“数值传热学”是一门对描写流动与传热问题的控制方程采用数值方法,并通过计算机求解的传热学与数值方法相结合的交叉学科研究生课程。1983年,陶文铨院士在西安交通大学首次开设“数值传热学”课程,至今已将近40年,目前已形成了由陶文铨院士领衔,陈黎、冀文涛、任秦龙、戴艳俊、方文振等杰出青年教师组成的教学团队。选课学生人数从最开始的19人发展到现在的每级400人左右,课程学习人数累计达7000余人,选课的研究生来自能动、电气、化工、航天、材料等专业,为我国能源与动力行业培养了大量从事流动与传热问题数值仿真的人才,其中有许多已成为国家级杰出人才。
“扎根”三尺讲台,孕育桃李芬芳
陶文铨院士在兴庆校区1300大教室上课的场景已成为许多交大学子对校园最深刻的印象之一。作为学校的特大型教室,1300教室能同时容纳367人上课,但每年选修以及旁听“数值传热学”的学生经常超过400人,甚至还有已经毕业的同学,趁出差机会专门返校旁听,看望恩师的同时重温校园时光、探讨学术问题。教室的座位供不应求,上课时教室的过道和台阶上坐满了渴求知识的同学们。为此,陶文铨院士特意购置了许多小马扎,每次上课前摆放在合适的位置,以满足同学们的听课需求。
坚持优良传统,不断与时俱进
近几十年来,数值传热学得到了飞速发展,计算机硬件工业的发展也为数值传热学提供了物质条件,数值模拟在流动与传热的研究和工程应用中发挥着越来越重要的作用。为了适应这样的形势,数值传热学从1983年开课至今始终坚持“保留传统、与时俱进”的原则,实现了三个创新:一是讲课语言从汉语到全程英语;二是仿真工具从教学程序增加到含商业软件;三是弘扬交大课程“质疑”传统,为学生设立专门环节。
2019年课程结束时师生合影
陶文铨院士在创新港和园宿舍为学生答疑
2019年秋季,“数值传热学”课程首次在创新港开设,课程的传统“质疑”环节以及专题辅导也在创新港得到传承和发展。陶文铨院士在每堂课结束时公布“邀请答疑名单”,主动邀请至少10名研究生到他的宿舍进行答疑,采取“面对面”质疑的方式加强和学生之间的沟通。每到这时,宿舍的客厅里就围满了带着各种问题的同学们,他们向陶院士提出学习过程中遇到的疑问和困难。对于某些重要或难度较高的课程内容,教学团队还专门组织课外辅导。例如在讲授流动与传热的控制方程时,考虑到学生在部分交叉学科领域基础较为薄弱,陶文铨院士在课外辅导时间专门讲授能量方程的推导过程。
青年教师方文振在兴庆校区答疑辅导
陈黎教授在讲授到TDMA求解代数方程方法时要求学生自己编写代码,考虑到部分学生有较大困难,他专门在线上开设专题辅导,教授代码编写的基本思路与技巧;任秦龙和冀文涛教授分别辅导对流扩散方程的离散格式和求解Navier-Stokes方程的压力修正算法。教学团队还考虑到有少量学生在兴庆校区通过视频听课,他们在创新港答疑的同时,还专门安排青年教师方文振、戴艳俊在兴庆校区给同学们答疑辅导。多年来,课程组十分注意及时收集学生意见以及学习中遇到的困难。在课程进行过程中及结束后都要召开学生代表、助教的联席会议,对课程进行总结讨论并不断改进完善。
传承西迁精神,激发爱国热情
在课堂上介绍冯康教授的事迹
在课程负责人陶文铨院士的带领下,教学团队秉承西迁精神,注重对学生的政治认同、家国情怀、文化素养和道德修养的熏陶。在许多关于西迁精神的讲座和报告中,陶文铨院士都深情地分享了彭康、陈大燮、陈学俊、杨世铭等众多著名西迁教授、老一辈交大人的先进事迹:“他们热爱祖国,热爱共产党,迁校时他们背起行囊就走,与祖国的发展同向同行”。他常说:“我首先要把西迁精神传承过来,再传承给我的学生。”老一辈热流数值计算领域科学家的先进爱国事迹也不断融入“数值传热学”教学过程。我国著名数学家冯康教授等独立于西方创立了当代数学的一项重大成就:有限元方法;工程热物理学家吴仲华教授创立了叶轮机械三元流动通用理论,开辟了数值求解叶轮机械三元流动的新方向。
与课程知识相关的国际局势也被专门引入教学过程中,引发学生深度思考,从而润物无声地完成价值引领。例如,西方国家在传热与流动数值仿真领域对中国展开了数次封锁与禁运,包括1985年西欧共同体禁止向我国出售世界上第一个流动与传热仿真的商业软件PHOENICS,以及2020年美国政府禁止向我国哈尔滨工业大学、哈尔滨工程大学等出售MATLAB等事例。
授课融入热流科学与工程教育部重点实验室最新科研成果
鼓励研究生突破“卡脖子”技术
课程团队还持续挖掘与本课程教学内容及国民经济重点领域紧密相关的最新教学案例和程序代码,激发同学在国民经济重点领域建功立业的热情;课程鼓励研究生独立编写计算程序,并为打破西方在“卡脖子”技术领域的封锁而努力奋斗。教学团队成员陈黎、任秦龙和冀文涛老师在讲解ANSYS FLUENT的基本原理及工程应用算例的过程中,不断将国外商业软件与学校科研团队自主研发的计算代码在求解复杂流动换热问题中的可读性、稳定性、精确性和时效性展开深入对比,明确了自主研发数值计算代码的诸多优势,鼓励研究生进一步开展数值计算领域的科研工作,为彻底摆脱对国外商业软件的依赖而不懈奋斗。
昔日星星之火,今朝使命担当
陶文铨院士的言传身教,影响着《数值传热学》课堂的每一位学子,不仅让学生体会到名师名课程的魅力,也深深地影响着学生的创新人格和科研动力。
研究生熊同学在硕士论文致谢中写道:“向陶文铨教授活到老、学到老的精神致敬!陶老师的‘数值传热学’课程是我学习数值模拟的启蒙课程。陶老师数值传热学答疑时两眼微闭,沉醉其中的神情,让我明白了什么是真正的热爱!”研究生朱同学写道:“讲台上,陶老师偏瘦却挺拔的身姿和抑扬顿挫的声音,深深印在了我的心里。陶老师数十年如一日的坚守,紧跟时代发展浪潮的科研态度和日常生活中平易近人的处世之道,无一不彰显着大师风范。‘高山仰止,景行行止’,我将时刻铭记陶老师对我们的教诲,在工作领域中努力奋斗,保持初心与热爱!”
研究生毕业生凌空,在选修“数值传热学”课程之后,对数值算法产生了浓厚的兴趣,从美国做博士后之后回到国内,立志开发我国具有自主知识产权的工业计算软件。目前,他所领导的团队自主开发的MHT软件已应用于国内数家对国计民生有重大影响的科研院所,获得广泛好评。
不仅如此,不少毕业生在兄弟学校任教期间,都以“数值传热学”为蓝本,开设了相应的课程,为推动我国数值传热学的教学与研究起到了重要的引领作用。例如先后任教于北京石油大学、北京石油化工学院的宇波教授,在开设流动与传热数值计算课程过程中,编著了《流动与传热数值计算——若干问题的研究与探讨》一书,该书入选当代杰出青年科学文库并由科学出版社出版。他在该书序言中写道:“能够完成此书,首先感谢我的恩师——西安交通大学陶文铨院士二十年来对我的循循引领和悉心指导,正是他的知遇之恩、提携之情和鼓励之意鞭策我在流动与传热数值计算的领域不断前行。”
匆匆四十载,“数值传热学”在陶文铨院士及教学团队的建设下不断与时俱进,结合国际形势及学科发展不断完善课程体系和内容;在传授专业知识的同时亦注重品行的培养,以德施教、以身作则,将专业教学与价值引领有机融合,培养了大批具有家国情怀的高素质新时代人才。