基于CDIO理念的傳熱學(xué)課程教學(xué)研究與探討

趙忠超+周根明+唐春麗

doi：10.11835/j.issn.1005-2909.2014.01.020

收稿日期：2013-10-11

基金項(xiàng)目：江蘇省“十二五”高等學(xué)校重點(diǎn)專(zhuān)業(yè)建設(shè)項(xiàng)目（No. 20122377）

作者簡(jiǎn)介：趙忠超（1975-），男，江蘇科技大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院副教授，博士，主要從事強(qiáng)化傳熱、建筑節(jié)能方面的研究，（E-mail）12074763@qq.com。

摘要：根據(jù)教育部“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”戰(zhàn)略目標(biāo)的要求，結(jié)合CDIO教育理念和質(zhì)量管理基本原則，針對(duì)傳熱學(xué)課程教學(xué)所面臨的困境，文章對(duì)該課程的教學(xué)過(guò)程、教學(xué)方法、實(shí)踐過(guò)程和考核方法等方面進(jìn)行了研究與探索，分析了CDIO大工程理念下建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專(zhuān)業(yè)傳熱學(xué)課程創(chuàng)新應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式。

關(guān)鍵詞：CDIO；傳熱學(xué)；教學(xué)研究

中圖分類(lèi)號(hào)：G642.0；TK124 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1005-2909（2014）01-0079-04

“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”，旨在培養(yǎng)造就一大批適合社會(huì)需求的創(chuàng)新應(yīng)用型工程人才，是中國(guó)高等教育的一項(xiàng)重大改革。創(chuàng)新應(yīng)用型人才應(yīng)具有較強(qiáng)的學(xué)習(xí)能力、創(chuàng)新能力、交流能力和社會(huì)適應(yīng)能力[1-2]。美國(guó)麻省理工學(xué)院等四所工程大學(xué)為了實(shí)現(xiàn)學(xué)生綜合素質(zhì)的培養(yǎng)目標(biāo)，提出了現(xiàn)代工程教育CDIO理念——構(gòu)思（Conceive）、設(shè)計(jì)（Design）、實(shí)現(xiàn)（Implement）和運(yùn)作（Operate）。CDIO理念基于產(chǎn)品研發(fā)到產(chǎn)品運(yùn)行的生命周期理論，通過(guò)工程的情景教育，讓學(xué)生主動(dòng)地在實(shí)踐與課程有機(jī)聯(lián)系的學(xué)習(xí)環(huán)境中學(xué)習(xí)工程知識(shí)[3]?！白吭焦こ處熃逃囵B(yǎng)計(jì)劃”與CDIO理念在培養(yǎng)目標(biāo)上是一致的，都要求在教學(xué)過(guò)程、教學(xué)方法、實(shí)踐過(guò)程和考核方法等人才培養(yǎng)過(guò)程中，體現(xiàn)大工程觀(guān)意識(shí)，以社會(huì)需求為導(dǎo)向，以實(shí)際工程為背景，拓展工程教育基礎(chǔ)，拓寬工程教育視野，著重培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)建和運(yùn)作新產(chǎn)品、新流程和新系統(tǒng)的能力[4-7]。本文結(jié)合江蘇省重點(diǎn)專(zhuān)業(yè)的建設(shè)，基于CDIO理念對(duì)傳熱學(xué)課程的教學(xué)過(guò)程、教學(xué)方法、實(shí)踐過(guò)程和考核方法等方面進(jìn)行研究與探索。

一、傳熱學(xué)課程教學(xué)存在的問(wèn)題

傳熱學(xué)是研究由溫差引起的熱量傳遞規(guī)律的科學(xué)，通過(guò)傳熱學(xué)課程的教學(xué)，除了讓學(xué)生掌握基本的熱量傳遞規(guī)律外，更重要的是幫助學(xué)生學(xué)會(huì)利用已掌握的基本熱量傳遞規(guī)律，分析和解決工程實(shí)際應(yīng)用中多種基本傳熱規(guī)律耦合的復(fù)雜熱量傳遞問(wèn)題。該課程是建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專(zhuān)業(yè)的一門(mén)重要專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課，是工程熱力學(xué)和流體力學(xué)兩門(mén)專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課基本理論的綜合應(yīng)用，具有知識(shí)面廣、工程適應(yīng)性和實(shí)踐性強(qiáng)的特點(diǎn)，對(duì)培養(yǎng)建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專(zhuān)業(yè)學(xué)生分析和處理工程實(shí)際問(wèn)題的能力起著重要的作用[8-9]。但目前傳熱學(xué)課程教學(xué)未能體現(xiàn)其工程應(yīng)用的特征，還存在一些問(wèn)題。

1.教學(xué)觀(guān)念與社會(huì)需求脫節(jié)

該課程教學(xué)重視知識(shí)的系統(tǒng)性和完整性，而缺少理論與工程應(yīng)用相結(jié)合的教學(xué)內(nèi)容，忽略學(xué)生工程實(shí)踐能力的培養(yǎng)，出現(xiàn)重灌輸、輕自學(xué)，重精深、輕綜合，重理論、輕實(shí)踐，重研究、輕設(shè)計(jì)的現(xiàn)象。傳統(tǒng)的教學(xué)觀(guān)念與CDIO理念所倡導(dǎo)的注重培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立學(xué)習(xí)能力、分析和解決問(wèn)題的能力以及創(chuàng)新能力的思想相悖，已無(wú)法適應(yīng)時(shí)代的發(fā)展和社會(huì)的需求。

2.課程教學(xué)內(nèi)容與工程實(shí)際脫節(jié)

傳熱學(xué)課程教學(xué)內(nèi)容側(cè)重于熱傳導(dǎo)、熱對(duì)流和熱輻射等傳熱現(xiàn)象的基本理論知識(shí)，缺乏結(jié)合工程實(shí)際案例的課堂教學(xué)，未能具體展現(xiàn)熱量傳遞規(guī)律在工程實(shí)際中的廣泛應(yīng)用，學(xué)生不能用已掌握的基本理論知識(shí)綜合解決實(shí)際工程問(wèn)題，這是傳統(tǒng)教育重視工程科學(xué)教育的結(jié)果，不符合CDIO倡導(dǎo)的樹(shù)立大工程觀(guān)，注重培養(yǎng)人才的工程實(shí)踐能力的理念。

3.教學(xué)方法缺乏創(chuàng)新

該課程教學(xué)仍以傳統(tǒng)的單向灌輸式、照本宣科式的講授方法為主，忽略了學(xué)生作為教學(xué)主體的角色地位，教學(xué)中學(xué)生缺乏積極性和主動(dòng)性，只能被動(dòng)參與，課堂氣氛單調(diào)、沉悶，學(xué)生很容易失去學(xué)習(xí)興趣。這樣培養(yǎng)的學(xué)生必然失去自主學(xué)習(xí)的能力，其思維模式也會(huì)變得僵化，實(shí)踐應(yīng)用能力差。

4.教學(xué)實(shí)踐環(huán)節(jié)脫離實(shí)際，缺乏創(chuàng)新性

該課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)多為驗(yàn)證性的演示實(shí)驗(yàn)，教師講解相關(guān)實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)儀器的操作方法和步驟以及預(yù)期獲得的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，學(xué)生則按規(guī)定操作規(guī)程進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)試、記錄，驗(yàn)證預(yù)期的實(shí)驗(yàn)結(jié)果和完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。這種操作方法和流程固定、預(yù)知實(shí)驗(yàn)結(jié)果的實(shí)驗(yàn)課程，難以達(dá)到啟發(fā)學(xué)生思維，培養(yǎng)其動(dòng)手設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)和獨(dú)立運(yùn)行實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ哪康摹?/p>

5.課程評(píng)價(jià)體系單一、片面

傳熱學(xué)課程采用的是期末閉卷考試的考核方式，其評(píng)價(jià)導(dǎo)向依然將學(xué)生掌握基本理論作為唯一評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，缺乏知識(shí)綜合應(yīng)用和工程實(shí)踐能力的考核，未能體現(xiàn)學(xué)生應(yīng)用理論知識(shí)分析解決工程實(shí)際問(wèn)題的能力；同時(shí)也缺少對(duì)學(xué)生課程學(xué)習(xí)過(guò)程的考核。這種重理論、輕應(yīng)用的考核方式，與CDIO培養(yǎng)工程型、應(yīng)用型人才的理念不相符。

二、教學(xué)理念和教學(xué)方法的改革

（一）轉(zhuǎn)變教學(xué)觀(guān)念，適應(yīng)企業(yè)對(duì)創(chuàng)新應(yīng)用型人才的需求

按照CDIO理念，首先應(yīng)變革傳統(tǒng)的一元教育教學(xué)理念，課程的知識(shí)體系要體現(xiàn)工程教育核心，圍繞“創(chuàng)新應(yīng)用型人才培養(yǎng)”的主線(xiàn)，樹(shù)立二元教育觀(guān)，以滿(mǎn)足企業(yè)對(duì)工程人才的需求。在傳熱學(xué)課程教學(xué)中，明確要求學(xué)生不僅要系統(tǒng)地學(xué)習(xí)基本傳熱規(guī)律的理論知識(shí)，更要能靈活應(yīng)用已掌握的熱量傳遞基本規(guī)律的理論知識(shí)，去分析和解決的工程實(shí)踐中具體復(fù)雜的傳熱問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)CDIO理念所倡導(dǎo)的“構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)和運(yùn)作”的人才培養(yǎng)思想。

傳統(tǒng)的以教師為中心的教育理念，極大地束縛了學(xué)生“以用為主、主動(dòng)學(xué)習(xí)、主動(dòng)實(shí)踐”的學(xué)習(xí)行為[5]。教學(xué)過(guò)程中要樹(shù)立以學(xué)生為核心的教育理念，使“教”為“學(xué)”服務(wù)，讓學(xué)生成為整個(gè)教學(xué)過(guò)程的主體，教師僅是教學(xué)體系的主導(dǎo)者，主要對(duì)教學(xué)進(jìn)程及教學(xué)秩序進(jìn)行掌控，引導(dǎo)、啟發(fā)學(xué)生思考，組織工程案例討論，并進(jìn)行歸納總結(jié)，是教師的主要職責(zé)。

（二）教學(xué)過(guò)程的調(diào)整

CDIO理念倡導(dǎo)工程情景教育。教學(xué)中教師應(yīng)幫助學(xué)生掌握并靈活應(yīng)用理論知識(shí)，以解決工程中涉及的項(xiàng)目設(shè)計(jì)、實(shí)施方案、設(shè)計(jì)方法、規(guī)范和技巧等問(wèn)題。

在傳熱學(xué)課程教學(xué)中，應(yīng)要求學(xué)生掌握基本傳熱理論并完成一項(xiàng)實(shí)際工程設(shè)計(jì)，這就需要熟悉工程設(shè)計(jì)流程，擬定工程項(xiàng)目可行性分析及項(xiàng)目實(shí)施方案，利用熱傳導(dǎo)、對(duì)流換熱和輻射換熱理論完成換熱器的熱力計(jì)算，根據(jù)熱力計(jì)算的結(jié)果完成換熱器的結(jié)構(gòu)及換熱原件的設(shè)計(jì)，然后撰寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。通過(guò)課程實(shí)驗(yàn)、開(kāi)放選修實(shí)驗(yàn)以及大學(xué)生創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)等工程實(shí)踐途徑，培養(yǎng)學(xué)生的工程意識(shí)，提高其解決實(shí)際問(wèn)題的能力。

（三）教學(xué)方法的改進(jìn)

教學(xué)中要靈活將CDIO的“構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)、運(yùn)作”理念有機(jī)地貫穿于教與學(xué)的各個(gè)環(huán)節(jié)。傳熱學(xué)課程教學(xué)存在的最突出的問(wèn)題是教學(xué)手段單一，師生缺乏互動(dòng)，學(xué)生的學(xué)習(xí)缺乏自主性、選擇性。目前，教學(xué)過(guò)程中廣泛采用多媒體教學(xué)手段，雖然多媒體教學(xué)方式較傳統(tǒng)的板書(shū)授課方式所傳遞的信息量有大大的增加，但許多教師僅僅將其作為一種演示工具，進(jìn)行單向的信息傳遞，學(xué)生只能被動(dòng)地接受，而且在有限的授課時(shí)間內(nèi)學(xué)生所能接收的知識(shí)量非常有限。網(wǎng)絡(luò)教學(xué)作為一種新的具有時(shí)空延展性的教學(xué)手段，可以有效地克服課堂多媒體教學(xué)的不足。因此應(yīng)突破傳統(tǒng)教學(xué)模式的限制，將網(wǎng)絡(luò)教育平臺(tái)作為學(xué)生課外自主學(xué)習(xí)的有益補(bǔ)充，使網(wǎng)絡(luò)教學(xué)成為課堂多媒體教學(xué)的延續(xù)，彌補(bǔ)傳統(tǒng)教學(xué)方式的不足；讓學(xué)生全天候地不受時(shí)間和地域的限制，靈活安排自己的學(xué)習(xí)進(jìn)程，學(xué)生的自主和協(xié)作學(xué)習(xí)能力將得到進(jìn)一步培養(yǎng)，探究與創(chuàng)新的學(xué)習(xí)興趣也將得到進(jìn)一步激發(fā)。

（四）實(shí)驗(yàn)教學(xué)的完善

傳熱學(xué)課程理論教學(xué)環(huán)節(jié)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)二者是相對(duì)獨(dú)立又相互依存、相互促進(jìn)的有機(jī)統(tǒng)一體，其目的是培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用理論知識(shí)分析和解決實(shí)際問(wèn)題的能力，激勵(lì)和啟發(fā)學(xué)生思辨創(chuàng)新，是培養(yǎng)符合CDIO理念的創(chuàng)新性、工程型、應(yīng)用型人才的重要環(huán)節(jié)。教學(xué)中，改變以往課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)僅有基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)的單一模式，大幅增加綜合性實(shí)驗(yàn)和研究創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)。通過(guò)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)加深學(xué)生對(duì)傳熱學(xué)基本知識(shí)、基本原理的理解，掌握基本的熱物理量的測(cè)量方法和技能以及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集、分析的手段；通過(guò)綜合性實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用所學(xué)基礎(chǔ)理論知識(shí)解決復(fù)雜工程中的傳熱問(wèn)題的能力，這不僅可以檢驗(yàn)學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解程度，同時(shí)還能拓寬其知識(shí)視野，培養(yǎng)其理論聯(lián)系工程實(shí)際的思維習(xí)慣以及科研創(chuàng)新的能力。研究創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)主要是對(duì)熱量傳遞相關(guān)領(lǐng)域中的前沿問(wèn)題或研究熱點(diǎn)展開(kāi)討論和研究。學(xué)生通過(guò)相關(guān)文獻(xiàn)的查閱，了解課題的研究現(xiàn)狀、研究方法，通過(guò)設(shè)計(jì)、實(shí)施、觀(guān)察、分析得出結(jié)論，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造性思維和自主創(chuàng)新的能力。

傳熱學(xué)課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)重點(diǎn)訓(xùn)練和培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能、工程素質(zhì)和創(chuàng)新能力。實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)實(shí)施 “工程項(xiàng)目”教學(xué)理念，讓學(xué)生在完成項(xiàng)目的過(guò)程中產(chǎn)生利用理論知識(shí)解決工程實(shí)際問(wèn)題的原始驅(qū)動(dòng)力，并為完成項(xiàng)目主動(dòng)學(xué)習(xí)理論知識(shí)，建立以學(xué)生為中心的“基于工程項(xiàng)目教育”的新型實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式。

（五）考核方式的改變

課程考核是測(cè)試學(xué)生知識(shí)與能力的基本手段，是教學(xué)過(guò)程的重要環(huán)節(jié)，它具有導(dǎo)向功能、反饋功能和評(píng)價(jià)功能等多種功能。合理的考核方式對(duì)學(xué)生選擇課程的學(xué)習(xí)方法具有導(dǎo)向作用，建立恰當(dāng)?shù)目己耸侄慰梢允拐n程教學(xué)達(dá)到理想的效果，實(shí)現(xiàn)預(yù)期的培養(yǎng)目標(biāo)。

根據(jù)現(xiàn)代工程企業(yè)對(duì)創(chuàng)新應(yīng)用型工程人才的要求，體現(xiàn)CDIO理念所倡導(dǎo)的工程教育人才培養(yǎng)思想，傳熱學(xué)課程考核應(yīng)包括人才綜合能力和自主學(xué)習(xí)、實(shí)踐創(chuàng)新能力等方面的考核內(nèi)容。因此，必須改變傳統(tǒng)的“一考定終身”的卷面考核方式，采用基于過(guò)程的多元、多指標(biāo)綜合考核方式，傳熱學(xué)課程總評(píng)成績(jī)由課堂表現(xiàn)考核、實(shí)驗(yàn)?zāi)芰己?、?xiàng)目實(shí)施考核和期末考試等四部分構(gòu)成。課堂表現(xiàn)考核主要考核學(xué)生平時(shí)課堂出勤、課后作業(yè)以及學(xué)生應(yīng)用理論知識(shí)解決工程實(shí)踐問(wèn)題的能力；實(shí)驗(yàn)?zāi)芰己酥饕u(píng)價(jià)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目訓(xùn)練中的工程實(shí)踐能力、知識(shí)應(yīng)用能力和自主創(chuàng)新能力；項(xiàng)目實(shí)施考核是對(duì)學(xué)生綜合應(yīng)用所學(xué)基本傳熱現(xiàn)象的理論知識(shí)，解決實(shí)際工程中復(fù)雜傳熱問(wèn)題的能力的評(píng)價(jià)；期末考試采用閉卷考試，主要考核理論知識(shí)，注重知識(shí)的工程應(yīng)用，考核內(nèi)容為該課程的基本理論和基本方法。

三、結(jié) 語(yǔ)

基于CDIO理念的基本要求和總體框架，以傳熱學(xué)課程教學(xué)為平臺(tái)，研究和探索現(xiàn)代工程教育中建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專(zhuān)業(yè)“以人為本”的教育價(jià)值觀(guān)、“以能力為中心”的教育質(zhì)量觀(guān)、“以學(xué)生為主體”的教育角色觀(guān)和“以素質(zhì)為中心”的人才培養(yǎng)觀(guān)。研究表明，以CDIO教育理念，實(shí)施“基于工程項(xiàng)目”的教學(xué)，有利于培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐意識(shí)，有利于學(xué)生的知識(shí)重構(gòu)，有利于培養(yǎng)學(xué)生的思辨能力和創(chuàng)新思維，有利于培養(yǎng)學(xué)生的綜合素質(zhì)和工程能力，對(duì)培養(yǎng)現(xiàn)代工程技術(shù)創(chuàng)新應(yīng)用型人才具有十分重要的意義。

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Heat transfer course teaching research based on CDIO

ZHAO Zhongchao， ZHOU Genming， TANG Chunli

（College of Energy and Power Engineering， Jiangsu University of Science and Technology， Zhenjiang 212003， P. R. China）

Abstract： According to the requirement of “An education and training plan for outstanding engineers” issued by Ministry of Education of the P. R. China and combined with the educational concept of CDIO and quality management principles， we investigated and explored on the teaching process， teaching methods， the practice process and examination methods of heat transfer course. The innovative training mode of hear transfer course was preliminary discussed with the generalized engineering philosophy CDIO.

Keywords： CDIO； heat transfer； teaching research

（編輯 王 宣）