热工基础课程发展战略规划研究

热工基础课程发展战略规划研究陶文铨何雅玲2004年10月28日于上海2004年全国热工课程发展战略规划研讨学术会议教育部能源动力学科专业发展战略研究项目1.国内外热工基础课程教学发展沿革和现状2.热工基础课程在工科各专业人才培养中的地位3.热工基础课程知识体系的基本要求4.对各大类工科专业开设热工基础课程的建议5.开设热工类课程的必备教学条件6.今后5年热工基础课程教学改革发展思路1目录教育部2004年3月1日正式批复能源动力学科教学指导委员会负责进行能源动力学科专业发展战略和专业人才培养规划的研究。鉴于热工课程是能源动力类学科的重要技术基础课程，同时在其它多个大类专业的人才培养中也具有重要地位。因此，热工课程教学指导分委员会在发展战略规划研究中承担了本课程发展战略研究的任务。前言终身教育，素质教育，创新教育前言热工基础课程工程热力学传热学热工学或热工基础主要针对这三类课程来进行本课程在国内外工科教学中开设的历史和现状课程教学在各类专业人才培养中的地位在不同大类专业中热工课程的开设方案今后我国热工课程教学发展战略等问题进行了探讨前言1.国内外热工基础课程教学发展沿革和现状追溯热工课程教学的历史发展轨迹，希望：●总结教育经验，发现高等教育的一些规律；●了解目前现状，把握发展趋势;●为制定发展战略提供纵向参考系。1.国内外热工基础课程教学发展沿革和现状国内历史国内现状境外历史境外现状国内境外1.1国内的历史和现状－解放前1.国内外热工基础课程教学发展沿革和现状在我国工科教学中，热工基础课程的设立，据目前可以查到的正式出版物的记载，始于1911年（宣统3年）。在当时的邮传部高等实业学堂（交通大学前身）：铁路专科（学制3年）课程表中，列出了18门课程，其中有“热力学”，学时每周3钟点，讲授2个学期；在电机专科（学制3年）的课程表中，有14门课程，其中也有热力学，每周3钟点，讲授1学期。这以后热工课程就一直是该校工学专业的课程之一。表11949年前交通大学各个时段热工课程开设情况年代学科（专业）课程名称周学时开课时间铁路专科热力学33年级2个学期1911电机专科热力学31年级第1学期1921－1922机械科及电机科热力工程机械4/电机33年级2个学期电机工程学院热力工程33年级2个学期1936机械工程学院热力工程33年级2个学期电机工程系热力学热工试验热工学414第4学期第6学期第5，6学期1943机械工程系热力学热力工程热工试验441第4学期第5学期第6学期土木工程系热工学3第2学期机械工程系热力工程机工试验43第1，2学期第1，2学期1947电机工程系热工学热工试验43第1，2学期第2学期由于缺乏资料，一时无法得到其它历史悠久高校工科教学中热工课程开设的记录。但是总的说来，当时各个高校中开设热工课程的工科专业面是相当宽的。1.1国内的历史和现状－解放前解放后50年代初，全国进行院系调整。从课程设置而言，凡是设有机械系的学校都开设热力学课程。后各校动力机械部分纷纷从机械系分出，单独设系，在动力机械系内热力学课程教学得到进一步加强。至于传热学在50年代初一般只作为工程热力学中的几章予以介绍，并未单独设课。当时国家提出全面向苏联学习，哈工大被定为工科院校全面学习苏联的样板。50年代中期学制定为五年。哈工大与有关学校聘请了一批苏联专家，培养了一批教师，建立了一批专业，教学计划基本上采用苏联的。当时所用教材主要为前苏联作者的译本.1.1国内的历史和现状－解放后【1】李特文.工程热力学(1，2，3册).宁榥，徐华舫译，上海：龙门联合书局，1953-1954年【2】阔尔尼茨基，鲁滨斯坦主编.普通热工学（1，2，3，4册），李佑华，东北工学院热工教研组译，北京：高等教育出版社，1956-1957【3】雅斯特列姆斯基著.工程热力学（1，2册），沈维道译，北京:水利电力出版社，1956-1957年【4】雷科夫著.热传导理论，裘列均，丁履德译，北京:高等教育出版社,1955【5】维尼克著.工程热学及传热学基础.严家禄，张正荣译.北京：冶金工业出版社,19591.1国内的历史和现状－解放后1.1国内的历史和现状－解放后1952年时在北京大学任教的王补宣教授编著的“热力学”由上海中外书局出版。1954年由王补宣教授翻译的前苏联米海耶夫的教材“传热学基础”在国内出版。该书俄文版曾两度获得前苏联的斯大林奖，翻译本又以忠实原著、译文流畅而脍炙人口，被国内有关院校普遍采用。我国在能源动力类等专业中的热工教学，自此按工程热力学与传热学分别进行。从1956年开始，国家号召我国高等学校教师在学习前苏联教材的基础上，根据我国实际情况自己编写教材。此后我国作者自行编著了一批热工教材。1.1国内的历史和现状－解放后传热学杨世铭、陈大燮电力出版社出版19581960年当时的高教部组建了热工教材编审委员会，陈大燮教授出任主任，王补宣、杨世铭教授为副主任，委员有夏彦儒教授等。该委员会制定了我国工程热力学、传热学及热工学的第一部教学大纲，组织作者出版了一批我国学者自行编写的教材，奠定了我国热工类课程的教学基础。1985年教育部重新组建了高等工业学校热工课程教学指导委员会，王补宣、杨世铭教授受命出任主任与副主任。至今已经是第五届，该委员会主持制定了工程热力学、传热学课程的基本要求，多次召开了全国热工课程教学研讨会，对我国热工课程教材的建设与教师队伍的成长起了重要作用。1.1国内的历史和现状－解放后在我国热工课程教学中，值得大书一笔的是教育部热工教材编审委员会（后改为教学指导委员会）的设立和所进行的工作到上世纪末，我国共有150余所高等工业学校开设有热工类课程，分布在除台湾，西藏，青海三省以外的境内有关高校。全国热工课程教学的一般情况是：（1）热工课程的设置主要在能源动力类、石油化工类、航天航空类、土建类、交通运输、轻纺食品等大类专业；（2）热工教学实验以验证性为主，测试手段比较落后，设备比较陈旧；（3）已经出版了一批由我国作者自行编写的工程热力学、传热学与热工学的教材。1.1国内的历史和现状－现状开课的大类专业面也有所扩大，机械类专业目前也大多开出了少学时的热工学课程，例如清华大学对机械系，精密仪器系、汽车系，力学系等开设有48学时的热工基础教程；经过近5年来211工程建设等项目的支持，我国热工实验教学情况有了较大的改观；同时出版了一批面向21世纪的教材。但是与国际上工业先进国家的热工课程教学相比较，还有较大的差距。1.1国内的历史和现状－现状（1）近代热科学的产生与初期的发展集中在欧洲国家。热科学研究的起源可以追溯到Galileo(1592)的时代。而且早期热学作为物理学的一部分，热力学与传热学的研究是溶为一体的。例如Boltzmann从热力学证明了Stefan由实验得出的辐射四次方定律。又如热力学第二定律的创建人之一，LKelvin在1862年按半无限大物体传热问题的计算，估算了地球的年龄。1.2国外、境外的历史和现状－历史（2）无论热力学还是传热学，其发展都经历了从“科学”到“工程”的过程，即，从初期作为物理学一部分的热学演变、发展成为密切结合工程实际的“工程热力学”与“工程传热学”。一批德国科学家Prandtl，Karman，Nusselt，Blasius以及后来的Eckert，还有前苏联科学家（如Kirpichev等）作出了。（3）二次大战以后，传热学的研究中心由德国转移到美国，其中Jakob，Karman以及Eckert三位德国科学家的移居美国起了很大的作用。（4）欧美国家工程热力学与传热学课程的开设始于何时，暂时无法查考。1.2国外、境外的历史和现状－历史1.2国外、境外的历史和现状－历史最早的一本传热学可能是德国科学家Grober的著作（1921）然而影响比较大的则要推McAdams的“Heattransmission”（1933）随后Jakob与Hawkins的教材，Eckert的教材相继问世，成为20世纪40－50年代的代表作。Holman的传热学第一版出版于1963年。到20世纪80年代以后，工程热力学与传热学已经成为欧美国家机械类学生的必修课，有的学校还设为工科学生基础课程。根据我们的调查统计，在境外的高等工程教育中，传热学与热力学课程的开设相当普遍。1.2国外、境外的历史和现状－现代美国：依利诺依斯大学（Urbana-Champain分校），明尼苏达大学，加州大学（SantaBarbra分校），赖斯（Rice）大学，克列姆逊（Clemson）大学，夏威夷大学；佛罗里达国际大学；英国：杜汉（Durham）大学、里兹（Leeds）大学及格拉斯哥（Glasgow）大学；利物浦大学；加拿大：多伦多大学；日本：京都大学、九州大学，群马，广岛，九州工业大学；新加坡：南洋理工大学，国立新加坡大学；韩国：汉城大学，韩国科学技术学院（KAIST），仁荷大学香港：香港大学，香港科技大学等1.2国外、境外的历史和现状－现代2.001材料力学；2.002材料力学II；2.003系统、模态与控制；2.005热流工程I；2.006热流工程II；2.007设计引论；2.008设计与制造II；2.009产品工程过程；2.14控制系统原理；2.171数字控制系统的分析与设计；2.192动态战略规划；2.25高等流体力学；2.26可压缩流体动力学；2.40热力学；2.51传热传质学；2.52热迁移过程模化与方法；2.63技术的应用；2.672实验室项目；2.739产品设计与开发；2.744产品设计；2.792J定量生理学；器官移植系统；2.852制造系统分析；2.993机械工程专题举例1：麻省理工学院机械工程系ME200热力学I；ME203力学工程设计引论；ME270力学基础I；ME274力学基础II；ME290一年级讲座；ME300热力学II；ME309流体力学；ME325传热传质学；ME352机械设计I；ME413噪声控制；ME444CAD；ME452机械设计II；ME46工程设计；ME475自动控制系统。另有，本科生及研究生均可从21门专业课程中选修学分。举例2：普渡大学工学院机械系密西根大学的机械系在美国名列前茅。UM机械系相当于我国高校学科基础和专业课的44必修学分中热流理论类课程有9学分：工程热力学І，3学分和传热学，4学分、流体力学3学分。占23%，选修课程中还有工程热力学Ⅱ，3学分。举例3：密西根大学机械系表2密西根大学工学院机械系学科基础和专业课课程学分力学类热工理论类振动类机械设计类系统与控制类材料类实验9441244820％9％9％27％9％9％18％ME205热力学；ME211气体动力学引论；ME213传热学；ME231工程材料；ME240动力系统模化与分析；ME250热科学实验；ME261信号处理、仪表及控制基础；ME271机械设计I；ME272机械设计II；ME280高级机械设计项目；ME291讲座（以上为ME必修课）；ME293专门项目；ME296荣誉项目；ME297荣誉讲座。举例4：依利诺依斯大学（Urbana-Champain分校）专门化课程：ME301中级热力学；ME302核能工程；ME303应用燃烧学；ME304能量转化系统（ME必修）；ME305中级气体动力学；ME306中级传热学；ME307太阳能利用；ME308对流换热的流体力学问题；ME310流动与传热的数值技术；ME312现代控制现论；ME313机械工程系统的计算机控制；ME314摩擦学引论；ME315摩擦学；ME320机械系统的运动学与动力学；M321制冷与低温；M323热系统设计；M331内燃机；M336汽车动力学；M342运动学分析与综合；ME345有限元分析引论；ME346工程材料失效机理；ME347机械零件失效分析；ME351材料加工过程；ME388工业控制系统举例4：依利诺依斯大学（Urbana-Champain分校）ME1750生物工程引论；ME/CE1770工程制图与可视化引论；ME2016计算技术；ME21