虞效益 李威 徐美娟

摘要：因材施教是專(zhuān)業(yè)教學(xué)的基本原則。對(duì)于食品冷凍冷藏課程中傳熱計(jì)算內(nèi)容的教學(xué)，本文結(jié)合獨(dú)立學(xué)院學(xué)生的特點(diǎn)，提出了圍繞公式計(jì)算、數(shù)值模擬和動(dòng)手實(shí)驗(yàn)的“三位一體”教學(xué)模式，以充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，提高教學(xué)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：獨(dú)立學(xué)院;食品冷凍冷藏;傳熱;三位一體教學(xué)

中圖分類(lèi)號(hào)：G642.0 ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? 文章編號(hào)：1674-9324（2016）42-0158-02

食品冷凍冷藏是以食品生物化學(xué)、食品物理化學(xué)、食品物性學(xué)、工程熱力學(xué)、傳熱傳質(zhì)學(xué)等學(xué)科為基礎(chǔ)，應(yīng)用食品化學(xué)理論和人工制冷技術(shù)對(duì)新鮮食品原料進(jìn)行冷凍加工、低溫儲(chǔ)藏和冷鏈流通，最大限度地保持食品品質(zhì)和風(fēng)味的交叉學(xué)科。冷卻是食品冷凍冷藏的必要前處理步驟，食品冷卻過(guò)程中的傳熱計(jì)算是食品冷凍冷藏課程的一項(xiàng)重要教學(xué)內(nèi)容，一般包括食品冷卻過(guò)程的溫度分布計(jì)算和食品冷卻時(shí)間計(jì)算兩部分內(nèi)容[1]。對(duì)于這些內(nèi)容，傳統(tǒng)的教學(xué)方式依然停留在比較枯燥的方程、公式，學(xué)生得不到一個(gè)直觀的印象，缺乏物理背景，缺乏動(dòng)態(tài)結(jié)果，只能在頭腦中想象數(shù)理方程是如何控制實(shí)際物理現(xiàn)象的演變的。這導(dǎo)致只有一小部分學(xué)生能夠?qū)φn程產(chǎn)生興趣，大部分人的精力被浪費(fèi)掉。并且，在通常的食品冷凍冷藏教材中，也只介紹一些特殊情形下（如畢渥數(shù)Bi<0.1，食品為大平板、長(zhǎng)圓柱和球等特殊形狀）食品冷卻過(guò)程的計(jì)算公式或方法[1，2]，缺乏一定的普適性。

獨(dú)立學(xué)院是高等教育由精英教育向大眾化教育轉(zhuǎn)變時(shí)期的新生事物，相比于母體高校學(xué)生，獨(dú)立學(xué)院的學(xué)生：（1）不再純粹來(lái)自青年群體中的精英層次，知識(shí)的系統(tǒng)性較差，偏科現(xiàn)象比較嚴(yán)重，學(xué)習(xí)習(xí)慣和學(xué)習(xí)方法不好，學(xué)習(xí)效率不高[3，4]。（2）部分學(xué)生對(duì)所學(xué)專(zhuān)業(yè)毫無(wú)興趣，或只將高等教育視為將來(lái)就業(yè)的跳板，目標(biāo)不明確，缺失源動(dòng)力;或在學(xué)習(xí)上缺乏自信，對(duì)自己追求的目標(biāo)所需付出的努力與艱辛缺乏持續(xù)性，出現(xiàn)問(wèn)題后表現(xiàn)得手足無(wú)措或抽身而退，得過(guò)且過(guò)[4]。（3）家庭條件普遍較好，個(gè)性突出，具有較強(qiáng)的自我意識(shí)，在社會(huì)適應(yīng)能力、表現(xiàn)力、交往能力上的優(yōu)勢(shì)突出，思維敏捷，動(dòng)手能力強(qiáng)[3]。因材施教是專(zhuān)業(yè)教學(xué)的基本原則。鑒于獨(dú)立學(xué)院學(xué)生的特點(diǎn)，課程教學(xué)必須走出學(xué)術(shù)性、研究型的精英教育模式，加強(qiáng)針對(duì)性、適用性和實(shí)用性。

數(shù)值模擬是一項(xiàng)依靠電子計(jì)算機(jī)，結(jié)合有限元或有限容積的概念，通過(guò)數(shù)值計(jì)算和圖像顯示的方法，達(dá)到對(duì)工程問(wèn)題和物理問(wèn)題乃至自然界各類(lèi)問(wèn)題研究目的的技術(shù)。對(duì)于食品冷卻這樣一個(gè)傳熱學(xué)問(wèn)題，目前已有不少專(zhuān)業(yè)軟件可以對(duì)其進(jìn)行數(shù)值模擬，比如COMSOL Multiphysics，即使沒(méi)有任何數(shù)學(xué)建模或數(shù)值計(jì)算基礎(chǔ)也很容易入門(mén)，學(xué)生只需掌握軟件的一些簡(jiǎn)單操作就可以對(duì)一些簡(jiǎn)單的傳熱問(wèn)題進(jìn)行數(shù)值模擬和計(jì)算，完全可以滿足本科教學(xué)的需求。比如對(duì)于如下這樣一個(gè)食品冷卻問(wèn)題：

用0℃的空氣冷卻20cm×10cm×1cm的豬排，其初始溫度為25℃，密度為1050 kg/m3，熱導(dǎo)率為0.505 W/（m·K），比熱容為3.4724 kJ/（kg·K），含水率為76%，空氣表面自然對(duì)流傳熱系數(shù)為10 W/（m2·K），求1 h后豬排的溫度。

傳統(tǒng)教科書(shū)里給出的求解方法是，先計(jì)算出畢渥數(shù)Bi，若Bi<0.1，則求解變得很容易，可以直接采用集總參數(shù)法，列出公式，帶入相應(yīng)參數(shù)值進(jìn)行計(jì)算即可，誤差不大;否則，就要根據(jù)被冷卻食品的具體形狀，得到對(duì)應(yīng)的解析解，再帶入?yún)?shù)值計(jì)算[1，2]。一般所需的公式教科書(shū)中都會(huì)給出，雖然也很方便，但是公式太過(guò)抽象，學(xué)生解題太過(guò)機(jī)械，所得結(jié)果太過(guò)單一。如果采用專(zhuān)業(yè)的數(shù)值模擬軟件，如COMSOL Multiphysics，則不僅可以得到該問(wèn)題的答案，并以圖像的形式呈現(xiàn)，還可以附帶獲得其他很多信息，比如豬排溫度的空間分布狀況以及隨時(shí)間的變化關(guān)系等等。甚至，還可以制作動(dòng)畫(huà)，將豬排的整個(gè)冷卻過(guò)程動(dòng)態(tài)地展現(xiàn)出來(lái)，形象生動(dòng)。數(shù)值模擬非常類(lèi)似于履行一個(gè)物理實(shí)驗(yàn)，這時(shí)學(xué)生已跳出了數(shù)學(xué)方程的圈子來(lái)對(duì)待物理現(xiàn)象的發(fā)生。如果教學(xué)條件允許，可以再安排實(shí)際的動(dòng)手實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生親自設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，動(dòng)手測(cè)量冷卻過(guò)程中豬排的溫度變化，零距離感受食品冷卻這樣一個(gè)傳熱問(wèn)題。一個(gè)問(wèn)題，三種截然不同的解決方法，從多個(gè)角度來(lái)對(duì)食品冷凍冷藏課程中的傳熱計(jì)算內(nèi)容進(jìn)行教學(xué)，如圖1所示，則可以多方位地刺激學(xué)生對(duì)傳熱現(xiàn)象的認(rèn)識(shí)，激發(fā)他們的學(xué)習(xí)興趣。

當(dāng)今社會(huì)快速發(fā)展，教育教學(xué)也必須緊跟時(shí)代的變化，在堅(jiān)守優(yōu)良傳統(tǒng)的同時(shí)，與時(shí)俱進(jìn)。針對(duì)現(xiàn)代學(xué)生計(jì)算機(jī)水平較高、樂(lè)于接受新事物的特點(diǎn)，教師在授課過(guò)程中適當(dāng)?shù)匾雽?shí)用又相對(duì)易學(xué)的專(zhuān)業(yè)軟件，不僅可令本科課程教學(xué)達(dá)到事半功倍的效果，也有益于日后學(xué)生的就業(yè)以及研究生教育。另一方面，教師在編寫(xiě)教材時(shí)，也可以適當(dāng)介紹本領(lǐng)域的專(zhuān)業(yè)軟件[5，6，7]，使得教師和學(xué)生可以更有依據(jù)、更自然地實(shí)踐這種教學(xué)方式。

總之，獨(dú)立學(xué)院以培養(yǎng)應(yīng)用型人才為目標(biāo)，課程教學(xué)必須顧及經(jīng)濟(jì)社會(huì)需要和學(xué)生實(shí)際學(xué)習(xí)能力，走出學(xué)術(shù)性、研究型的偏理論知識(shí)的精英教育模式，加強(qiáng)針對(duì)性和適用性。教師在繼承傳統(tǒng)教學(xué)方式的同時(shí)，應(yīng)當(dāng)根據(jù)學(xué)生自身的特點(diǎn)，嘗試多元化的教學(xué)模式，以充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，進(jìn)而提高教學(xué)質(zhì)量。

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[7]Sanford Klein，Gregory Nellis. Thermodynamics. Cambridge University Press，2012.

On the Teaching of Heat Transfer Calculation in the Course of Food Refrigeration in Independent Colleges

YU Xiao-yi，LI Wei，XU Mei-juan

（Ningbo Institute of Technology，Zhejiang University，Ningbo，Zhejiang 315100，China）

Abstract：Teaching students in accordance with their aptitude is the basic principle of education.In view of the characteristics of independent college students，a type of trinity teaching，including formula computing，mathematical modeling and hands-on discovery，was proposed for the teaching of heat transfer calculation in the course of food refrigeration.The aim of implementing this teaching model is to fully mobilize the students learning enthusiasm，and ultimately，to improve the teaching quality.

Key words：Independent college;Food refrigeration;Heat transfer;Trinity teaching