《热工学》在木材科学与工程专业中的定位、困境及对策

【摘要】《热工学》课程是木材科学与工程专业的专业基础课，本文详细分析了该课程在木材科学与工程专业中的地位和作用，教学过程中面临的困境以及相应的对策。

【关键词】木材科学与工程；热工学；地位；困境；对策

【中图分类号】S781-4；G642.4 【文献标识码】B 【文章编号】2095-3089（2017）17-0016-02

《热工学》又称《热工基础》、《热工原理》或《热工基础及应用》，基本内容是工程热力学、传热学及其主要的热工设备。工程热力学的主要内容是热力学基本概念、热力学第一/二定律、理想气体和水蒸气的性质及热力过程；传热学主要内容是热量传递的三种基本方式（导热、对流换热和辐射换热）；热工设备部分主要包括动力循环装置、制冷循环装置和换热器[1]。对于能源类专业的学生，热工学中的工程热力學和传热学通常会单独开课，并且设置62学时以上的课时数。然而对于大部分非能源类专业的学生而言，一般把工程热力学和传热学结合起来，安排32学时课时数[2]。

对于木材科学与工程专业，热工学是一门专业基础课，主要为人造板工艺学和木材干燥学等涉及能源利用和转化的专业核心课程服务。然而，基于当前本科教学课程设置重基础、重实践的指导原则，许多专业基础课、专业选修课的都受到了冲击，专业对此类课程的重视程度逐年下降，课时数不断减少，学生难以理解该课程对于其专业核心课程学习的重要性。因此，结合自身的多年热工学教学经验，本文详细的分析了热工学课程在木材科学与工程专业中的地位、面临的困境及拟采取的对策。

一、热工学课程在木材科学与工程专业中的地位和作用

木材科学与工程专业主要培养学生掌握木材学、木材干燥和加工、木制品及家具生产技术加工和利用、人造板工艺、木质产品加工设备等相关基础理论和专业知识，在其课程体系中会涉及较多的能量利用和转化、热量传递和热能设备等相关问题，此类问题都与热工学的课程内容密切相关。木材干燥学课程涉及到较多的热能利用问题，包括干燥介质的选择、生产和输送；木材在干燥过程中的传热和传质基本特性；干燥窑保温材料的选择及热量的高效利用等。人造板课程同样涉及较多的热能利用问题，包括纤维板、刨花板和胶合板热压过程中传热介质的选择、热压过程所需能量大小和能量利用效率、能量在人造板的热压过程中的传输特性、温度在人造板厚度方向上的分布情况、人造板基本单元制备过程中的能源问题等。林产化学与工业和生物质能源课程中木材的热化学转化过程（炭化和气化）中的能量利用及其传热传质特性等。

木材加工行业中涉及较多的传热介质，如空气、水蒸气和导热油等，加热的空气和水蒸气用于木材干燥过程，加热的导热油主要用于人造板热压过程，此类介质的传热和传质特征将显著影响木制品和人造板的性能。其次，木材加工过程中将会用到非常多的热能设备，包括锅炉、内燃机、换热器等。最后，在木材干燥和人造板热压过程中都会涉及到热量传递的三种方式，包括导热、对流换热和辐射换热。

综上所述，热工学课程的内容与木材科学与工作专业的核心课程密切相关，并且在木材加工实际应用过程中也会用到非常多的热工学基本知识和理论，接触到大量能量利用和转化设备。对于木材科学与工程专业，热工学是一门非常重要的专业基础课。只有学好这门课程，才能更好的理解专业核心课程中涉及热工转化和传热的知识点，帮助企业解决热能相关设备问题，提高企业生产效率。

二、热工学课程在木材科学与工程专业中的困境

虽然热工学是该专业的专业基础课程，但是在实际教学过程也存在不少问题。

1.最主要的问题是课程内容多，安排的学时数太少，一般才32学时。随着木材加工高效综合利用新技术的不断出现，因此本科生的课程数量逐渐增加，然而总学分数却是固定的，因此会压缩原有课程的学时数。此外，热工学课程内容非常多，涵盖工程热力学、传热学及其主要的热工设备，含绪论在内总共有13个章节，因此有些章节2个学时必须讲完，学生难以快速掌握基本知识点，无法有效解决课程内容多，授课时间少的矛盾。

2.授课学期安排不合理，热工学课程经常与专业核心课（如木材干燥学、人造板工艺学和木工机械）安排在同一学期同一时间段开展教学，即本科生还未完全了解热工学的基本常识，就已经在专业课中碰到了热工学的知识点，造成专业课的教学效果下降，无法体现热工学专业基础课的作用。

3.学生学习热工学的积极性不高，由于热工学的知识点非常多，热能转化和传递的基本定义和计算公式非常多，学生经常把各个定义和基本公式混淆，随着上课的深入，很多学生就已经跟不上课程内容，容易产生放弃学习该门课程的想法。

4.教学模式落后，目前此类课程授课仍然以教师为主体，向学生灌输繁杂的各种概念和理论，相互之间的互动交流较少。现在的学生已经不满足于“上课记笔记，下课做习题，考试背书本”的教学模式，一些书本上写的非常清楚的公式和定义，他们听起来枯燥无味，无法集中精力听讲，严重影响教学质量。

5.无法开展实验课程教学，热工学正常教学过程还需开设相应的实验课程，如水蒸汽P-T关系演示实验、毕托管的校正实验、热电偶的制作、材料的导热系数测定、自然对流换热系数测定、CO2的P-V-T关系演示实验、空气横掠单管时平均换热系数等20多个实验，以增强学生对理论教学的理解，然而由于大部分非能源类专业都不具备开设此类实验的实验室和仪器设备，难以开展实验教学。

三、热工学课程教学改进的对策

1.为解决热工学课程内容多，课时数少的问题，教师应该要了解与热工课程高度相关的专业核心课程，如《木材干燥学》和《人造板工艺学》中涉及到热工学内容的知识点，并在上课时有针对性的进行讲解，如水蒸汽和湿空气的性质及其焓湿图的应用，能量方程的应用以及传热与换热器的计算等内容，适当削弱部分跟本专业相关度不大的内容，如热力过程与热力循环等内容[3]。

2.改善授课时间的安排，应该在专业课之前安排热工学授课，热工学授课时间应该介于大学数学和物理等基础课和木材专业课之间。通识教育基础课大都集中于大学一年级，而专业课一般都开始于大学二年级的第二个学期，因此热工学应该安排在二年级的第一个学期开课，与其他专业基础课（如工程制图、工程力学等）同时进行，提前为专业课的学习打下坚实基础。

3.为解决课题教学效果差的问题，通过改善教学方法以提升学生的听课积极性。除了常规使用的PPT教学方法外，对于一些非常难以理解的概念和热能设备，可以适当播放一些比较形象的视频，用于增加学生对此类知识点的感性认识，便于记忆。通过设置几个关键问题开展分组讨论和交流，增加师生互动，比如如何用传热学的知识解释电影《泰坦尼克号》中杰克比露丝更快失去体温而冻死的现象、为什么夏天吹电风扇能够降低体温、列举身边的一些热能转化和利用的例子等，拟通过此类开放性问题的交流，提高学生学习的积极性。利用科研实验平台的木材加工实验室，实地参观一些设计热能利用的木材加工设备，如热压机、烘箱、干燥窑等，增强学生理论和实际结合能力[4-5]。

4.适当增加少部分实验教学内容，实验教学是“热工学”教学中至关重要的实践教学环节，让学生掌握和了解各种仪器的结构、基本原理和操作技能，加深理解和验证理论知识，培养学生的实验技能和动手能力，因此选取几个与专业课高度相关的几个实验内容，如水蒸汽P-T关系演示实验、材料的导热系数测定等[6]。

四、结论

《热工学》课程是木材科学与工程专业非常重要的一门专业基础课，与木材干燥学、人造板工艺学等课程密切相关。针对目前该课程在专业中的重视度逐年下降、学生学习积极性不高、教学方法严重落后的形式，拟通过抓住重点授课、优化授课学期、改善教学方法等途径解决现存的问题。

参考文献

[1]王焮.对木材科学与工程专业热工学教学改进的思考[J].内蒙古农业大学学报（社会科学版），2003，3（5）：83-84.

[2]徐德良，贾翀，王志強，等.木材科学与工程专业能源类课程的教学探讨[J].安徽农业科学，2015，43（34）：381-383.

[3]张敏，张杰，刘艳玲，等.热工学课程教学中的探索与实践[J].中国教育技术装备，2014，16：107-108.

[4]周少基.食品工程专业（制糖方向）《热工学》教学改进的思考与体会[J].轻工科技，2014，5：171-172.

[5]张敏，张杰，周继军.分组交流讨论课在热工学课程教学中的应用探究[J].中国教育技术装备，2017，8：77-78.

[6]赵红杰.“热工学”实验教学改革[J].中国电力教育，2011，36：171-172.

作者简介：马中青，1987年5月，男，浙江义乌，浙江农林大学讲师，博士，研究方向：生物质热解气化技术。

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