热质交换原理与设备教学探索与思考

吕留根 罗义英

摘 要 “热质交换原理与设备”是建筑环境与能源应用工程专业的一门专业平台课程。结合教学体会，论述“热质交换原理与设备”理论教学中的知识体系树，并讨论增强教学效果的措施。

关键词 热质交换原理与设备；建筑环境与能源应用工程专业；实验教学

中图分类号：G642 文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2018）12-0104-03

1 前言

“热质交换原理与设备”是连接建筑环境与能源应用工程专业（以下简称建环专业）基础理论课和专业课的一门专业平台课程[1]。它以动量传递、热量传递和质量传递共同作用的三传理论及分析计算方法为基础，研究建筑环境中空气的热湿处理、吸附及吸收处理的原理与方法，最终将上述理论与方法应用于建筑环境营造中的相关热质交换设备的设计计算之中，为建环专业学生后续专业课的学习打下坚实的理论基础。

但是，在该门课程教学中，任课教师和学生普遍反映存在下面几个问题。

1）理论公式复杂，符号表达繁多。传质过程原理本身就相对抽象，其数学描述又建立在大量偏微分方程组推导之上，学生容易产生畏难情绪。

2）后续专业课“冷热源工程”“空调工程”等尚未学习，学生对各种热质交换设备结构和特性认识不足，导致对热质交换原理和分析一知半解。

3）教学方法和考核方式有待改进，但目前教学设计、考核方式可参考的素材相对较少。

2 “热质交换原理与设备”教材及教学研究现状

我国高校的“热质交换原理与设备”课程是在1997年国家学科目录调整、建设部高等教育教学内容和课程体系改革的背景下产生和发展起来的。在本学科专业指导委员会的坚强领导与支持下，国内第一部教材《热质交换原理与设备》由连之伟教授主编，中国建筑工业出版社于2001年出版。该教材经过逐步调整和改进，先后经历2006年第二版和2011年第三版，受到大多数高校建环专业教学使用。

各个高校在讲授“热质交换原理与设备”课程中，结合各自情况展开教学改革研究，目前检索到相关教学研究论文23篇（详见图1）。众多“热质交换原理与设备”课程一线教师结合自己的教学体验，从教学体会、教学内容修改建议、教学方法改革与实践、如何上好第一节课、实验教学、教学团队建设等方面开展研究，為该课程的教学和发展提供了有益参考[2-6]。

3 “热质交换原理与设备”课程体系

《热质交换原理与设备》教材共有九章，根据教材各章节之间的逻辑关系，结合自己教学体会，除去第1章绪论之外，其余八章可分为四个模块画成“知识体系树”的形式（如图2所示），让学生对本课程的知识体系有个宏观认识[1]。

第一模块为热质交换理论与分析计算，建立在流体力学和传热学之上，包含传质的理论基础、传热传质问题的分析和计算两部分内容；

第二模块为两种情况热质交换处理方法，即空气的热湿处理、吸附和吸收处理空气的原理和方法；

第三模块为典型热质交换设备的热工计算，包含间壁式、混合式和复合式等三种热质交换设备的热工计算；

第四模块为热质交换设备的优化设计及性能评价。

在宏观认识体系树的指导下，学生对本门课程的知识体系和章节逻辑结构更加明了。

4 “热质交换原理与设备”增强教学效果的措施

“热质交换原理与设备”作为沟通建环专业基础课与专业课的桥梁，是一门应用性极强的专业基础课。建环专业的蓬勃发展给该门课程教学带来新的挑战，结合自身体会，思考并总结一系列增强教学效果的措施[2-6]。

明确教学目标和课程体系，上好第一节课 目前，大多数高校“热质交换原理与设备”是在大三上学期开课，很多学生反映，经过两年大学学习，尚不清楚本专业主要学习方向，毕业后能从事哪方面的工作，故对本专业的前景及兴趣有所动摇。作为建环专业沟通专业基础课与专业课的桥梁，有必要在该课程中进行必要的专业宣传和教育。第一次课的设计和安排显得非常重要，可以从暖通专业最初设置背景、发展经过及专业调整的历程等方面向学生介绍，也可穿插一些暖通专业的趣闻轶事，提升学生的专业兴趣。同时，可以从生活中学生熟悉的房间空调器、空气加湿器等方面逐渐引入其中的流体力学、传热学方面的知识，进而引入并介绍其中的热质交换现象及相关知识。再介绍本课程在建环专业的设置目的，介绍图2所示的课程体系树，让学生明白本课程主要讲授内容，以及对后续的专业课学习的支撑作用。

根据实际合理删减教学内容，优化教学组织设计 《热质交换原理与设备》自第一版出版以来，不断进行调整，已越来越贴合教学的实际需要；但书中公式仍然较多，符号繁杂，大量基于微分方程组的推导对学生学习理解造成一定困难。针对以培养应用型人才为主的普通高校的学生的实际情况，适当删减部分内容，化繁为简，“讲清原理、淡化过程、突出应用”的处理方式是必要的。在课堂教学中，灵活使用多种教学方式，充分利用现代化多媒体教学手段，搜集热质交换设备的实例图片及相关动画，既能引起学生兴趣，又能让学生了解所学知识的所用之处。

加强实验和实践教学，做到学有所用 实验教学对于锻炼学生的动手能力和启发学生思维起着重要作用。以往的实验教学以验证性和演示型实验为主，主要满足学生对实验内容的感性认识。结合本门课程内容和特点，布置综合作业：校园宿舍空调的热质交换过程及分析。将学生分为若干组，根据自身在宿舍空调使用过程中的体验和认识，积极在网上查找相关知识和图片，并完成作业PPT。在教师的引导下，各组介绍自己整理分析的结果，并接受教师和其他学生的提问。这对加强学生对相关知识的理解和掌握，锻炼学生的综合能力，起到很好的作用。

改革考核方式，引导学生查阅专业资料 本课程可采用多元考核方式，如期末考试侧重基本知识及应用，课堂提问侧重引导学生理解和思考，课后作业侧重对基本知识和计算方法的掌握，而专题讨论侧重资料查阅和综合分析能力。结合讨论专题（如房间空调器、冷却塔等），引导学生查阅一定量的专业期刊论文及网络资料，分析整理后以PPT方式在课堂进行讲述和讨论，既提升了学生的能力，又不会使学生因淹没在大量抽象而复杂的公式中而感到厌烦，有助于学生理解本门课程的重点知识。多元化考核既能检验学生理论知识的理解和掌握，又能不断提升学生的专业综合素养。

5 结语

“热质交换原理与设备”是建环专业沟通基础课与专业课的桥梁，其教学效果直接关系着后续专业课的教学，如何教好这门课程，对每个授课教师都是一种挑战。结合自身教学体会，笔者对“热质交换原理与设备”的理论课程体系、增强教学效果的措施进行论述，对提高教学质量和完善课程建设具有一定的现实意义。

参考文献

[1]连之伟，陈宝明.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]张寅平.热质交换原理和设备课教学体会[J].高等建筑教育，2003，12（4）：36-38.

[3]周继军，施伟.浅谈《热质交换原理和设备》的教学[J].制冷与空调：四川，2007，21（4）：127-129.

[4]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.

[5]刘建龙，曾美玲.热质交换原理与设备课程教学体会与方法探讨[J].教育教学论坛，2016，6（26）：195-196.

[6]张东亮，蔡宁.浅谈《热质交换原理与设备》教学方法[J].中国科教创新导刊，2013（29）：158-159.