上海科技管理学校 蒋鹤鸣
自上世纪八十年代初任教以来,热工理论基础是在不同的专业教得比较多的一门课程。在对热工理论基础课程改革提一些自己浅显的看法,以抛砖引玉。
一、热工理论基础的课程性质和特点
热工理论基础是由工程热力学和工程传热学共同构成的课程。工程热力学是热力学的一个分支,主要研究与热能工程有关的热能与机械能之间相互转换的规律,以及运用这些规律分析解决工程中的实际问题的一门学科。可见热工理论基础就是研究热能在工程上有效利用的规律和方法的课程。
热工理论的建立和发展大约经历了近三百年的历史。热力工程的发展促使了热工理论的形成和发展,而热工理论反过来又推动了热力工程的发展。热工理论基础所涉及内容十分广泛,是研究热能利用所必需的技术基础知识。由于热能利用涉及各种科学技术领域,使得热工理论基础成为现代技术科学的主要基础理论学科之一。热工理论基础是一门传统的、经典的、系统的,也是教学难度较大的一门课程。总结起来有“六多”,即概念多、抽象内容多、公式多、线图多、高等数学应用多、计算多。笔者已经执教二十多年,真是深有感触。难怪南方的一位同行谈及这门课程曾经感慨地说:“谁教这门课谁倒霉!”
二、热工理论基础在水产职教相关专业中的地位和教学重点
在水产职业技术教育传统专业中涉及到热工理论基础的有“轮机管理(有的院校已改为‘运输动力机械’)”、“制冷与空调”、“食品加工(有的院校已改为‘食品生物工艺’)”等专业。本人分别在这三个专业中执教过热工理论基础。热工理论基础都是上述三个专业的专业基础理论学科之一。但是地位和教学重点是不尽相同的。
在“轮机管理”专业中,热工理论基础是学习柴油机原理、船舶辅机以及机舱管理的先导课程。船舶依靠热动力机作为主机产生推力前进,此外船舶还必须具备一系列转变能量和传递热量的设备,如作为船舶电站的柴油发电机组、柴油机增压器、空气压缩机、制冷装置、空调装置、锅炉、造水装置以及各种各样的热交换器。那么,课程中和热机以及船舶设备相关的内容,如:工质和热力系统、热力学第一、二定律、气体的热力过程、气体的流动、气体压缩、气体动力循环、水蒸气的性质和热力过程、蒸汽压缩制冷循环、湿空气、稳定导热、对流导热、辐射换热、传热与换热器等章节均是必须涉及的教学内容。而热力学第一、二定律(特别是卡诺循环、卡诺定理)、传热与换热器等更是教学重点内容。
在“食品工艺”专业中,热工理论基础是学习食品工程原理、制冷与冷藏工艺等课程的先导课程。食品工业常常要应用压缩空气或其他压缩气体,压缩机是广泛使用的机械之一。罐头反压杀菌、气流式喷雾干燥、蒸汽压缩制冷、热泵蒸发等许多工艺都要使用压缩机,因此活塞式压缩机的原理、食品工艺涉及到热交换的场合较多,食品机械使用的门类现在越来越多,食品的冷藏更是不可或缺的加工工艺,因此热力学第一定律、第二定律(特别是逆卡诺循环等知识)以及工程传热学三种基本热传递方式和各种型式换热器等均是教学重点。
在“制冷与空调”专业中,热工理论基础是制冷原理、制冷压缩机、冷库建筑等先导课程。同样涉及到能量的转换,蒸汽压缩制冷系统中压缩机消耗电能,其结果是由低温热源(被冷却物体)中取出热量并把它排放到高温热源去,发生了能量形式的转换。工质的流动,如制冷机在压缩机作用下沿系统管路受迫流动,空气在风机作用下沿风道流动,更是存在着大量的热交换过程。如冷凝器、蒸发器、空调淋水室等工作过程还有工质状态变化和相态变化等等,这些都可以在热工理论基础中找到相应的章节,可作为教学重点。
上述一一而不足,但可知热工理论基础在不同的专业中所处的地位以及教学内容的侧重点是不一样的。相应的要求任课老师要能在一定程度上了解、熟悉该门课程在专业中后继课程学习中的作用、应用到的主要内容以把握重点,只有这样才能更好地为专业学习起到应有的先导作用。
三、热工理论基础课程改革的探索与设想
笔者在前面提及热工理论基础是一门经典的、传统的、系列化的课程,但课程内容对不同专业所需侧重点是不一样的,那么就无需面面俱到,如轮机管理专业中涉及到船舶制冷空调的热工知识就可以放到船舶辅机中去,食品加工专业可把热工知识相关内容放到“食品工程原理”课程中去,而在制冷与空调专业中可把需用到的热工知识与制冷原理等课程合并为“制冷基础”一门课程,以“实用、够用”为原则,重点突出、难点讲透,既节约了课时又达到了教学目的。在课程改革方面做一些探索,在此提出不成熟的设想以供参考。