傳熱學教學中的體會趙宇含

摘 要 傳熱學是能源與環(huán)境系統(tǒng)工程專業(yè)方向的一門非常重要的專業(yè)基礎課，也是一門跨學科的綜合性課程。從該課程的特點出發(fā)，結(jié)合傳熱學教學中的體會，分析了課程教學中存在的一些問題，對如何調(diào)動學生的學習積極性，提高教學質(zhì)量進行了探討，以求對其他類似課程或?qū)I(yè)的教學提供一些參考和借鑒。

關鍵詞 傳熱學 教學 能源與環(huán)境系統(tǒng)工程

中圖分類號：G424 文獻標識碼：A

Abstract Heat transfer is a very important professional basic course in Energy and Environmental Systems Engineering professional direction， but also a comprehensive interdisciplinary curriculum. From the characteristics of the course， combined heat transfer teaching experience， analyzes some problems existing in the teaching on how to mobilize the enthusiasm of students， improve teaching quality is discussed. Hope to provide some reference for other similar courses or professional education.

Key words heat transfer； teaching； Energy and Environmental Systems Engineering

0 引言

傳熱學主要研究熱量傳遞的機理、規(guī)律、計算和測試方法等基礎理論知識。傳熱現(xiàn)象與過程廣泛存在于自然界和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、高新科技及交叉學科前沿的各個領域，在能源（包括常規(guī)能源、核能、可再生能源）、動力、制冷、化工、建筑環(huán)境、微電子、航空航天、微機電系統(tǒng)、新材料、納米技術、軍事科學與技術、生命科學與生物技術等領域中大量存在熱質(zhì)傳遞過程與熱控技術問題。傳熱學是當今科學技術發(fā)展的最重要的技術基礎之一。

目前，國內(nèi)外高等學校都對該類課程給予了高度重視。傳熱學課程已經(jīng)成為能源動力類、機械類與建工類等院系重要的平臺課。傳熱學課程中除了介紹國內(nèi)外成熟的定論以外，還要大量介紹國內(nèi)外最新的有關研究成果。通過各環(huán)節(jié)的教學，應使學生獲得熱量傳遞規(guī)律的基礎知識，具備分析工程傳熱問題的基本能力，掌握計算工程傳熱問題的基本方法及一定的實驗技能，不僅為學生學習有關的專業(yè)課提供基本的理論知識，而且也為以后從事熱能的合理利用、熱工設備效能的提高及換熱器的設計等方面的工作打下必要的基礎。

1 傳熱學課程的特點

“傳熱學”課程從熱量傳遞的三種基本方式入手，主要介紹熱量傳遞的基本規(guī)律，為學習后續(xù)“供熱工程”、“空氣調(diào)節(jié)”、“制冷原理及設備”、“熱源設備”、 “熱泵技術”和“建筑節(jié)能技術”等課程提供必要的理論基礎。“傳熱學”作為學科基礎理論課，其牽扯的概念頗多，理論性很強。其中一些新的理論和新的概念對學生來說不易理解和掌握，增加了課程學習的難度。該課程（能源與環(huán)境系統(tǒng)工程專業(yè)）的知識模塊順序及對應的學時如下：熱能傳遞基本方式及傳熱過程，4學時；導熱基本定律，2學時；一維和多維穩(wěn)態(tài)導熱求解，2學時；非穩(wěn)態(tài)導熱，4學時；導熱問題的數(shù)值解法，4學時；對流傳熱的理論基礎，4學時；單相對流傳熱的實驗關聯(lián)式，4學時；相變對流傳熱，4學時；熱輻射基本定律及物體的輻射特性，4學時；輻射換熱的計算，4學時；傳熱過程分析與換熱器熱計算，4學時。

2 “傳熱學”教學中存在的問題

在教學過程中，學生普遍會反映“傳熱學”學習難度大。根據(jù)調(diào)查筆者認為難學的原因主要有以下幾點：

（1）傳熱學本身內(nèi)容涉及到的高等數(shù)學基礎知識深而廣，而且對傳熱的研究歷史較長，前人總結(jié)了大量的概念、公式。例如在傳熱學的理論推導中經(jīng)常用到微積分、泰勒展開、偏微分方程組的求解方法等。而且剛接觸傳熱學的低年級學生在與高年級學生的交流中就會得到類似傳熱學特別難的印象，增加了畏難情緒。同時傳熱學內(nèi)容分散，各主要部分相對獨立。由于課時安排和教學大綱的限制，以學生為主體的研究性學習內(nèi)容較少，以鍛煉學生工程實踐能力為目的的實驗教學內(nèi)容較少，使得學生缺乏分析和解決實際問題的能力。

（2）在對流傳熱內(nèi)容的學習過程中，由于其牽扯到流體力學的納維斯托克斯方程，而N-S方程本身就是流體力學學習的難點，所以大大增加了對流傳熱的復雜性。特別是關于湍流流態(tài)的對流傳熱和相變對流傳熱，目前還不能從理論上推導出實際情況下的努賽爾數(shù)計算公式，大部分都是使用經(jīng)驗關聯(lián)式的狀態(tài)。學生會感到難以理解。

（3）在傳統(tǒng)的單向灌輸式教學中，教師與學生之間的互動較少，很難激發(fā)學生的學習興趣和獨立分析解決問題的意愿。同時部分學生學習態(tài)度不夠好，怕吃苦不努力，對新的課程未作預習，課后也沒有獨立完成作業(yè)和復習。學生對傳熱學的基本原理未能深刻理解，而是停留在機械記憶的層面上。

（4）期終考試采用傳統(tǒng)的閉卷考核方法不夠合理。為了應對考試，學生復習時認真推導公式，多做習題，但傳熱學這門課程的概念多、方程多、經(jīng)驗公式多，學生無法全部背出。對考試的命題范圍有很大的限制。同時也不利于培養(yǎng)學生的獨立思考能力，更無法對學生是否達到卓越工程師的要求進行考查。

3 教學方法的探討

3.1 調(diào)動學生學習的積極性

興趣是最好的老師，如果學生缺乏學習的興趣，必將只能為了應付考試而機械記憶，更不可能做到運用學習的知識來解決實際中的問題。而調(diào)動學生的積極性，要從第一節(jié)課始，到最后一節(jié)課終。在一開始給學生介紹傳熱學這門課程時，可以通過圖片展示傳熱學知識在傳統(tǒng)工業(yè)、高新技術、節(jié)能環(huán)保和日常生活中的應用。在授課過程中，將授課內(nèi)容與日常生活中的現(xiàn)象以及在建筑、冶金、化工、航天等行業(yè)的廣泛應用結(jié)合起來。比如在講授臨界熱絕緣直徑內(nèi)容時，先以生活中的現(xiàn)象為例，提問是不是冬天帶上手套就一定能起到保暖的作用。再引申到在工業(yè)管道外部附加保溫層是否就一定能達到保溫的效果。學生通常都會想當然地認為是。這時以電線散熱等實例說明附加保溫層后散熱量并不一定減少，甚至有時會起到增強散熱的效果，這會大大激發(fā)學生的好奇心和探求原因的欲望。在明白了機理后，學生會深刻地理解和記憶能否保溫還得看絕熱層外徑的大小，當絕熱層外徑小于臨界熱絕緣直徑時起不到保溫的作用，相反可以增強換熱。再如對于能源與環(huán)境系統(tǒng)工程專業(yè)來說，空調(diào)系統(tǒng)中最重要的兩個部件是蒸發(fā)器和冷凝器，都為相變對流換熱器。其中蒸發(fā)器中制冷工質(zhì)沸騰吸熱，冷凝器中制冷工質(zhì)凝結(jié)放熱。其換熱的機理都來自教材中相變對流傳熱章節(jié)。在該章節(jié)講述之前，可以從學生們?nèi)粘Ｖ薪?jīng)常接觸的空調(diào)系統(tǒng)為引入點，提起學生的學習興趣。這樣能夠激發(fā)學生的學習主動性與積極性，加深他們對知識的理解和掌握程度，增強他們分析問題和解決問題的能力，有利于他們學習能力的提高和創(chuàng)造性思維的培養(yǎng)。

3.2 優(yōu)化組合教學方法和手段

教學方法是多種多樣的，如發(fā)現(xiàn)式、啟發(fā)式、提問式和討論式等。不同課程采用的教學方法不同，即使是同一節(jié)課，也往往需要采用多種教學方法。同時在教學過程中采用現(xiàn)代化的電子技術和信息手段，包括光學媒體、音響媒體、計算機教學系統(tǒng)和各種教學軟件的應用。這樣可以使課堂教學包含更大的信息量，同時對實踐教學的不足給予一定的補充。但要避免出現(xiàn)楊叔子院士列舉的多媒體教學中多種錯誤形式和問題，如 ：“照屏宣科”、“人幕分離”、“對屏講解”、“快速瀏覽”等。更不能將PPT變成“騙騙他”。

3.3 教學內(nèi)容和實際實踐相聯(lián)系

在教材的選擇上，本課程選用楊世銘、陶文銓所編的高等教育出版社的《傳熱學》（第四版），該書在內(nèi)容上由淺入深，循序漸進，在介紹基礎知識的同時，也積極反映了傳熱學發(fā)展的前沿知識，如納米傳熱學的基本知識等。該教材包含典型的例題與習題，對較為復雜的實際問題進行了詳盡的分析，十分接近工程實際。但隨著傳熱技術的發(fā)展和其他學科之間的交叉程度大大提高，許多新的研究手段得以出現(xiàn)。傳熱技術的工程應用領域進一步擴大，也因此使得傳熱學的內(nèi)涵得以豐富。隨著能源學科和相關行業(yè)的發(fā)展，需要不斷更新教學內(nèi)容，使學生接收到最新的知識內(nèi)容。因此在教學內(nèi)容的選擇上，適當刪減了一些比較繁瑣的數(shù)學推導內(nèi)容，如非穩(wěn)態(tài)導熱中一維無限大平板分析解的推導過程。此外也增加了一些傳熱技術新發(fā)展的內(nèi)容，如微尺度的傳熱等內(nèi)容。同時在教學中要注重培養(yǎng)學生的工程觀點以及工程實踐能力。工科院校的教學必須注重學生工程實踐意識的培養(yǎng)和工程設計能力的訓練。

3.4 改進實驗教學

傳熱學的實踐性很強，像一些復雜的傳熱問題的規(guī)律都是通過實驗總結(jié)提出。當前，我校傳熱學的實驗教學上對學生的實踐創(chuàng)新能力的鍛煉還有所欠缺，比如課時安排較少，實驗教學內(nèi)容不夠豐富，大部分內(nèi)容依然是基于課堂所講知識而進行的驗證性實驗。再如實驗教學設備和儀器數(shù)量不多，往往多人一機，不少想體驗實驗過程提高動手能力的學生未能得償所愿。因此，對于傳熱學教學十分重要的實驗教學需要加以改進，除了鞏固課堂授課的內(nèi)容以外，還應該注意培養(yǎng)學生的實際動手能力、綜合設計能力和總結(jié)歸納能力。傳熱學的課內(nèi)實驗可不僅僅局限于驗證性實驗，同時應增加開放性、綜合性的實驗內(nèi)容。以期提高學生的綜合分析能力和解決問題的能力。

3.5 改進考核模式，注重考查學生能力

針對閉卷考核方式的不足，同時避免開卷考試帶來學生的惰性和依賴性，我們嘗試在考核成績的最終評定時，采用平時成績加考試成績的形式。平時的課堂表現(xiàn)、互動參與情況、作業(yè)占總成績的30%，考試成績占總成績的70%。提高課堂互動討論中的表現(xiàn)占平時成績的比重，以促進學生的參與度。同時對試卷的命題范圍可以嘗試參考大學英語四、六級考試，即將試卷分為A、B兩部分。其中A部分主要考核學生對基本概念、基本方程、基本原理的掌握情況，采用閉卷的方式要求學生在一定的時間內(nèi)完成并上交；B部分主要考核學生應用傳熱規(guī)律解決實際問題的能力，主要是實驗關聯(lián)式的應用，采用開卷形式。

4 結(jié)語

如今的大學正處于一個快速變革和飛速發(fā)展的時期，在發(fā)展變化中搞好教學仍然是教師們的主要任務。傳熱學作為能源與環(huán)境系統(tǒng)工程專業(yè)重要的學科基礎理論課程，其教學效果十分重要。在課堂教學仍然是培養(yǎng)大學生的主要途徑的前提下，我們應激發(fā)學生的學習興趣，以培養(yǎng)學生分析問題、解決問題的實際能力為主導思想，探索有效的教學方式和方法，提高教學質(zhì)量和效率，順利實現(xiàn)教學目標，使學生取得更好的學習效果。

基金項目：上海工程技術大學課程建設項目，傳熱學課程建設，k201201002

參考文獻

[1] 楊世銘.傳熱學（第四版）[M].高等教育出版社，2006.

[2] 安邦，唐安國，唐玉光.高等教育學[M].北京：高等教育出版社，1999.

[3] 楊叔子，王筠.要真抓課堂教學質(zhì)量[J].中國高等教育，2007（4）.