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《黑龙江教育(高教研究与评估)》杂志

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“制冷技术与节能”研究生课程建设与思考
发布时间:2022-10-01        浏览次数:100        返回列表

何国庚,李 嘉

(华中科技大学,湖北 武汉 430074)

摘 要:课程建设是教学质量提高的基础。文章从制冷技术与节能课程的发展历史与作用入手,分析了新形势下,制冷技术与节能课程所面临的问题,并以华中科技大学为例,提出了加强制冷技术与节能课程建设的措施。

关键词:研究生;制冷技术与节能;课程建设

中图分类号:G643 文献标识码:A 文章编号:1002-4107(2015)06-0026-03

研究生教育是我国高等教育体系中的最高层次,是我国高等教育综合实力和整体水平的直接反映。我国研究生教育兴起于20世纪初,但直到1949年,仅毕业了200多名研究生。新中国成立后,研究生教育有了一定的发展,但仍然处于小规模、低水平的发展状态,1950年到1965年的16年间,共招收研究生2.3万人。1966年后由于“文化大革命”的原因,研究生教育中断长达12年。

我国研究生教育的发展,是在1978年恢复研究生招生制度以后。1978年至1999年的22年间,累计招收研究生77.3万余人。1999年以后随着我国经济的高速发展,研究生教育进入了一个前所未有的超常规发展时期。仅2013年,我国研究生的招生规模就达到了60.8万人,接近1978年至1999年22年招生总数的80%。

这种研究生教育的超常规发展,虽说也达到了某些初衷,产生了多方面的积极意义,但是,数量上的急剧增长也带来了许多问题和矛盾,尤其是研究生的培养质量不容乐观[1-3]。加之中国的研究生教育由于历史的原因,本来基础就比较薄弱,条件也相对欠缺,这就加剧了这些问题和矛盾可能带来的消极后果。

研究生的培养过程涉及到许多方面,其中课程建设是教学质量提高的基础,教学质量的提高又是人才培养的关键。这里就华中科技大学研究生课程制冷技术与节能的建设与思考谈点自己的体会。

一、制冷技术与节能课程的发展历史与作用

(一)制冷技术与节能课程的发展历史

我国制冷及低温工程专业研究生的培养始于上世纪60年代初,但由于文化大革命的原因,制冷及低温工程的研究生教育刚刚起步就戛然而止。文化大革命结束后,1978年才又重新恢复研究生培养。华中科技大学制冷及低温工程的研究生培养也同步开始,并于1981年获得制冷及低温工程专业硕士学位授予权[4]。

在学校制冷低温工程专业研究生培养初期,制冷技术与节能主要针对当时我国制冷技术开始起步,仅在本科专业教学内容的基础上略微提高,确定以制冷新理论、混合工质节能研究以及当时刚刚开始应用的旋转式压缩机和涡旋式压缩机的理论与性能为主要教授内容。1987年联合国关于臭氧破坏物质的《蒙特利尔议定书》获得通过,制冷技术与节能的内容逐渐淘汰混合工质的内容,而代之以CFCs物质的淘汰,尤其是电冰箱用R12的制冷剂替代技术与节能技术。同时由于制冷剂环保性能和多能源驱动的优势,吸收式制冷技术蓬勃兴起并逐渐压缩已经日渐成熟的旋转压缩机技术和涡旋压缩机技术的内容。进入21世纪后,全球变暖的趋势使得具有较高全球温室气体潜能值(GWP)的制冷剂受到挤压,新型更环保的制冷剂研究日渐兴起,空调器与电冰箱的能耗标准越来越高,储能技术与可再生能源的利用等都对制冷技术与节能课程的教学产生了冲击。

(二)制冷技术与节能课程的作用

制冷技术与节能课程针对制冷及低温工程专业中的普冷技术,与早期针对低温技术的低温传热学课程一起构成了学校制冷及低温工程专业研究生教育的两门专业必修课程。制冷技术与节能课程是建立在热力学、传热学、制冷原理与装置等课程的基础上,也就是学生们在掌握了热力学和传热学理论,获得人工制冷的基本原理和循环特性的知识,具有制冷循环分析和计算能力,获得有关制冷设备方面的知识和相应的分析和计算能力的基础上,通过制冷技术与节能课程的学习,需要进一步掌握制冷循环新理论、制冷剂替代新进展、冰箱空调的新要求及其节能措施以及二氧化碳制冷技术、最新蓄冷技术、高效吸收式制冷技术、太阳能等可再生能源在制冷空调中的应用技术等,既要拓宽学生的知识面,又要培养学生的理论与应用能力,这对于培养既具有宽广知识面、适应能力强,又具备良好的专业知识和技能的高水平、有创新精神的优秀学生具有举足轻重的作用。

二、制冷技术与节能课程教学面临的问题

(一)研究生数量急剧增多

在学校开始招收制冷及低温工程专业研究生初期,每年招收的研究生数量均只有几个人。由于人数少,课程教学一直都是采用课堂教学、课堂讨论、专题讲座及讨论等方法,互动性比较强,学生参与度也比较高。后来随着1999年后全国研究生教育进入一个超常规发展时期,加上除了与原来相同的学术性硕士研究生外,近年来又增加全日制专业型研究生的招生,使得学校制冷及低温工程专业的研究生数量每年都在30人左右,已经是一个班的规模,从而对原有教学方式带来冲击。

(二)研究生来源不同,知识背景差异大

由于招生人数的增加,本专业的研究生来源除主要为本校毕业的学生以及其他相类似的重点高校的毕业生外,也开始有一定数量的二本甚至是三本院校的毕业生考入。虽然这些学生大部分来自于热能与动力工程专业制冷与低温方向,但也有一部分学生来自于建筑环境与设备专业。另外还有一些其他专业的研究生将这门课程作为选修课程。除了应届本科毕业生外,也有一些参加工作数年后再来读研究生的。由于研究生的来源不同,学科背景也有一定差距,对本课程相关的基础知识掌握程度也都存在一定的差异,从而也为本课程的教学带来一定的难度。

(三)学科发展迅速,缺乏适合教材

制冷技术与节能课程主要面向制冷空调技术。随着我国改革开放的进行,制冷空调行业走上健康发展的轨道,进入1990年代以后,整个制冷空调迎来了高速增长的发展阶段。现在我国已经跻身于世界制冷空调设备制造大国之列,多项产品产量已稳居世界第一的位置,部分技术处于世界领先地位。这些都表明,制冷空调行业已经成为我国装备工业的有生力量和国民经济的重要组成部分。另一方面,全球的制冷空调技术在近三十年中也取得了长足发展,如制冷剂替代从最初的CFCs淘汰,到HCFCs的淘汰,再到目前HFCs的限制使用,自然制冷剂的重新兴起;国际社会也从最初的只重视破坏臭氧层物质的淘汰,到臭氧层与温室气体效应并重,形势发展错综复杂,各方利益博弈激烈,新的技术层出不穷;制冷换热器、制冷系统、制冷压缩机也都取得巨大进步,难以有一本教材能够跟上,即使是一些专著,也是在出版两三年就已经落后。近些年,制冷剂的替代发展日新月异,自然工质与新出现的HFOs类工质及各种混合物,由于其0ODP、低GWP受到世界各国的广泛重视,研究力度也大大加强,涌现了很多新技术和新的研究方向。这就需要结合现在最新研究成果对教学内容进行调整与改革。

三、加强制冷技术与节能课程建设的措施

(一)精选教学内容

在我国恢复研究生教育初期,我国的制冷技术尚处于发展起步阶段,制冷技术与节能课程的内容仅限制在一个很窄的范围里。经过改革开放三十多年的发展,我国的制冷界与国际制冷界实现完全接轨,并且在亚洲国家中首次成功承办国际制冷大会。现在我国已经成为全球最大的制冷空调产品生产国,部分产品已近处于国际领先水平,空调器和电冰箱的产量已经分别占全球产量的近80%和近70%。同时制冷空调的研究与应用领域的不断扩大,新的制冷理论与方法、制冷剂的替代与应用、压缩机的新结构新理论与高效化、换热器的新结构与强化传热理论与方法、制冷系统的优化匹配与仿真、吸收式与吸附式制冷系统的研究与应用以及可再生能源在制冷空调领域的应用研究等等,每一个方面都涉及到许多内容,由于课时的限制,全面讲述制冷空调的所有知识是不现实的,或者只能对每个方面做一个简单的进展介绍。因此合理选择制冷技术与节能的教学内容对于研究生掌握必要的专业知识具有重要意义。针对目前制冷空调技术与行业的发展现状和研究生就业去向,节能与环保已经成为制冷空调技术的核心发展方向,空调器、电冰箱在制冷空调行业中占据2/3的份额,且其能效标准还在不断提高,因此我们在兼顾研究生来源不同、知识背景有差异而概述制冷技术的基本理论的基础上,确定制冷技术与节能的核心内容为制冷剂替代与应用技术、空调器节能技术与电冰箱节能技术,同时兼顾新的制冷理论与方法、工商制冷中的最新技术以及可再生能源的应用,使学生不但了解制冷空调的未来发展,更重要的是掌握当前制冷空调技术主流发展的状况,使学生获得最大收益,以便更好地适应社会的需要。

(二)紧盯学科发展前沿

制冷空调技术和制冷空调行业在近三十年来,接连遇到了与人类生存直接相关的大问题。首先是臭氧层破坏问题。研究表明,过去制冷空调中常用的CFCs和HCFCs物质是破坏臭氧层的罪魁祸首,1987年通过的关于破坏臭氧物质的《蒙特利尔议定书》明确提出了在制冷空调设备中淘汰和禁止使用CFCs和HCFCs制冷剂,并在2007年全球实现淘汰CFCs物质的同时,又达成了比原计划提前10年淘汰HCFCs的目标。另一方面全球变暖对人类的威胁也使得关于气候变化的《京都议定书》于1997年得以通过。在《京都议定书》中,曾经作为CFCs和HCFCs物质替代物的HFCs类物质,由于其较高的全球温室气体潜能值(GWP)而被列为限制使用的物质名单中。包括美国在内的一些国家从2009年开始相继在《蒙特利尔议定书》工作组会议上提出议案,要求将HFCs类物质纳入《蒙特利尔议定书》的管制范围予以限制和淘汰。一些国际标准也相继进行修订,将可燃制冷剂纳入制冷空调允许使用的范围。这些都将对整个制冷空调行业产生巨大影响,并对制冷空调技术提出更高的要求。我们在进行制冷技术与节能的课程教学时紧盯当前学科的最新发展,随时将最新的发展动态、最新的技术成果纳入教学内容,并且紧跟空调器和电冰箱能耗标准,及时介绍空调器、电冰箱节能技术的进展、方法、措施以及未来的走向,使学生在课堂上学的知识与实际同步,并略有超前。同时注意结合教师的研究项目及其研究结果讲解相关内容,努力提高教学的实用性、生动性和灵活性,以使研究生们能够尽早了解、适应实验室的研究,有效地将教学与科研有机结合起来。

(三)坚持理论与应用并重

制冷技术与节能课程不仅针对制冷及低温工程专业的研究生,部分工程热物理和流体机械的研究生也将其作为选修课程。作为一门应用技术的专业课程,教给学生的不仅是一项应用技术的知识,更是一种研究方法。因此,这门课程教学不仅要传授原理知识,更重要的是通过教学,让学生学会思考问题、解决问题的方法,做到学以致用。我们在教学中坚持以基础知识和基本原理为先导,在让学生了解、掌握制冷的基本理论、节能的基本方法和措施的基础上,着重介绍如何运用所学知识来解释、解决制冷空调技术研究中出现的现象,遇到的问题。从传热强化的基本原理到制冷换热器的强化传热、从压缩机的基本原理到压缩机的高效化,从制冷系统的基本构成到制冷系统的优化匹配,从部件到系统深入分析制冷空调的节能方法与措施。同时引用自己和同行工作中的研究经验,使学生更容易理解、掌握应用方法,深入了解其具体应用并能够加以拓展。

(四)改革教学方法,建立合理的考核方式

1.采取灵活的教学方法,充分利用多媒体教学

在授课时为使学生能够抓住重点,用最短时间学到对自己有用的知识,我们根据不同的内容需要、学生的接受程度,把教学内容分为精讲内容和简单介绍内容。只讲基本的、关键的内容和前沿知识以及在科研实践中典型的应用实例;同时,适当地留下一些问题,给学生一个讨论和思考的时间,以便于学生能够更深入地理解相关知识。针对课程教学中存在的从原理系统到组成设备再到实际系统和装置的过渡问题,为使学生能更好地理解复杂的系统、设备、装置及其工作过程,我们设计了完整的电子课件,借助于动画和多媒体技术来丰富课程内容和表现形式,将过去因没有实物对象或由于实物过于复杂而难学的抽象工作原理、复杂的设备结构具体化、形象化,加深学生的理解。同时,对多媒体教案和课堂应用进行研讨完善,努力将生动讲述、形象投影、直观演示、启发思考、活跃课堂有机结合起来。

2.建立合理的课程考核方式

考核是一个重要的教学环节,直接反映学生学习成果与教师的教学质量。建立合理的考核方式,可以准确地反映学生对课程的了解、掌握程度,帮助教师准确地掌握课程教学效果和改进方向。本课程成绩的考核目前主要从课堂表现和课程论文两方面来进行考核。并在课程开设之初即告知学生,使其对各个部分都引起足够重视。课堂表现主要是从到课率、问题回答与分析来实时了解学生的学习情况,提高课堂的学习效率;课程论文则是要求学生根据课程教学内容,结合自己的研究内容撰写综述性论文。从目前的效果看,本课程的课程论文为研究生进入课题研究的开题报告的撰写阶段的论文查阅、文献综述、研究目标的制定和研究方法的确定奠定了扎实基础,取得了良好的效果。

四、关于制冷技术与节能课程建设的思考

综上所述,我们在制冷技术与节能课程的教学过程中得到一些启示和经验,在教学中以拓宽学生知识面、掌握必要的研究方法与手段、了解本学科研究前沿为目的,做到精选教学内容,兼顾理论与应用并重;教学内容要反映制冷空调技术的最新进展;教学方式要灵活并充分发挥多媒体教学的优势。上述教学理念已在并将在以后的教学中继续起到一定的指导作用,以提高制冷技术与节能课程的教学质量,从而有利于培养高质量的研究生。

尽管本课程建设取得了一定成效,但由于目前条件的限制,还存在着一些可以通过努力来进一步提高教学质量的方面,其一是适当增加一些的实验环节,培养学生的实际动手能力,提高学生在制冷空调方面的实验技能;其二是在课时允许的情况下适当增加课堂专题讨论内容,进一步加强与学生互动,了解学生的学术需求,力争通过课程的教学实践让学生学有所用。

参考文献:

[1]康宇.我国研究生教育发展历程及其现实困境[J].哈尔滨学院学报,2013,(12).

[2]周川.我国研究生教育的发展、现状及其问题[J].高校教育管理,2007,(3).

[3]李文武.我国研究生教育发展的现状及其存在的问题[J].兰州教育学院学报,2011,(4).

[4]潘秋生.中国制冷史[M].北京:中国科学技术出版社,2008:5.