研究生課程“高等傳熱學(xué)”教學(xué)改革初探

摘要：高等傳熱學(xué)是目前動(dòng)力工程及工程熱物理專業(yè)研究生開(kāi)設(shè)的專業(yè)學(xué)位課，由于該課程傳統(tǒng)教學(xué)內(nèi)容基于經(jīng)典傳熱學(xué)理論，內(nèi)容晦澀推導(dǎo)繁復(fù)，因此在教學(xué)過(guò)程中存在較大難度。作者結(jié)合教改項(xiàng)目的實(shí)施，提出了調(diào)整該課程結(jié)構(gòu)與教學(xué)內(nèi)容，增加專題討論，構(gòu)建先進(jìn)教材體系，強(qiáng)化電化及實(shí)驗(yàn)教學(xué)等教改手段，取得了明顯的成效。

關(guān)鍵詞：高等傳熱學(xué)；研究生課程；教學(xué)改革

中圖分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-0079（2014）30-0049-02

“高等傳熱學(xué)”是為動(dòng)力工程及工程熱物理一級(jí)學(xué)科及其它相關(guān)學(xué)科研究生開(kāi)設(shè)的專業(yè)學(xué)位課，其目的是使學(xué)生在本科“傳熱學(xué)”的基礎(chǔ)上，拓寬和加深學(xué)生對(duì)熱傳導(dǎo)、對(duì)流換熱和熱輻射基本原理和基本規(guī)律的認(rèn)識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生針對(duì)傳熱問(wèn)題建立理論模型及求解分析能力，為研究生學(xué)習(xí)“數(shù)值傳熱學(xué)”等課程以及開(kāi)展論文課題研究工作打下理論基礎(chǔ)。由于學(xué)好該課程是學(xué)生將來(lái)從事相關(guān)科研工作與解決工程應(yīng)用問(wèn)題的基礎(chǔ)，因此一直受到廣大師生的重視。

盡管“高等傳熱學(xué)”的重要性早已有了共識(shí)，但對(duì)其在研究生培養(yǎng)過(guò)程中的作用與教學(xué)環(huán)節(jié)的處理依然存在不同認(rèn)識(shí)。近年來(lái)我們根據(jù)在課程教學(xué)中遇到的問(wèn)題與困難，結(jié)合教改項(xiàng)目，在該課程的教學(xué)上進(jìn)行了一些嘗試，具體介紹如下，以期拋磚引玉。

一、教學(xué)中存在的問(wèn)題與困難

作者對(duì)國(guó)內(nèi)多所高校的“傳熱學(xué)”與“高等傳熱學(xué)”課程進(jìn)行了調(diào)研，與相關(guān)教師與研究生進(jìn)行了座談，發(fā)現(xiàn)目前教學(xué)工作中存在下列問(wèn)題：

目前教材課程內(nèi)容涉及了大量的數(shù)學(xué)推導(dǎo)，對(duì)學(xué)生數(shù)學(xué)基礎(chǔ)要求高。以“高等傳熱學(xué)”中導(dǎo)熱部分內(nèi)容為例，以介紹分離變量法、拉普拉斯法等具體方法為主，重點(diǎn)仍然是算法的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，學(xué)生很難從大量數(shù)學(xué)推導(dǎo)中擺脫出來(lái)，很少關(guān)注工程實(shí)際問(wèn)題的求解。課程學(xué)完后，學(xué)生沒(méi)有真正掌握方法的精髓，很難用學(xué)到的方法來(lái)解決一個(gè)具體的傳熱學(xué)問(wèn)題。

在目前教學(xué)過(guò)程中，教師對(duì)部分內(nèi)容講解偏細(xì)，有些基礎(chǔ)一般的學(xué)生感覺(jué)內(nèi)容龐大晦澀，因而對(duì)課程產(chǎn)生畏懼心理，進(jìn)而關(guān)注考試而不在意學(xué)習(xí)過(guò)程中的基本訓(xùn)練，偏離了課程教學(xué)的本意。

隨著研究生招生規(guī)模的擴(kuò)大，部分學(xué)生的本科專業(yè)為建筑環(huán)境與設(shè)備、機(jī)械設(shè)計(jì)及其自動(dòng)化等相近專業(yè)，傳熱學(xué)方面的基礎(chǔ)知識(shí)比較薄弱，教學(xué)中難以把握課程的起點(diǎn)線。

二、教改的指導(dǎo)思想

在進(jìn)行高等傳熱學(xué)課程改革時(shí)，既要照顧到經(jīng)典傳熱學(xué)的基本原理，又要充分反映現(xiàn)代傳熱技術(shù)的最新發(fā)展，同時(shí)還需盡量解決教學(xué)中存在的問(wèn)題和困難。在教改過(guò)程中，作者遵循以下原則：

高等傳熱學(xué)所依賴的基本傳熱學(xué)知識(shí)和數(shù)理基礎(chǔ)不變，但需要主講教師通過(guò)改變教學(xué)方式來(lái)增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)這些知識(shí)的興趣。

要充分利用網(wǎng)絡(luò)和多媒體技術(shù)，增加學(xué)科前沿動(dòng)態(tài)及最新成果等內(nèi)容。在授課方式上，圍繞相關(guān)主題，布置和開(kāi)展專題討論，實(shí)施討論式、開(kāi)放式教學(xué)模式增進(jìn)師生之間的知識(shí)交流和信息反饋。尤其是給學(xué)生有獨(dú)立解決問(wèn)題、自由思考和表達(dá)的機(jī)會(huì)，鼓勵(lì)學(xué)生提問(wèn)，啟發(fā)創(chuàng)新、開(kāi)拓思路，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，使學(xué)生獲取知識(shí)和能力更具衍生性和多樣性。

處理好與本科傳熱學(xué)內(nèi)容的區(qū)分和銜接，避免重復(fù)，但對(duì)于基礎(chǔ)相對(duì)薄弱尤其是轉(zhuǎn)專業(yè)的學(xué)生，需要幫助他們盡快縮小之前的知識(shí)差距。既不能完全寄希望于學(xué)生自學(xué)，又不能讓學(xué)生產(chǎn)生依賴心理。

一本好教材，是取得出色教學(xué)效果的基本保證。因此，必須要選擇既能反映傳統(tǒng)傳熱學(xué)基本理論、又涉及最新理論的高等傳熱學(xué)教材，同時(shí)又提供進(jìn)一步學(xué)習(xí)的相關(guān)參考書目。

三、教改的方式與內(nèi)容

1.調(diào)整課程結(jié)構(gòu)與教學(xué)內(nèi)容

我校的《高等傳熱學(xué)》課程共54個(gè)學(xué)時(shí)，內(nèi)容分為導(dǎo)熱、對(duì)流與熱輻射三大部分。在改進(jìn)后的教學(xué)大綱中，將課堂教學(xué)分成三大模塊。第一模塊以本科傳熱學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)為主，用4學(xué)時(shí)幫助基礎(chǔ)薄弱或者跨專業(yè)研究生鞏固基礎(chǔ)；第二模塊以高等傳熱學(xué)基本理論為主，用42學(xué)時(shí)；第三部分用開(kāi)發(fā)互動(dòng)式教學(xué)模式來(lái)進(jìn)行專題討論，用8學(xué)時(shí)。

在以往高等傳熱學(xué)教學(xué)過(guò)程中，主要任務(wù)為提高學(xué)生傳熱學(xué)理論水平，教學(xué)重點(diǎn)是指導(dǎo)學(xué)生如何解決各種各樣的傳熱問(wèn)題，側(cè)重根據(jù)傳熱學(xué)原理建立方程與求解。隨著研究生教育的發(fā)展，除了上述要求需要繼續(xù)保留外，還要增強(qiáng)學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，要求學(xué)生具有較好的理論素養(yǎng)、合理的知識(shí)結(jié)構(gòu)和寬廣的學(xué)術(shù)視野，以及較強(qiáng)的分析和解決問(wèn)題的能力。因此要把原來(lái)單純的基礎(chǔ)理論課拓展為成包括理論素質(zhì)提高、學(xué)術(shù)視野拓展和能力培養(yǎng)三個(gè)方面內(nèi)容的綜合訓(xùn)練。考慮到課時(shí)緊張，不可能面面俱到，因此教學(xué)核心應(yīng)該使學(xué)生掌握問(wèn)題的解決方法，以傳熱學(xué)問(wèn)題為素材，在教學(xué)過(guò)程中達(dá)到培養(yǎng)能力、拓寬視野的目的。例如在熱傳導(dǎo)部分的教學(xué)中，將經(jīng)典熱傳導(dǎo)問(wèn)題物理過(guò)程的分析和求解作為基礎(chǔ)理論部分的重點(diǎn)，將移動(dòng)邊界的熱傳導(dǎo)問(wèn)題、熱傳導(dǎo)反問(wèn)題等作為理論素質(zhì)提高的內(nèi)容，再輔以與納米技術(shù)應(yīng)用密切相關(guān)的微尺度導(dǎo)熱問(wèn)題等來(lái)拓展學(xué)生的學(xué)術(shù)視野。在能力培養(yǎng)方面，一般是以典型問(wèn)題為中心，通過(guò)從不同角度引導(dǎo)學(xué)生，采用多種方法對(duì)問(wèn)題進(jìn)行分析、得出結(jié)論，并在此基礎(chǔ)上由學(xué)生在課外獨(dú)立解決幾個(gè)相近的問(wèn)題，使學(xué)生在一個(gè)完整的實(shí)踐過(guò)程中得到能力的訓(xùn)練。

2.增加專題討論

目前研究生教學(xué)中多采用偏重于知識(shí)被動(dòng)輸入型的教學(xué)模式。如果可以通過(guò)增加專題討論的方法來(lái)增強(qiáng)教學(xué)的討論和互動(dòng)，進(jìn)而形成開(kāi)放的學(xué)術(shù)氣氛，挖掘?qū)W生創(chuàng)新潛力和素質(zhì)，從而更好地調(diào)動(dòng)學(xué)生參與教學(xué)的積極性，無(wú)疑對(duì)研究生的培養(yǎng)是大有裨益的。

因此作者嘗試以開(kāi)放互動(dòng)的方式開(kāi)設(shè)專題討論。具體方法由教師進(jìn)行指導(dǎo)，學(xué)生自行組合成研究小組，根據(jù)各自的興趣或研究方向自行設(shè)計(jì)和選擇題目；圍繞相關(guān)主題，布置和開(kāi)展專題討論，再由教師進(jìn)行點(diǎn)評(píng)，以此增進(jìn)師生之間討論和互動(dòng)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。

在選題的過(guò)程中，教師不對(duì)題目做過(guò)多限制，只要涉及高等傳熱學(xué)基本原理和知識(shí)，無(wú)論熱傳導(dǎo)、對(duì)流還是熱輻射，都可以根據(jù)學(xué)術(shù)興趣自由選擇。同時(shí)鼓勵(lì)學(xué)生結(jié)合自己未來(lái)研究方向來(lái)選擇題目。

在內(nèi)容方面，可以對(duì)所研究的問(wèn)題采用綜述、評(píng)述、討論、計(jì)算等方法，要求最終提交一份小論文。鑒于多數(shù)學(xué)生偏愛(ài)文獻(xiàn)綜述，要求學(xué)生遵守學(xué)術(shù)規(guī)范，對(duì)期刊、書籍、網(wǎng)絡(luò)等信息渠道的文獻(xiàn)資料標(biāo)明出處。

在分組方面，學(xué)生可以自由分組?？梢詭讉€(gè)興趣相投的學(xué)生組合，也可以是同一研究方向、師從于同一導(dǎo)師的學(xué)生組合。鼓勵(lì)不同專業(yè)背景的學(xué)生組團(tuán)，例如讓數(shù)學(xué)基礎(chǔ)好的學(xué)生負(fù)責(zé)數(shù)值模擬工作等。

學(xué)生報(bào)告采用PPT形式，每組可派一名同學(xué)進(jìn)行主講。在學(xué)生完成演講后，由教師與其余學(xué)生進(jìn)行自由提問(wèn)，被提問(wèn)組的全體學(xué)生都可以參與回答，最后由教師進(jìn)行點(diǎn)評(píng)。在結(jié)束點(diǎn)評(píng)后，學(xué)生可根據(jù)提出的意見(jiàn)與建議對(duì)報(bào)告進(jìn)行修改，并形成最終報(bào)告。

在最終的評(píng)分環(huán)節(jié)中，一般由兩位教師同時(shí)進(jìn)行打分，并取平均分為最終成績(jī)。在打分過(guò)程中，除了報(bào)告外，學(xué)生的PPT講述與問(wèn)題回答都是評(píng)分的重要依據(jù)。

3.構(gòu)建先進(jìn)教材體系

學(xué)生的學(xué)習(xí)在很大程度上依賴于教材的幫助。再好的一門課程，如果沒(méi)有教材或有價(jià)值的參考書，很難取得成功。因此作者對(duì)國(guó)內(nèi)現(xiàn)有教材進(jìn)行了分析，選用了賈力、方肇洪主編，高等教育出版社出版的《高等傳熱學(xué)（第二版）》為主要教材。該教材的主要特點(diǎn)為突出基本概念、物理本質(zhì)，著重描述過(guò)程特性，強(qiáng)調(diào)數(shù)學(xué)模型的建立，盡量減少?gòu)?fù)雜的數(shù)學(xué)推導(dǎo)，而且對(duì)一些傳熱學(xué)研究的最新進(jìn)展，例如微尺度傳熱、微尺度流動(dòng)等內(nèi)容都做了扼要的闡述，有利于開(kāi)闊學(xué)生的學(xué)術(shù)視野。

同時(shí)適應(yīng)不同層次學(xué)生的需求，教師提供中英文參考書清單，并對(duì)本領(lǐng)域內(nèi)的主流期刊進(jìn)行了介紹，鼓勵(lì)學(xué)生從不同渠道汲取知識(shí)。

4.強(qiáng)化多媒體及實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段

為了達(dá)到更好的課堂教學(xué)效果，作者制作了電子課件，讓學(xué)生通過(guò)電子課件快速領(lǐng)會(huì)高等傳熱學(xué)的基本理論和求解過(guò)程。此外還組織學(xué)生參觀實(shí)驗(yàn)室的相關(guān)儀器設(shè)備，例如設(shè)計(jì)熱物理量測(cè)試的熱流密度計(jì)、熱常數(shù)分析儀等，讓學(xué)生嘗試用學(xué)到的傳熱學(xué)知識(shí)來(lái)分析儀器原理，取得了良好的教學(xué)效果。

四、小結(jié)

經(jīng)過(guò)兩年多的實(shí)踐，作者進(jìn)行的教改嘗試取得了一定的成效。主要特點(diǎn)為教學(xué)內(nèi)容重點(diǎn)明確，實(shí)用性較強(qiáng)，既滿足研究生系統(tǒng)學(xué)習(xí)高等傳熱學(xué)基本理論的需要，又給學(xué)生提供了運(yùn)用所學(xué)知識(shí)獨(dú)立解決問(wèn)題、自由思考和表達(dá)的機(jī)會(huì)，增進(jìn)了師生之間的知識(shí)交流和信息反饋，順應(yīng)了當(dāng)前教育改革的趨勢(shì)，具有一定現(xiàn)實(shí)意義及實(shí)際的可操作性。學(xué)生普遍反映增強(qiáng)了學(xué)習(xí)興趣，在一定程度上也提高了創(chuàng)新能力

應(yīng)該指出的是，作者在《高等傳熱學(xué)》課程的教學(xué)改革嘗試還是初步的，目前依然存在一些問(wèn)題，例如如何調(diào)動(dòng)所有學(xué)生都參與專題討論，如何進(jìn)一步優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容等。為了解決這些問(wèn)題，還需要花費(fèi)更多的努力，進(jìn)行更加深入的探索與嘗試，也希望得到廣大同行的指導(dǎo)和幫助。

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（責(zé)任編輯：劉翠枝）