“傳熱學”課程教學方法分析與實踐

摘要：“傳熱學”是能源動力類專業的主要專業基礎課程，進行“傳熱學”課堂教學環節改革對提高學生實際應用水平和培養創新能力具有積極意義。分析了傳統課堂教學中存在的問題，從多方面探討和提出了適合創新型人才培養的課堂教學途徑和方法，闡述了熱能與動力等專業“傳熱學”教學實踐的思路與具體實施方法，并進行實施，效果良好，可以對國內高校其他類似課程或專業的教學提供一些參考和借鑒。

關鍵詞：傳熱學；教學改革；教學方法

作者簡介：齊曉霓（1974-），女，山東臨淄人，山東理工大學交通與車輛工程學院，講師；劉永啟（1965-），男，山東棗莊人，山東理工大學交通與車輛工程學院，教授。（山東 淄博 255049）

基金項目：本文系山東理工大學教學項目基金“傳熱學教學方法的研究與探索”（項目編號：112024）的研究成果。

中圖分類號：G642.421 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2013）32-0091-02

“傳熱學”是高等學校能源動力類、化工制藥類、航空航天類、機械類、環境與安全類等專業的主要專業基礎課，其與“工程熱力學”、“流體力學”一起被稱作熱工類專業的三大支柱，[1，2]由此可以看到這些課程在上面專業中占有非常重要的地位。只有認真掌握這三門課程，才有利于后面課程的學習和相關的工作研究，所以要求教師在實際教學過程中，運用新型教學方法，采取先進教學手段，保證教與學都能達到最佳目標。本文根據“傳熱學”的課程特點，依據筆者自己的教學經驗，從課程定位、教學方法以及培養學生的實際應用水平和創新性思維等方面，針對教與學的過程中出現的問題及解決要點進行分析和探討。

一、明確課程定位

傳熱學是研究具備溫度差異時發生的熱量傳遞規律和測試的科學。因為自然界和不同生產領域普遍存在著溫度差異，所以傳熱現象非常廣泛。傳熱學也普遍應用在現代科學技術當中，是能源動力、化工制藥、機械、航空航天等領域的必備技術課程。具有很強的實踐作用，在具體學習過程中要重視基本概念和基本理論的掌握。因此在教學中要重視理論與實踐相結合，使學生學會分析問題和解決問題的思路和方法，提高工程分析的能力，注重學生能力的培養，提倡節約能源，讓學生靈活運用各章的經驗公式和通過圖表進行計算的能力。同學們在傳熱學的學習過程中普遍存在的問題是學習時不覺得有多難，但處理具體問題時卻感覺力不從心、無從下手。究其原因，傳熱學的理論推導較多，而且經驗公式難以理解和記憶，做習題時學生難以下手。

在教學實踐中，筆者發現并歸納出中學時學過的能量守恒原理作為一條橫線貫穿著傳熱學計算問題的始終，能將復雜的問題簡單化。以導熱問題的數學描寫為例來說明這種方法的思路，[3]在要研究的物體中任意去除一個微元平行六面體作為該微元體能量收支平衡的分析對象。假設物體中有內熱源，它代表單位時間內單位體積中產生或消耗的熱量，在空間三個坐標方向上，將任一方向上的熱流量分解成x、y、z坐標軸方向的分熱流量，對于微元體應用能量轉化和守恒定律建立起能量平衡關系式，即導入微元體的總熱流量+微元體內熱源的生成熱=導出微元體的總熱流量+微元體熱力學能的增量。將三個方向上的能量平衡關系式寫出后，相加即可獲得總的能量平衡關系式，然后將各項熱量傳遞方式的表達式代入平衡關系中求解，該方程可以針對物體的邊界條件用簡單積分求解。無論使用導熱微分方程式直接結合邊界條件求解還是簡單積分求解，通過上述兩種方法的講解，可以讓學生思路清晰，處理實際問題時起到事半功倍之效。如果在實際問題中出現了更復雜的熱傳遞問題，可以劃分不同的單元，一個個解決。將這種能量守恒的思路融入整個教學過程中，可以使學生加深對各章節中定律的連貫理解，達到了相當好的教學效果。

二、優化教學內容，適應傳熱學技術發展

世界范圍內科學技術的迅速發展和我國經濟建設取得的顯著成就都對“傳熱學”課程的發展產生了積極的影響。盡管傳熱學的基本規律并無變化，但是研究手段的發展和工程應用領域的擴大進一步豐富了傳熱學的內涵。與此同時，在我國加入世界貿易組織以后，關于高等教育的國際化與本土化已成為熱門話題，部分國外優秀的原版教材被引進了大學講臺上。如何借鑒國外優秀教材，不斷更新教學內容，讓學生經常接觸到本學科的前沿知識，成為“傳熱學”教學中的必要任務。傳熱學的發展日新月異，為了適應我國相關行業的發展，體現本學科的進展，要使學生學到最新的知識，必須不斷更新教學內容，把最新的知識引入到教學中。因此在教學內容的選擇上，刪減了部分比較繁瑣的數學推導內容，如一維無限大平板非穩態導熱分析解的推導過程等；對于傳統傳熱學中相對陳舊的內容也做了刪減，包括管內湍流傳熱的齊德-泰特公式、米海耶夫公式、流體橫掠管束的格里森公式等；增添了教材上沒有涉及或涉及不深的有關傳熱學新技術的內容，如微納米傳熱內容、強化單相對流換熱的縱向渦方法。

向學生傳授知識，同時也是培養學生分析問題、解決問題能力的過程。從人才培養的整體計劃來看，培養能力是更為根本的任務，因此在教學過程中對這一任務做了很大的努力：在每一章節末增加了本章內容的應用部分，舉例更為接近工程實際，需要學生應用更多知識進行綜合分析；對例題進行講解時更為注重較為復雜的實際問題的分析和講授，對此類問題分層次進行剖析講解；在每一章最后增加了小論文題目，在教學實踐中組織學生撰寫與課程學習內容相關的小論文，激發學生的學習興趣，培養分析問題、解決問題的能力。

三、“傳熱學”教學中的教學方法分析

大部分高校教師的教學模式都已從“獨角戲”式的填鴨式教學過渡到“教與學的互動階段”，例如在課堂教學中不再是教師一人唱獨角戲，而是采用提問回答式、小范圍對話式、邏輯啟發式等教學方式，因材施教，因人施教。隨著教育改革的逐步深入，現代科技的發展對教學的影響越來越大，例如為了使教學過程信息量增大，生動形象，激發學生的學習興趣，大學課堂中大部分課堂教學都采用多媒體教學。[4]那么，“傳熱學”采用多媒體教學是否能夠達到預期的教學效果呢？“傳熱學”是以傳導、對流、輻射和換熱器四大內容去展開的。所以在教學中適當輔以多媒體課件有利于講清有關現象的物理本質和基本原理。比如在介紹三種傳熱方式時用空調制冷過程、燒開水的過程等生動的動畫，來說明熱量傳遞的分類，就能使學生留下非常深刻的印象。肋片導熱一節中，同學們對穩態下的肋片沿著熱量傳遞方向的熱量逐漸減少這一動畫過程去分析問題時，很快就明白了肋片的導熱實質與傳統的一維穩態導熱過程的差別。

但在實際教學中，運用多媒體課件教學并不是為了運用現代教學方法。那么運用多媒體課件是否可以收到良好的教學效果呢？筆者調查了很多學生，他們大多認為：“傳熱學”中的純理論推導難度很大，如果仍然采用多媒體課件，很難留下較深的印象，無法真正領會推導過程，雖然多媒體課件信息量大，但不逐步推導，能接受的內容就會很少，收效甚微。所以“傳熱學”作為一門專業基礎課程，如果在教學活動中運用多媒體，就要預先確定教學內容。在講解基礎理論時，要以板書為主。多媒體課件作為一種輔助手段，把抽象的事物用生動的語言和畫面展現在學生面前，更加形象和具體，再列舉一些生活當中的實際例子，可以使教學活動收到良好的效果。在講解較為復雜的公式時，最好的辦法是板書，再加上對學生的提問，可以調動學生的學習興趣。把理論的講解和生動形象的事物聯系起來，有利于學生掌握。學生在學習過程中，對不易理解的內容要適當做些記錄，不但可以調動學生的學習積極性，而且取得了良好的教學效果。

四、考試方法及成績評定方法改革

為了考核學生解決實際問題的能力，調動學生的學習積極性，死記硬背的內容不列入考核范圍。筆者在“傳熱學”的考核中也進行了改革。考試采用三種考核方式綜合進行，這三種方式是閉卷、開卷和大作業。任課教師在進行課程考核時要出具兩套試題：一套試題是開卷，主要目的是為了考核學生運用所學內容分析實際傳熱問題和解決實際傳熱問題的能力，并且在開卷試題中也要有考查學生創新能力和創造性思維的內容；另一套試題為閉卷試題，主要用于考查學生對課程的基本概念、基本理論和基本規律等基礎知識的掌握程度，題目主要包括簡答題、選擇題、填空題、名詞解釋等。開卷試題和閉卷試題的考試時間和分值分別占總考試時間和分值的50%。開卷考試和閉卷考試在同一考場中先后進行。

學生的成績評定方法由傳統的考試成績評定改為“考試成績+實驗成績+平時成績”綜合評定。為了提高學生的學習積極性，并保證學生的大作業質量，提高學生參與課堂討論和課堂講授的能動性，任課老師在課程一開始就要在課堂上宣布最終成績的評定方法：考試成績占總成績的60%；實驗成績占總成績的10%；平時成績考核根據課堂討論情況、回答問題、大作業成績綜合評定，占總成績的30%。

五、教學效果

1.課堂和實驗課教學效果

通過一個學期的教學改革思路下的教學設計和教學實踐，筆者發現學生在課堂上能夠積極主動地思考和回答問題，對“傳熱學”的學習比往屆學生興趣更高，在任課教師的引導下能夠主動思考解決傳熱學問題的流程，主動查閱筆者提供的參考書目并提出問題。在導熱、對流及輻射換熱的實驗課上，大多數同學能夠自發、獨立、主動地完成三個基本實驗，有些同學還與教師探討更深入的實驗驗證分析解的問題，完成筆者布置的選做內容。

2.大作業反饋教學效果

由于學生較多，從120個學生中抽查了交上來的50份大作業，學生在選題上發揮了積極性和主觀能動性，選題范圍從生活實例到氣候變化，再到工程實踐，如天氣現象諺語中蘊含的傳熱基理、太陽能利用，制冷系統中的傳熱學應用等，涉及到“傳熱學”各個章節的內容。大部分學生還通過查閱相關文獻和主動思考，初步掌握了模型建立、數值模擬及結果分析并驗證這一流程，得到了一次系統的科學分析方法訓練。學生在查閱資料并完成大作業的過程中，不僅鞏固了課堂上教授的基本內容，還自發引入其它課程或參考資料中的信息并將信息加工消化，例如進行傳熱過程分析的火用分析方法等。

總之，學生在學習過程中發揮了主體作用，提高了綜合分析能力和創新能力。

六、結束語

總之，課程教學沒有固定的模式，在實際教學中做到因人而異、因材施教是有一定難度的。作為教師，要不斷應用新型教學方法，提高個人修養，制作豐富多彩的多媒體課件。要想使全部學生順利完成學習任務，不但要適當運用多媒體課件輔助教學，還應經常和學生進行交流，有目的地指導學生，提高學生的學習興趣，使全部學生感受到學習的樂趣，獲得努力學習的動力。

參考文獻：

[1]劉立平，師少鵬.傳熱學課程教學的改革探索[J].高等農業教育，

2004，（3）.

[2]劉曉慧.傳熱學課程內容分類教學法[J].建材高教理論與實踐，

1996，（3）.

[3]涂虬.熱平衡法在傳熱學教學中的應用[J].武鋼職工大學學報，

2000，（1）.

[4]李敏，李湛.工程熱力學與傳熱學多媒體應用分析[J].理工高教研究，2004，（2）.