交换原理与设备的第一次课设计》[2]一文中阐述了如何进行内容的优化设计，以激发学生的学习兴趣。在此文中阐述了第一次课应首先解决本专业可以从事什么类型的工作，以树立学生对本专业的信心;其次是重温蒸汽压缩式制冷的理论循环，为后续讲解中央空调系统、温湿度独立控制系统的优缺点做铺垫;再次是对中央空调系统的讲解，建立本专业知识体系架构，并介绍冷凝器、蒸发器、风机盘管、冷却水塔，及其中发生的热、质交换;最后是本专业科普知识的教学等。通过以上手段激发学生的学习热情及对本专业的自信。

4 教材的逻辑、架构

据学生普遍反映，该课程知识点零碎、系统性差，学完后对该课程还是一知半解。鉴于此，让学生首先明确该课程所用教材[1]的整体框架十分有必要。本书大致可以分为三部分：第一部分为热、质交换的原理;第二部分为空气的热、质处理方法;第三部分为间壁式和混合式设备，即在设备中发生的热质交换过程。第一部分是第二部分的基础，第二部分是第三部分的基础。其次，在学习每一节时就应该明确这一节在这一章中的地位及其与前后章节的逻辑关系。只有明确整本书的逻辑、框架，才能使学生在学习时有整体性。

5 教学方法

教师自身人格魅力的构建 ?教师应具有强烈的责任心和治学严谨的品质，用心上好每一堂课，且在上课时应具有一定的幽默感，在适当的时候穿插一些小幽默，让学生在轻松愉快的氛围中学习;经过连续几年的授课和提高总结，慢慢形成自己的教学风格，在学生中树立良好的形象，使学生先接受你的人，再接受你的课，用自己的人格魅力来感染学生。

类比教学 ?该课程的理论基础是流体力学和传热学，教师在讲授过程中遇到牵涉流体力学、传热学中相关知识时，就应先回顾相应内容，从而建立起课程之间的联系。例如：在讲授斐克定律时，可以引导学生回顾传热学中的傅立叶定律和流体力学的牛顿黏性定律;在讲浓度边界层时，可以先回顾速度和热边界层;在讲解施密特准则数、宣乌特准则数、斯坦登准则数时，回顾流体和传热学中的相关准则数;在讲三传方程时，根据三传方程形式上的类似性，推导出浓度、速度、热边界层之间的关系;等等。通过类比和发散式教学，帮助学生理解，建立起本课程与流体力学、传热学之间的联系，有利于培养学生的思考能力、运用能力、创新能力等。

板书、多媒体、实践教学的结合 ?现在高校基本都采用多媒体教学，其信息量大，图文并茂，但进度快。所以对该课程中一些理论性较强的内容，如对流传质的数学描述、同一表面上传质过程对传热过程的影响、麦凯尔方程式等，一定要在课堂上推导，课堂上的板书能更好地引导学生跟随教师的思路，使学生在推导过程中有足够的时间去思考，跟上教师的节奏，加强对知识点的理解。现在对于专业课，不少教师为降低难度，尽量少讲微分方程的推导，力求“讲清原理、淡化过程、突出应用”的处理方式[3]，但完全不讲推导，很容易使学生基础不牢，不利于学生以后的深造。所以对重要结论的推导，笔者认为是必不可少的。

由于学生在学习该课程前对设备不熟悉，从以往的经验看，课堂上播放的设备视频动画，效果十分有限（如在讲授冷却水塔时，播放了各种类型的填料，但是在参加生产实习时，学生并不认识填料，也不清楚其功能），所以实验室直接认识、操作设备十分必要。学校的空调实验室有中央空调系统演示平台、风柜、风机盘管、加热器、加湿器、冷却水塔等设备，在上第二大部分之前，带学生到实验室参观这些设备，并在运行该设备时讲解其工作原理，加深学生理解，收到较好的教学效果。

研讨课的尝试 ?如今，普通高校都在推行教学改革，新的教学方法如翻转课堂、问题教学法、案例教学法等得到广泛应用，以学生为主体、教师为主导的新的教学模式已被广大教师所接受。有鉴于此，该课程也在这方面做了有益的尝试，由于该课程原理部分难度大，课时少，传统的教学模式还是最经济有效的。所以仅选择了间壁式和混合式热质交换设备这两章做研讨课，让学生在课前先按教师的要求查找资料，收集材料自学;然后制作PPT，教师根据每一小节内容随机抽取学生上台讲授;随后学生就该节的疑问进行提问、讨论;最后，教师对学生的问题进行归纳总结，并及时对学生授课的内容进行查漏补缺，增强了师生间的互动，提高了学生的学习积极性，提升了教学质量。

课后提高 ?该教材[1]的第二、三章为原理部分，知识点抽象，学生普遍反映难以理解，不像专业课能通过案例来讲解。这就要求学生课前预习、课后复习，教师应根据课后习题完成情况检验学生的学习情况，对大部分学生有疑问的习题，应在习题课上进行讲解。同时要求学生在学完每一部分后都要及时总结复习。

教师课间、课后也需跟学生交流，及时掌握学生对知识的掌握情况，根据学生的反馈，在下一次课上课前花5～10分钟进行查漏补缺，把上一次课的疑难问题再讲解一次，同时把上一次课的重点内容进行一次梳理。这样做有利于学生抓住重点，帮助学生理解。同时，教师应在上完每堂课后立即总结该次课讲授的优缺点，如该节课的编排顺序是否可以再优化，内容的衔接和逻辑表达是否可以再順畅，案例如何处理才能达到更好的教学效果，哪些知识点跟前面的课程有联系，哪些知识点跟后面的课程有关联，通过发散式教学，帮助学生建立课程之间的关系。通过每堂课的及时总结归纳、修改讲义和PPT，教师每上一次课，教学水平都有一定提高。

6 考核

该课程作为本专业的五门主干课程之一，期末总评显得尤为重要。对于该课程，期末考试占60%，课堂互动、研讨课表现占20%，大作业占20%。

现今不少学生通过期末划重点、突击一星期的方式来通过考试，这种考查学生记忆力的考试对培养学生的创新能力、应用能力毫无意义，且该课程培养的目的就是检验学生对该课程基本理论、基本原理的掌握程度，重点考查其应用能力。所以在考核时应增添应用型题目，如画出冬夏季时，风掠过风机盘管时的焓湿图;为什么同样是空气和水直接接触，冷却水塔是空气冷却水，而喷水室缺却能发生七种不同的工况;等等。此类型的题目需要学生对该课程有较深的理解，有较强的应用能力，对学生的评价也有较好的区分度。

由于教材[1]的第三部分“间壁式和混合式热质交换设备”是研讨课，学生对该部分的内容也较为熟悉，教师可以以这两章的内容布置大作业，如自行设计一套高效的热质交换设备，或写一篇该课程前沿技术的综述，如温湿度独立控制系统、蒸发冷却技术、室内VOC治理、敷设吊顶、相变储能等技术发展现状及研究热点等，鼓励学生撰写论文，培养学生的文字表达能力，为学生以后深造做准备。

7 结语

热质交换原理与设备这门课，公式多、内容杂，牵涉面广、难度大，不易学。通过教学改革与实践，在一定程度上激发了学生的学习热情，收到较好的教学效果。但如何高质量上好这门课，对每个教师、学生来说都有难度，需要教师与学生一起努力，在教学内容和方法上不断改革创新。

参考文献

[1]连之伟.热质交换原理与设备[M].3版.北京：中国建筑工业出版社，2011.

[2]张杰，刘泽华，宁勇飞，等.热质交换原理与设备的第一次课设计[J].中国教育技术装备，2016，5（10）：76-77.