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换热器原理与设计教学改革探讨

摘要：为了应对现代工程教育中理论与实践脱节的问题，以换热器原理与设计中热管换热器这一内容为例，探讨有效的教学改革模式，改革方案通过实施个性化教学、结合社会热点问题、应用多媒体教学资源、融入课程思政和引入前瞻性知识等，全面提升学生的学习兴趣、主动性和创新能力。教学改革的实施可以有效提升学生的学习动力和满意度，增强学生解决实际工程问题的能力。

关键词：换热器原理与设计；热管换热器；教学改革；个性化教学；课程思政

0引言

换热器作为能源动力领域的重要设备，被广泛地应用于多种工业过程，如动力、石油、化工、制冷空调等[1-3]。因此，在工程教育领域，换热器原理与设计课程的教学尤为重要，旨在向学生介绍热交换的基本理论和实际应用[4]。然而，随着工业技术的迅速发展，传统的教学方法逐渐显示出其局限性，主要体现在理论教学与实际应用之间的脱节以及缺乏有效的实践和互动环节[5-7]。在现代工程教育中，随着新工科教育改革的推进[8-9]，课程内容与教学方式需要全面更新。新工科倡导跨学科融合和创新能力培养，强调与工业界的紧密合作，从而更好地适应未来技术发展的需求。在这一框架下，换热器原理与设计课程教学改革应当充分响应新工科教育理念，整合必威体育精装版的工业技术进展和市场需求，使学生能够在实践中掌握先进的热交换技术和设计方法。

本文以热管换热器为例，探讨换热器原理与设计课程的教学改革模式。热管换热器因其高效的热传递性能在众多工业领域得到应用，如航空航天、电子制冷和化工过程等[10-11]。然而，传统的教学模式常忽略将实际应用案例融入教学，导致学生将理论知识应用于解决实际工程问题的能力不足。为了解决这一问题，本文探讨如何通过引入项目导向和问题导向的教学方法，将理论知识与实际工程案例结合，激发学生的探索精神，增强学生解决实际工程问题的能力。结合新工科教育理念，提出换热器原理与设计教学改革方案，旨在通过理论与实践的深度融合以及与工业界的紧密合作，全面提升教学质量，增强学生解决实际工程问题的能力，符合当前工程教育的发展趋势。

1教学目标

换热器原理与设计课程中针对热管换热器部分的教学目标为提高学生的理论知识掌握水平、应用能力和创新思维能力。

1.1深入理解热管的工作原理和超导机理

学生需要学习并掌握热管内部的热传导和对流机制，包括相变过程及其对热管性能的影响。这一部分还包括对热管的超导性质的探讨，特别是在极端环境下的工作效率和性能表现以及热管的热传递特性分析（如热阻、热流密度和温度分布）。

1.2掌握不同类型热管换热器的设计和运行原理

换热器原理与设计课程涵盖各种类型的热管换热器，如两相闭式热虹吸管、重力热管和毛细泵回路，学生需要了解这些热管换热器的结构设计、运作原理、优势和局限性以及不同材料和结构设计对其性能的影响。

1.3熟悉热管的循环动力学和控制方法

学生需要理解热管的循环动力学原理，特别是热驱动循环和流体循环机制。课程涉及控制热管工作状态的多种方法，如温度调节和压力控制，以及在不同工作条件下的动力学表现和稳定性分析。

1.4能够分析应用热管换热器的实际案例

通过分析热管换热器在电子冷却、航天器热管理和化工过程等领域的实际应用案例，学生能够理解热管设计的实际考虑因素和面临的挑战。案例分析可以帮助学生将理论知识应用于解决实际工程问题。

1.5培养学生的实践技能和创新思维能力

通过实验室实践和项目式教学，学生有机会设计、搭建和测试热管换热器原型，不仅可以增强实践操作能力，还可以激发对传统热管换热器进行改进的创新思维。

1.6强化跨学科知识的融合与应用

课程整合物理、化学、材料科学和机械工程等学科知识，使学生能够全面理解热管换热器的工作原理和应用。跨学科知识的融合旨在培养学生解决复杂工程问题的能力。

2学情分析

在推进换热器原理与设计课程教学改革前，充分了解学生的学习状态和需求至关重要。本次课程教授对象为能源与动力工程专业大三学生，总人数为101人。通过与相关前序课程的教师进行沟通和对学习环境的细致观察，对该课程学生群体的学情进行总结：学生已完成传热学、工程热力学和流体力学等专业基础课程的学习，为理解换热器的原理奠定一定的理论基础；大部分学生对专业有一定的认知，挂科率较低，但学习主动性较差，对相对枯燥的专业课学习热情较差。换热器原理与设计课程涉及较多专业综合知识，传统的讲授式教学容易使学生处于被动接受的状态，在课堂上缺乏积极性，这与新工科要求的培养具有广阔视野、创新能力和实践能力的复合型人才之间存在差距。尽管多数学生对专业基础掌握良好，但仍有少数学生基础薄弱，主动学习意愿不足。

针对上述分析，为激发学生的学习动力并增强其学习效果，提出以下教学改革措施。

1）理论与实践相结合。引入实际工程案例，使理论知识与实际应用紧密结合，