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[摘要]本文介绍了将计算机软件绘图工具、窑炉实物模型和流体动画技术，运用到窑炉设计原理课堂教学，使原本抽象难懂的热工设备结构和设计原理内容能易于理解，学生课堂上兴趣高、注意力集中，提高了课堂教学效果。
[关键词]窑炉设计
计算机绘图
窑炉模型
火焰流动动画
课堂教学
课堂教学是系统全面讲授基础理论、实现教学目标的主要渠道。提高课堂教学质量是学校教育质量的中心环节，是反映教学实际效果的重要体现。本科生的工程能力培养是工科类大学高等教育的重要教学内容，也是难点之一。窑炉设计原理是无机非金属材料与工程专业学生核心工程能力之一。窑炉设计原理是窑炉设计的理论基础，也是本科生完成毕业小设计及制图和毕业设计及制图重要的专业知识。课程内容掌握的多少对学生就业本行业也有较大的帮助。
窑炉设计原理是三年级下的专业课程，此前在二年级上过材料概论课程和暑假一次参观企业的经历，参观时间较短，学生缺乏实际企业经验。加之由于现场窑炉1600℃的高温，即使学生在企业现场参观实习时，也只能看见窑炉不清晰的外部轮廓，无法近距离地观察热工设备，更不用说了解其内部结构了。例如对于高温下的小炉喷嘴砖构造，其体积很小，现场看不清，黑板上又难以讲清其立体结构。结果在该课程结束后进行的毕业小设计时，学生容易遗忘画小炉喷嘴砖，或即使画了却又画成实心砖，喷嘴不可能插入其中而提供燃料。又如流液洞结构，它仅仅是熔化部与冷却部之间玻璃液流通的一个小涵洞。因其含在高温炉内部，不可能从外表上看到，课堂上老师画图解释，学生对其印象模糊，往往会忘记流液洞的出口必须深入冷却部并敞开，导致玻璃液实际上不能从熔化部流入冷却部。传统的用PPT把在黑板上的板书和表格搬上屏幕，主要运用语言表达解释窑炉的三维结构，这种课堂教学方法学生感觉抽象，理解困难，往往前学后忘记，教学效果不尽如人意。因此我们进行了运用现代信息技术来提高该课程课堂教学效果的实践。
1．三维动态立体窑炉彩色图的运用
运用AutoCAD和3dxsMAX等软件，以玻璃生产窑炉为例绘制了其结构的三维立体图和二维平面图。其中小炉剖面结构图如图1和图2所示。首先熔化部二维平面图上展现了不同热工设备尺寸问的相互关系，教师从窑炉设计理论上可清晰低解释这些尺寸确定的依据和过程，让学生先有基本概念。再利用三维立体图使学生有整体结构的概念。因为该立体图是可分拆和组装的，如同彩色积木。而且根据不同热工设备所处的温度，配以不同的颜色，如红色表示高温，绿色表示相对低温等。教师讲到那个部位的热工设备，就可将其从窑炉整体结构在切开后移走，并局部放大需看的结构，也可旋转该立体图形，使学生能从多角度看到该热工设备全部的内部结构和对应的外部结构，就如同亲身进入一个新砌筑的窑炉内部，可对各个部位结构进行详细观察。借此讲解窑炉工作原理、结构设计和计算，学生就能很快理解课本上的复杂结构解释内容了，课堂讲解时学生兴趣高，回答教师提问和课堂练习正确率提高，教学效果好。
2．实物模型的运用
马蹄焰窑炉的流液洞结构是非常关键的玻璃窑炉热工设备，而实际上从结构来看它仅是熔化部与冷却部问的通路。但由于其处于熔化池底部，体积又很小，课堂理论讲解清楚其结构和位置很困难，如学生特别不理解流液洞的出口结构。为此我们借助窑炉实物模型，分层拍摄其剖析数码图片，制成PPT图片用以课堂讲解流液洞的结构。操作工程如下：第一步拿去熔化部大碹和冷却部馒头碹，可以看见熔化部与冷却部内部的部分部分结构，
如投料池，窑坎和桥墙及冷却部玻璃液去通路的出口，如图3所示。第二步移去过桥砖砖可以看见流液洞的前后档墙及其出口结构，如图4所示。第三步移去，移去前后档墙剩下盖板砖，如图5所示。最后移去盖板砖后，流液洞整个结构就清晰地展现在学生面前了，如图6所示。通过上述对模型四步的分层解析操作，学生对流液洞的结构和所处窑炉中的位置有了明确的印象，在下学期的毕业小设计中绘图时就能体现出课堂学习的效果，绝大多数学生都能准确地画出流液洞的结构，在设计说明书上也能正确说明它的作用了。
3．流体彩色动画的运用
玻璃窑炉中高温的获得来源于燃料从小炉口喷出的火焰及其持续地燃烧，而火焰喷出的动态效果实习时看不到，更摸不着。课堂上难以讲清楚这种抽象的火焰喷出时的方向和燃烧时的状态。为此我们运用flash软件制作了磺火焰窑和马蹄焰窑火焰的动画图像。对于横火焰其火焰喷出的动态：一个周期内火焰由左侧从一个小炉喷火口喷出燃尽后烟气进入对面右侧小炉口，如图7所示；换下一个周期，反过来火焰由右侧从一个小炉喷火口喷出燃尽后烟气进入对面左侧的另一个小炉，如图8所示。而马蹄焰火焰的形状的动画如图8和9所示：火焰从一个小炉口喷出，到熔化部长度约2／3成转弯，进入另一侧小炉，火焰形状形如马蹄型。逼真的动画让学生过目不忘，从学生目不转睛的神态上，可以看出课堂效果明显。即使到一年后毕业时，大多数学生对马蹄形火焰的形状和燃烧过程记忆犹新。
实践证明，通过运用先进的教学手段，形象而生动地讲解抽象复杂的窑炉结构和设计，能有效地激发了学生学习兴趣，活跃了课堂学习气氛，课堂教学效果得到了较明显地改善，相应的课堂教学PPT在以学生为主参与
的学校课程PPT比赛中，也获得了学生的高分评价。同时也进一步密切了课程理论教学与企业生产实际的关系，部分弥补了学生实践经历少的缺陷，学生在实习现场能较快理解企业指导人员讲解的内容，为后面的毕业设计打下了良好的基础，对毕业实习也起到了深化和补充的作用。
参考文献
[1]孙承绪，《玻璃工业热工设备》[M]，武汉：武汉工业大学出版社，1996。
[2]万胜男，盛欣，万锋，运用现代信息技术提高学生工程能力培养质量化工高等教育2004，4，69—71。
[3]王洪淼，《3ds Max 9中文版实例教程》[M]上海；上海科学普及出版社，2010。
[4]陈秀荣，林逢凯。以形象、逻辑的多媒体课件强化水污染控制工程教学，化工高等教育2009，26(4)，97-100。
[关键词]窑炉设计
计算机绘图
窑炉模型
火焰流动动画
课堂教学
课堂教学是系统全面讲授基础理论、实现教学目标的主要渠道。提高课堂教学质量是学校教育质量的中心环节，是反映教学实际效果的重要体现。本科生的工程能力培养是工科类大学高等教育的重要教学内容，也是难点之一。窑炉设计原理是无机非金属材料与工程专业学生核心工程能力之一。窑炉设计原理是窑炉设计的理论基础，也是本科生完成毕业小设计及制图和毕业设计及制图重要的专业知识。课程内容掌握的多少对学生就业本行业也有较大的帮助。
窑炉设计原理是三年级下的专业课程，此前在二年级上过材料概论课程和暑假一次参观企业的经历，参观时间较短，学生缺乏实际企业经验。加之由于现场窑炉1600℃的高温，即使学生在企业现场参观实习时，也只能看见窑炉不清晰的外部轮廓，无法近距离地观察热工设备，更不用说了解其内部结构了。例如对于高温下的小炉喷嘴砖构造，其体积很小，现场看不清，黑板上又难以讲清其立体结构。结果在该课程结束后进行的毕业小设计时，学生容易遗忘画小炉喷嘴砖，或即使画了却又画成实心砖，喷嘴不可能插入其中而提供燃料。又如流液洞结构，它仅仅是熔化部与冷却部之间玻璃液流通的一个小涵洞。因其含在高温炉内部，不可能从外表上看到，课堂上老师画图解释，学生对其印象模糊，往往会忘记流液洞的出口必须深入冷却部并敞开，导致玻璃液实际上不能从熔化部流入冷却部。传统的用PPT把在黑板上的板书和表格搬上屏幕，主要运用语言表达解释窑炉的三维结构，这种课堂教学方法学生感觉抽象，理解困难，往往前学后忘记，教学效果不尽如人意。因此我们进行了运用现代信息技术来提高该课程课堂教学效果的实践。
1．三维动态立体窑炉彩色图的运用
运用AutoCAD和3dxsMAX等软件，以玻璃生产窑炉为例绘制了其结构的三维立体图和二维平面图。其中小炉剖面结构图如图1和图2所示。首先熔化部二维平面图上展现了不同热工设备尺寸问的相互关系，教师从窑炉设计理论上可清晰低解释这些尺寸确定的依据和过程，让学生先有基本概念。再利用三维立体图使学生有整体结构的概念。因为该立体图是可分拆和组装的，如同彩色积木。而且根据不同热工设备所处的温度，配以不同的颜色，如红色表示高温，绿色表示相对低温等。教师讲到那个部位的热工设备，就可将其从窑炉整体结构在切开后移走，并局部放大需看的结构，也可旋转该立体图形，使学生能从多角度看到该热工设备全部的内部结构和对应的外部结构，就如同亲身进入一个新砌筑的窑炉内部，可对各个部位结构进行详细观察。借此讲解窑炉工作原理、结构设计和计算，学生就能很快理解课本上的复杂结构解释内容了，课堂讲解时学生兴趣高，回答教师提问和课堂练习正确率提高，教学效果好。
2．实物模型的运用
马蹄焰窑炉的流液洞结构是非常关键的玻璃窑炉热工设备，而实际上从结构来看它仅是熔化部与冷却部问的通路。但由于其处于熔化池底部，体积又很小，课堂理论讲解清楚其结构和位置很困难，如学生特别不理解流液洞的出口结构。为此我们借助窑炉实物模型，分层拍摄其剖析数码图片，制成PPT图片用以课堂讲解流液洞的结构。操作工程如下：第一步拿去熔化部大碹和冷却部馒头碹，可以看见熔化部与冷却部内部的部分部分结构，
如投料池，窑坎和桥墙及冷却部玻璃液去通路的出口，如图3所示。第二步移去过桥砖砖可以看见流液洞的前后档墙及其出口结构，如图4所示。第三步移去，移去前后档墙剩下盖板砖，如图5所示。最后移去盖板砖后，流液洞整个结构就清晰地展现在学生面前了，如图6所示。通过上述对模型四步的分层解析操作，学生对流液洞的结构和所处窑炉中的位置有了明确的印象，在下学期的毕业小设计中绘图时就能体现出课堂学习的效果，绝大多数学生都能准确地画出流液洞的结构，在设计说明书上也能正确说明它的作用了。
3．流体彩色动画的运用
玻璃窑炉中高温的获得来源于燃料从小炉口喷出的火焰及其持续地燃烧，而火焰喷出的动态效果实习时看不到，更摸不着。课堂上难以讲清楚这种抽象的火焰喷出时的方向和燃烧时的状态。为此我们运用flash软件制作了磺火焰窑和马蹄焰窑火焰的动画图像。对于横火焰其火焰喷出的动态：一个周期内火焰由左侧从一个小炉喷火口喷出燃尽后烟气进入对面右侧小炉口，如图7所示；换下一个周期，反过来火焰由右侧从一个小炉喷火口喷出燃尽后烟气进入对面左侧的另一个小炉，如图8所示。而马蹄焰火焰的形状的动画如图8和9所示：火焰从一个小炉口喷出，到熔化部长度约2／3成转弯，进入另一侧小炉，火焰形状形如马蹄型。逼真的动画让学生过目不忘，从学生目不转睛的神态上，可以看出课堂效果明显。即使到一年后毕业时，大多数学生对马蹄形火焰的形状和燃烧过程记忆犹新。
实践证明，通过运用先进的教学手段，形象而生动地讲解抽象复杂的窑炉结构和设计，能有效地激发了学生学习兴趣，活跃了课堂学习气氛，课堂教学效果得到了较明显地改善，相应的课堂教学PPT在以学生为主参与
的学校课程PPT比赛中，也获得了学生的高分评价。同时也进一步密切了课程理论教学与企业生产实际的关系，部分弥补了学生实践经历少的缺陷，学生在实习现场能较快理解企业指导人员讲解的内容，为后面的毕业设计打下了良好的基础，对毕业实习也起到了深化和补充的作用。
参考文献
[1]孙承绪，《玻璃工业热工设备》[M]，武汉：武汉工业大学出版社，1996。
[2]万胜男，盛欣，万锋，运用现代信息技术提高学生工程能力培养质量化工高等教育2004，4，69—71。
[3]王洪淼，《3ds Max 9中文版实例教程》[M]上海；上海科学普及出版社，2010。
[4]陈秀荣，林逢凯。以形象、逻辑的多媒体课件强化水污染控制工程教学，化工高等教育2009，26(4)，97-100。