促进传热学基础实验平台与机械工程科研融合的探索

任好玲+缪骋+林添良

摘要：以国家教育工程认证为契机，针对专业基础课程——传热学，探索传热学基础实验在机械工程领域的应用，利用现有实验基础平台，研究机械工程材料的热导率、表面形状等对热量传递的影响，分析传热学对机械设备的设计、加工及维护过程的影响，进而引导学生将本科基础实验平台与科研活动相融合，利用科研成果促进和丰富本科教学，增强学生的工程实践能力、创新和思考能力，培养全面发展的高素质人才。

关键词：机械工程；工程认证；传热学；科研

中图分类号：G642.41 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）33-0279-02

一、概述

近年来，在“科教兴国”战略的指导下，我国的高等教育事业取得了前所未有的飞速发展。高等教育规模和总量的扩大在很大程度上提高了国民的总体素质，带动了社会文明的进步与发展，同时使高校面临机制创新、培养高素质学生及市场竞争的挑战，这些挑战对高校实践教学提出了更新、更高的要求。教育部《关于进一步加强和改进普通高等学校实践教学的若干意见》明确指出：“要大力加强实践教学，切实提高大学生的实践能力。高等学校要强化实践育人的意识，区别不同学科对实践教学的要求，合理制定实践教学方案，完善实践教学体系。”因此，高校必须加强实践教学，积极推进实践教学改革，构建体系完整、结构合理的实践教学体系，提高实践教学质量。

传热学是一门理论性强、应用广泛的专业基础课程，机械产品的全过程均与其密切相关。随着中国制造2025和工业4.0的提出，对于产品的性能要求越来越高，而热量对机械产品性能具有重要影响。但受传统教育思想的影响，长期以来重理论轻实践、重知识轻能力的思想占主导地位，且缺乏将本科实验教学与科学研究相结合的意识，本科教学与科学研究一直处于并行状态，尤其是传热学这种学科基础课程，一直以验证性实验为主，应用性和综合性的实验较少，虽然能使学生加深对理论知识的理解，掌握一定的测试方法，但缺乏与实际相联系的渠道，不懂如何运用所学到的知识解决工程实际问题。因此，本文以华侨大学传热学基础实验平台设备升级改造为契机，探索在本科教学基础实验平台上开展传热学相关科学研究的途径，促使学生以机械工程实际问题为导向，进行设计实验并验证的能力，努力培养适应现代工业需要的基础扎实、实践能力强、具有创新意识和解决工程实际问题等能力的复合型人才。

二、目前存在的问题

所谓知己知彼才能百战不殆，在进行实验改革前，对目前的传热学实验存在的问题进行研究，发现存在以下问题：

1.本科实验教学内容单一。长期以来，本科的实验环节一直以验证性实验为主，按照既定的流程、机械地重复着一成不变的实验方案，设计性和综合性实验严重匮乏，学生缺乏兴趣，没有积极性和主动性，造成实验环节流于形式，严重浪费了教学资源和授课时间。

2.实验内容缺乏必要的引导性。本科实验设置仅按照理论课程内容进行设置，验证理论内容，并没有将其与工程实际相联系，讲授该部分实验也可用于解决工程实际中的各种问题，或在什么条件下可以进行推广；针对实验中的现象，也仅限于对理论知识的解释，并没有从工程实际出发进行讲解。

3.本科实验室利用率严重偏低。一般专业基础课程或专业课的实验课时占本门课程总学时的■或更少，仅在课程后半期才进行几个学时的实验，其他时间均处于闲置状态，占用大量的存放空间，造成资源浪费。且长久闲置的实验仪器，由于疏于维护，极易出现故障，造成安全隐患。

4.本科教学实验室不能进行知识创造。科研活动是一种基于现有知识架构进行二次知识创造的过程，而本科实验平台，基本上是最经典和传统的实验装置，仅做知识传承，而没有创造新知识。因此，不能将最新的学科发展融于本科实验教学中，不能让同学体会到创造知识的快感。

因此，为改变本科教学实验设备目前闲置率高、利用率低、实验内容设置单一和试验过程缺乏引导性等问题，促进学生的参与意识和提高积极性，有必要对传热学本科实验平台进行改造，探索其与科研活动相融合的途径和方法。

三、实验平台与科研融合措施

1.模块化实验组合。以传热学三种最基本的传热方式为主题划分实验模块，在基础实验平台上探索每种传热方式的核心问題，分析每种传热方式的基本特征、测试方法，比较它们的异同，建立模块化实验。通过现场实验和讲解，结合课堂知识与实验现象，加深对三种基本传热方式的认识和理解。

2.增加实验耗材及基本装备。现有的实验设备仅能按照给定的实验器材进行相应的实验，属于验证性实验。要扩展本科教学平台的功能，使其为科研服务，并最大限度地激发学生的创新性想法，必然要在现有基础上按照学生的可行性方案，在符合实验台测试基础上，制备必要的耗材或添加一定数量的装备，以完成必要的设计性实验，提高学生的学习积极性。

3.以工程实际问题为引导，加强实验设计。以工程认证和工程实际为导向，以解决工程实际问题为目标，培养学生从工程实际中提炼传热学相关问题的能力，增强分析基本传热学过程的能力。通过对实际问题的合理简化，设计实验环节和过程，并在基础实验室进行相应的测试，利用获得的现象和结果分析实际工程问题，并不断地修正实验，以求所设计的实验能最大可能地反映工程实际，从而培养学生发现问题、解决问题的探索能力及不盲从的创新精神。

4.以学生为中心，鼓励学生多关注工程实际问题和生活中的传热学现象，养成善于观察、勤于思考、勇于求证的良好习惯。鼓励学生自带课题，实验室为学生提供全方位技术指导等服务。建设完善的专业实验教学体系，注重培养学生发现问题、解决问题和实践动手的能力，增强学生的科研参与意识和钻研精神。

四、教学改革成果

通过初步改革，学生养成了善于发现、勤于思考、勇于质疑、乐于动手的学习习惯。例如，对于城市基础建设中经常用到的挖掘机，在学习了传热学后，学生发出疑问，挖掘机的液压系统使用的油箱很小，与实验室常规的大型油箱存在很大差别，冷却效果如何？为此，学生走进实验室，根据华侨大学某老师的挖掘机实验样机经常在连续工作后出现油箱温度过高的问题，对其液压系统产生的热量进行计算，并利用传热学设备测定了液压油的导热系数、液压管路的导热率及辐射热量，确定了需要冷却系统的功率，改进了原有风冷系统。经过测试，发现改进的冷却系统能有效降低液压挖掘机的油温，保证了系统的安全可靠运行，获得了老师的肯定。学生也以此课题为基础，作为其毕业设计课题，所做工作获得广大老师的认可，完美地将本科基础实验与科研活动结合，并有效解决了实际问题。

五、結论

本文以教育工程认证和华侨大学传热学实验平台升级为契机，对实验教学进行改革，将实验教学与科研活动相结合，提高了学生的学习热情，培养了学生发现问题和解决问题的能力，解决了科研中与传热学相关的实际问题，提高了设备的性能。实践证明，将传热学基础实验平台与机械工程科研相融合，是一项切实可行、值得推广的有益经验。

参考文献：

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[2]樊宪伟，李有志.研究生助教在本科实验教学中的作用与实践[J].实验科学与技术，2014，12（2）：134-136.

[3]盛哲津，石嘉豪，钱洁，等.科研型技术人员参与本科实验教学的探索与实践[J].教育教学论坛，2016，（11）：129-130.

[4]张明，江娟.以科研为基础滚动式拓展本科专业实验[J].教育教学论坛，2016，（14）：265-266.

Explore of the Promotion of the Integration of the Heat Transfer Experiment Platform and the Mechanical Engineering

REN Hao-ling，MIAO Cheng，LIN Tian-liang

（College of Mechanical Engineering and Automation，Huaqiao University，Xiamen，Fujian 361021，China）

Abstract：Grasping the opportunity of the national engineer certification，for the professional basic course-heat transfer，explore the application of the basic experiments of the heat transfer in the mechanical engineering. The experiment platform is utilized to study the influence of the thermal conductivity and thermal conductivity of the materials on the heat transfer process. The influence of the heat transfer on the design，processing and maintenance of the mechanical equipment is analyzed. The students are guided to integrate the basic experiment platform with the scientific research. The teaching process is improved and enriched by the research achievements. The project practice ability，innovation and thinking capacity are strengthened and all-round developed talents are cultivated based on this research.

Key words：mechanical engineering；engineering certification；heat transfer；scientific research