時間：2022-05-27 06:30:42
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇工程熱力學論文，希望這些內容能成為您創作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進步。
作者簡介：張昊春（1977-），男，河北萬全人，哈爾濱工業大學能源科學與工程學院，講師；王洪杰（1962-），男，山東掖縣人，哈爾濱工業大學能源科學與工程學院，教授。（黑龍江 哈爾濱 150001）
中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2012）05-0052-02
一、歐美教學體系中的全球氣候變化及節能減排教學
工業革命帶來的現代經濟增長，使人類的物質財富以史無前例的速度擴張。但是，由于這種經濟社會發展模式是以使用化石燃料為基礎，化石能源生產和消費排放的大量溫室氣體導致全球氣候變化，引發了氣候變暖、極端天氣、氣象災難、海平面上升，危及整個人類的生存和發展。為遏制全球氣候變化，人類必須大幅減少化石燃料的使用，減少溫室氣體排放。未來的經濟社會發展模式必須建立在低碳基礎之上，通過低碳發展，研發和推廣低碳能源技術、增加碳匯、發展碳吸收技術，以及節能減排、產業升級、消費模式更新和制度創新，大幅提高單位碳排放的生產效率，推動應對氣候變化取得新的重大進展。這種變化代表著一種新發展模式的出現，必將深刻地改變人類的生產和生活方式。
應對全球氣候變化，加強節能減排事業是國家基本國策，也是當代高等工程教育中必然要深入和強化的教學內容。但是，目前沒有將其全面而系統納入現有的高等教育培養體系中，在教材、課堂教學和素質培養過程中并沒有占有相應的重要地位，如何在現有的教學體系中整合這部分內容成為教育者共同關注的問題。
2007年，受美國自然科學基金會的資助，美國Connecticut大學舉辦了名為“Frontiers in Transport Phenomena Research and Education：Energy Systems，Biological Systems，Security，Information Technology and Nanotechnology（傳輸現象研究和教育前沿：能源系統、生態系統、國家安全、信息技術和納米技術）”的研討會。國際工程熱力學領域著名學者，美國內華達大學機械工程系的Yunus Cengel教授做了題為“Green Practices into Engineering and Non-Engineering Education to Combat Climate Change（工程中引入綠色實踐及挑戰氣候變化的非工程教育）”的特邀報告，加拿大皇后大學的Patrick Osthuizen教授做了題為“Some Factors to Consider in Teaching Renewable Energy in an Undergraduate Engineering Program（在工科本科生教學計劃中講授可再生能源的一些考慮因素）”的報告，旨在改進現有的工程教學體系，從而保證發達國家在可再生能源領域的全球領導力[1]。
實際上，長期以來，與氣候變化、能源高效利用、可再生能源開發與利用相關的教學和素質拓展內容在歐美的《工程熱力學》教材與教學體系中一直得到很好的整合，涉及現實中與能源相關的經濟、設計及國家安全問題，既學以致用，又幫助學生提高對工程實踐及安全的意識，還提高了學生的環境保護意識，代表了當前國際領域內工程熱力學教學的最高水平。如美國內達華大學（里諾校區）Yunus A. Cengel教授和北卡羅來納州立大學教授Michael Boles合著的《Thermodynamics：An Engineering Approach》一書[2]，是全球范圍內最為暢銷的工程熱力學教材，迄今為止已更新至第7版，其中關于能源與環境、氣候變化及能源有效利用的非傳統經典內容在書中所占的比重越來越大，彰顯了在前言中作者談到的著書宗旨：talks directly to tomorrow's engineers in a simple yet precise manner，that encourages creative thinking，and is read by the students with interest and enthusiasm（直接與未來的工程師以一種簡單而精確的方式對話，鼓勵創新性思維，讓學生讀起來感興趣并有熱情）。另一個例子是國際工程熱物理界著名學者Heniz Herwig教授所著的《Technische Thermodynamik（工程熱力學）》教材[3]，包含了溫室效應及核能、太陽能、風能、生物能等可再生能源在德國的實際應用案例。
二、教學內容的重新分配與系統整合
工程熱力學是研究熱能和機械能相互轉換規律及熱能有效利用的科學。“工程熱力學”課程是熱工、市政、航空航天等多個工程類專業的重要技術基礎課之一，課程的教學目的和主要任務是使學生掌握能量轉換的基本規律，并能正確運用這些規律進行熱工過程和熱力循環的分析計算[4]。本課程的學習不僅為學生學習專業課程提供必要的基礎理論知識，而且為學生畢業后解決生產實際問題和參加科學研究工作打下一定的理論基礎。以提高能源轉換效率為核心內容的“工程熱力學”課程與該主題有著天然的緊密聯系，可以在傳統的教學內容中納入現代元素，課程教學內容的重新分配與系統整合如表1所示。
三、實踐性環節
在實踐性環節中，[5]結合工程專業的科技創新活動，通過課程設計和課程論文，讓學生自己查閱資料，自己動手分析和解決問題，從而培養創造性思維能力和獨立研究能力，論文題目有中國可再生能源利用現狀調研、日常生活節能方案、教室照明用電浪費情況調查、航天系統能源設備調研等。
表2給出了一位2006年本科生完成的《個人節能計劃與實踐》的主要內容。
四、總結
應對全球氣候變化，節能減排是當代高等工程教育中必然要深入和強化的教學內容，但是目前尚未在教材、課堂教學和素質培養過程中占據相應的地位，在現有的教學體系中全面而有效整合這部分內容，業已成為國際工程教育界所共同關注的問題。歐美大學《工程熱力學》的教學體系中有效整合了氣候變化、能源高效利用、可再生能源開發與利用的內容，代表了當前國際領域內工程熱力學教學的最高水平。
筆者在寬專業和多學時“工程熱力學”教學實踐中，將與應對全球氣候變化與節能減排密切相關的國家政策、全球能源利用與環境污染現狀、能源的高效利用和新能源技術與工程熱力學各教學章節環節相整合，并指導學生開展實踐活動，取得了良好的教學效果，為“工程熱力學”課程教學與氣候變化與節能減排的整合進行了有效的探索和實踐。
參考文獻：
[1]楊玉順,張昊春,賀志宏.工程熱力學[M].北京:機械工業出版社,2009.
[2]張昊春,王洪杰,竇亞茹.高等工科《工程熱力學》創新教學模式研究和實踐[J],黑龍江教育,2010,(3):153-155.
[3]T.L.Bergman,A.Faghri,R.Viskanta.Frontiers in transport phenomena research and education:Energy systems,biological systems,security,information technology and nanotechnology[J].International J.of Heat and Mass Transfer,51,2008,4599-4613.
論文摘要：分析《工程熱力學》的教學實踐中采用多媒體技術的必要性，探討多媒體教學內容的選擇、課件的制作、多媒體放映以及多謀體教學中應注意的問題。提出課堂教學應在傳統教學方式的基礎上合理地應用多媒體技術，提高教學質量。
工程熱力學是熱能與動力工程專業和建筑環境與設備工程專業的重要專業基礎課，同時也是油氣儲運工程、化工機械過程與裝備和石油加工等專業的選修課。它是一門從工程實際出發來論述熱能與機械能相互轉換規律及其應用的基礎性課程。課程的特點是理論性強、概念抽象、公式圖表繁多、熱力過程變化復雜以及熱力循環的表示和分析困難。
多媒體技術是文本、圖像、動畫、聲音等運載信息的媒體結合體，以圖文并茂的形式為工程熱力學教學提供了多樣化、多視角、立體化的教學信息空間。在工程熱力學的課堂教學中，合理、適當的采用多媒體技術，不僅充實了教學內容，而且使課堂教學更加生動形象，提高了教學質量，教學效果良好吼
一、多媒體教學的必要性
工程熱力學課程的基本理論應用部分涉及許多圖片、圖形，內容圍繞工作原理圖、系統循環圖展開，傳統的板書教學需占大量的課堂時間手工繪制，效果不太理想，如果利用計算機制作成多媒體課件，集光、形、色于一體，形象直觀、內容生動，可以使視覺和聽覺同時發揮作用，增加課堂授課的生動性，激發學生學習的興趣，有利于學生認知能力的開發和對教學內容的理解。
〔一)及時更新教學內容。多媒體輔助教學，可以節約板書時間，有效地拓寬教學空間，在有限的時間內提供更多信息量，使教師有更多的時間進行重點、難點知識的講解。現代科學技術發展迅速，日新月異，而部分教材內容不可能及時更新，在課件制作中可補充大量最新技術資料，不僅解決教材內容相對滯后的問題，而且可引薦專業發展的前沿信息，拓展學生的視野。
(二)完善傳統教學手段。多媒體將傳統教學手段難以表達的內容和難以觀察到的微觀熱現象通過文字、圖像、聲音和動畫等形式生動的表現出來，加深了學生對知識的理解，激發了學習興趣和學習主動能動性。另外多媒體可通過字體的縮放、顏色的變化或明暗交替以及動態出現等方式來強調重點，使學生印象深刻，更容易記住這些知識點。
(三)增強學生感性認識。工程熱力學中有許多抽象的概念和過程，如孤立系統、平衡狀態、壓縮過程、水蒸汽定壓發生過程等。僅通過書本上的概念和簡單的插圖來講述或通過學生的想象來理解、掌握這些知識點是非常困難的，而借助多媒體技術就能使這些問題迎刃而解。多媒體課件支持FLASH動畫}WMV，AVI視頻等播放插件。如在講解內燃機結構和原理時，采用FLASH制作簡單的動畫來演示汽車內燃機的工作過程，學生在動畫中能非常直觀地看到內燃機的吸氣、壓縮、燃燒和排氣，再配合P-V圖畫出熱力過程，看起來一目了然，有利于學生對過程的理解和掌握，進而分析不同的壓縮過程所需功耗的不同。同時結合一些有趣的思考題。如:為何給球打氣時用濕布裹住氣筒外壁能節省體力?汽車油門是控制油量還是空氣量?這樣既能有效鞏固壓縮機省功原理，又與現實生活緊密聯系，極大的激發了學生的學習興趣。
二、多媒體教學內容的選擇
國內各類院校能源動力類專業基本都開設了工程熱力學課程，但可供課程使用的優良教材數量有限，且教材更新較慢，特別是工程背景和應用方面的知識較為匾乏。為此，首先應根據各高校學科專業特色，選擇合適的教材和參考書，為多媒體課件制作提供最基本的知識體系保障。其次各專業知識是相通的，但側重點不一樣，應補充介紹同一概念在不同工程運用背景下的區別和聯系，讓學生能更好的理解基本概念做到融會貫通。比如，熱力學能是工質的內部儲存能，是溫度和比容的函數。工程流體力學課程中，認為液體流動中溫度和比容為常數，所以熱力學能不變，研究中可以忽略。而工程熱力學研究中，熱力學能是重要的狀態參數，不能忽略其變化。最后要結合專業特色，拓展工程實踐知識，開展相關工程應用專題講座，避免計算時出現手提吹風機功率在60KW以上，甚至達363KW，而汽輪機噴管出口速度只有十幾米每秒的低級常識性錯誤。
三、多媒體課件制作應注意的問題
多媒體電子教案存在直觀、形象、生動、圖形圖像功能強大、易于展示最新科研成果、教學信息量大、學生易于復習等優點，但同時存在單幅信息量少、幅間信息不連貫、前后呼應不夠、學生思維不易跟上等問題。在制作時應該揚長避短處理好以下幾點問題。
(一)多媒體模板的制作。多媒體課件需合理照顧章節間的關系，但每張幻燈片的空間有限，難以有效發揮“標題”和“正文”的相互呼應。合理制作多媒體模板，是增加課件內容邏輯性和關聯性的重要保證。為此，應根據教學大綱內容制作本章節教學內容的主題目錄，教學時采用超鏈接的方式打開。其次建議每張幻燈片分成三個區域:標題區、正文區和腳注區，并用橫線嚴格區分，做成統一的模板。在標題區右上角，角注本章標題，而在標題區中央插人本節標題。正文第一行插入本節幻燈片主要內容標題，與正文呼應，使信息盡量連貫。腳注區可插人授課日期，頁碼等輔助信息，保證每頁幻燈片的完整性。最后，應制作復習提綱，與首頁主題目錄提綱和正文重點內容呼應。
(二)文字內容的確定。工程熱力學作為一門技術基礎課程，基本概念、基本原理、基本方法是要求學生掌握的重點，需要通過大量的文字來進行表述，因而課件上的文字內容不可避免要占有較大篇幅。需要特別注意的是切忌將大量教材內容原文照搬到課件上，授課時照本宣科。文字內容的確定必須經過反復推敲、歸納和總結，將核心內容提煉出來，完整的表述則通過授課或與同學之間的討論來完善。古人云:文章千古事，得失寸心知。幻燈片制作也是一樣，一定要精益求精。建議每張幻燈片不超過四段文字，每段文字不超過兩行。在需要特別強調的地方如前提條件和重要結論要點，用特殊強化處理標注，如PPT自帶的紅色五角星符號。當然對于課程中一些經典的概念和原理如孤立系統嫡增原理等建議給出原文，讓學生根據自己的理解提煉或用自己的言語表述，以加強對概念或原理的理解，同時培養學生的邏輯思維能力。
(三)圖像的選擇與處理。多媒體課件的優勢就是圖片功能強大，需要充分發揮。應選擇既反映工程實際又具有較高清晰度和對比度的優良圖片，這樣才不會出現投影放大后的圖像失真的問題，這一點需嚴格遵循寧缺勿濫的原則。對于原理性圖，如果直接采用軟件從書本上復制粘貼由于涉及圖像格式轉化會導致圖像像素丟失，圖像失真，建議利用PPT自帶的畫圖工具繪制，這樣既可以對圖像中各類曲線實現不同顏色、線條標記，又可以在播放時實現分層逐級播放。另外結合PPT動畫播放功能里的“擦除”效果，可實現曲線的動態繪制過程，利于學生理解和掌握熱力過程曲線。比如，理想氣體幾種基本熱力過程在P-V圖上同時出現時曲線煩亂，各區間物理意義復雜易混淆。采用上述方法可以得到很好的解決。
(四)多媒體課件的放映。在課件放映時，文字的出現應設為逐行或逐字播放，讓學生有時間記筆記和思考，不宜像放電影一樣整屏播出，此時內容繁多，眉毛連著胡子，學生分不清主次，很容易走神，更談不上理解和掌握。
作者的體會是應根據講解的思路和過程，逐級播放。特別是涉及公式推導時，應模擬黑板推導的過程，逐步或分塊出現。當然，這也會造成教師頻繁使用電腦，影響教師講解和學生思考的連貫性。建議使用多功能激光筆，實現遠程控制幻燈片播放。這樣教師一方面不用局限于講臺上，活動空間得到大大解放，另一方面也可以到講臺下加強與學生的近距離互動討論，有效維護課堂記錄。
四、多媒體教學中需注意的問題
效果優良的多媒體教學也存在學生視覺疲勞問題，這與黑板教學相比是一個固有缺陷。據贛南醫學院的一份調查數據顯示。大學生在課堂上被多媒體教學光照時間太長，學生連續2個課時接受多媒體教學，約22%產生輕度視覺疲勞，連續4個課時，輕度視覺疲勞則高達61%。可見，培養一支高素質多媒體教學課件制作隊伍，是消除學生視覺疲勞和提高教學質量的關鍵。積極參加多媒體教學課件制作學習班，學習適用于大學生最佳課件制作視覺效果的理論與方法，制定多媒體教學課件制作視覺審美的基本要素、基本規范和基本參數。
同時多媒體授課時光線較暗，如果課堂授課時教師只是點點鼠標，學生瞪大雙眼看，相互之間缺乏交流，學生容易昏昏欲睡。因此教師不能只站在講臺前一字不差地朗讀講課，應當隨時觀察學生聽課的精神狀態，適當地走到屏幕前指點內容，或者豐富教師自身的面部表情和肢體語言，利用提問、現場討論等互動交流以活躍課堂氣氛與調動學生學習積極性。
此外，使用多媒體教學的同時要合理的利用板書。聲像俱佳的課件相比于傳統的板書，雖然能夠給學生更直觀的感受，但稍縱即逝的課件來得快，去得也快，很難給學生留下深刻印象。對于一些重要的公式和圖表，要結合板書推導和繪制。板書是課堂教學的重要輔助手段。
1熱經濟學的發展歷程概述
熱經濟學起源與20世紀50年代末期，創始人為美國的Tribes。他在其指導的博士論文能量系統的火用分析中，第一次將經濟因素引入到了火用分析之中，并首次提出了通過系統逐個尋優達到全局最優的目的。到20世紀60年代中期，熱經濟學初步有了完善的體系，并被學術界命名為thermo-economics。
Tribes的學生Revamps還發表了熱經濟學孤立化原理的數學論證。隨后，美國的另一學派代表人物R.Gaggioli，他以代數為主要數學計算模式，進而發展了代數模式的熱經濟學。德國的Beyer，結構系數模式經濟學發展為符號經濟學，也稱知陣模式熱經濟學(因為西方國家習慣稱知陣為符號)，知陣模式代表了熱經濟學的成熟階段。
到了1995年，王加漩等科學工作者開始在我國推行國際上各種流派的火用經濟學的先進理論。部分學者根據我國的具體國情對其研究應用，并且已經取得了一定的成就，逐漸形成了各自的流派。
2熱經濟學的原理與優勢
目前存在的能量評價方法包括以熱力學第一定律為基礎的能量分析法。這種分析法雖然操作簡單，且已經被廣泛應用，但評價值側重于量而沒有評價質。另一種是以熱力學第一定律和第二定律和火用平衡理論為框架的火用分析法。這種方法在對能量系統進行綜合分析優化的時候，得出的結果往往無法顧及經濟因素。目前最為科學全面的分析是法是本文研究的將熱力學分析與經濟因素綜合分析的熱經濟學分析法也稱火用經濟學分析法。這種方法結合了工程經濟學、系統工程、最優化技術以及決策理論等基本思想，兼顧能量使用的量與質，并將系統的火用流價格數據化，能夠評估兼顧能量使用效率與經濟價值的綜合結果，這種分析法在復雜的工程分析、診斷、優化、改進中，都有重大作用，技術優勢非常明顯。
熱經濟學的分析能夠全面輔助系統的優化，它的基本原理是在進行系統優化時，確定考慮的變量及變量之間的關系，然后選擇約束條件和決策變量，最后用數學手段描述出目標函數與約束方程，進行求解。求解答案能夠對項目設計提供重要參考資料，包括對可行方案的選擇、對改進措施的評價、對成本的真實計算以及單元系統的維護與更替。
3熱經濟學的應用
熱經濟學是分析現代工程系統中一切與能力相關的系統的熱力學方法，一般來說，從原則上區分，可以分為兩大類方法，一是在卡諾和克勞修斯研究框架中，利用系統能平衡概念分析的系統各項技術、經濟指標的完善程度，通過把被研究系統與卡諾循環理想循環系統進行對比，從它們之間的接近的程度判定系統的完善程度。
二是以吉布斯理論為框架，采取熱力學勢概念的分析方法，分析系統中能量轉換過程，以熱力學勢為分析重點，進而分析各種形式之下功的數值。從這一原理出發，我們可以評估被分析系統任意一點上的物流與能流所做功的性能。這一點能夠無視系統的機構復雜程度而直接對系統性能進行評估，所以，我們可以充分利用這一方法的特點，分析得到需要的全部信息。這種方法，首先在化學熱力學領域被廣泛應用，而其他領域一般仍沿用第一類方法。
在我國熱經濟學分析法被引入到熱力系統，我國學者首先主要通過概念模型來分析熱力系統，并實際通過繪制結構圖對實際操作進行了指導，熱經濟學理論并且被用于分析復雜的能量體系，模擬故障診斷，并用于計算成本。
在系統的優化方面，熱經濟學被用于對系統進行分析，分析的內容包括燃料、產品流的成本，和最紅產品的形成過程，在此過程中，通過計算編輯火用成本的變化能夠建立能量損耗分析模型，實現了在線診斷系統性能的目標，隨后熱經濟學概念引入到火電機組，建立了加熱器故障診斷指標的通用數學模型，實現了加熱器故障診斷的可能性。還有學者通過研究火用流的計價和費用分配問題，對把輸入的火用流進行拆分，提出了基于能級相近最大化相供的火用流計價策略，并將此原理應用于熱電聯產熱力系統之中。
生態系統的求解問題通常會遇到非線性問題和含義的穩定問題，對這類問題進行求解，必須使用微分幾何與張量代數、步驟較為繁瑣，且這些方法難度較大。再忽略精度細微誤差的前提之下，我們可以使用網絡熱力學方法去求解，網絡熱力學分析法是近年來發展并逐漸成熟的計算方法，雖然目前仍有待完善，但是前景光明。
[關鍵詞] 專業基礎課；創新型人才；教學方法；實驗教學；考試改革
[中圖分類號] G642.0 [文獻標識碼] A [文章編號] 1005-4634(2011)06-0074-03
根據“厚基礎、重實踐、強能力”的人才培養戰略，華北電力大學制訂了熱能動力工程專業2008版本科專業人才培養方案，確定了“培養基礎扎實、知識面寬、能力強、素質高，具有一定創新能力、較強實踐能力和良好發展潛力的高級專門人才”的培養目標。教學計劃中突出了創新型人才的培養，要求明確各課程及其教學環節在人才培養中的地位，進一步發揮其培養創新型人才的作用。
專業基礎課程作為提高人才培養質量和培養創新型人才的基礎環節，起著舉足輕重的地位[1]。其教學目的是要求學生掌握課程的基本理論、基本方法和基本實驗技能，培養學生分析和解決實際問題的能力，通過知識的不斷積累和融合，為后續課程的學習打下扎實的基礎。教學過程涉及教學目的、教學內容、教學方法、實驗教學和考試方法等多個環節。目前，各教學環節均存在可深層次挖掘的潛力，尚未充分發揮在人才培養、尤其是創新型人才培養中的作用。這表現在教學方法上仍為“師授生錄”的傳統模式、學生主體作用不突出；教學內容上為重理論、輕實踐的“一手硬、一手軟”現象；實驗內容多為驗證性實驗，深層次和邊緣性的實驗現象未被重視和挖掘；考試方法多為理論內容，忽視實驗教學內容等諸多方面。教學實踐中，如能對上述各環節進行深入研究和探討，充分挖掘其深層次內涵，并在實踐中加以實施，必能有效提高人才培養質量。
本文以華北電力大學熱能動力工程專業的專業基礎課工程熱力學、流體力學和傳熱學為研究對象，旨在通過深入研究各教學環節在人才培養，尤其是創新型人才培養中的地位和作用，達到全面提高教學效果的目的，將培養目標真正落到實處。
1 明確教學目的
教學目的是培養創新型人才的指南和方向。熱能動力工程專業設置有電廠熱能動力工程、電廠集控運行、制冷與空調工程等三個專業方向。三個方向雖有不同，但其專業基礎課均為工程熱力學、流體力學和傳熱學，是學習各后續專業課的前提和基礎。這三門課程既相互獨立，又相互銜接，如流體力學的學習需要工程熱力學的知識，傳熱學的學習又以工程熱力學和流體力學的內容為基礎，因此開課順序依次為工程熱力學、流體力學和傳熱學。
三門專業基礎課程教學目的又各具特色。工程熱力學的教學目的是通過學習工程熱力學的基本理論和基本知識，重點掌握熱力學基本概念，熱力學第一、第二定律，水和水蒸氣性質，動力裝置循環和制冷循環等。流體力學要求學生掌握流體力學基本概念和基本理論，重點掌握流體的平衡和運動規律、勢流理論、邊界層理論、相似原理和氣體動力學基礎等。傳熱學的目的是使學生掌握有關熱量傳遞的基本理論知識（熱傳導、對流換熱、輻射換熱和換熱器），具備分析和計算傳熱學問題的能力。同時，各專業基礎課均要求掌握一定的實驗技術和實驗操作技能。
熱能動力工程專業中的諸多實際現象或科學問題，可能需要其中一門或多門課程的知識，或者可以從不同方向進行分析，進而達到全面認識的目的。因此，上述三門課程的學習不可偏廢，而且只有明確了各專業基礎的教學目的和要求，才能達到人才培養的基本要求。
2 優化教學內容
教學內容是培養創新型人才的核心。教師應根據課程教學大綱的要求，明確教學內容中的基本要求和核心要求。在此基礎上，適當拓寬、拓展教學內容，同時密切關注、跟蹤本專業不斷涌現的新的發展方向，不斷將與課程相關的新問題、新現象和新理論補充進來，通過豐富和優化教學內容，從而激發學生的學習興趣和動力。
如工程熱力學中，對于復雜動力裝置的分析以往多從熱I律（焓）角度進行研究，而目前文獻多從熱II律（焓和熵）角度出發，以找到節能降耗的薄弱環節和實現能量的梯級利用；又如流體力學和傳熱學近年來涌現了大量新問題，如微納尺度內流體的流動與傳熱，活性劑溶液鋪展過程的指進現象，負壓狀態下液滴的霧化過程等，以及新技術的應用，如高速攝像技術、PIV測速技術等等。在這些方面，教師可結合相關領域的研究和應用現狀，或自身的科研進展和興趣，將新的科學現象、科研成果融入本科教學，在拓寬知識面和提高學生科研興趣時，逐漸培養和發現創新型人才，并使部分有想法的同學提前進入預研狀態。
3 改進教學方法
教學方法是培養創新人才的關鍵環節，教學方法不同其教學效果也會有所不同。對于專業基礎課，教學內容多為經典的理論內容或方程推導，并由此展開實際應用的討論，目前這類課程多采用以教師為主的講授式方法。授課中，以教師為主體，學生基本處于被動位置，學生在課堂上很少主動提問或敢于就不同見解與教師商榷[2,3]。實踐表明，這種傳統的教學模式不僅不能發揮學生的主動性，也不利于創新型人才的培養。因此，轉變教學觀念、改進教學方法，逐步形成研究型教學的現代教育理念就成為培養創新型人才的迫切需要。當然，不同的教學內容應選擇恰當的教學模式，切不可盲目“一刀切”。對于基礎性和原理性的內容，仍以教師講授為主；在此前提下，針對課程有關內容（如持不同觀點），通過合理運用啟發式教學、討論式教學、準研討式教學[4]等形式，鼓勵學生廣開思路，敢于“于不疑處有疑”，在積極主動的教學活動中促進學生創新意識的培養。
發揮學生主體作用是培養創新人才的催化劑。為此，教師應逐步樹立教師主導、學生主體的教學理念[5]。教學中，積極創造良好的課堂氛圍，充分調動學生的主觀能動性，激發其學習動機和興趣，使其逐步成為教學活動的主角，從而將知識轉化為能力、將興趣轉化為動力、將質疑和問題轉化為研究課題。例如流體力學中，機翼理論中關于機翼升力的形成過程，又如關于邊界層分離現象中的分離位置，這些內容在不同教材有著不同的觀點，同學可自行查閱書籍和文獻，進而展開討論；傳熱學中，如何正確理解外掠圓管換熱局部換熱系數在不同雷諾數下的回升現象與邊界層發展和分離的關系，以及各種新型高效換熱器的型式和機理，而且同學均充分發揮想象力，從理論上提出新型換熱器。另外，有些拓展性內容也可讓學生講解，如流體力學講到超聲速流動及其現象時，對于音障現象及其對飛機的影響，可由1名同學來講，既拓展了知識面，又激發了學習興趣。
教學之外，針對學生對知識的求知欲、對新問題和未知現象的探索精神，充分發揮其主觀能動性和獨立思考的能力，鼓勵學生敢于想象，大膽提出自己的設想和觀點，逐步達到學以致用、能力和水平逐步提高的目的。目前，部分學生在專業教師指導下，利用動力系實驗基地，積極參與全國和學校大學生創新計劃、數學建模比賽、大學生挑戰杯和大學生節能大賽等科技活動，以及教師的一些縱、橫向科研項目中。通過主持或參與具體的科研項目，不斷發現和解決新問題，逐步提高了自身的創新能力，同時也鍛煉了組織能力，培養了團隊精神，綜合能力得到明顯提升。通過上述實踐活動，目前已涌現出一些具有一定創新意識和創新能力的學生，或發表了學術論文，或授權了實用新型專利。而且也作為保送研究生的優選條件之一，也進一步促進了學生的參與熱情和科研積極性。
4 挖掘實驗教學內容
實驗教學是培養創新人才的有力手段。實驗教學不僅是對理論內容的實際驗證，更重要的是培養學生實驗技能和分析能力的重要措施[6]，也是發揮學生主體作用的最有效的實踐環節之一。專業基礎課實驗分為驗證性和綜合性實驗，驗證性實驗側重對基本原理的驗證和再現，綜合性實驗則側重于較復雜現象的分析，二者側重點各有不同。實驗中，若能充分發揮學生的主體作用和探究精神，通過深挖實驗教學內容的內涵，鼓勵對有關邊緣性現象的觀察和深層次問題的探索，勢必能在很大程度上提高培養學生的創新意識和能力。因此，實驗中，強調學生親自動手操作實驗、主動分析實驗現象、獨立思考問題和解釋問題。
驗證性實驗也能在很大程度上提高學習效果。如流動演示實驗中，在突然擴大的流動通道內，可清晰地觀察到突擴前的截面上其流線為接近于平行直線，這也是為何在理論分析中可以把該截面近似作為緩變流截面的原因所在，若不通過實驗現象，僅靠想象既不直觀又缺乏說服力，而且可通過改變流速，進一步驗證這一假設是否始終成立。又如流體力學中的伯努利方程實驗，該實驗再現了各測點處的總水頭和靜水頭在不同流量下沿流動方向的變化規律，若脫離實驗過程，也可以從能量守恒和能量轉換的角度得出上述規律，這當然需要扎實的理論基礎和分析能力，但理論和實驗教學的有機結合，可起到事半功倍的效果。
綜合實驗更能全面考察學生的學習效果和運用知識的能力。如換熱器綜合實驗中，為何對于相同的換熱器結構，逆流情形下的傳熱系數要小于順流情形；并聯管路特性及流量分配實驗中，為何具有相同結構的各并聯管道其流量不同，壓力損失也不同；離心泵并聯及工況調節實驗中，在不同負荷下，采用共用閥和非共用閥進行調節其經濟性為何不同；邊緣性現象，如泵性能實驗中的汽蝕特征及噪聲特性也值得進一步研究。
另外，對于實驗數據的處理，坐標系選用線性坐標還是對數坐標，參數是以有量綱還是無量綱形式進行整理，實驗數據壞點的正確剔除和有效數據的保留等，都有充分發揮的余地，也是培養學生科學思考問題和獲得正確結果的關鍵之處。
5 改革考試方法和內容
考試作為教學活動的最后一環，是教學成效和學習效果的綜合反映，教學過程的各個環節，尤其是薄弱環節都可以從成績分布上反映出來。因此，考試方法和內容是否能夠有效地反映了教和學的全過程，將在一定程度上影響創新型人才的培養。為此，筆者一改過去單純采用閉卷考試的方法，從內容到形式上進行了多方面嘗試，探討了多種教學環節有機結合的考試方法，力求實現對教學效果的全過程評價。
目前，在考試內容方面，一是在符合教學大綱要求的前提下，將實驗教學內容納入考核范圍，分值為150%，內容包括實驗現象和參數變化的分析、儀器的測量原理和用途等。實踐表明，此項措施的實施在很大程度促進了對實驗教學全過程的重視，取得了預期的效果。二是增加了理論聯系實際較強的題目，或綜合性題目或拓展性題目，分值為10%，進一步提高提煉科學問題或全面綜合運用知識的能力，也有助于發現創新型的學生。在考試方法方面，采取了包括開卷考試、期中+期末考試、實驗成績+期末考試、平時測評+期末考試等在內的多種方式。無論是開卷還是閉卷，均將復雜必要的公式附在試卷上或給出相關提示，將考核重點放在知識的應用能力和分析能力上面。期中+期末和平時+期末這兩種方式通過強調平時的知識積累和復習，做到及時發現問題、及時解決問題。
總之，以專業基礎課為載體，通過深挖和細化教學活動各環節的深層次潛力，將創新型人才的培養貫穿于教學的全過程，可促進教學效果和人才質量的全面提高。
參考文獻
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英文名稱：Journal of Chemical Industry and Engineering(China)
主管單位：中國科學技術協會
主辦單位：中國化工學會
出版周期：半月
出版地址：北京市
語
種：中文
開
本：大16開
國際刊號：0438-1157
國內刊號：11-1946/TQ
郵發代號：2-370
發行范圍：國內外統一發行
創刊時間：1923
期刊收錄：
CA 化學文摘(美)(2009)
CBST 科學技術文獻速報(日)(2009)
Pж(AJ) 文摘雜志(俄)(2009)
EI 工程索引(美)(2009)
中國科學引文數據庫(CSCD―2008)
核心期刊：
中文核心期刊(2008)
中文核心期刊(2004)
中文核心期刊(2000)
中文核心期刊(1996)
中文核心期刊(1992)
期刊榮譽：
中科雙效期刊
聯系方式
關鍵詞：汽化冷卻;提高除塵效率;延長使用壽命;降低能耗
中圖分類號：TF713文獻標識碼： A
1、前言
轉爐煉鋼在吹氧冶煉期，會產生大量含有一氧化碳和含鐵粉塵的高溫煙氣，具有高溫、劇毒、易燃、易爆的特點，對大氣和車間環境污染嚴重。建立高效的煙氣凈化回收系統，是鋼鐵行業節能減排，實現可持續發展的當務之急。冷卻夾套是煙氣凈化回收系統最重要的組成部分之一。現有系統通常采用水冷夾套，該設備安裝在轉爐汽化冷卻煙道出口與一級文氏管進口之間。由于汽化冷卻煙道出口煙氣溫度很高，故該處設備須不斷冷卻才能保證長時間的使用。但水的冷卻效率低，煙氣降溫效果差，不僅造成能源浪費，而且與煙氣接觸的設備表面持續保持高溫狀態，使設備極易磨穿，而更換時需要轉爐停產，造成經濟損失。
本論文提出的汽化冷卻夾套采用汽化冷卻方式，利用水蒸發的汽化潛熱吸收煙氣熱量，實現煙氣降溫。相比傳統的水冷夾套，可顯著降低煙氣溫度，提高熱能回收率。煙氣的溫度降低的同時，體積隨之減小，因此后續除塵設備的除塵效率顯著提升，大大降低一次除塵風機的能耗。同時由于水汽化過程的吸熱量遠高于同溫度下未發生相變的水的吸熱量，故可大幅減少循環用水量。另外，相對于水冷夾套，本論文提出的汽化冷卻夾套的凈環水管路連接管的結構更為簡單，管道及閥門的使用數量少，有利于生產操作和后期維護。
2、水冷夾套的特點
2.1水冷夾套的結構和工作原理
水冷夾套的主要特點是冷卻方式采用通水冷卻方式。如圖1所示，法蘭連接在汽化冷卻煙道出口處，水冷夾套下部筒體插入一級文氏管溢流水盆內。水冷夾套采用雙殼結構，外殼與內殼形成空腔，外殼上設有冷卻水進口和冷卻水出口，內殼與高溫的轉爐煙氣直接接觸，在設備運行過程中，含有高溫高硬度雜質的煙氣在內殼內持續流過，對內殼造成持續不斷的沖刷，內殼在外力的作用下極易磨穿。為了延長設備使用壽命，就需要提高內殼鋼板的耐磨性。首先內殼應選擇高耐磨的鋼板制作,通常采用16Mn材料制作。其次通過降低鋼板的工作溫度保證其耐磨性，因此需要通過的空腔內持續注入20℃的冷卻水對內殼進行冷卻以保證內殼的正常溫度從而保證其耐磨性。
2.2水冷夾套的缺陷
水冷夾套的使用壽命通常較短，水冷夾套的使用壽命主要取決于內殼的使用壽命，采用通水冷卻方式，由于水的冷卻效率低，與煙氣接觸的設備內殼會持續保持高溫狀態，鋼板的耐磨性減弱，因此設備極易磨穿，而更換時需要轉爐停產，因此造成損失。
要持續不斷的供給設備冷卻水，用水量大，運行成本高。
3、新型的汽化冷卻夾套的特點
3.1新型的汽化冷卻夾套的結構和工作原理
新型的汽化冷卻夾套以熱力學焓變理論，氣液相平衡理論，熱力學第一定律，傅立葉定律等為理論支撐，通過理論計算，實驗室驗證和工廠的實際應用證明了其存在的必要性。
新型的汽化冷卻夾套是利用水轉變成蒸汽時吸收熱量冷卻構件。根據熱力學焓變理論，水汽化時體積急劇增大，分子平均距離增加，需克服分子間引力并反抗外界壓力作功，故相比同溫度下未發生相變的水，吸熱量明顯增大。以工作壓力為0.5Mpa（表壓）的汽化冷卻系統為例，1kg飽和水受熱裝變成蒸汽時吸熱2089.2GJ，如果給水溫度是20℃，把水加熱到沸點（158℃），1kg水吸收熱量577.8GJ，這兩部分熱量加在一起，則1kg 20℃的水在0.5Mpa（表壓）下的汽化冷卻系統轉變為1kg飽和蒸汽，吸熱量為2667GJ。如采用水冷卻系統，則1kg水僅能帶走83.74GJ左右的熱量。達到同樣的冷卻效果時，汽化冷卻用水量僅為水冷卻的1/30。因此汽化冷卻夾套比水冷夾套降溫效率高，并可大幅降低循環水量。相應的，汽化冷卻夾套產生的蒸汽相對于水冷夾套產生的熱水，放熱量更高，應用范圍更廣，既可用于生產、生活用汽，也可用于低壓飽和蒸汽發電，提高廠區自發電率。
新型的汽化冷卻夾套結構（詳見圖2），包括有汽化冷卻夾套本體，該本體呈筒狀。在汽化冷卻夾套本體的上端設有上、下環管；上環管上接有上升管，下環管上接有下降管；上、下環管之間設有密排汽化管，該汽化管為空心管，空心管密集縱向排列、連續焊接，由此組成一個冷卻圍壁。
汽化冷卻夾套在使用時，用法蘭將其連接在汽化冷卻煙道出口處，汽化冷卻夾套下部筒體插入一級文氏管溢流水盆內。下降管與汽化冷卻煙道下降管連接，不斷補充汽包提供的軟化水。下降管通過下環管將軟化水分流進入密排汽化管內，而后進入密排汽化管內的軟水經轉爐高溫煙氣的加熱變成水蒸汽匯入上環管內，最后通過上升管與汽化冷卻煙道上升管匯合后進入汽包內。如此經過反復循環，完成換熱過程。
汽化冷卻夾套的下環管上設有排污管，排污管上設有排污閥。如此可定期打開排污管上的排污閥進行管道清洗，以此防止管道內部雜質積累導致管道堵塞，保證管道內軟化水和水蒸汽的流通順暢，從而保證設備熱交換效率和使用壽命。
圖2 汽化冷卻夾套結構圖
1-法蘭2-下降管3-下環管
4-下部筒體5-上升管6-上環管
7-密排氣化管8-排污管9-排污閥
3.2新型的汽化冷卻夾套的優點
采用的冷卻方式為汽化冷卻方式。汽化冷卻夾套上的上升管直接與汽化冷卻煙道的上升管相連接，汽氣化冷卻夾套上的下降管直接與汽化冷卻煙道的下降管相連接，相對于采用水冷方式的水冷夾套中的凈環水管路，連接管的結構簡單，管道及閥門的使用數量少。
采用汽化冷卻夾套耗水量將減少到水冷夾套的1/30。汽化冷卻方式降溫效率高，可以有效的降低與高煙氣接觸的設備表面的溫度，延長設備的使用壽命。
汽化冷卻夾套的冷卻效率高，可以有效的降低轉爐煙氣的溫度，減少轉爐煙氣量，提高后續除塵設備的除塵效率，降低一次除塵風機的能耗。
4、結論
我國是一個發展中大國，在經濟發展的相當長時期內鋼鐵需求較大,雖然產量已多年位居世界第一，但鋼鐵產業的技術水平和物耗能耗與國際先進水平相比還有很大差距，噸鋼能耗與國際先進水平相比要高出20% ～ 30%。因此鋼鐵產業今后發展重點是技術升級和結構調整，以發展循環經濟，降低物耗能耗，重視環境保護，汽化冷卻夾套的應用，切實響應了國家相關政策，并且提高企業綜合競爭力。
新型的汽化冷卻夾套使用壽命長，減少了因為更換此設備造成的轉爐停產造成的一系列損失，能在一定程度上提高企業的經濟效益。
可見在鋼鐵生產企業廣泛采用裝有汽化冷卻夾套的轉爐煙氣凈化回收系統對企業自身和我國冶金工業可的持續發展具有重要的意義。
參考文獻：
郭鴻發 《冶金工程設計》.第一冊.設計基礎 北京： 冶金工業出版社， 2006.6
論文關鍵詞：孔隙熱彈性地基，移動周期載荷，周期性條件，微分求積法(DQM)，動力學響應
0 引言
半空間體受移動載荷作用的問題是交通運輸、土木工程以及地震工程中最基礎的一類課題。例如，由高速火車或者地鐵引起的噪聲和振動是現代城市結構設計中必須要考慮的重要因素。對移動車輛或者地鐵引起的微振動的評估，以確保精密儀器的正常運行，對于土木工程設計部門來說同樣重要。研究運動荷載作用下地基的動力響應，對于我國，尤其是對于在南方軟土之上發展新型高速鐵路，開發磁懸浮列車也具有重要的理論和工程意義。
在文獻[1-3]中，人們研究了在移動載荷作用下彈性或者粘彈性半空間的動力學響應。但是，利用單相介質來模擬由土顆粒和水組成的二相飽和介質會產生一定的誤差。為了進一步探討在移動載荷作用下由二相飽和介質組成的地基的動力學響應，基于多孔飽和介質的Biot理論[4]，金波等[5-7]用Fourier變換研究了受勻速移動簡諧力作用的多孔彈性半平面問題，發現多孔飽和彈性固體在移動荷載下的動力響應與單相彈性固體的動力響應明顯不同，多孔飽和彈性半平面的應力和孔隙水壓力都隨振動頻率或載荷移動速度的增加而增加。
雖然，用Biot理論成功地解決了許多工程實際問題，然而當地層介質中的孔洞不含液體時，用Biot理論來描述流體飽和多孔介質顯得不夠準確。為了彌補這一不足，同時考慮溫度的影響，Goodman，Cowin和Iesan等人[8-11]發展了一種較為完善的孔隙熱彈性理論。該理論的基本假設為：材料的體積密度是兩個場，即基體材料密度場和體積百分比場的乘積物理論文，這樣，材料體積密度的表達式可由一個獨立的動態變量表示，這個變量就是孔隙體積百分比。然后由熱力學第一、第二定律導出各向異性孔隙線性熱彈性材料的基本方程。
由于孔隙熱彈性材料兼具結構和功能雙重用途，具有相對密度低、比強度高、比表面積高、重量輕、隔音、隔熱、滲透性好等優點，它們多見于天然多孔材料、人造多孔材料和生物工程材料等，不但在航空、航天、化工、建材、冶金、原子能、石化、機械、醫藥和環保等諸多領域具有廣泛的應用前景，而且相比其他理論也更適合用于研究特殊的連續體和地質材料，如巖石，砂土等的力學特性。
本文基于孔隙熱彈性線性理論，首先建立了在移動周期載荷作用下二維孔隙熱彈性地基動力響應問題的數學模型，其中包括動量平衡方程、平衡力的平衡方程、能量方程、周期性邊界條件、初始條件等。在此基礎上，分別采用微分求積法(DQM)和有限差分法(FDM) 在空間和時間域內對控制方程進行離散，并求解。作為算例，首先研究受移動諧載荷作用下孔隙熱彈性地基的動力學響應。然后，分析了在極限車載作用下孔隙熱彈性地基的動力學特性，考察了車速對沉降、孔隙體積百分比和溫度的影響。通過計算和分析看到，本文提出的用于處理周期性問題DQM，具有精度高、收斂性好，計算效率高等特點。對于求解各種土質條件下地基的動力學響應具有獨到之處。
1問題的數學描述
考察圖1所示厚為，寬為無限長的孔隙熱彈性二維介質，其所占的區域，在頂端受移動周期性外載荷或周期性溫度的作用。任取一個周期性區域來進行分析，是周期載荷的波長。令為區域左右兩側的周期性邊界，其邊界方程為：。
論文關鍵詞：課程設計；動力機械及工程；實踐教學
一、課程設計的目的與基本要求
在全國開設動力機械及工程專業方向的高校中，很多都安排“內燃機課程設計”這一教學環節，旨在通過課程設計使學生應用、鞏固、豐富、提高所學內燃機專業知識，加深對所學理論知識的理解，獲得與專業有關的實踐經驗，培養學生的實踐能力和專業技能以及綜合運用理論知識分析和解決實際問題的方法與能力。因此，課程設計是對前期理論與實踐教學效果的檢驗，也是對學生綜合分析能力與獨立工作能力的培養與檢查過程。
課程設計通常包括：設計目標和內容制定、方案選擇、設計計算、設計繪圖、設計報告和圖紙的提交、答辯及教師的成績評估。課程設計目標和題目選擇由實踐教學大綱確定，設計目標必須清晰和明確，設計題目和內容必須符合專業方向要求，在深廣度與分量上要求合理；方案選擇是由學生在指導教師的指導下完成；設計計算即學生根據所學相關理論知識進行設計計算的過程；設計繪圖是工科學生必須具備的能力，一般可以手繪或利用繪圖軟件在電腦上完成；設計報告為學生在設計結束時完成和提交的成果；教師最后根據預定標準對學生設計效果進行評估，并給出成績。
通過內燃機專業課程設計，應該能夠達到以下基本教學要求：掌握內燃機設計的基本要求和方法，了解內燃機現代設計理論和方法的基本內容和實際應用；能正確分析內燃機各主要零件所受載荷的大小和性質，掌握其工作特點和設計要點，掌握基本尺寸和結構的確定原則以及計算方法，了解有關的新技術和發展趨勢；熟悉內燃機工作過程，掌握各參數對工作過程的影響和提高內燃機動力性、經濟性的措施；熟悉內燃機的性能指標。
二、原課程設計內容安排和存在的問題
1.課程設計內容安排
課程設計安排在第6學期末進行，為期3周。指導教師提供一套四缸發動機的設計橫向和縱向參考圖紙，要求每個學生根據實際比例畫出橫向和縱向圖，并熟悉其中的結構特點，然后進行發動機在某轉速下的運動分析，并提交一份相應的設計報告，最后教師利用兩天時間對學生的課程設計進行答辯評分。
2.存在的問題
（1）原課程設計內容安排中繪圖工作量大，在兩周左右時間內要求每個學生在認識、消化和整理原圖的基礎上，完成兩張四缸發動機的橫向和縱向圖，這對于大部分學生來說是一件很難完成的事情。所以，到最后造成的結果就是大部分學生無法達到課程設計基本要求，即學生并不能通過課程設計掌握發動機的工作特點和設計要點，掌握基本尺寸和結構的確定原則以及計算方法，更談不上在設計中發現問題，進行創新設計。另外，學生在課程設計中沒有應用內燃機現代設計理論和方法進行設計，從而背離了課程設計鍛煉學生實際應用能力、盡可能實現零距離上崗的目的。
（2）課程設計答辯是以教師提問為主的“問、答”方式，不能全面地考核學生們對課程設計的掌握程度。更重要的是，學生們對自己的設計過程及結果并沒有系統地總結，對自己的成功與不足之處沒有一個明確的認識，使他們在今后的學習中沒有明確的努力方向，這并不是一個好的學習習慣。
（3）課程設計的組織形式單一。課程設計的目的之一就是要培養學生分析和解決問題的能力。從人才培養的過程來看，在一個人的經驗還很不豐富的情況下，團隊合作是迅速提升其分析問題和解決問題能力的最好途徑之一，也是知識共享、成長最快的方式。然而，原課程設計還只是處于單打獨斗、一人一題的局面。為了在短時間內迅速完成自己所承擔的課程設計內容，每個學生都只顧埋頭做自己的事情，這樣也直接造成學生們在遇到問題的時候，沒有互相討論、互相學習、相互借鑒的可能，同時，對于職業意識、合作精神的培養也沒有起到應有的效果，這也不符合我們所倡導的工程教育的理念。
三、課程設計的改革探索
1.改進課程設計內容
內容安排中減少機械重復的畫圖工作量，將四缸發動機設計改成二缸機設計，并強調團隊合作設計理念，安排2人一組，每個學生只要求手畫一張縱向圖或橫向圖，另加兩張用繪圖軟件繪制的零件圖，由此一方面補充了現代設計方法在內燃機輔助設計中應用的培訓，也使得學生有時間對設計進行全面思考，保證了對設計計算過程的理解。
2.加強現代設計方法在內燃機輔助設計中應用的培訓
分別以動力機械及工程專業的兩大主干課程“內燃機原理”和“內燃機設計”為基礎，將學生分為內燃機工作過程熱力學計算和內燃機運動學和動力學計算兩大組，加強了現代設計方法在課程設計中的應用。要求進行內燃機工作過程熱力學計算的學生根據熱力計算公式，對內燃機各熱力參數、指示參數進行計算，并繪制示功圖，它對內燃機的設計有一定的指導意義。要求進行內燃機運動學和動力學計算的學生以發動機運動學與動力學仿真分析為目標，掌握發動機運動學與動力學分析問題的思路與方法，并能將思路與方法付諸于程序語言進行仿真，通過仿真結果進一步加深對發動機發火順序、轉矩波動和軸承負荷圖的理解。
3.設計過程進度安排階段化
第一階段：大約1～2天時間，進行內燃機總體設計和方案選擇，在產品總體設計中要選擇和確定內燃機的主要設計參數，在進行熱計算和外特性計算及主要零部件設計前，首先要選擇零部件的類型、布局方式，如：氣缸的布局方式、燃燒室的選擇等。
第二階段：大約2～3天時間，進行內燃機工作過程熱力學計算和內燃機運動學和動力學計算，學生依據分組情況分別按要求進行具體的計算。
第三階段：大約8～9天時間，進行繪圖工作，每個學生手畫一張縱向圖或橫向圖，另加一張用繪圖軟件繪制的零件圖。
第四階段：大約2～3天時間，整理并編寫課程設計說明書。
4.細化課程設計成績的評定方式，鼓勵創新意識，加強平時考核監督
課程設計改革要做到成績評定嚴肅、認真、科學、公正，只有制定合理的成績評定標準才能取得學生對成績的認同感。改進后的課程設計從一開始就明確給出評定的辦法以及細則，并嚴格加以實施。最后的總成績是將設計說明書質量、創新意識、圖紙質量、答辯以及平時成績進行加權綜合計算得出。其中說明書質量包括方案說明、設計計算過程，以及學生對課程設計的理解、認識和收獲等，要求報告思路清晰、文字通順，書寫規范，符合技術要求與撰寫規范。總成績別考慮了創新意識的成績點，只要學生在教師給的簡單的原設計模板上有所創新的都予以成績上的鼓勵。此外，加強平時成績的考核，主要參照出勤、提問和平時階段性任務的抽查情況等方面給出成績。出勤情況除了教師抽查記錄，還委任幾個組長進行記錄。四個設計階段完成情況均分別記入平時成績。
5.改進課程設計答辯方式
答辯時除了采用教師提問的“問、答”方式外，還要求學生能指出自己在圖紙方面和報告方面的問題，注意引入學生自我的認識，允許學生參與對成績的評定。或者要求學生指出別人圖紙問題，以考查學生對實際問題的處理能力和對基礎知識掌握的程度，側面也反映該學生是否親自完成了課程設計任務。此外，答辯時還現場抽查某些學生對繪圖軟件的使用情況。對于不合要求的學生，必須要求在規定時間內重新完成，否則不予通過。
關鍵詞：高等農林院校；物理化學；教學模式；專業特點
中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）17-0133-02
物理化學是高等農林院校在應用化學、資源環境科學、環境科學、食品工程、食品安全、制藥工程、林產化工、生物科學、生物技術、生物工程等專業開設的一門必修課，是物理學與化學最早相互滲透的一門交叉邊緣學科，被稱為“化學的靈魂”。該課程不僅對培養學生創造性思維能力和創新能力、提高學生素質有極其重要的作用，而且有助于學生樹立正確的自然觀、掌握科學方法論。然而眾所周知，物理化學是化學課程中基礎的基礎，較抽象，教學有一定難度。農林院校的學生對這門課更是望而生畏，因此，我們應讓基本原理在科學研究和實際應用的實例中展現其活力，以此提高創新能力。因此，近年來，我們結合農林院校開設物理化學課程的各個專業的學科特點，在教學內容安排、教學方法等方面始終與學生所學的專業結合，提出了物理化學與專業結合的教學模式。
一、教學內容與專業特色緊密結合
在課堂教學中，設計好教學內容比制作PPT課件更重要，不應讓“死”的公式和概念充斥課堂，而應讓原理在科學研究和實際應用的實例中展現其活力，培育興趣，提高創新能力。因此，我們在教學內容上，堅持做到“傳統物理化學”與“應用物理化學”的有機統一。在對各專業學生的教學過程中，堅持將物理化學的基本理論和基本知識系統地介紹給學生，培養學生的科學素養。在此基礎上，緊密結合專業實際、生產實際和生活實際，查閱大量物理化學在各專業領域應用的實例，如將熱化學、多組分體系熱力學、相平衡、電化學、表面與膠體化學等內容以專題的形式進行講授，增加反映學科前沿與研究熱點的專題內容，并根據專業方向進行專題輔導。如針對應用化學專業學生，物理化學是一門專業主干課，教學時數較多，物理化學基本理論應該是課程的重點教學內容，但其專業特色又偏重于“應用”二字，所以在做好基本理論教學的同時，重點介紹傳統物理化學與其他學科專業之間結合所派生出的一些交叉學科及其應用，如生物物理化學、地球物理化學、土壤物理化學等；同時舉一些“閃光點”說明物理化學基本原理在現代技術中
發揮的巨大作用，如物理化學在合成化學和新材料的制備、現代分離技術、新能源技術等現代技術中的作用；同樣，在我們周圍生活中，物理化學原理也無處不在，如2008年我國南方地區遭受的大面積凍雨災害的凍雨形成的原理，人體腎功能即反滲透功能，人工降雨、洗滌、礦物浮選、紡織品印染的滲透、油田的二次采油等原理，結合這些“小問題”可以使書本上的理論變得生動而容易理解，培養學生的物理化學視角。對于生物類和制藥學等專業，在學生學習物理化學基本理論和基礎知識的基礎上，以熱力學、電化學、動力學、膠體與表面化學的應用為教學重點，如現代生物科學與物理化學學科交叉與融合而發展起來的，在21世紀已經成為熱門研究內容的生物熱力學、生物電化學，藥物及材料分子設計方法簡論、表面活性劑的應用、微乳液的應用等。對農業資源環境專業，以電化學、動力學、表面與膠體化學為教學側重點，著眼于讓學生了解如何解決環境資源合理利用與環境保護問題，如講授相平衡知識時，以專題講座的形式介紹超臨界流體在廢棄物的合理利用問題、土壤和水體污染的治理問題等的應用及進展；吸附劑和絮凝劑的研究進展；電化學在環境污染治理中的應用、電有機合成、納米電化學、燃料電池、鋰離子電池等新能源技術等。食品科學與食品安全專業，介紹食品科學中的物理化學方法，如熱分析在測定食品熱值中的應用，化學動力學在食品保鮮保質期測定方面的應用，膠體化學原理在食品加工中的應用等等。
二、與專業結合的綠色化實驗教學
實驗教學是課程三段式教學中理論知識的具體驗證與應用。在實驗教學環節中，又分三個教學層次來進行，即實驗技術講座、基礎理論驗證性實驗和運用物理化學知識解決實際問題的綜合性實驗三部分。在實驗技術講座的基礎上，根據專業學時不同，安排8個或10個涉及熱力學、電化學、化學動力學、表面化學與膠體化學等各方面理論知識最典型最具代表性的驗證性實驗，同時注重實驗過程的綠色化，如凝固點降低實驗中的苯和萘更換為水和尿素，雙液系中的苯更換為環己烷，溶膠性質中的三硫化二砷負膠更換為粘土。在驗證性實驗訓練的基礎上，根據實驗室條件、不同專業、不同實驗學時數，選取一些與專業有關的研究性、應用性實驗項目，讓學生綜合運用物理化學課程學習及查閱文獻資料獲得的知識，自行進行實驗設計，完成實驗內容，分析實驗結果，撰寫實驗報告。如針對應用化學專業學生，結合每位教師的科研工作，提出了與生產相關的4個綜合性實驗項目：果醋總酸度的測定、果膠酶對果汁黏度的影響、維生素C氧化速率的測定和大孔樹脂對色素吸附速率測定；對于資源環境科學及環境科學專業學生，主要結合環境問題，提出了表面活性劑臨界膠束濃度測定和活性炭對水體中有機污染物的吸附性能測定實驗項目。另外對于同一實驗，針對不同專業，采用與其專業相關的不同實驗材料，如電導滴定實驗，對葡萄酒專業，讓學生測定葡萄酒的總酸度；而對食品類專業，測定食醋的總酸度；對于資源環境專業，測定土壤的陽離子代換量及不同水體的電導率，這些實驗內容同樣體現了綠色化的內涵，而且實驗內容也趣味化。
三、教學方法中突顯物理化學在各專業中的地位
教學方法改革是影響人才培養模式改革的關鍵環節之一。教學方法不僅影響學生完成學習任務的“程度”，也是影響教學質量“方向”的一個重要因素。因此，為了幫助學生在本質上理解化學變化，從理論上解釋化學現象，在實踐中利用物理化學的基本理論、基本知識和基本方法解決實際問題。在課程教學過程中，以“三段式”教學方法為基礎，圍繞創新教育的戰略，研究“問題教學+參與式教學”法，以充分發揮學生的主體作用和教師的主導作用，實現創新教育。
（一）課堂教學
以問題為主的研究性學習有利于幫助學生提高靈活應用知識的能力，形成有效的問題解決和推理策略，并發展他們的自主學習能力。物理化學課程理論性強、內容抽象、涉及領域廣，很多學生在課后感慨物理化學非常重要，但不知道怎么用。為此，我們采用“問題教學法”，圍繞物理化學的知識模塊，在引導學生發現各種問題的前提下，傳授知識。在教學活動中，嘗試使物理化學知識圍繞實際問題而展開，使問題不僅成為激發學生求知欲的前提，而且還成為學生期盼、理解和吸收知識的前提，激發學生的創新動機和創造性思維。為了打破物理化學枯燥、沉悶的傳統教學方法，實行“參與式”教學方法，嘗試開放式教學內容，對一些易懂的章節讓學生自己提前預習寫教案，學生從“臺下觀眾”轉變為“場上主力”；同時開展論文研究、基于問題的學習、案例教學、項目訓練和指導性設計等多種參與方式，以培養學生的“參與”意識，提高學生學習的主動性、積極性，培養學生的創新能力。
（二）學生討論
胡英院士指出“物理化學教學方法要做大改革。要以自學為主，講課首先介紹框架結構，重點講授難點和進展，并開展課堂討論”。因此，在農林院校物理化學的教學過程中，更應增加學生參與課程教學的機會，加強習題課和討論課內容，調動學生學習的主動性和積極性。在具體實施中，根據教學內容中的難點和重點，對于不同專業，在教學進程表中提出與專業密切相關的問題，如對于環境科學專業，提出“吸附作用原理及表面活性劑在環境科學領域中的應用”等專題討論題目；對于生物類專業，提出“熵與生命”等專題討論題目，讓學生學完一部分內容后，對該問題展開討論，啟發學生進行發散性思維，對問題進行多角度的觀察、比較與分析，然后讓學生提出問題，把問題加以篩選，從中發現最重要最基本的問題，啟發學生思維，把理論搞清楚。最后再給學生作出總結，以培養學生的創造性思維。實踐證明，學生討論，這對提高學生的智力和能力，起到事半功倍的效果。
四、實踐效果
通過近幾年對物理化學與專業結合的教學模式的實施，不僅拓寬了學生的專業知識面，培養了學生從事科學研究和解決實際問題的能力，而且可使學生的創新意識和能力得到一定程度的提高。如不同專業的學生積極申請大學生創新基金項目，2010申請到西北農林科技大學創新基金項目“多環芳烴污染土壤的SDS淋洗溶液前處理方法研究”，2012年申請到國家級創新基金項目“微電極陣列表面的羧基功能化及其在環境監測方面的應用”，2013年申請到西北農林科技大學創新基金項目“不銹鋼微電極陣列的制備及性能研究”及“利用廢棄木料制備大孔容活性炭”。該模式充分發揮了學生的主體作用和教師的主導作用，在模式實施過程中，始終以實際問題為引導，讓學生帶著實際問題去學習，然后從理論上對這些問題進行分析討論。通過近幾年的教學實踐證明，這種教學模式有利于學生掌握扎實的物理化學基本理論、基本知識和基本技術，并能把這些知識和技術應用到農林科學的研究中；有利于學生認識、闡明和解決某些物理化學相關的專業實際問題；有利于培養學生的創造性思維能力和創新能力，提高學生素質。因此，這一新模式在高等農林院校的物理化學教學中具有較大的推廣和應用價值。
參考文獻：
論文摘要：為適應創新型國家發展戰略，教育創新應貫穿大學課堂理論教學和課程實踐訓練教學。針對“鍋爐原理”課程實踐訓練教學，重點探討了華北水利水電學院“鍋爐原理”課程實踐訓練的目標定位、教學內容的設計和實施方法，以期對電廠熱能與動力工程專業實踐能力訓練方面起到一定的推動作用。
鍋爐是用以生產熱水或蒸汽的設備，在國民經濟中具有異乎尋常的重要作用，電站鍋爐是火力發電系統三大主機之一，對火電的高效、潔凈和安全生產及其重要，因此，“鍋爐原理”是熱能與動力工程專業最核心專業課程之一。“鍋爐原理”課程主要講授鍋爐的基本工作原理，包括鍋爐的爐內燃燒原理及燃燒設備、鍋爐的傳熱過程、鍋內水動力、受熱面外部工作過程和先進鍋爐技術的發展等內容，要求學生掌握鍋爐工作過程的基本理論及鍋爐設備的相關知識，并培養學生分析工程問題、鍋爐設計計算和鍋爐試驗的實踐能力。
為適應創新型國家發展戰略，高等教育要實現從知識型向創新型培養目標轉變，具體到“鍋爐原理”的課程教學中，創新應貫穿課堂理論教學和課程實踐訓練教學。對“鍋爐原理”課程的理論教學內容設計、教學手段、教學方法等方面已有較多的探討和實踐研究，[1-4]本文從“鍋爐原理”課程實踐能力的培養出發，重點討論華北水利水電學院（以下簡稱“我校”）“鍋爐原理”課程實踐訓練的目標定位、教學內容的設計和實施方法。
一、“鍋爐原理”課程實踐訓練教學的定位
“鍋爐原理”課程實踐訓練教學的定位必須符合我校熱能與動力工程專業定位，應全面貫徹黨的教育方針，遵循大學教育教學規律，秉承我校辦學理念，實施“基礎、實踐、創新”三位一體的培養模式，在教育教學中，堅持夯實基礎、強化實踐、注重創新的思想，培養吃得苦、下得去和用得上的專業技術人才。應以“寬基礎、強能力、高素質”為培養人才的宗旨，注重學生的動手能力、創新意識與能力的培養，加強實踐性教學環節，優化教學方法與教學手段。專業實踐能力培養始終圍繞“強化實踐教學、提高學生素質、培養創新意識、重在實際應用”的教學指導思想，從人才培養目標、實驗教學體系、實驗教學內容和方法、實驗教學隊伍、實驗環境條件和實驗室管理體制等方面進行了全方位的改革與建設，探索實現基礎性驗證實驗、測定試驗、創新性科研訓練實驗和拓寬知識面的演示實驗的“四級實驗”教學體系，實現教育創新。“鍋爐原理”課程實踐訓練教學應實施從理論到實際、從傳統到創新、從課堂到工程項目的工程化實踐教學思想，圍繞動腦想方案、動手做試驗、動嘴講成果、動筆寫報告等“四動”能力，達到加深理論知識的掌握和應用，在實踐訓練中切實培養學生處理工程問題，進行鍋爐設計計算和鍋爐試驗的實踐能力。
二、“鍋爐原理”課程實踐訓練教學內容的設計
“鍋爐原理”課程實踐訓練教學內容尚無可參考材料，根據我校熱能與動力工程專業人才培養和“鍋爐原理”課程大綱的要求，基于我校的專業師資、實驗室和實習資源以及用人單位和歷屆畢業生的建議，科學制定“鍋爐原理”課程實踐訓練教學內容。
1.“鍋爐原理”課程實踐訓練教學內容設計原則
對我校“鍋爐原理”課程實踐訓練教學內容進行設計時，實行“工程化”設計思路，并遵循四個原則，即實踐訓練內容以“鍋爐原理”為中心、內容進程科學有序化、內容設計層次化和實施方式多元化。
（1）以“鍋爐原理”為中心，多課程之間緊密聯系化。鑒于“鍋爐原理”是熱能與動力工程專業的最重要專業課，處于前期的專業基礎課程以及后續課程之間的中心地位，因此在設計“鍋爐原理”課程實踐訓練教學內容之前，先對我校“流體力學”、“工程熱力學”、“傳熱學”和“燃燒學”等基礎課以及后續專業選修課程比如“大型鍋爐運行”、“單元機組集控運行”和“循環流化床燃燒技術”等課程的教學大綱、實驗大綱、知識點講授情況以及實踐實驗訓練情況進行詳細調查、分析和總結，做到了然于胸，確保“鍋爐原理”課程實踐訓練教學內容設計與前期專業基礎課程及后續專業選修課程的緊密聯系，力求通過該課程實踐訓練，既可以鞏固和加深學生對前期專業基礎課的理解，加強對所學基礎知識的實踐應用，將所學的熱工學知識、燃燒學知識在電站鍋爐中加以應用，達到學生對鍋爐原理中爐內燃燒、鍋內傳熱及水動力和煙風阻力知識融會貫通、舉一反三，為靈活應用打下堅實基礎，又能激發學生學習后續專業選修課程的欲望和熱情，培養學生學習后續課程的好奇心、主動性和積極性。
（2）實踐訓練課程內容進程科學有序化。“鍋爐原理”課程本身知識點之間的順序決定了課程實踐訓練教學內容的設計次序，要由淺入深、層層推進、由易到難，脈絡清晰。因此，訓練內容應嚴格按照鍋爐原理本身的發展進行設計。內容主要包括客觀認識實踐、原理性演示驗證實踐和工程實踐訓練三大內容。
客觀認識實踐主要是對鍋爐實物、鍋爐機組整體模型、鍋爐重要設備的直觀認識，如在開設“鍋爐原理”課程前進行電廠認識實習，對鍋爐的實物直觀認識，在“鍋爐原理”課程第一節緒論課和鍋爐組成課講解后進行模型實驗，通過模型參加實驗、拆裝模型和動畫模型模擬鞏固加深鍋爐機組系統及組成知識。
原理性演示驗證實踐。筆者通過幾年的“鍋爐原理”教學發現，鍋爐的水循環內容是該課程的難點之一，學生往往難以理解和掌握，通過課程原理性演示和實踐可以幫助學生理解和掌握水循環等難點。該部分主要是對自然循環原理、直流鍋爐原理等的演示驗證實踐內容。
工程實踐試驗主要是對鍋爐的三大計算能力的訓練實踐，包括鍋爐輔助計算、熱力計算、水動力計算、煙風阻力計算和強度計算的實踐訓練、鍋爐熱平衡的實驗和鍋爐機組運行仿真實驗訓練。
（3）實踐訓練課程內容設計層次化。內容設計要貫穿層次化的思路，內容的難易程度要進行層次化設計，對訓練中的每一個內容根據其在課程中的總體地位和重要程度按照“了解、理解、掌握”等不同層次進行分級定位；同時，根據學生個體水平的差異，對同一內容也要進行層次化設計，在滿足分級定位要求和大部分學生學習基礎上，對那些學有余力的學生進行進一步的拓寬設計。比如鍋爐的計算，對于普通的學生則只要會進行鍋爐的輔助計算、各受熱面熱力計算和簡單的水循環計算即可，而對于部分學有余力的學生，則可更進一步進行較復雜的水動力計算、強度計算和煙風阻力計算，并完成一些計算程序的編制。
（4）實施方式多元化。課程實踐訓練教學是實踐性課程，因教學學時、實驗室資源等多方面的因素，決定教學實施的方式必須多元化，即課堂、實驗室和企業生產三位一體，課堂演示、實驗室參觀驗證實踐和電廠實踐構成全方位多層次的實踐訓練。傳統與現代先進技術結合，實踐訓練中采用比如計算機程序模擬、動畫設計模擬實踐、鍋爐事故仿真模擬等先進技術手段實施實踐訓練。
2.“鍋爐原理”課程實踐訓練教學具體內容設計
我校“鍋爐原理”課程計劃學時64學時，其中實驗6學時。其前期基礎課程包括“流體力學”、“工程熱力學”、“傳熱學和燃燒學”，還開設了后續課程“鍋爐運行”和“單元機組集控運行”。“鍋爐原理”課程內容多、難點多、實踐性強，“鍋爐原理”課程通常設置有鍋爐原理課程設計，我校“鍋爐原理”課程設計時間為1.5周。實際上，僅靠課程設計和6學時的實踐訓練難以達到學生牢固掌握鍋爐原理理論知識、靈活運用所學解決實際問題的目標。“鍋爐原理”課程實踐訓練教學包括鍋爐原理6學時實驗課、1.5周課程設計、16學時單元機組集控運行實驗，但主要利用學生的課余時間進行。教學過程貫穿第5至第8學期，延續2年時間，實踐訓練教學包括13個內容，90小時。具體內容和建議學時如下。
電站鍋爐機組實物模型和虛擬模型實踐，2學時。標準煤樣工業分析驗證性實驗，4學時。混合煤工業分析測試實驗，4學時。煤的發熱量測定實驗，2學時。自然循環鍋爐工作原理實驗，1學時。多管水循環驗證實驗，1學時。直流鍋爐工作原理實驗，1學時。鍋爐綜合測試項目設計實驗，13學時。鍋爐原理課程設計訓練，32學時。鍋爐水循環計算訓練，10學時。鍋爐煙風阻力計算訓練，6學時。鍋爐啟停仿真訓練，8學時。鍋爐運行仿真訓練，8學時。
三、“鍋爐原理”課程實踐訓練教學實踐
我校“鍋爐原理”課程實踐訓練教學課題在2008提出，在2006、2007和2008年級開始實施，實踐證明，通過“鍋爐原理”課程實踐訓練教學，激發了學生學習專業知識的熱情，鞏固和加深了鍋爐原理知識的理解，提高了學生的專業素質，培養了學生動腦想方案、動手做試驗、動嘴講成果、動筆寫報告等“四動”能力。我們對2006和2007年級的學生進行鍋爐實踐能力的調查分析發現，無論是研究生復試（鍋爐及鍋爐相關知識的筆試和面試），還是就業面試（熱工學和鍋爐等口試）過程中，學生對鍋爐相關考題從容自如，安之若素。當然，在教學內容設計方面還需進一步改進，實施的方式還需更科學合理。
參考文獻：
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[2] 趙雪峰.“電廠鍋爐原理及設備”課程教學研究探討[j].中國電力教育,2010,(22):97-98.
未來的工程師應能適應日趨國際化的業務需求并能夠解決全球化問題，這就需要工科學生以全球化的眼光和能力去應對[1，2]。目前越來越多的公司需要具備國際化可持續發展能力和國際化團隊協作能力的人才，而大部分的本科畢業生不能滿足這樣的需求，因此多種形式的本科生國際化教育項目紛紛開展[3]，諸如跨校交流聯合培養本科生、國際訪問小學者團和國際交流合作項目等。從國內兄弟院校開展國際化教學的經驗來看，無不提到學生的外語水平是影響這一進程的重要因素，教材選用、授課語言和培養方案的好壞也在很大程度上左右國際化教育的發展[4－6]。隨著經濟全球化的不斷深入、世界各國經濟與文化交流的加強，國際間的交流與合作已經成為高等教育改革發展的普遍趨勢。作為“985工程”高校，我們的戰略目標是要把重慶大學建設成為國內一流、世界知名的研究型、綜合性、國際化大學。國際化教育辦學模式應是多層面、多方位和多角度的，只有結合高校具體實情，尋求一條符合自己發展道路的國際化教學方式才是解決高水平本科生國際化培養問題的關鍵所在。
一、國際化教育存在的問題
綜合現狀分析，目前高校推進本科階段工程學科國際化教育普遍存在以下問題：1．因為有工作量系數的增加或其他激勵措施，教師爭相開設雙語教學課，但往往名不符實，課件中出現幾個英文單詞，用中文講解。2．為了評職稱，教師爭相寫雙語教材，但使用的卻是中文式的英語，甚至還有很多錯誤。3．學生聽不懂，干脆找本中文教材自學。4．培養體系不完整，只有零星幾門用英語開設的專業課，普遍沒有接收留學生的能力。英語作為國際通用語言，在國際化交流合作中作為媒介，有著很重要的地位。因此國際化教學應盡可能采用全英文或雙語教學，有利于構建學生的英語思維模式、培養聽說能力及用英文分析問題的能力。采用原版教材方便教師學習借鑒國外完善的課程體系，原版教材中還包含大量實例數據材料，這些內容不僅可以輔助學生理解深奧的知識原理，更能提升學生的創新能力、擴展國際視野并掌握分析方法[7]。為解決以上問題，推進重慶大學本科階段工程學科國際化教育，我們針對性地提出了機械類高水平本科生國際化實驗班教學計劃，并采用加強與國外一流大學的交流與合作等方式推動教育改革與發展。
二、機械類高水平本科生國際化培養的創新措施
我們可以從國外直接把最先進的教學體系、教材、多媒體課件、作業、實驗、考試全盤復制，再把我們的教師送出去培訓，這樣肯定可以快速實現國際接軌。但為什么不能直接照搬英美的本科教學呢？因為中國學生經過多年的傳統應試教育，理解力、自學能力、動手能力都不適合英美教學模式；并且與英美國家文化上有差別，語言上也有障礙。新加坡國立大學是華人文化，制圖也大都與中國一樣是第一角畫法（英美大都使用第三角畫法），本科教育源于英國并根據華人的特點進行改良，更適合華人學生并已證明是成功的：他們用了不到50年時間就辦成了國際一流大學（英國TIMES排名36）。更為重要的是新加坡的同行可以無私提供幫助（教師培養、教材等全部無私支持）。作為回報，我們可以提供優秀畢業生，教師可以在科學研究上相互合作。機械類高水平本科生國際化實驗班主要完成如下計劃：1．10%畢業生推薦去新加坡國立大學及國際一流大學攻讀研究生，50%推免重慶大學的研究生，30%推免國內其他高水平學校研究生，10%進入國際公司或高水平研究機構；2．有條件的學生去新加坡實習；3．改革畢業設計（采用導師制、模塊化）；4．實現全員獎學金（企業提供的獎學金面向實驗班全體60名學生，并實行淘汰制）；5．完成傳統培養體系與國際化培養體系的融合和匹配。
三、與現有的培養方案融合及匹配
機械類高水平本科生國際化培養方案必須與現有傳統培養方案匹配和銜接。培養方案既滿足教育部對政治理論課、文化素質選修課、軍事訓練課等的要求，又結合學分收費改革試點總學分不超過170及總學時不超過2100、實踐性環節40學分左右（40周左右）的現狀，還兼顧碩士研究生全國統一考試的課程，并參照國外著名大學機械類人才培養方案，最大限度地成建制、成體系引入國外課程體系、教學內容、教材、實驗、多媒體課件、課程設計及畢業設計等。因為實驗班大部分學生本科畢業后從事研究性工作，如10%左右的學生到國外著名大學（如新加坡國立大學）攻讀研究生，80%左右的學生推薦免試攻讀校內外碩士研究生，其余10%左右的學生到國際公司或研究所、設計院從事研發工作，因此必須掌握扎實、深厚的機械學科基礎理論知識，如數學、固體力學、流體力學、熱力學、材料學、計算機基礎、機械基礎及機械學科的前沿技術，并具有創新能力。與現有的機械設計制造及其自動化專業人才培養方案相比，實驗班人才培養方案增加了數學課程，如“復變函數”和“數學物理方程”；加強了力學知識的學習，增加了“固體力學”、“應用力學”、“振動理論及應用”等課程；計算機應用能力進一步加強，增加了“計算機硬件基礎”課程；強化了材料知識基礎，如增加了“材料工程基礎”和“工程材料”兩門課程；擴充熱力學知識，開設了“工程熱力學”和“傳熱學”；引入了機械學科的前沿技術，如增加了“微系統設計與應用”。同時，在培養計劃中，有22門課程體系引入了新加坡國立大學工學院機械系的課程設置，并與新加坡國立大學協商，每年派4名教師到新加坡國立大學工學院機械系進行了相關課程進修學習。同時新加坡國立大學派這些課程中的部分教師來我校講授示范課程。作為補充，對22門之外引入的其余課程，采用英文教材，并結合學校的教師出國培訓計劃，到歐美著名大學機械系進修培養。在實踐性教學環節的設置上，將原來的“畢業設計”改為“綜合論文訓練”，從而注重了創新思維、研究能力的培養。另外，實驗班采用配備導師制，進一步強化了學生的科研工作能力。下圖中字體為加粗斜體的課程是與現行傳統培養方案相比所增加的課程。其中，26門課程引入國外高水平大學原版教材，采用英文教學。總之，實驗班人才培養方案的突出特色是：具有扎實的機械學科基礎，按專業大類培養（口徑寬），從真正意義上實現了“厚基礎、寬口徑、研究型和創新型”的人才培養目標。
四、高水平本科生國際化實驗班學生選拔
根據機械類本科生公共課、基礎課的開課時間要求，一年級的課程設置主要為政治理論課、高等數學、物理、英語、軍事訓練等。因此，實驗班培養計劃中第一年所修的課程與其他平行班的課程設置完全一致。實驗班學生的選拔工作將在第二學期考試結束后進行。以“機械設計制造及其自動化”專業學生為主（該專業每年招生370多名），并歡迎學院其他專業（如機械電子工程、車輛工程、材料成型及控制工程、工業工程）的同學參加。主要參考一年級所學的主要課程成績，并加試英語聽力、口語、閱讀和寫作。最后通過專家綜合考評選擇60名品學兼優的學生進入實驗班（需要學校教務處給予支持和配合，因為可能涉及少部分學生轉專業、學生行政班調整、組建新的實驗班等問題）。
五、采用導師制，加強科研能力及創新思維培養
對60名實驗班的學生，學院將派出副教授以上具有碩士生指導資格，甚至博士生導師作為其指導教師。學生可以進入指導教師的實驗室、研究室工作，從本科階段就感受科學研究氛圍，并力所能及地參加指導教師的實際科研項目之中，從而得到鍛煉。如果該生最后能夠成為推免研究生，將直接作為該指導教師的碩士研究生。這樣，如果學生最終能拿到碩士學位，將會在同一個指導教師下進行6年的研究工作；如果獲得博士學位，將能在大學期間從事9～10年的科學研究工作，從而為學生打下了堅實的科研基礎并取得成績。該教學改革實驗探索了高水平研究型人才的培養方式，培養的學生可與國際接軌跡。引進了國外大學教學模式和課程，實現傳統優勢系列課程和國外高水平大學課程的融合，實現了大批課程進行雙語教學或全英文教學。培養了能夠勝任英語教學并具有國外進修經歷的師資隊伍，為本科教學逐步實現國際化辦學奠定了基礎。
他就是中國科學院寒區旱區環境與工程研究所南卓銅研究員。多年來，南卓銅研究員致力于地理信息系統與空間決策支持系統的建立、寒區水文／陸面過程建模及方法論的研究、科學數據共享，不斷為傳統的地學研究注入信息技術的新方法，并在此過程中取得了卓有成效的收獲。
集大成：黑河流域地理空間決策支持系統
決策支持系統是流域科學研究成果轉化的重要工具。受到國家自然科學基金項目、科技部高新技術863項目的支持，南卓銅研究員課題組結合地理信息系統技術、數據庫技術和多種決策方法，圍繞黑河流域中上游水土資源問題，設置水權轉化、退耕還水、生態補償、水源涵養林保護等情景，建立水土資源情景評估體系，演示基于決策支持系統為流域管理提供科學決策依據的能力，主要解決如何發展一個易于使用、便于擴展、集成多學科科學模型的滿足流域集成管理需求的空間決策支持系統，以及如何集成多種學科模型從而提供中上游水土資源的情景評價能力，理解政策如何影響水土資源利用等關鍵科學問題。
目前南卓銅研究員等人已設計和建成了一個通用的基于科學模型的多準則決策支持系統，在易用性、擴展性、模型庫集成方面做了大量的工作，并創新性地提出了一種支持多學科模型集成和技術層面解決模型多時空尺度集成難題的決策支持系統方案。對決策支持系統必需的知識系統進行了較細致的研究，尤其是對水文建模相關知識進行了較好的歸納和組織。成果特色在于將水文，陸面過程、生態、土地利用變化、社會經濟等多學科模型集成在統一的決策支持系統框架內。他領導的課題組建成的決策支持系統已經初步部署在甘肅省水文水資源勘測局、甘肅省張掖市、縣水務部門及33個灌區開展實際應用測試。
走新路：凍土分布和情景模擬
南卓銅研究員是國內較早將地理信息技術應用于凍土研究的學者。受到青藏鐵路重大項目、國家重點實驗室開放基金、科技部科技基礎性工作專項的支持，他對青藏高原多年凍土分布進行較系統的研究，評價了國內外流行的多年凍土分布模型在青藏高原的適用性，其中基于年平均地溫模型的模擬結果應用于2005年出版的《中國冰川凍土沙漠分布圖》，是目前最新的被廣泛應用的凍土圖。該成果創新性地擴展了經典的尼爾森凍土分布模型，具備比原模型更好的模擬性能；較早地應用探地雷達進行野外多年凍土調查，證實了西大灘多年凍土退化的事實。結合氣候變化情景，他們模擬了未來50年、100年的青藏高原多年凍土變化情況，并結合鉆孔含冰量數據，第一次估計了青藏高原多年凍土含冰量。情景模擬和含冰量估算結果是青藏鐵路重大項目的匯報內容之一。同時，這也是國內較早的將遙感和地理信息系統手段成功應用于青藏高原凍土分布、凍土區植被和土壤分類。
在目前承擔的凍土工程國家重點實驗室開放基金課題“Noah陸面過程模型熱力學參數化方案改進及青藏高原凍土水熱狀況模擬”上，他們在Noah LSM的熱力學參數化方案評價的基礎上，進行Noah LSM的熱力學參數化方案的改進以提高對凍土水熱狀況的模擬性能；利用改進后的Noah模型對青藏高原凍土水熱狀況進行分布式模擬，在此基礎上，將探討青藏高原多年凍土空間分布和凍土層含冰量時空分布等凍土學研究關心的問題。
填空白：地表過程建模環境
流域科學問題是復雜的多學科交叉問題，而多學科（水文、陸面過程、生態、社會經濟等）模型集成是重要的工具，然而多模型的集成不僅涉及模型機理、尺度等科學問題，還有很大的技術工作量將模型代碼連接到一起。依托計算機平臺的建模環境是較好的進行模型集成的技術手段，實現高效的建模流程。國際上從上世紀80年代開始就考慮依靠計算機技術搭建模塊化的建模平臺，2000年后出現一些主要的用于水文和生態建模的平臺。國內也開始e-Science等科研信息化的研究內容，但此工作一直是國內的空白。受中科院重點方向項目的支持，南卓銅研究員項目組圍繞地表過程建模，突破了集成環境的模型控制、模型參數優化與數據匹配等關鍵技術方法，標準化和集成了近70個水文、陸面過程、生態、人文等地表子過程模型，建成了一個復雜地表過程綜合建模環境平臺，在模型重用、模塊創建、基于知識的模塊組合等方面具有特色，為地表過程集成建模奠定了堅實的基礎，提高了地表過程建模的方法論研究。此工作填補了國內該領域的空白，此后國家自然科學基金委啟動的“黑河流域水文一生態集成研究”重大計劃開始啟動類似研究的項目。
建門戶：數據共享研究
受到國家自然科學基金重點項目、青海湖數據中心項目、科技部基礎條件平臺項目的支持，南卓銅研究員團隊建成了基金委重點項目中國西部環境與生態科學數據中心，整理、規范和共享中國西部的環境和生態數據。從2006年試運行，截止到2012年11月，網站注冊用戶超7500人，來自80多個國家的20多萬人次訪問，數據總服務量50TB以上，向300多家國內外科研單位提供了數據服務，至少有369篇期刊文章顯著標注了數據來源于西部數據中心。截止2012年10月，數據中心為50個973項目、11個863項目、114個自然科學基金項目、33個西部計劃項目、39個國家科技支撐計劃項目、10個中科院知識創新重大工程項目、45個基金委重大計劃黑河流域計劃項目、148個研究生論文等提供了數據支持，已經成為地學口數據共享的主要門戶之一。數據服務成效得到了科技部主管領導的好評，并希望將經驗推廣到國內其他學科數據中心。
