时间：2022-05-27 06:30:42
开篇：写作不仅是一种记录，更是一种创造，它让我们能够捕捉那些稍纵即逝的灵感，将它们永久地定格在纸上。下面是小编精心整理的12篇工程热力学论文，希望这些内容能成为您创作过程中的良师益友，陪伴您不断探索和进步。
作者简介：张昊春（1977-），男，河北万全人，哈尔滨工业大学能源科学与工程学院，讲师；王洪杰（1962-），男，山东掖县人，哈尔滨工业大学能源科学与工程学院，教授。（黑龙江 哈尔滨 150001）
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2012）05-0052-02
一、欧美教学体系中的全球气候变化及节能减排教学
工业革命带来的现代经济增长，使人类的物质财富以史无前例的速度扩张。但是，由于这种经济社会发展模式是以使用化石燃料为基础，化石能源生产和消费排放的大量温室气体导致全球气候变化，引发了气候变暖、极端天气、气象灾难、海平面上升，危及整个人类的生存和发展。为遏制全球气候变化，人类必须大幅减少化石燃料的使用，减少温室气体排放。未来的经济社会发展模式必须建立在低碳基础之上，通过低碳发展，研发和推广低碳能源技术、增加碳汇、发展碳吸收技术，以及节能减排、产业升级、消费模式更新和制度创新，大幅提高单位碳排放的生产效率，推动应对气候变化取得新的重大进展。这种变化代表着一种新发展模式的出现，必将深刻地改变人类的生产和生活方式。
应对全球气候变化，加强节能减排事业是国家基本国策，也是当代高等工程教育中必然要深入和强化的教学内容。但是，目前没有将其全面而系统纳入现有的高等教育培养体系中，在教材、课堂教学和素质培养过程中并没有占有相应的重要地位，如何在现有的教学体系中整合这部分内容成为教育者共同关注的问题。
2007年，受美国自然科学基金会的资助，美国Connecticut大学举办了名为“Frontiers in Transport Phenomena Research and Education：Energy Systems，Biological Systems，Security，Information Technology and Nanotechnology（传输现象研究和教育前沿：能源系统、生态系统、国家安全、信息技术和纳米技术）”的研讨会。国际工程热力学领域著名学者，美国内华达大学机械工程系的Yunus Cengel教授做了题为“Green Practices into Engineering and Non-Engineering Education to Combat Climate Change（工程中引入绿色实践及挑战气候变化的非工程教育）”的特邀报告，加拿大皇后大学的Patrick Osthuizen教授做了题为“Some Factors to Consider in Teaching Renewable Energy in an Undergraduate Engineering Program（在工科本科生教学计划中讲授可再生能源的一些考虑因素）”的报告，旨在改进现有的工程教学体系，从而保证发达国家在可再生能源领域的全球领导力[1]。
实际上，长期以来，与气候变化、能源高效利用、可再生能源开发与利用相关的教学和素质拓展内容在欧美的《工程热力学》教材与教学体系中一直得到很好的整合，涉及现实中与能源相关的经济、设计及国家安全问题，既学以致用，又帮助学生提高对工程实践及安全的意识，还提高了学生的环境保护意识，代表了当前国际领域内工程热力学教学的最高水平。如美国内达华大学（里诺校区）Yunus A. Cengel教授和北卡罗来纳州立大学教授Michael Boles合著的《Thermodynamics：An Engineering Approach》一书[2]，是全球范围内最为畅销的工程热力学教材，迄今为止已更新至第7版，其中关于能源与环境、气候变化及能源有效利用的非传统经典内容在书中所占的比重越来越大，彰显了在前言中作者谈到的著书宗旨：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（直接与未来的工程师以一种简单而精确的方式对话，鼓励创新性思维，让学生读起来感兴趣并有热情）。另一个例子是国际工程热物理界著名学者Heniz Herwig教授所著的《Technische Thermodynamik（工程热力学）》教材[3]，包含了温室效应及核能、太阳能、风能、生物能等可再生能源在德国的实际应用案例。
二、教学内容的重新分配与系统整合
工程热力学是研究热能和机械能相互转换规律及热能有效利用的科学。“工程热力学”课程是热工、市政、航空航天等多个工程类专业的重要技术基础课之一，课程的教学目的和主要任务是使学生掌握能量转换的基本规律，并能正确运用这些规律进行热工过程和热力循环的分析计算[4]。本课程的学习不仅为学生学习专业课程提供必要的基础理论知识，而且为学生毕业后解决生产实际问题和参加科学研究工作打下一定的理论基础。以提高能源转换效率为核心内容的“工程热力学”课程与该主题有着天然的紧密联系，可以在传统的教学内容中纳入现代元素，课程教学内容的重新分配与系统整合如表1所示。
三、实践性环节
在实践性环节中，[5]结合工程专业的科技创新活动，通过课程设计和课程论文，让学生自己查阅资料，自己动手分析和解决问题，从而培养创造性思维能力和独立研究能力，论文题目有中国可再生能源利用现状调研、日常生活节能方案、教室照明用电浪费情况调查、航天系统能源设备调研等。
表2给出了一位2006年本科生完成的《个人节能计划与实践》的主要内容。
四、总结
应对全球气候变化，节能减排是当代高等工程教育中必然要深入和强化的教学内容，但是目前尚未在教材、课堂教学和素质培养过程中占据相应的地位，在现有的教学体系中全面而有效整合这部分内容，业已成为国际工程教育界所共同关注的问题。欧美大学《工程热力学》的教学体系中有效整合了气候变化、能源高效利用、可再生能源开发与利用的内容，代表了当前国际领域内工程热力学教学的最高水平。
笔者在宽专业和多学时“工程热力学”教学实践中，将与应对全球气候变化与节能减排密切相关的国家政策、全球能源利用与环境污染现状、能源的高效利用和新能源技术与工程热力学各教学章节环节相整合，并指导学生开展实践活动，取得了良好的教学效果，为“工程热力学”课程教学与气候变化与节能减排的整合进行了有效的探索和实践。
参考文献：
[1]杨玉顺,张昊春,贺志宏.工程热力学[M].北京:机械工业出版社,2009.
[2]张昊春,王洪杰,窦亚茹.高等工科《工程热力学》创新教学模式研究和实践[J],黑龙江教育,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.
论文摘要：分析《工程热力学》的教学实践中采用多媒体技术的必要性，探讨多媒体教学内容的选择、课件的制作、多媒体放映以及多谋体教学中应注意的问题。提出课堂教学应在传统教学方式的基础上合理地应用多媒体技术，提高教学质量。
工程热力学是热能与动力工程专业和建筑环境与设备工程专业的重要专业基础课，同时也是油气储运工程、化工机械过程与装备和石油加工等专业的选修课。它是一门从工程实际出发来论述热能与机械能相互转换规律及其应用的基础性课程。课程的特点是理论性强、概念抽象、公式图表繁多、热力过程变化复杂以及热力循环的表示和分析困难。
多媒体技术是文本、图像、动画、声音等运载信息的媒体结合体，以图文并茂的形式为工程热力学教学提供了多样化、多视角、立体化的教学信息空间。在工程热力学的课堂教学中，合理、适当的采用多媒体技术，不仅充实了教学内容，而且使课堂教学更加生动形象，提高了教学质量，教学效果良好吼
一、多媒体教学的必要性
工程热力学课程的基本理论应用部分涉及许多图片、图形，内容围绕工作原理图、系统循环图展开，传统的板书教学需占大量的课堂时间手工绘制，效果不太理想，如果利用计算机制作成多媒体课件，集光、形、色于一体，形象直观、内容生动，可以使视觉和听觉同时发挥作用，增加课堂授课的生动性，激发学生学习的兴趣，有利于学生认知能力的开发和对教学内容的理解。
〔一)及时更新教学内容。多媒体辅助教学，可以节约板书时间，有效地拓宽教学空间，在有限的时间内提供更多信息量，使教师有更多的时间进行重点、难点知识的讲解。现代科学技术发展迅速，日新月异，而部分教材内容不可能及时更新，在课件制作中可补充大量最新技术资料，不仅解决教材内容相对滞后的问题，而且可引荐专业发展的前沿信息，拓展学生的视野。
(二)完善传统教学手段。多媒体将传统教学手段难以表达的内容和难以观察到的微观热现象通过文字、图像、声音和动画等形式生动的表现出来，加深了学生对知识的理解，激发了学习兴趣和学习主动能动性。另外多媒体可通过字体的缩放、颜色的变化或明暗交替以及动态出现等方式来强调重点，使学生印象深刻，更容易记住这些知识点。
(三)增强学生感性认识。工程热力学中有许多抽象的概念和过程，如孤立系统、平衡状态、压缩过程、水蒸汽定压发生过程等。仅通过书本上的概念和简单的插图来讲述或通过学生的想象来理解、掌握这些知识点是非常困难的，而借助多媒体技术就能使这些问题迎刃而解。多媒体课件支持FLASH动画}WMV，AVI视频等播放插件。如在讲解内燃机结构和原理时，采用FLASH制作简单的动画来演示汽车内燃机的工作过程，学生在动画中能非常直观地看到内燃机的吸气、压缩、燃烧和排气，再配合P-V图画出热力过程，看起来一目了然，有利于学生对过程的理解和掌握，进而分析不同的压缩过程所需功耗的不同。同时结合一些有趣的思考题。如:为何给球打气时用湿布裹住气筒外壁能节省体力?汽车油门是控制油量还是空气量?这样既能有效巩固压缩机省功原理，又与现实生活紧密联系，极大的激发了学生的学习兴趣。
二、多媒体教学内容的选择
国内各类院校能源动力类专业基本都开设了工程热力学课程，但可供课程使用的优良教材数量有限，且教材更新较慢，特别是工程背景和应用方面的知识较为匾乏。为此，首先应根据各高校学科专业特色，选择合适的教材和参考书，为多媒体课件制作提供最基本的知识体系保障。其次各专业知识是相通的，但侧重点不一样，应补充介绍同一概念在不同工程运用背景下的区别和联系，让学生能更好的理解基本概念做到融会贯通。比如，热力学能是工质的内部储存能，是温度和比容的函数。工程流体力学课程中，认为液体流动中温度和比容为常数，所以热力学能不变，研究中可以忽略。而工程热力学研究中，热力学能是重要的状态参数，不能忽略其变化。最后要结合专业特色，拓展工程实践知识，开展相关工程应用专题讲座，避免计算时出现手提吹风机功率在60KW以上，甚至达363KW，而汽轮机喷管出口速度只有十几米每秒的低级常识性错误。
三、多媒体课件制作应注意的问题
多媒体电子教案存在直观、形象、生动、图形图像功能强大、易于展示最新科研成果、教学信息量大、学生易于复习等优点，但同时存在单幅信息量少、幅间信息不连贯、前后呼应不够、学生思维不易跟上等问题。在制作时应该扬长避短处理好以下几点问题。
(一)多媒体模板的制作。多媒体课件需合理照顾章节间的关系，但每张幻灯片的空间有限，难以有效发挥“标题”和“正文”的相互呼应。合理制作多媒体模板，是增加课件内容逻辑性和关联性的重要保证。为此，应根据教学大纲内容制作本章节教学内容的主题目录，教学时采用超链接的方式打开。其次建议每张幻灯片分成三个区域:标题区、正文区和脚注区，并用横线严格区分，做成统一的模板。在标题区右上角，角注本章标题，而在标题区中央插人本节标题。正文第一行插入本节幻灯片主要内容标题，与正文呼应，使信息尽量连贯。脚注区可插人授课日期，页码等辅助信息，保证每页幻灯片的完整性。最后，应制作复习提纲，与首页主题目录提纲和正文重点内容呼应。
(二)文字内容的确定。工程热力学作为一门技术基础课程，基本概念、基本原理、基本方法是要求学生掌握的重点，需要通过大量的文字来进行表述，因而课件上的文字内容不可避免要占有较大篇幅。需要特别注意的是切忌将大量教材内容原文照搬到课件上，授课时照本宣科。文字内容的确定必须经过反复推敲、归纳和总结，将核心内容提炼出来，完整的表述则通过授课或与同学之间的讨论来完善。古人云:文章千古事，得失寸心知。幻灯片制作也是一样，一定要精益求精。建议每张幻灯片不超过四段文字，每段文字不超过两行。在需要特别强调的地方如前提条件和重要结论要点，用特殊强化处理标注，如PPT自带的红色五角星符号。当然对于课程中一些经典的概念和原理如孤立系统嫡增原理等建议给出原文，让学生根据自己的理解提炼或用自己的言语表述，以加强对概念或原理的理解，同时培养学生的逻辑思维能力。
(三)图像的选择与处理。多媒体课件的优势就是图片功能强大，需要充分发挥。应选择既反映工程实际又具有较高清晰度和对比度的优良图片，这样才不会出现投影放大后的图像失真的问题，这一点需严格遵循宁缺勿滥的原则。对于原理性图，如果直接采用软件从书本上复制粘贴由于涉及图像格式转化会导致图像像素丢失，图像失真，建议利用PPT自带的画图工具绘制，这样既可以对图像中各类曲线实现不同颜色、线条标记，又可以在播放时实现分层逐级播放。另外结合PPT动画播放功能里的“擦除”效果，可实现曲线的动态绘制过程，利于学生理解和掌握热力过程曲线。比如，理想气体几种基本热力过程在P-V图上同时出现时曲线烦乱，各区间物理意义复杂易混淆。采用上述方法可以得到很好的解决。
(四)多媒体课件的放映。在课件放映时，文字的出现应设为逐行或逐字播放，让学生有时间记笔记和思考，不宜像放电影一样整屏播出，此时内容繁多，眉毛连着胡子，学生分不清主次，很容易走神，更谈不上理解和掌握。
作者的体会是应根据讲解的思路和过程，逐级播放。特别是涉及公式推导时，应模拟黑板推导的过程，逐步或分块出现。当然，这也会造成教师频繁使用电脑，影响教师讲解和学生思考的连贯性。建议使用多功能激光笔，实现远程控制幻灯片播放。这样教师一方面不用局限于讲台上，活动空间得到大大解放，另一方面也可以到讲台下加强与学生的近距离互动讨论，有效维护课堂记录。
四、多媒体教学中需注意的问题
效果优良的多媒体教学也存在学生视觉疲劳问题，这与黑板教学相比是一个固有缺陷。据赣南医学院的一份调查数据显示。大学生在课堂上被多媒体教学光照时间太长，学生连续2个课时接受多媒体教学，约22%产生轻度视觉疲劳，连续4个课时，轻度视觉疲劳则高达61%。可见，培养一支高素质多媒体教学课件制作队伍，是消除学生视觉疲劳和提高教学质量的关键。积极参加多媒体教学课件制作学习班，学习适用于大学生最佳课件制作视觉效果的理论与方法，制定多媒体教学课件制作视觉审美的基本要素、基本规范和基本参数。
同时多媒体授课时光线较暗，如果课堂授课时教师只是点点鼠标，学生瞪大双眼看，相互之间缺乏交流，学生容易昏昏欲睡。因此教师不能只站在讲台前一字不差地朗读讲课，应当随时观察学生听课的精神状态，适当地走到屏幕前指点内容，或者丰富教师自身的面部表情和肢体语言，利用提问、现场讨论等互动交流以活跃课堂气氛与调动学生学习积极性。
此外，使用多媒体教学的同时要合理的利用板书。声像俱佳的课件相比于传统的板书，虽然能够给学生更直观的感受，但稍纵即逝的课件来得快，去得也快，很难给学生留下深刻印象。对于一些重要的公式和图表，要结合板书推导和绘制。板书是课堂教学的重要辅助手段。
1热经济学的发展历程概述
热经济学起源与20世纪50年代末期，创始人为美国的Tribes。他在其指导的博士论文能量系统的火用分析中，第一次将经济因素引入到了火用分析之中，并首次提出了通过系统逐个寻优达到全局最优的目的。到20世纪60年代中期，热经济学初步有了完善的体系，并被学术界命名为thermo-economics。
Tribes的学生Revamps还发表了热经济学孤立化原理的数学论证。随后，美国的另一学派代表人物R.Gaggioli，他以代数为主要数学计算模式，进而发展了代数模式的热经济学。德国的Beyer，结构系数模式经济学发展为符号经济学，也称知阵模式热经济学(因为西方国家习惯称知阵为符号)，知阵模式代表了热经济学的成熟阶段。
到了1995年，王加漩等科学工作者开始在我国推行国际上各种流派的火用经济学的先进理论。部分学者根据我国的具体国情对其研究应用，并且已经取得了一定的成就，逐渐形成了各自的流派。
2热经济学的原理与优势
目前存在的能量评价方法包括以热力学第一定律为基础的能量分析法。这种分析法虽然操作简单，且已经被广泛应用，但评价值侧重于量而没有评价质。另一种是以热力学第一定律和第二定律和火用平衡理论为框架的火用分析法。这种方法在对能量系统进行综合分析优化的时候，得出的结果往往无法顾及经济因素。目前最为科学全面的分析是法是本文研究的将热力学分析与经济因素综合分析的热经济学分析法也称火用经济学分析法。这种方法结合了工程经济学、系统工程、最优化技术以及决策理论等基本思想，兼顾能量使用的量与质，并将系统的火用流价格数据化，能够评估兼顾能量使用效率与经济价值的综合结果，这种分析法在复杂的工程分析、诊断、优化、改进中，都有重大作用，技术优势非常明显。
热经济学的分析能够全面辅助系统的优化，它的基本原理是在进行系统优化时，确定考虑的变量及变量之间的关系，然后选择约束条件和决策变量，最后用数学手段描述出目标函数与约束方程，进行求解。求解答案能够对项目设计提供重要参考资料，包括对可行方案的选择、对改进措施的评价、对成本的真实计算以及单元系统的维护与更替。
3热经济学的应用
热经济学是分析现代工程系统中一切与能力相关的系统的热力学方法，一般来说，从原则上区分，可以分为两大类方法，一是在卡诺和克劳修斯研究框架中，利用系统能平衡概念分析的系统各项技术、经济指标的完善程度，通过把被研究系统与卡诺循环理想循环系统进行对比，从它们之间的接近的程度判定系统的完善程度。
二是以吉布斯理论为框架，采取热力学势概念的分析方法，分析系统中能量转换过程，以热力学势为分析重点，进而分析各种形式之下功的数值。从这一原理出发，我们可以评估被分析系统任意一点上的物流与能流所做功的性能。这一点能够无视系统的机构复杂程度而直接对系统性能进行评估，所以，我们可以充分利用这一方法的特点，分析得到需要的全部信息。这种方法，首先在化学热力学领域被广泛应用，而其他领域一般仍沿用第一类方法。
在我国热经济学分析法被引入到热力系统，我国学者首先主要通过概念模型来分析热力系统，并实际通过绘制结构图对实际操作进行了指导，热经济学理论并且被用于分析复杂的能量体系，模拟故障诊断，并用于计算成本。
在系统的优化方面，热经济学被用于对系统进行分析，分析的内容包括燃料、产品流的成本，和最红产品的形成过程，在此过程中，通过计算编辑火用成本的变化能够建立能量损耗分析模型，实现了在线诊断系统性能的目标，随后热经济学概念引入到火电机组，建立了加热器故障诊断指标的通用数学模型，实现了加热器故障诊断的可能性。还有学者通过研究火用流的计价和费用分配问题，对把输入的火用流进行拆分，提出了基于能级相近最大化相供的火用流计价策略，并将此原理应用于热电联产热力系统之中。
生态系统的求解问题通常会遇到非线性问题和含义的稳定问题，对这类问题进行求解，必须使用微分几何与张量代数、步骤较为繁琐，且这些方法难度较大。再忽略精度细微误差的前提之下，我们可以使用网络热力学方法去求解，网络热力学分析法是近年来发展并逐渐成熟的计算方法，虽然目前仍有待完善，但是前景光明。
[关键词] 专业基础课；创新型人才；教学方法；实验教学；考试改革
[中图分类号] G642.0 [文献标识码] A [文章编号] 1005-4634(2011)06-0074-03
根据“厚基础、重实践、强能力”的人才培养战略，华北电力大学制订了热能动力工程专业2008版本科专业人才培养方案，确定了“培养基础扎实、知识面宽、能力强、素质高，具有一定创新能力、较强实践能力和良好发展潜力的高级专门人才”的培养目标。教学计划中突出了创新型人才的培养，要求明确各课程及其教学环节在人才培养中的地位，进一步发挥其培养创新型人才的作用。
专业基础课程作为提高人才培养质量和培养创新型人才的基础环节，起着举足轻重的地位[1]。其教学目的是要求学生掌握课程的基本理论、基本方法和基本实验技能，培养学生分析和解决实际问题的能力，通过知识的不断积累和融合，为后续课程的学习打下扎实的基础。教学过程涉及教学目的、教学内容、教学方法、实验教学和考试方法等多个环节。目前，各教学环节均存在可深层次挖掘的潜力，尚未充分发挥在人才培养、尤其是创新型人才培养中的作用。这表现在教学方法上仍为“师授生录”的传统模式、学生主体作用不突出；教学内容上为重理论、轻实践的“一手硬、一手软”现象；实验内容多为验证性实验，深层次和边缘性的实验现象未被重视和挖掘；考试方法多为理论内容，忽视实验教学内容等诸多方面。教学实践中，如能对上述各环节进行深入研究和探讨，充分挖掘其深层次内涵，并在实践中加以实施，必能有效提高人才培养质量。
本文以华北电力大学热能动力工程专业的专业基础课工程热力学、流体力学和传热学为研究对象，旨在通过深入研究各教学环节在人才培养，尤其是创新型人才培养中的地位和作用，达到全面提高教学效果的目的，将培养目标真正落到实处。
1 明确教学目的
教学目的是培养创新型人才的指南和方向。热能动力工程专业设置有电厂热能动力工程、电厂集控运行、制冷与空调工程等三个专业方向。三个方向虽有不同，但其专业基础课均为工程热力学、流体力学和传热学，是学习各后续专业课的前提和基础。这三门课程既相互独立，又相互衔接，如流体力学的学习需要工程热力学的知识，传热学的学习又以工程热力学和流体力学的内容为基础，因此开课顺序依次为工程热力学、流体力学和传热学。
三门专业基础课程教学目的又各具特色。工程热力学的教学目的是通过学习工程热力学的基本理论和基本知识，重点掌握热力学基本概念，热力学第一、第二定律，水和水蒸气性质，动力装置循环和制冷循环等。流体力学要求学生掌握流体力学基本概念和基本理论，重点掌握流体的平衡和运动规律、势流理论、边界层理论、相似原理和气体动力学基础等。传热学的目的是使学生掌握有关热量传递的基本理论知识（热传导、对流换热、辐射换热和换热器），具备分析和计算传热学问题的能力。同时，各专业基础课均要求掌握一定的实验技术和实验操作技能。
热能动力工程专业中的诸多实际现象或科学问题，可能需要其中一门或多门课程的知识，或者可以从不同方向进行分析，进而达到全面认识的目的。因此，上述三门课程的学习不可偏废，而且只有明确了各专业基础的教学目的和要求，才能达到人才培养的基本要求。
2 优化教学内容
教学内容是培养创新型人才的核心。教师应根据课程教学大纲的要求，明确教学内容中的基本要求和核心要求。在此基础上，适当拓宽、拓展教学内容，同时密切关注、跟踪本专业不断涌现的新的发展方向，不断将与课程相关的新问题、新现象和新理论补充进来，通过丰富和优化教学内容，从而激发学生的学习兴趣和动力。
如工程热力学中，对于复杂动力装置的分析以往多从热I律（焓）角度进行研究，而目前文献多从热II律（焓和熵）角度出发，以找到节能降耗的薄弱环节和实现能量的梯级利用；又如流体力学和传热学近年来涌现了大量新问题，如微纳尺度内流体的流动与传热，活性剂溶液铺展过程的指进现象，负压状态下液滴的雾化过程等，以及新技术的应用，如高速摄像技术、PIV测速技术等等。在这些方面，教师可结合相关领域的研究和应用现状，或自身的科研进展和兴趣，将新的科学现象、科研成果融入本科教学，在拓宽知识面和提高学生科研兴趣时，逐渐培养和发现创新型人才，并使部分有想法的同学提前进入预研状态。
3 改进教学方法
教学方法是培养创新人才的关键环节，教学方法不同其教学效果也会有所不同。对于专业基础课，教学内容多为经典的理论内容或方程推导，并由此展开实际应用的讨论，目前这类课程多采用以教师为主的讲授式方法。授课中，以教师为主体，学生基本处于被动位置，学生在课堂上很少主动提问或敢于就不同见解与教师商榷[2,3]。实践表明，这种传统的教学模式不仅不能发挥学生的主动性，也不利于创新型人才的培养。因此，转变教学观念、改进教学方法，逐步形成研究型教学的现代教育理念就成为培养创新型人才的迫切需要。当然，不同的教学内容应选择恰当的教学模式，切不可盲目“一刀切”。对于基础性和原理性的内容，仍以教师讲授为主；在此前提下，针对课程有关内容（如持不同观点），通过合理运用启发式教学、讨论式教学、准研讨式教学[4]等形式，鼓励学生广开思路，敢于“于不疑处有疑”，在积极主动的教学活动中促进学生创新意识的培养。
发挥学生主体作用是培养创新人才的催化剂。为此，教师应逐步树立教师主导、学生主体的教学理念[5]。教学中，积极创造良好的课堂氛围，充分调动学生的主观能动性，激发其学习动机和兴趣，使其逐步成为教学活动的主角，从而将知识转化为能力、将兴趣转化为动力、将质疑和问题转化为研究课题。例如流体力学中，机翼理论中关于机翼升力的形成过程，又如关于边界层分离现象中的分离位置，这些内容在不同教材有着不同的观点，同学可自行查阅书籍和文献，进而展开讨论；传热学中，如何正确理解外掠圆管换热局部换热系数在不同雷诺数下的回升现象与边界层发展和分离的关系，以及各种新型高效换热器的型式和机理，而且同学均充分发挥想象力，从理论上提出新型换热器。另外，有些拓展性内容也可让学生讲解，如流体力学讲到超声速流动及其现象时，对于音障现象及其对飞机的影响，可由1名同学来讲，既拓展了知识面，又激发了学习兴趣。
教学之外，针对学生对知识的求知欲、对新问题和未知现象的探索精神，充分发挥其主观能动性和独立思考的能力，鼓励学生敢于想象，大胆提出自己的设想和观点，逐步达到学以致用、能力和水平逐步提高的目的。目前，部分学生在专业教师指导下，利用动力系实验基地，积极参与全国和学校大学生创新计划、数学建模比赛、大学生挑战杯和大学生节能大赛等科技活动，以及教师的一些纵、横向科研项目中。通过主持或参与具体的科研项目，不断发现和解决新问题，逐步提高了自身的创新能力，同时也锻炼了组织能力，培养了团队精神，综合能力得到明显提升。通过上述实践活动，目前已涌现出一些具有一定创新意识和创新能力的学生，或发表了学术论文，或授权了实用新型专利。而且也作为保送研究生的优选条件之一，也进一步促进了学生的参与热情和科研积极性。
4 挖掘实验教学内容
实验教学是培养创新人才的有力手段。实验教学不仅是对理论内容的实际验证，更重要的是培养学生实验技能和分析能力的重要措施[6]，也是发挥学生主体作用的最有效的实践环节之一。专业基础课实验分为验证性和综合性实验，验证性实验侧重对基本原理的验证和再现，综合性实验则侧重于较复杂现象的分析，二者侧重点各有不同。实验中，若能充分发挥学生的主体作用和探究精神，通过深挖实验教学内容的内涵，鼓励对有关边缘性现象的观察和深层次问题的探索，势必能在很大程度上提高培养学生的创新意识和能力。因此，实验中，强调学生亲自动手操作实验、主动分析实验现象、独立思考问题和解释问题。
验证性实验也能在很大程度上提高学习效果。如流动演示实验中，在突然扩大的流动通道内，可清晰地观察到突扩前的截面上其流线为接近于平行直线，这也是为何在理论分析中可以把该截面近似作为缓变流截面的原因所在，若不通过实验现象，仅靠想象既不直观又缺乏说服力，而且可通过改变流速，进一步验证这一假设是否始终成立。又如流体力学中的伯努利方程实验，该实验再现了各测点处的总水头和静水头在不同流量下沿流动方向的变化规律，若脱离实验过程，也可以从能量守恒和能量转换的角度得出上述规律，这当然需要扎实的理论基础和分析能力，但理论和实验教学的有机结合，可起到事半功倍的效果。
综合实验更能全面考察学生的学习效果和运用知识的能力。如换热器综合实验中，为何对于相同的换热器结构，逆流情形下的传热系数要小于顺流情形；并联管路特性及流量分配实验中，为何具有相同结构的各并联管道其流量不同，压力损失也不同；离心泵并联及工况调节实验中，在不同负荷下，采用共用阀和非共用阀进行调节其经济性为何不同；边缘性现象，如泵性能实验中的汽蚀特征及噪声特性也值得进一步研究。
另外，对于实验数据的处理，坐标系选用线性坐标还是对数坐标，参数是以有量纲还是无量纲形式进行整理，实验数据坏点的正确剔除和有效数据的保留等，都有充分发挥的余地，也是培养学生科学思考问题和获得正确结果的关键之处。
5 改革考试方法和内容
考试作为教学活动的最后一环，是教学成效和学习效果的综合反映，教学过程的各个环节，尤其是薄弱环节都可以从成绩分布上反映出来。因此，考试方法和内容是否能够有效地反映了教和学的全过程，将在一定程度上影响创新型人才的培养。为此，笔者一改过去单纯采用闭卷考试的方法，从内容到形式上进行了多方面尝试，探讨了多种教学环节有机结合的考试方法，力求实现对教学效果的全过程评价。
目前，在考试内容方面，一是在符合教学大纲要求的前提下，将实验教学内容纳入考核范围，分值为150%，内容包括实验现象和参数变化的分析、仪器的测量原理和用途等。实践表明，此项措施的实施在很大程度促进了对实验教学全过程的重视，取得了预期的效果。二是增加了理论联系实际较强的题目，或综合性题目或拓展性题目，分值为10%，进一步提高提炼科学问题或全面综合运用知识的能力，也有助于发现创新型的学生。在考试方法方面，采取了包括开卷考试、期中+期末考试、实验成绩+期末考试、平时测评+期末考试等在内的多种方式。无论是开卷还是闭卷，均将复杂必要的公式附在试卷上或给出相关提示，将考核重点放在知识的应用能力和分析能力上面。期中+期末和平时+期末这两种方式通过强调平时的知识积累和复习，做到及时发现问题、及时解决问题。
总之，以专业基础课为载体，通过深挖和细化教学活动各环节的深层次潜力，将创新型人才的培养贯穿于教学的全过程，可促进教学效果和人才质量的全面提高。
参考文献
[1]张文慧,龚毅.加强专业基础课教学改革，培养学生实践创新能力[J].中国电力教育,2009,(15):70-71.
[2]赵艳林.培养创新人才：大学教学模式的传统与变革[J].中国高等教育,2003,(15):31-32.
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[4]李建文,刘伍权,薛云.工科专业基础课“准研讨式”教学法的探索与实践[J].理工高教研究,2010,29(1):117-119.
英文名称：Journal of Chemical Industry and Engineering(China)
主管单位：中国科学技术协会
主办单位：中国化工学会
出版周期：半月
出版地址：北京市
语
种：中文
开
本：大16开
国际刊号：0438-1157
国内刊号：11-1946/TQ
邮发代号：2-370
发行范围：国内外统一发行
创刊时间：1923
期刊收录：
CA 化学文摘(美)(2009)
CBST 科学技术文献速报(日)(2009)
Pж(AJ) 文摘杂志(俄)(2009)
EI 工程索引(美)(2009)
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中文核心期刊(1996)
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中科双效期刊
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关键词：汽化冷却;提高除尘效率;延长使用寿命;降低能耗
中图分类号：TF713文献标识码： A
1、前言
转炉炼钢在吹氧冶炼期，会产生大量含有一氧化碳和含铁粉尘的高温烟气，具有高温、剧毒、易燃、易爆的特点，对大气和车间环境污染严重。建立高效的烟气净化回收系统，是钢铁行业节能减排，实现可持续发展的当务之急。冷却夹套是烟气净化回收系统最重要的组成部分之一。现有系统通常采用水冷夹套，该设备安装在转炉汽化冷却烟道出口与一级文氏管进口之间。由于汽化冷却烟道出口烟气温度很高，故该处设备须不断冷却才能保证长时间的使用。但水的冷却效率低，烟气降温效果差，不仅造成能源浪费，而且与烟气接触的设备表面持续保持高温状态，使设备极易磨穿，而更换时需要转炉停产，造成经济损失。
本论文提出的汽化冷却夹套采用汽化冷却方式，利用水蒸发的汽化潜热吸收烟气热量，实现烟气降温。相比传统的水冷夹套，可显著降低烟气温度，提高热能回收率。烟气的温度降低的同时，体积随之减小，因此后续除尘设备的除尘效率显著提升，大大降低一次除尘风机的能耗。同时由于水汽化过程的吸热量远高于同温度下未发生相变的水的吸热量，故可大幅减少循环用水量。另外，相对于水冷夹套，本论文提出的汽化冷却夹套的净环水管路连接管的结构更为简单，管道及阀门的使用数量少，有利于生产操作和后期维护。
2、水冷夹套的特点
2.1水冷夹套的结构和工作原理
水冷夹套的主要特点是冷却方式采用通水冷却方式。如图1所示，法兰连接在汽化冷却烟道出口处，水冷夹套下部筒体插入一级文氏管溢流水盆内。水冷夹套采用双壳结构，外壳与内壳形成空腔，外壳上设有冷却水进口和冷却水出口，内壳与高温的转炉烟气直接接触，在设备运行过程中，含有高温高硬度杂质的烟气在内壳内持续流过，对内壳造成持续不断的冲刷，内壳在外力的作用下极易磨穿。为了延长设备使用寿命，就需要提高内壳钢板的耐磨性。首先内壳应选择高耐磨的钢板制作,通常采用16Mn材料制作。其次通过降低钢板的工作温度保证其耐磨性，因此需要通过的空腔内持续注入20℃的冷却水对内壳进行冷却以保证内壳的正常温度从而保证其耐磨性。
2.2水冷夹套的缺陷
水冷夹套的使用寿命通常较短，水冷夹套的使用寿命主要取决于内壳的使用寿命，采用通水冷却方式，由于水的冷却效率低，与烟气接触的设备内壳会持续保持高温状态，钢板的耐磨性减弱，因此设备极易磨穿，而更换时需要转炉停产，因此造成损失。
要持续不断的供给设备冷却水，用水量大，运行成本高。
3、新型的汽化冷却夹套的特点
3.1新型的汽化冷却夹套的结构和工作原理
新型的汽化冷却夹套以热力学焓变理论，气液相平衡理论，热力学第一定律，傅立叶定律等为理论支撑，通过理论计算，实验室验证和工厂的实际应用证明了其存在的必要性。
新型的汽化冷却夹套是利用水转变成蒸汽时吸收热量冷却构件。根据热力学焓变理论，水汽化时体积急剧增大，分子平均距离增加，需克服分子间引力并反抗外界压力作功，故相比同温度下未发生相变的水，吸热量明显增大。以工作压力为0.5Mpa（表压）的汽化冷却系统为例，1kg饱和水受热装变成蒸汽时吸热2089.2GJ，如果给水温度是20℃，把水加热到沸点（158℃），1kg水吸收热量577.8GJ，这两部分热量加在一起，则1kg 20℃的水在0.5Mpa（表压）下的汽化冷却系统转变为1kg饱和蒸汽，吸热量为2667GJ。如采用水冷却系统，则1kg水仅能带走83.74GJ左右的热量。达到同样的冷却效果时，汽化冷却用水量仅为水冷却的1/30。因此汽化冷却夹套比水冷夹套降温效率高，并可大幅降低循环水量。相应的，汽化冷却夹套产生的蒸汽相对于水冷夹套产生的热水，放热量更高，应用范围更广，既可用于生产、生活用汽，也可用于低压饱和蒸汽发电，提高厂区自发电率。
新型的汽化冷却夹套结构（详见图2），包括有汽化冷却夹套本体，该本体呈筒状。在汽化冷却夹套本体的上端设有上、下环管；上环管上接有上升管，下环管上接有下降管；上、下环管之间设有密排汽化管，该汽化管为空心管，空心管密集纵向排列、连续焊接，由此组成一个冷却围壁。
汽化冷却夹套在使用时，用法兰将其连接在汽化冷却烟道出口处，汽化冷却夹套下部筒体插入一级文氏管溢流水盆内。下降管与汽化冷却烟道下降管连接，不断补充汽包提供的软化水。下降管通过下环管将软化水分流进入密排汽化管内，而后进入密排汽化管内的软水经转炉高温烟气的加热变成水蒸汽汇入上环管内，最后通过上升管与汽化冷却烟道上升管汇合后进入汽包内。如此经过反复循环，完成换热过程。
汽化冷却夹套的下环管上设有排污管，排污管上设有排污阀。如此可定期打开排污管上的排污阀进行管道清洗，以此防止管道内部杂质积累导致管道堵塞，保证管道内软化水和水蒸汽的流通顺畅，从而保证设备热交换效率和使用寿命。
图2 汽化冷却夹套结构图
1-法兰2-下降管3-下环管
4-下部筒体5-上升管6-上环管
7-密排气化管8-排污管9-排污阀
3.2新型的汽化冷却夹套的优点
采用的冷却方式为汽化冷却方式。汽化冷却夹套上的上升管直接与汽化冷却烟道的上升管相连接，汽气化冷却夹套上的下降管直接与汽化冷却烟道的下降管相连接，相对于采用水冷方式的水冷夹套中的净环水管路，连接管的结构简单，管道及阀门的使用数量少。
采用汽化冷却夹套耗水量将减少到水冷夹套的1/30。汽化冷却方式降温效率高，可以有效的降低与高烟气接触的设备表面的温度，延长设备的使用寿命。
汽化冷却夹套的冷却效率高，可以有效的降低转炉烟气的温度，减少转炉烟气量，提高后续除尘设备的除尘效率，降低一次除尘风机的能耗。
4、结论
我国是一个发展中大国，在经济发展的相当长时期内钢铁需求较大,虽然产量已多年位居世界第一，但钢铁产业的技术水平和物耗能耗与国际先进水平相比还有很大差距，吨钢能耗与国际先进水平相比要高出20% ～ 30%。因此钢铁产业今后发展重点是技术升级和结构调整，以发展循环经济，降低物耗能耗，重视环境保护，汽化冷却夹套的应用，切实响应了国家相关政策，并且提高企业综合竞争力。
新型的汽化冷却夹套使用寿命长，减少了因为更换此设备造成的转炉停产造成的一系列损失，能在一定程度上提高企业的经济效益。
可见在钢铁生产企业广泛采用装有汽化冷却夹套的转炉烟气净化回收系统对企业自身和我国冶金工业可的持续发展具有重要的意义。
参考文献：
郭鸿发 《冶金工程设计》.第一册.设计基础 北京： 冶金工业出版社， 2006.6
论文关键词：孔隙热弹性地基，移动周期载荷，周期性条件，微分求积法(DQM)，动力学响应
0 引言
半空间体受移动载荷作用的问题是交通运输、土木工程以及地震工程中最基础的一类课题。例如，由高速火车或者地铁引起的噪声和振动是现代城市结构设计中必须要考虑的重要因素。对移动车辆或者地铁引起的微振动的评估，以确保精密仪器的正常运行，对于土木工程设计部门来说同样重要。研究运动荷载作用下地基的动力响应，对于我国，尤其是对于在南方软土之上发展新型高速铁路，开发磁悬浮列车也具有重要的理论和工程意义。
在文献[1-3]中，人们研究了在移动载荷作用下弹性或者粘弹性半空间的动力学响应。但是，利用单相介质来模拟由土颗粒和水组成的二相饱和介质会产生一定的误差。为了进一步探讨在移动载荷作用下由二相饱和介质组成的地基的动力学响应，基于多孔饱和介质的Biot理论[4]，金波等[5-7]用Fourier变换研究了受匀速移动简谐力作用的多孔弹性半平面问题，发现多孔饱和弹性固体在移动荷载下的动力响应与单相弹性固体的动力响应明显不同，多孔饱和弹性半平面的应力和孔隙水压力都随振动频率或载荷移动速度的增加而增加。
虽然，用Biot理论成功地解决了许多工程实际问题，然而当地层介质中的孔洞不含液体时，用Biot理论来描述流体饱和多孔介质显得不够准确。为了弥补这一不足，同时考虑温度的影响，Goodman，Cowin和Iesan等人[8-11]发展了一种较为完善的孔隙热弹性理论。该理论的基本假设为：材料的体积密度是两个场，即基体材料密度场和体积百分比场的乘积物理论文，这样，材料体积密度的表达式可由一个独立的动态变量表示，这个变量就是孔隙体积百分比。然后由热力学第一、第二定律导出各向异性孔隙线性热弹性材料的基本方程。
由于孔隙热弹性材料兼具结构和功能双重用途，具有相对密度低、比强度高、比表面积高、重量轻、隔音、隔热、渗透性好等优点，它们多见于天然多孔材料、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、机械、医药和环保等诸多领域具有广泛的应用前景，而且相比其他理论也更适合用于研究特殊的连续体和地质材料，如岩石，砂土等的力学特性。
本文基于孔隙热弹性线性理论，首先建立了在移动周期载荷作用下二维孔隙热弹性地基动力响应问题的数学模型，其中包括动量平衡方程、平衡力的平衡方程、能量方程、周期性边界条件、初始条件等。在此基础上，分别采用微分求积法(DQM)和有限差分法(FDM) 在空间和时间域内对控制方程进行离散，并求解。作为算例，首先研究受移动谐载荷作用下孔隙热弹性地基的动力学响应。然后，分析了在极限车载作用下孔隙热弹性地基的动力学特性，考察了车速对沉降、孔隙体积百分比和温度的影响。通过计算和分析看到，本文提出的用于处理周期性问题DQM，具有精度高、收敛性好，计算效率高等特点。对于求解各种土质条件下地基的动力学响应具有独到之处。
1问题的数学描述
考察图1所示厚为，宽为无限长的孔隙热弹性二维介质，其所占的区域，在顶端受移动周期性外载荷或周期性温度的作用。任取一个周期性区域来进行分析，是周期载荷的波长。令为区域左右两侧的周期性边界，其边界方程为：。
论文关键词：课程设计；动力机械及工程；实践教学
一、课程设计的目的与基本要求
在全国开设动力机械及工程专业方向的高校中，很多都安排“内燃机课程设计”这一教学环节，旨在通过课程设计使学生应用、巩固、丰富、提高所学内燃机专业知识，加深对所学理论知识的理解，获得与专业有关的实践经验，培养学生的实践能力和专业技能以及综合运用理论知识分析和解决实际问题的方法与能力。因此，课程设计是对前期理论与实践教学效果的检验，也是对学生综合分析能力与独立工作能力的培养与检查过程。
课程设计通常包括：设计目标和内容制定、方案选择、设计计算、设计绘图、设计报告和图纸的提交、答辩及教师的成绩评估。课程设计目标和题目选择由实践教学大纲确定，设计目标必须清晰和明确，设计题目和内容必须符合专业方向要求，在深广度与分量上要求合理；方案选择是由学生在指导教师的指导下完成；设计计算即学生根据所学相关理论知识进行设计计算的过程；设计绘图是工科学生必须具备的能力，一般可以手绘或利用绘图软件在电脑上完成；设计报告为学生在设计结束时完成和提交的成果；教师最后根据预定标准对学生设计效果进行评估，并给出成绩。
通过内燃机专业课程设计，应该能够达到以下基本教学要求：掌握内燃机设计的基本要求和方法，了解内燃机现代设计理论和方法的基本内容和实际应用；能正确分析内燃机各主要零件所受载荷的大小和性质，掌握其工作特点和设计要点，掌握基本尺寸和结构的确定原则以及计算方法，了解有关的新技术和发展趋势；熟悉内燃机工作过程，掌握各参数对工作过程的影响和提高内燃机动力性、经济性的措施；熟悉内燃机的性能指标。
二、原课程设计内容安排和存在的问题
1.课程设计内容安排
课程设计安排在第6学期末进行，为期3周。指导教师提供一套四缸发动机的设计横向和纵向参考图纸，要求每个学生根据实际比例画出横向和纵向图，并熟悉其中的结构特点，然后进行发动机在某转速下的运动分析，并提交一份相应的设计报告，最后教师利用两天时间对学生的课程设计进行答辩评分。
2.存在的问题
（1）原课程设计内容安排中绘图工作量大，在两周左右时间内要求每个学生在认识、消化和整理原图的基础上，完成两张四缸发动机的横向和纵向图，这对于大部分学生来说是一件很难完成的事情。所以，到最后造成的结果就是大部分学生无法达到课程设计基本要求，即学生并不能通过课程设计掌握发动机的工作特点和设计要点，掌握基本尺寸和结构的确定原则以及计算方法，更谈不上在设计中发现问题，进行创新设计。另外，学生在课程设计中没有应用内燃机现代设计理论和方法进行设计，从而背离了课程设计锻炼学生实际应用能力、尽可能实现零距离上岗的目的。
（2）课程设计答辩是以教师提问为主的“问、答”方式，不能全面地考核学生们对课程设计的掌握程度。更重要的是，学生们对自己的设计过程及结果并没有系统地总结，对自己的成功与不足之处没有一个明确的认识，使他们在今后的学习中没有明确的努力方向，这并不是一个好的学习习惯。
（3）课程设计的组织形式单一。课程设计的目的之一就是要培养学生分析和解决问题的能力。从人才培养的过程来看，在一个人的经验还很不丰富的情况下，团队合作是迅速提升其分析问题和解决问题能力的最好途径之一，也是知识共享、成长最快的方式。然而，原课程设计还只是处于单打独斗、一人一题的局面。为了在短时间内迅速完成自己所承担的课程设计内容，每个学生都只顾埋头做自己的事情，这样也直接造成学生们在遇到问题的时候，没有互相讨论、互相学习、相互借鉴的可能，同时，对于职业意识、合作精神的培养也没有起到应有的效果，这也不符合我们所倡导的工程教育的理念。
三、课程设计的改革探索
1.改进课程设计内容
内容安排中减少机械重复的画图工作量，将四缸发动机设计改成二缸机设计，并强调团队合作设计理念，安排2人一组，每个学生只要求手画一张纵向图或横向图，另加两张用绘图软件绘制的零件图，由此一方面补充了现代设计方法在内燃机辅助设计中应用的培训，也使得学生有时间对设计进行全面思考，保证了对设计计算过程的理解。
2.加强现代设计方法在内燃机辅助设计中应用的培训
分别以动力机械及工程专业的两大主干课程“内燃机原理”和“内燃机设计”为基础，将学生分为内燃机工作过程热力学计算和内燃机运动学和动力学计算两大组，加强了现代设计方法在课程设计中的应用。要求进行内燃机工作过程热力学计算的学生根据热力计算公式，对内燃机各热力参数、指示参数进行计算，并绘制示功图，它对内燃机的设计有一定的指导意义。要求进行内燃机运动学和动力学计算的学生以发动机运动学与动力学仿真分析为目标，掌握发动机运动学与动力学分析问题的思路与方法，并能将思路与方法付诸于程序语言进行仿真，通过仿真结果进一步加深对发动机发火顺序、转矩波动和轴承负荷图的理解。
3.设计过程进度安排阶段化
第一阶段：大约1～2天时间，进行内燃机总体设计和方案选择，在产品总体设计中要选择和确定内燃机的主要设计参数，在进行热计算和外特性计算及主要零部件设计前，首先要选择零部件的类型、布局方式，如：气缸的布局方式、燃烧室的选择等。
第二阶段：大约2～3天时间，进行内燃机工作过程热力学计算和内燃机运动学和动力学计算，学生依据分组情况分别按要求进行具体的计算。
第三阶段：大约8～9天时间，进行绘图工作，每个学生手画一张纵向图或横向图，另加一张用绘图软件绘制的零件图。
第四阶段：大约2～3天时间，整理并编写课程设计说明书。
4.细化课程设计成绩的评定方式，鼓励创新意识，加强平时考核监督
课程设计改革要做到成绩评定严肃、认真、科学、公正，只有制定合理的成绩评定标准才能取得学生对成绩的认同感。改进后的课程设计从一开始就明确给出评定的办法以及细则，并严格加以实施。最后的总成绩是将设计说明书质量、创新意识、图纸质量、答辩以及平时成绩进行加权综合计算得出。其中说明书质量包括方案说明、设计计算过程，以及学生对课程设计的理解、认识和收获等，要求报告思路清晰、文字通顺，书写规范，符合技术要求与撰写规范。总成绩别考虑了创新意识的成绩点，只要学生在教师给的简单的原设计模板上有所创新的都予以成绩上的鼓励。此外，加强平时成绩的考核，主要参照出勤、提问和平时阶段性任务的抽查情况等方面给出成绩。出勤情况除了教师抽查记录，还委任几个组长进行记录。四个设计阶段完成情况均分别记入平时成绩。
5.改进课程设计答辩方式
答辩时除了采用教师提问的“问、答”方式外，还要求学生能指出自己在图纸方面和报告方面的问题，注意引入学生自我的认识，允许学生参与对成绩的评定。或者要求学生指出别人图纸问题，以考查学生对实际问题的处理能力和对基础知识掌握的程度，侧面也反映该学生是否亲自完成了课程设计任务。此外，答辩时还现场抽查某些学生对绘图软件的使用情况。对于不合要求的学生，必须要求在规定时间内重新完成，否则不予通过。
关键词：高等农林院校；物理化学；教学模式；专业特点
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2015）17-0133-02
物理化学是高等农林院校在应用化学、资源环境科学、环境科学、食品工程、食品安全、制药工程、林产化工、生物科学、生物技术、生物工程等专业开设的一门必修课，是物理学与化学最早相互渗透的一门交叉边缘学科，被称为“化学的灵魂”。该课程不仅对培养学生创造性思维能力和创新能力、提高学生素质有极其重要的作用，而且有助于学生树立正确的自然观、掌握科学方法论。然而众所周知，物理化学是化学课程中基础的基础，较抽象，教学有一定难度。农林院校的学生对这门课更是望而生畏，因此，我们应让基本原理在科学研究和实际应用的实例中展现其活力，以此提高创新能力。因此，近年来，我们结合农林院校开设物理化学课程的各个专业的学科特点，在教学内容安排、教学方法等方面始终与学生所学的专业结合，提出了物理化学与专业结合的教学模式。
一、教学内容与专业特色紧密结合
在课堂教学中，设计好教学内容比制作PPT课件更重要，不应让“死”的公式和概念充斥课堂，而应让原理在科学研究和实际应用的实例中展现其活力，培育兴趣，提高创新能力。因此，我们在教学内容上，坚持做到“传统物理化学”与“应用物理化学”的有机统一。在对各专业学生的教学过程中，坚持将物理化学的基本理论和基本知识系统地介绍给学生，培养学生的科学素养。在此基础上，紧密结合专业实际、生产实际和生活实际，查阅大量物理化学在各专业领域应用的实例，如将热化学、多组分体系热力学、相平衡、电化学、表面与胶体化学等内容以专题的形式进行讲授，增加反映学科前沿与研究热点的专题内容，并根据专业方向进行专题辅导。如针对应用化学专业学生，物理化学是一门专业主干课，教学时数较多，物理化学基本理论应该是课程的重点教学内容，但其专业特色又偏重于“应用”二字，所以在做好基本理论教学的同时，重点介绍传统物理化学与其他学科专业之间结合所派生出的一些交叉学科及其应用，如生物物理化学、地球物理化学、土壤物理化学等；同时举一些“闪光点”说明物理化学基本原理在现代技术中
发挥的巨大作用，如物理化学在合成化学和新材料的制备、现代分离技术、新能源技术等现代技术中的作用；同样，在我们周围生活中，物理化学原理也无处不在，如2008年我国南方地区遭受的大面积冻雨灾害的冻雨形成的原理，人体肾功能即反渗透功能，人工降雨、洗涤、矿物浮选、纺织品印染的渗透、油田的二次采油等原理，结合这些“小问题”可以使书本上的理论变得生动而容易理解，培养学生的物理化学视角。对于生物类和制药学等专业，在学生学习物理化学基本理论和基础知识的基础上，以热力学、电化学、动力学、胶体与表面化学的应用为教学重点，如现代生物科学与物理化学学科交叉与融合而发展起来的，在21世纪已经成为热门研究内容的生物热力学、生物电化学，药物及材料分子设计方法简论、表面活性剂的应用、微乳液的应用等。对农业资源环境专业，以电化学、动力学、表面与胶体化学为教学侧重点，着眼于让学生了解如何解决环境资源合理利用与环境保护问题，如讲授相平衡知识时，以专题讲座的形式介绍超临界流体在废弃物的合理利用问题、土壤和水体污染的治理问题等的应用及进展；吸附剂和絮凝剂的研究进展；电化学在环境污染治理中的应用、电有机合成、纳米电化学、燃料电池、锂离子电池等新能源技术等。食品科学与食品安全专业，介绍食品科学中的物理化学方法，如热分析在测定食品热值中的应用，化学动力学在食品保鲜保质期测定方面的应用，胶体化学原理在食品加工中的应用等等。
二、与专业结合的绿色化实验教学
实验教学是课程三段式教学中理论知识的具体验证与应用。在实验教学环节中，又分三个教学层次来进行，即实验技术讲座、基础理论验证性实验和运用物理化学知识解决实际问题的综合性实验三部分。在实验技术讲座的基础上，根据专业学时不同，安排8个或10个涉及热力学、电化学、化学动力学、表面化学与胶体化学等各方面理论知识最典型最具代表性的验证性实验，同时注重实验过程的绿色化，如凝固点降低实验中的苯和萘更换为水和尿素，双液系中的苯更换为环己烷，溶胶性质中的三硫化二砷负胶更换为粘土。在验证性实验训练的基础上，根据实验室条件、不同专业、不同实验学时数，选取一些与专业有关的研究性、应用性实验项目，让学生综合运用物理化学课程学习及查阅文献资料获得的知识，自行进行实验设计，完成实验内容，分析实验结果，撰写实验报告。如针对应用化学专业学生，结合每位教师的科研工作，提出了与生产相关的4个综合性实验项目：果醋总酸度的测定、果胶酶对果汁黏度的影响、维生素C氧化速率的测定和大孔树脂对色素吸附速率测定；对于资源环境科学及环境科学专业学生，主要结合环境问题，提出了表面活性剂临界胶束浓度测定和活性炭对水体中有机污染物的吸附性能测定实验项目。另外对于同一实验，针对不同专业，采用与其专业相关的不同实验材料，如电导滴定实验，对葡萄酒专业，让学生测定葡萄酒的总酸度；而对食品类专业，测定食醋的总酸度；对于资源环境专业，测定土壤的阳离子代换量及不同水体的电导率，这些实验内容同样体现了绿色化的内涵，而且实验内容也趣味化。
三、教学方法中突显物理化学在各专业中的地位
教学方法改革是影响人才培养模式改革的关键环节之一。教学方法不仅影响学生完成学习任务的“程度”，也是影响教学质量“方向”的一个重要因素。因此，为了帮助学生在本质上理解化学变化，从理论上解释化学现象，在实践中利用物理化学的基本理论、基本知识和基本方法解决实际问题。在课程教学过程中，以“三段式”教学方法为基础，围绕创新教育的战略，研究“问题教学+参与式教学”法，以充分发挥学生的主体作用和教师的主导作用，实现创新教育。
（一）课堂教学
以问题为主的研究性学习有利于帮助学生提高灵活应用知识的能力，形成有效的问题解决和推理策略，并发展他们的自主学习能力。物理化学课程理论性强、内容抽象、涉及领域广，很多学生在课后感慨物理化学非常重要，但不知道怎么用。为此，我们采用“问题教学法”，围绕物理化学的知识模块，在引导学生发现各种问题的前提下，传授知识。在教学活动中，尝试使物理化学知识围绕实际问题而展开，使问题不仅成为激发学生求知欲的前提，而且还成为学生期盼、理解和吸收知识的前提，激发学生的创新动机和创造性思维。为了打破物理化学枯燥、沉闷的传统教学方法，实行“参与式”教学方法，尝试开放式教学内容，对一些易懂的章节让学生自己提前预习写教案，学生从“台下观众”转变为“场上主力”；同时开展论文研究、基于问题的学习、案例教学、项目训练和指导性设计等多种参与方式，以培养学生的“参与”意识，提高学生学习的主动性、积极性，培养学生的创新能力。
（二）学生讨论
胡英院士指出“物理化学教学方法要做大改革。要以自学为主，讲课首先介绍框架结构，重点讲授难点和进展，并开展课堂讨论”。因此，在农林院校物理化学的教学过程中，更应增加学生参与课程教学的机会，加强习题课和讨论课内容，调动学生学习的主动性和积极性。在具体实施中，根据教学内容中的难点和重点，对于不同专业，在教学进程表中提出与专业密切相关的问题，如对于环境科学专业，提出“吸附作用原理及表面活性剂在环境科学领域中的应用”等专题讨论题目；对于生物类专业，提出“熵与生命”等专题讨论题目，让学生学完一部分内容后，对该问题展开讨论，启发学生进行发散性思维，对问题进行多角度的观察、比较与分析，然后让学生提出问题，把问题加以筛选，从中发现最重要最基本的问题，启发学生思维，把理论搞清楚。最后再给学生作出总结，以培养学生的创造性思维。实践证明，学生讨论，这对提高学生的智力和能力，起到事半功倍的效果。
四、实践效果
通过近几年对物理化学与专业结合的教学模式的实施，不仅拓宽了学生的专业知识面，培养了学生从事科学研究和解决实际问题的能力，而且可使学生的创新意识和能力得到一定程度的提高。如不同专业的学生积极申请大学生创新基金项目，2010申请到西北农林科技大学创新基金项目“多环芳烃污染土壤的SDS淋洗溶液前处理方法研究”，2012年申请到国家级创新基金项目“微电极阵列表面的羧基功能化及其在环境监测方面的应用”，2013年申请到西北农林科技大学创新基金项目“不锈钢微电极阵列的制备及性能研究”及“利用废弃木料制备大孔容活性炭”。该模式充分发挥了学生的主体作用和教师的主导作用，在模式实施过程中，始终以实际问题为引导，让学生带着实际问题去学习，然后从理论上对这些问题进行分析讨论。通过近几年的教学实践证明，这种教学模式有利于学生掌握扎实的物理化学基本理论、基本知识和基本技术，并能把这些知识和技术应用到农林科学的研究中；有利于学生认识、阐明和解决某些物理化学相关的专业实际问题；有利于培养学生的创造性思维能力和创新能力，提高学生素质。因此，这一新模式在高等农林院校的物理化学教学中具有较大的推广和应用价值。
参考文献：
论文摘要：为适应创新型国家发展战略，教育创新应贯穿大学课堂理论教学和课程实践训练教学。针对“锅炉原理”课程实践训练教学，重点探讨了华北水利水电学院“锅炉原理”课程实践训练的目标定位、教学内容的设计和实施方法，以期对电厂热能与动力工程专业实践能力训练方面起到一定的推动作用。
锅炉是用以生产热水或蒸汽的设备，在国民经济中具有异乎寻常的重要作用，电站锅炉是火力发电系统三大主机之一，对火电的高效、洁净和安全生产及其重要，因此，“锅炉原理”是热能与动力工程专业最核心专业课程之一。“锅炉原理”课程主要讲授锅炉的基本工作原理，包括锅炉的炉内燃烧原理及燃烧设备、锅炉的传热过程、锅内水动力、受热面外部工作过程和先进锅炉技术的发展等内容，要求学生掌握锅炉工作过程的基本理论及锅炉设备的相关知识，并培养学生分析工程问题、锅炉设计计算和锅炉试验的实践能力。
为适应创新型国家发展战略，高等教育要实现从知识型向创新型培养目标转变，具体到“锅炉原理”的课程教学中，创新应贯穿课堂理论教学和课程实践训练教学。对“锅炉原理”课程的理论教学内容设计、教学手段、教学方法等方面已有较多的探讨和实践研究，[1-4]本文从“锅炉原理”课程实践能力的培养出发，重点讨论华北水利水电学院（以下简称“我校”）“锅炉原理”课程实践训练的目标定位、教学内容的设计和实施方法。
一、“锅炉原理”课程实践训练教学的定位
“锅炉原理”课程实践训练教学的定位必须符合我校热能与动力工程专业定位，应全面贯彻党的教育方针，遵循大学教育教学规律，秉承我校办学理念，实施“基础、实践、创新”三位一体的培养模式，在教育教学中，坚持夯实基础、强化实践、注重创新的思想，培养吃得苦、下得去和用得上的专业技术人才。应以“宽基础、强能力、高素质”为培养人才的宗旨，注重学生的动手能力、创新意识与能力的培养，加强实践性教学环节，优化教学方法与教学手段。专业实践能力培养始终围绕“强化实践教学、提高学生素质、培养创新意识、重在实际应用”的教学指导思想，从人才培养目标、实验教学体系、实验教学内容和方法、实验教学队伍、实验环境条件和实验室管理体制等方面进行了全方位的改革与建设，探索实现基础性验证实验、测定试验、创新性科研训练实验和拓宽知识面的演示实验的“四级实验”教学体系，实现教育创新。“锅炉原理”课程实践训练教学应实施从理论到实际、从传统到创新、从课堂到工程项目的工程化实践教学思想，围绕动脑想方案、动手做试验、动嘴讲成果、动笔写报告等“四动”能力，达到加深理论知识的掌握和应用，在实践训练中切实培养学生处理工程问题，进行锅炉设计计算和锅炉试验的实践能力。
二、“锅炉原理”课程实践训练教学内容的设计
“锅炉原理”课程实践训练教学内容尚无可参考材料，根据我校热能与动力工程专业人才培养和“锅炉原理”课程大纲的要求，基于我校的专业师资、实验室和实习资源以及用人单位和历届毕业生的建议，科学制定“锅炉原理”课程实践训练教学内容。
1.“锅炉原理”课程实践训练教学内容设计原则
对我校“锅炉原理”课程实践训练教学内容进行设计时，实行“工程化”设计思路，并遵循四个原则，即实践训练内容以“锅炉原理”为中心、内容进程科学有序化、内容设计层次化和实施方式多元化。
（1）以“锅炉原理”为中心，多课程之间紧密联系化。鉴于“锅炉原理”是热能与动力工程专业的最重要专业课，处于前期的专业基础课程以及后续课程之间的中心地位，因此在设计“锅炉原理”课程实践训练教学内容之前，先对我校“流体力学”、“工程热力学”、“传热学”和“燃烧学”等基础课以及后续专业选修课程比如“大型锅炉运行”、“单元机组集控运行”和“循环流化床燃烧技术”等课程的教学大纲、实验大纲、知识点讲授情况以及实践实验训练情况进行详细调查、分析和总结，做到了然于胸，确保“锅炉原理”课程实践训练教学内容设计与前期专业基础课程及后续专业选修课程的紧密联系，力求通过该课程实践训练，既可以巩固和加深学生对前期专业基础课的理解，加强对所学基础知识的实践应用，将所学的热工学知识、燃烧学知识在电站锅炉中加以应用，达到学生对锅炉原理中炉内燃烧、锅内传热及水动力和烟风阻力知识融会贯通、举一反三，为灵活应用打下坚实基础，又能激发学生学习后续专业选修课程的欲望和热情，培养学生学习后续课程的好奇心、主动性和积极性。
（2）实践训练课程内容进程科学有序化。“锅炉原理”课程本身知识点之间的顺序决定了课程实践训练教学内容的设计次序，要由浅入深、层层推进、由易到难，脉络清晰。因此，训练内容应严格按照锅炉原理本身的发展进行设计。内容主要包括客观认识实践、原理性演示验证实践和工程实践训练三大内容。
客观认识实践主要是对锅炉实物、锅炉机组整体模型、锅炉重要设备的直观认识，如在开设“锅炉原理”课程前进行电厂认识实习，对锅炉的实物直观认识，在“锅炉原理”课程第一节绪论课和锅炉组成课讲解后进行模型实验，通过模型参加实验、拆装模型和动画模型模拟巩固加深锅炉机组系统及组成知识。
原理性演示验证实践。笔者通过几年的“锅炉原理”教学发现，锅炉的水循环内容是该课程的难点之一，学生往往难以理解和掌握，通过课程原理性演示和实践可以帮助学生理解和掌握水循环等难点。该部分主要是对自然循环原理、直流锅炉原理等的演示验证实践内容。
工程实践试验主要是对锅炉的三大计算能力的训练实践，包括锅炉辅助计算、热力计算、水动力计算、烟风阻力计算和强度计算的实践训练、锅炉热平衡的实验和锅炉机组运行仿真实验训练。
（3）实践训练课程内容设计层次化。内容设计要贯穿层次化的思路，内容的难易程度要进行层次化设计，对训练中的每一个内容根据其在课程中的总体地位和重要程度按照“了解、理解、掌握”等不同层次进行分级定位；同时，根据学生个体水平的差异，对同一内容也要进行层次化设计，在满足分级定位要求和大部分学生学习基础上，对那些学有余力的学生进行进一步的拓宽设计。比如锅炉的计算，对于普通的学生则只要会进行锅炉的辅助计算、各受热面热力计算和简单的水循环计算即可，而对于部分学有余力的学生，则可更进一步进行较复杂的水动力计算、强度计算和烟风阻力计算，并完成一些计算程序的编制。
（4）实施方式多元化。课程实践训练教学是实践性课程，因教学学时、实验室资源等多方面的因素，决定教学实施的方式必须多元化，即课堂、实验室和企业生产三位一体，课堂演示、实验室参观验证实践和电厂实践构成全方位多层次的实践训练。传统与现代先进技术结合，实践训练中采用比如计算机程序模拟、动画设计模拟实践、锅炉事故仿真模拟等先进技术手段实施实践训练。
2.“锅炉原理”课程实践训练教学具体内容设计
我校“锅炉原理”课程计划学时64学时，其中实验6学时。其前期基础课程包括“流体力学”、“工程热力学”、“传热学和燃烧学”，还开设了后续课程“锅炉运行”和“单元机组集控运行”。“锅炉原理”课程内容多、难点多、实践性强，“锅炉原理”课程通常设置有锅炉原理课程设计，我校“锅炉原理”课程设计时间为1.5周。实际上，仅靠课程设计和6学时的实践训练难以达到学生牢固掌握锅炉原理理论知识、灵活运用所学解决实际问题的目标。“锅炉原理”课程实践训练教学包括锅炉原理6学时实验课、1.5周课程设计、16学时单元机组集控运行实验，但主要利用学生的课余时间进行。教学过程贯穿第5至第8学期，延续2年时间，实践训练教学包括13个内容，90小时。具体内容和建议学时如下。
电站锅炉机组实物模型和虚拟模型实践，2学时。标准煤样工业分析验证性实验，4学时。混合煤工业分析测试实验，4学时。煤的发热量测定实验，2学时。自然循环锅炉工作原理实验，1学时。多管水循环验证实验，1学时。直流锅炉工作原理实验，1学时。锅炉综合测试项目设计实验，13学时。锅炉原理课程设计训练，32学时。锅炉水循环计算训练，10学时。锅炉烟风阻力计算训练，6学时。锅炉启停仿真训练，8学时。锅炉运行仿真训练，8学时。
三、“锅炉原理”课程实践训练教学实践
我校“锅炉原理”课程实践训练教学课题在2008提出，在2006、2007和2008年级开始实施，实践证明，通过“锅炉原理”课程实践训练教学，激发了学生学习专业知识的热情，巩固和加深了锅炉原理知识的理解，提高了学生的专业素质，培养了学生动脑想方案、动手做试验、动嘴讲成果、动笔写报告等“四动”能力。我们对2006和2007年级的学生进行锅炉实践能力的调查分析发现，无论是研究生复试（锅炉及锅炉相关知识的笔试和面试），还是就业面试（热工学和锅炉等口试）过程中，学生对锅炉相关考题从容自如，安之若素。当然，在教学内容设计方面还需进一步改进，实施的方式还需更科学合理。
参考文献：
[1] 于广锁,林伟宁,梁钦锋.锅炉原理课程教学的探索与研究[j].化工高等教育,2007,(3):29-31.
[2] 赵雪峰.“电厂锅炉原理及设备”课程教学研究探讨[j].中国电力教育,2010,(22):97-98.
未来的工程师应能适应日趋国际化的业务需求并能够解决全球化问题，这就需要工科学生以全球化的眼光和能力去应对[1，2]。目前越来越多的公司需要具备国际化可持续发展能力和国际化团队协作能力的人才，而大部分的本科毕业生不能满足这样的需求，因此多种形式的本科生国际化教育项目纷纷开展[3]，诸如跨校交流联合培养本科生、国际访问小学者团和国际交流合作项目等。从国内兄弟院校开展国际化教学的经验来看，无不提到学生的外语水平是影响这一进程的重要因素，教材选用、授课语言和培养方案的好坏也在很大程度上左右国际化教育的发展[4－6]。随着经济全球化的不断深入、世界各国经济与文化交流的加强，国际间的交流与合作已经成为高等教育改革发展的普遍趋势。作为“985工程”高校，我们的战略目标是要把重庆大学建设成为国内一流、世界知名的研究型、综合性、国际化大学。国际化教育办学模式应是多层面、多方位和多角度的，只有结合高校具体实情，寻求一条符合自己发展道路的国际化教学方式才是解决高水平本科生国际化培养问题的关键所在。
一、国际化教育存在的问题
综合现状分析，目前高校推进本科阶段工程学科国际化教育普遍存在以下问题：1．因为有工作量系数的增加或其他激励措施，教师争相开设双语教学课，但往往名不符实，课件中出现几个英文单词，用中文讲解。2．为了评职称，教师争相写双语教材，但使用的却是中文式的英语，甚至还有很多错误。3．学生听不懂，干脆找本中文教材自学。4．培养体系不完整，只有零星几门用英语开设的专业课，普遍没有接收留学生的能力。英语作为国际通用语言，在国际化交流合作中作为媒介，有着很重要的地位。因此国际化教学应尽可能采用全英文或双语教学，有利于构建学生的英语思维模式、培养听说能力及用英文分析问题的能力。采用原版教材方便教师学习借鉴国外完善的课程体系，原版教材中还包含大量实例数据材料，这些内容不仅可以辅助学生理解深奥的知识原理，更能提升学生的创新能力、扩展国际视野并掌握分析方法[7]。为解决以上问题，推进重庆大学本科阶段工程学科国际化教育，我们针对性地提出了机械类高水平本科生国际化实验班教学计划，并采用加强与国外一流大学的交流与合作等方式推动教育改革与发展。
二、机械类高水平本科生国际化培养的创新措施
我们可以从国外直接把最先进的教学体系、教材、多媒体课件、作业、实验、考试全盘复制，再把我们的教师送出去培训，这样肯定可以快速实现国际接轨。但为什么不能直接照搬英美的本科教学呢？因为中国学生经过多年的传统应试教育，理解力、自学能力、动手能力都不适合英美教学模式；并且与英美国家文化上有差别，语言上也有障碍。新加坡国立大学是华人文化，制图也大都与中国一样是第一角画法（英美大都使用第三角画法），本科教育源于英国并根据华人的特点进行改良，更适合华人学生并已证明是成功的：他们用了不到50年时间就办成了国际一流大学（英国TIMES排名36）。更为重要的是新加坡的同行可以无私提供帮助（教师培养、教材等全部无私支持）。作为回报，我们可以提供优秀毕业生，教师可以在科学研究上相互合作。机械类高水平本科生国际化实验班主要完成如下计划：1．10%毕业生推荐去新加坡国立大学及国际一流大学攻读研究生，50%推免重庆大学的研究生，30%推免国内其他高水平学校研究生，10%进入国际公司或高水平研究机构；2．有条件的学生去新加坡实习；3．改革毕业设计（采用导师制、模块化）；4．实现全员奖学金（企业提供的奖学金面向实验班全体60名学生，并实行淘汰制）；5．完成传统培养体系与国际化培养体系的融合和匹配。
三、与现有的培养方案融合及匹配
机械类高水平本科生国际化培养方案必须与现有传统培养方案匹配和衔接。培养方案既满足教育部对政治理论课、文化素质选修课、军事训练课等的要求，又结合学分收费改革试点总学分不超过170及总学时不超过2100、实践性环节40学分左右（40周左右）的现状，还兼顾硕士研究生全国统一考试的课程，并参照国外著名大学机械类人才培养方案，最大限度地成建制、成体系引入国外课程体系、教学内容、教材、实验、多媒体课件、课程设计及毕业设计等。因为实验班大部分学生本科毕业后从事研究性工作，如10%左右的学生到国外著名大学（如新加坡国立大学）攻读研究生，80%左右的学生推荐免试攻读校内外硕士研究生，其余10%左右的学生到国际公司或研究所、设计院从事研发工作，因此必须掌握扎实、深厚的机械学科基础理论知识，如数学、固体力学、流体力学、热力学、材料学、计算机基础、机械基础及机械学科的前沿技术，并具有创新能力。与现有的机械设计制造及其自动化专业人才培养方案相比，实验班人才培养方案增加了数学课程，如“复变函数”和“数学物理方程”；加强了力学知识的学习，增加了“固体力学”、“应用力学”、“振动理论及应用”等课程；计算机应用能力进一步加强，增加了“计算机硬件基础”课程；强化了材料知识基础，如增加了“材料工程基础”和“工程材料”两门课程；扩充热力学知识，开设了“工程热力学”和“传热学”；引入了机械学科的前沿技术，如增加了“微系统设计与应用”。同时，在培养计划中，有22门课程体系引入了新加坡国立大学工学院机械系的课程设置，并与新加坡国立大学协商，每年派4名教师到新加坡国立大学工学院机械系进行了相关课程进修学习。同时新加坡国立大学派这些课程中的部分教师来我校讲授示范课程。作为补充，对22门之外引入的其余课程，采用英文教材，并结合学校的教师出国培训计划，到欧美著名大学机械系进修培养。在实践性教学环节的设置上，将原来的“毕业设计”改为“综合论文训练”，从而注重了创新思维、研究能力的培养。另外，实验班采用配备导师制，进一步强化了学生的科研工作能力。下图中字体为加粗斜体的课程是与现行传统培养方案相比所增加的课程。其中，26门课程引入国外高水平大学原版教材，采用英文教学。总之，实验班人才培养方案的突出特色是：具有扎实的机械学科基础，按专业大类培养（口径宽），从真正意义上实现了“厚基础、宽口径、研究型和创新型”的人才培养目标。
四、高水平本科生国际化实验班学生选拔
根据机械类本科生公共课、基础课的开课时间要求，一年级的课程设置主要为政治理论课、高等数学、物理、英语、军事训练等。因此，实验班培养计划中第一年所修的课程与其他平行班的课程设置完全一致。实验班学生的选拔工作将在第二学期考试结束后进行。以“机械设计制造及其自动化”专业学生为主（该专业每年招生370多名），并欢迎学院其他专业（如机械电子工程、车辆工程、材料成型及控制工程、工业工程）的同学参加。主要参考一年级所学的主要课程成绩，并加试英语听力、口语、阅读和写作。最后通过专家综合考评选择60名品学兼优的学生进入实验班（需要学校教务处给予支持和配合，因为可能涉及少部分学生转专业、学生行政班调整、组建新的实验班等问题）。
五、采用导师制，加强科研能力及创新思维培养
对60名实验班的学生，学院将派出副教授以上具有硕士生指导资格，甚至博士生导师作为其指导教师。学生可以进入指导教师的实验室、研究室工作，从本科阶段就感受科学研究氛围，并力所能及地参加指导教师的实际科研项目之中，从而得到锻炼。如果该生最后能够成为推免研究生，将直接作为该指导教师的硕士研究生。这样，如果学生最终能拿到硕士学位，将会在同一个指导教师下进行6年的研究工作；如果获得博士学位，将能在大学期间从事9～10年的科学研究工作，从而为学生打下了坚实的科研基础并取得成绩。该教学改革实验探索了高水平研究型人才的培养方式，培养的学生可与国际接轨迹。引进了国外大学教学模式和课程，实现传统优势系列课程和国外高水平大学课程的融合，实现了大批课程进行双语教学或全英文教学。培养了能够胜任英语教学并具有国外进修经历的师资队伍，为本科教学逐步实现国际化办学奠定了基础。
他就是中国科学院寒区旱区环境与工程研究所南卓铜研究员。多年来，南卓铜研究员致力于地理信息系统与空间决策支持系统的建立、寒区水文／陆面过程建模及方法论的研究、科学数据共享，不断为传统的地学研究注入信息技术的新方法，并在此过程中取得了卓有成效的收获。
集大成：黑河流域地理空间决策支持系统
决策支持系统是流域科学研究成果转化的重要工具。受到国家自然科学基金项目、科技部高新技术863项目的支持，南卓铜研究员课题组结合地理信息系统技术、数据库技术和多种决策方法，围绕黑河流域中上游水土资源问题，设置水权转化、退耕还水、生态补偿、水源涵养林保护等情景，建立水土资源情景评估体系，演示基于决策支持系统为流域管理提供科学决策依据的能力，主要解决如何发展一个易于使用、便于扩展、集成多学科科学模型的满足流域集成管理需求的空间决策支持系统，以及如何集成多种学科模型从而提供中上游水土资源的情景评价能力，理解政策如何影响水土资源利用等关键科学问题。
目前南卓铜研究员等人已设计和建成了一个通用的基于科学模型的多准则决策支持系统，在易用性、扩展性、模型库集成方面做了大量的工作，并创新性地提出了一种支持多学科模型集成和技术层面解决模型多时空尺度集成难题的决策支持系统方案。对决策支持系统必需的知识系统进行了较细致的研究，尤其是对水文建模相关知识进行了较好的归纳和组织。成果特色在于将水文，陆面过程、生态、土地利用变化、社会经济等多学科模型集成在统一的决策支持系统框架内。他领导的课题组建成的决策支持系统已经初步部署在甘肃省水文水资源勘测局、甘肃省张掖市、县水务部门及33个灌区开展实际应用测试。
走新路：冻土分布和情景模拟
南卓铜研究员是国内较早将地理信息技术应用于冻土研究的学者。受到青藏铁路重大项目、国家重点实验室开放基金、科技部科技基础性工作专项的支持，他对青藏高原多年冻土分布进行较系统的研究，评价了国内外流行的多年冻土分布模型在青藏高原的适用性，其中基于年平均地温模型的模拟结果应用于2005年出版的《中国冰川冻土沙漠分布图》，是目前最新的被广泛应用的冻土图。该成果创新性地扩展了经典的尼尔森冻土分布模型，具备比原模型更好的模拟性能；较早地应用探地雷达进行野外多年冻土调查，证实了西大滩多年冻土退化的事实。结合气候变化情景，他们模拟了未来50年、100年的青藏高原多年冻土变化情况，并结合钻孔含冰量数据，第一次估计了青藏高原多年冻土含冰量。情景模拟和含冰量估算结果是青藏铁路重大项目的汇报内容之一。同时，这也是国内较早的将遥感和地理信息系统手段成功应用于青藏高原冻土分布、冻土区植被和土壤分类。
在目前承担的冻土工程国家重点实验室开放基金课题“Noah陆面过程模型热力学参数化方案改进及青藏高原冻土水热状况模拟”上，他们在Noah LSM的热力学参数化方案评价的基础上，进行Noah LSM的热力学参数化方案的改进以提高对冻土水热状况的模拟性能；利用改进后的Noah模型对青藏高原冻土水热状况进行分布式模拟，在此基础上，将探讨青藏高原多年冻土空间分布和冻土层含冰量时空分布等冻土学研究关心的问题。
填空白：地表过程建模环境
流域科学问题是复杂的多学科交叉问题，而多学科（水文、陆面过程、生态、社会经济等）模型集成是重要的工具，然而多模型的集成不仅涉及模型机理、尺度等科学问题，还有很大的技术工作量将模型代码连接到一起。依托计算机平台的建模环境是较好的进行模型集成的技术手段，实现高效的建模流程。国际上从上世纪80年代开始就考虑依靠计算机技术搭建模块化的建模平台，2000年后出现一些主要的用于水文和生态建模的平台。国内也开始e-Science等科研信息化的研究内容，但此工作一直是国内的空白。受中科院重点方向项目的支持，南卓铜研究员项目组围绕地表过程建模，突破了集成环境的模型控制、模型参数优化与数据匹配等关键技术方法，标准化和集成了近70个水文、陆面过程、生态、人文等地表子过程模型，建成了一个复杂地表过程综合建模环境平台，在模型重用、模块创建、基于知识的模块组合等方面具有特色，为地表过程集成建模奠定了坚实的基础，提高了地表过程建模的方法论研究。此工作填补了国内该领域的空白，此后国家自然科学基金委启动的“黑河流域水文一生态集成研究”重大计划开始启动类似研究的项目。
建门户：数据共享研究
受到国家自然科学基金重点项目、青海湖数据中心项目、科技部基础条件平台项目的支持，南卓铜研究员团队建成了基金委重点项目中国西部环境与生态科学数据中心，整理、规范和共享中国西部的环境和生态数据。从2006年试运行，截止到2012年11月，网站注册用户超7500人，来自80多个国家的20多万人次访问，数据总服务量50TB以上，向300多家国内外科研单位提供了数据服务，至少有369篇期刊文章显著标注了数据来源于西部数据中心。截止2012年10月，数据中心为50个973项目、11个863项目、114个自然科学基金项目、33个西部计划项目、39个国家科技支撑计划项目、10个中科院知识创新重大工程项目、45个基金委重大计划黑河流域计划项目、148个研究生论文等提供了数据支持，已经成为地学口数据共享的主要门户之一。数据服务成效得到了科技部主管领导的好评，并希望将经验推广到国内其他学科数据中心。
