基于《新能源汽车电池散热系统数值模拟》案例启发的《传热学》教学改革

摘要：传热学是研究热量传递过程的科学，在工程技术领域有广泛的应用。然而传热学知识覆盖面广、公式较多，对于生活经验不足和工程背景知识较为欠缺的学生而言，学习难度较大，导致学习动力不足。针对该问题，本文依托日常生活中常见的新能源汽车动力电池散热问题，开展传热学的课堂教学改革。提出了以案例式启发的教学方法改革，结合传热过程进行理论分析并建模，通过数值计算方法对传热过程进行模拟，建立及时反馈，从而验证学生的学习成果，形成互动式教学。从计算结果出发，对新能源汽车动力电池的散热过程进行可视化及结构设计，以提升其传热效果，最后通过实验研究测试设计系统的效果。通过上述过程，使学生更好地掌握传热学的基本概念、原理和方法，为理解热传导、对流换热等传热理论的内涵及其在工程中的应用提供了很好的案例，避免了传统教学中填鸭式教学方法，显著提高了教学效果。

关键词：传热学模拟计算动力电池散热互动式教学

近年来，随着我国科学技术和新产业的蓬勃发展，科技兴国、人才强国成为我国发展的重要战略，从而对科技人才的专业能力素质和业务水平提出了更高的要求。因此，亟须培养一大批工程科技和产业创新人才，这为高等工程教育带来了重大的挑战和机遇。传统的扩大教学规模、增加专业数量等模式难以满足上述要求，因此需要各高校进行卓有成效地建设“新工科”，从而全面推进复合型创新工程人才的培养。

自然界中广泛存在着热现象及热过程，这些现象和过程都可以用传热学知识进行解释和研究。另一方面，随着工业生产的快速发展和居民生活水平的日益提高，对能源利用效率提出了更高的要求。能源利用过程离不开热能的利用，而热能的利用，80%通过热量传递过程来实现[1]。在能源危机和环境温度的背景下，面向国家的“碳达峰、碳中和”重要战略目标，“传热学”作为经典专业基础核心课程，成为各类工科专业科学技术人才所必备的重要理论知识[2]。在国家重视高质量新工科建设的背景下，“传热学”课程应大力推进工程教育教学改革，全面提高教学质量，全方位提升大学生的创新思维、理论知识和分析解决实际问题的能力。

传热学主要研究温差驱动下以导热、对流和辐射三种方式进行热量传递过程的规律[3]，在能源、化工、环境、材料、航天航空、通信、医学等领域具有广泛的应用。传热学作为能源与动力工程类专业的一门重要的专业基础核心课程，要求学生掌握物理学、微积分、线性代数、工程热力学、流体力学等预备基础知识，同时课程中涉及的大量的案例背景，要求学生对工程技术问题有一定的了解，以加深对其中的理论和工程知识的理解。传热学的特点在于理论与实践紧密结合，具有较强的跨学科性。课程旨在培养学生的创新性思维和解决实际热工问题的能力，通过理论学习和实验实践，使学生能够掌握热量传递过程的特点和规律，以及实际传热过程的综合分析。传热学课程注重培养学生的科学抽象、逻辑思维能力，以及运用常用工质物性表、诺谟图等分析热量传递过程的能力。通过传热学课程的学习，学生将具备综合分析实际传热问题的能力，能够从实际问题抽象为理论数学方程，并运用相关理论分析和解决实际热工问题。

传热学课程具有数学公式较多、知识覆盖面广、内容相对分散，理论性较强等特点。传统的传热学教学主要依赖于课堂教学和课本学习，学生往往缺乏将理论知识应用于实际问题的机会，照本宣科式的填鸭式教学方式也容易使课堂教学变得乏味，难以激发学生的学习兴趣。从往年几届《传热学》课程学生的学习效果来看，往往期末考试成绩出现两极分化的现象，尤其是部分学生对传热学基本概论理解不到位、对理论公式记忆不清晰，因而无法灵活应用传热学理论分析热量传递现象，影响了学生的学习积极性和教学效果。为了解决上述问题，结合当前科研和工程应用中的新案例进行讲解，并利用计算机数值模拟方法让学生对实际问题进行快速求解，从而让学生在短时间内检验自己所学习的知识在实际生活中应用，解决生活中的实际热工问题，并结合理论知识进行调整优化，调控热量传递过程，实现学以致用。在模拟计算中采用了量纲分析方法提取主要影响因素、忽略次要因素，是锻炼学生工程思维能力的一种重要途径。结合数值模拟的新案例教学方式，既可以让学生深刻体会到传热学在生活和工作中的重要性，同时也可以让学生了解到当前的前沿科研技术问题，提高学生的学习动力和学习兴趣，增强学生对专业的认同感和自豪感，实现科研反哺教学，有助于提升教学效果。

2传热学教学现状

传统的传热学教学主要侧重于理论知识的传授，而忽视了学生实践能力的培养。教学内容与实际工程需求之间的脱节，限制了学生创新能力和实践技能的培养。在传热学课程的教学反馈中，学生普遍反映课程的数学公式多、推导复杂、理论深、难度大，难以很好地激发学生的学习兴趣。因此，传热学的教学课堂普遍存在学生学习兴致不高、主