基于應(yīng)用技術(shù)型人才培養(yǎng)的傳熱學課程建設(shè)探索

張俊霞 趙紅星

摘要：傳熱學是熱能與動力工程專業(yè)一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程，它是研究物體內(nèi)部或物體之間由溫差引起的熱量傳遞規(guī)律的學科，其應(yīng)用涉及工程領(lǐng)域與熱能轉(zhuǎn)換和有效利用相關(guān)環(huán)節(jié)。傳熱學也是一門理論和實踐密切聯(lián)系的實驗學科，在培養(yǎng)高等院校應(yīng)用型人才環(huán)節(jié)有著至關(guān)重要的作用。傳熱學運用了較多的抽象思維來解決工程應(yīng)用領(lǐng)域中的實際換熱問題，存在概念多、公式多、重點散、理解難等問題。學好傳熱學不僅要求學生掌握基本概念和理論知識，建立知識框架和結(jié)構(gòu)體系，更重要的是提高學生將理論知識應(yīng)用于生產(chǎn)和生活中的能力，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維。為了提高教學效果，分別在教學方法、教學內(nèi)容和教學手段等方面進行了相關(guān)探索和實踐，取得了良好的應(yīng)用效果。

關(guān)鍵詞：傳熱學;應(yīng)用型人才;創(chuàng)新思維

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）32-0105-02

培養(yǎng)大批應(yīng)用型人才是我國高等教育的重要職責，這與我國正處于工業(yè)化時代的社會背景密不可分。中國現(xiàn)已成為世界制造中心，社會經(jīng)濟發(fā)展需要大量的高級應(yīng)用型人才作為人力支撐。[1]特別是，隨著我國經(jīng)濟社會的快速發(fā)展和工業(yè)化進程的不斷深入，地方經(jīng)濟和行業(yè)經(jīng)濟快速發(fā)展，對應(yīng)用型人才的需求大量增加，高校大量畢業(yè)生都去了生產(chǎn)一線從事技術(shù)開發(fā)、技術(shù)應(yīng)用和生產(chǎn)管理工作。

“傳熱學”是高等學校能源動力類、化工制藥類、機械類、環(huán)境與安全類等專業(yè)的主要專業(yè)基礎(chǔ)課，它與“工程熱力學”和“流體力學”一起被稱為熱工類專業(yè)的三大支柱。[1]“傳熱學”也是榆林學院熱能與動力工程本科學生和城市熱能專科學生的一門重要專業(yè)基礎(chǔ)課，是一門以研究物體內(nèi)部和物體與物體之間能量轉(zhuǎn)換規(guī)律為主要內(nèi)容的課程，應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，如航空航天領(lǐng)域、海洋資源勘測、冶金、電力、化工、動力等，而且人們越來越關(guān)注的生命科學也將離不開傳熱學。[2]因此，傳熱學課程在促進熱能與動力工程本科生專業(yè)素養(yǎng)的提升、培養(yǎng)應(yīng)用型人才方面有著至關(guān)重要的作用。

榆林作為國家級能源化工基地，擁有國家級高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)，形成了以能源化工、裝備制造和新能源為主的特色化產(chǎn)業(yè)體系。榆林學院是榆林市唯一的高等院校，為了發(fā)揮地方高校優(yōu)勢，主動參與區(qū)域社會管理[3]，榆林學院能源工程學院的熱能動力專業(yè)傳熱學課程不僅要充分考慮課程自身的特點，更要考慮榆林在建設(shè)國家級能源化工基地方面所涉及的傳熱問題，積極采用多種教學方法和教學手段促進傳熱學與地方工業(yè)發(fā)展的融合，承擔為地方經(jīng)濟發(fā)展輸送應(yīng)用型人才，參與地方經(jīng)濟建設(shè)的重任。

一、采用多種教學方式，激發(fā)學生的學習興趣，解決傳熱學教學重點和難點

“傳熱學”運用了較多的抽象思維解決工程應(yīng)用領(lǐng)域中的實際換熱問題，存在概念多、公式多、重點散、理解難等問題。

“傳熱學”教材中的理論內(nèi)容較為抽象，包括導(dǎo)熱、對流換熱、輻射換熱和換熱器。所涉及的教學難點有導(dǎo)熱微分方程及單值性條件、肋片導(dǎo)熱、非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱、邊界層分析、邊界層對流換熱微分方程組、典型對流換熱實例、角系數(shù)、灰體表面間的輻射換熱和傳熱-單元數(shù)的換熱器計算。課程中包含許多用數(shù)學語言推導(dǎo)熱物理規(guī)律的內(nèi)容，要求學生具有較為扎實的數(shù)學物理基礎(chǔ)。另外，“傳熱學”區(qū)別于其他學科的顯著特點是將影響換熱系數(shù)的因素采用相似原理構(gòu)建準則數(shù)，通過確定準則數(shù)之間的關(guān)系來展開換熱研究。典型的準則數(shù)有普朗特準則、努謝爾特準則、畢渥準則、傅里葉準則、格拉曉夫準則等等。學生普遍反映傳熱學概念和準則數(shù)理解起來較為困難，數(shù)學推導(dǎo)復(fù)雜難懂。

基于這樣的教學現(xiàn)狀，通過激發(fā)學生的學習興趣和實例教學來解決傳熱學課程中的難點。眾所周知，興趣是學生主動學習的源動力，學習的興趣包括學生對授課內(nèi)容的興趣，也包括對授課教師的興趣。教師需要親切和藹，多在課下與學生交流，增進感情，縮短彼此之間的距離，這樣學生就會“愛烏及屋”。此外，教育心理學的研究表明：當學習內(nèi)容與學生已有知識和生活經(jīng)驗相聯(lián)系時，才能激發(fā)學習和解決問題的興趣。因此，在傳熱學教學過程中，教學內(nèi)容始終和生活實際密切聯(lián)系，多采用生活中熟知的傳熱現(xiàn)象加以引導(dǎo)，創(chuàng)造逼真的教學情境，使學生感受到傳熱現(xiàn)象和自己的實際生活息息相關(guān)來增強學生對傳熱學的學習興趣。這樣不僅可以促使學生多觀察生活中出現(xiàn)的換熱問題，還會培養(yǎng)他們采用傳熱思想分析換熱現(xiàn)象的能力。這主要是因為學生的學習興趣不夠。不僅如此，許多重點內(nèi)容仍然需要在課堂上反復(fù)強調(diào)和提問，課下多做相應(yīng)的習題，才能夠牢固掌握。

傳熱學課程有著完整的知識結(jié)構(gòu)體系，整本書采用總分總的結(jié)構(gòu)組織內(nèi)容，通過建立如圖1所示的結(jié)構(gòu)示意圖可以幫助學生建構(gòu)知識框架，更好地理解全書的內(nèi)容。

二、改革教學內(nèi)容和教學方式，緊隨榆林工業(yè)發(fā)展，培養(yǎng)應(yīng)用技術(shù)型人才

傳統(tǒng)的本科人才培養(yǎng)體系偏重于基礎(chǔ)知識教學和理論體系的完整，采用從上而下的教學方式，目的是為未來培養(yǎng)具有競爭意識而且獨立自主的個體，往往忽視應(yīng)用能力的構(gòu)建。應(yīng)用型人才培養(yǎng)的重要特征就是應(yīng)用能力，而應(yīng)用能力的關(guān)鍵要素就是學生的實踐能力和職業(yè)素養(yǎng)。應(yīng)用型人才培養(yǎng)體系應(yīng)圍繞對應(yīng)用型人才知識、能力、素質(zhì)協(xié)調(diào)發(fā)展的要求，以應(yīng)用能力培養(yǎng)為主線，構(gòu)建實踐教學體系，做到理論與實踐并重。

為了培養(yǎng)應(yīng)用型人才，本文分別從教學方式和教學內(nèi)容兩方面進行了改革。在傳熱學教學方式上，應(yīng)以學生為中心，了解他們的興趣點和知識面，積極地將他們的興趣點與傳熱學實踐相結(jié)合，激發(fā)他們將傳熱學理論知識應(yīng)用于實驗裝置構(gòu)建中，并提供各種資源渠道幫助他們解決實踐設(shè)計和實施過程中遇到的問題，提高他們的應(yīng)用能力。此外，應(yīng)積極推動能力培養(yǎng)與素質(zhì)教育相結(jié)合、第一課堂與第二課堂相結(jié)合、校內(nèi)與校外實踐應(yīng)用相結(jié)合、產(chǎn)學研相結(jié)合，擴大學生的知識視野，使學生有機會接觸實際的工程應(yīng)用領(lǐng)域，將傳熱學中涉及的理論知識和工程實際應(yīng)用結(jié)合起來，提高他們的職業(yè)素養(yǎng)。在教學內(nèi)容上，多增加與榆林工業(yè)相關(guān)的知識背景，比如太陽能輻射換熱、煤低溫熱解和氣化過程中的輻射換熱、火力發(fā)電廠主輔助受熱面中的換熱計算等等，使學生盡快熟悉相關(guān)工業(yè)設(shè)備的換熱原理，以便以后工作中更好的對這些工業(yè)設(shè)備進行設(shè)計、維護和維修。

三、改革課堂教學，鼓勵大學生科技創(chuàng)新，促進創(chuàng)新思維的培養(yǎng)

“傳熱學”是培養(yǎng)學生分析和解決工程實際問題能力的關(guān)鍵課程，是一門實驗研究和理論分析密切結(jié)合的學科[4]，設(shè)置有傳熱學實驗教學，以便于將理論和實際緊密聯(lián)系起來。傳熱學實驗不僅起著驗證理論，鞏固和擴大所學課程內(nèi)容的作用，更重要的是可以培養(yǎng)學生的動手能力、實踐精神、創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力。

在傳熱學教學中，開展一些專題討論可以讓學生拓展思維、增強課堂教學效果、活躍課堂氣氛。更重要的是，學生通過課下查閱相關(guān)資料，認真仔細思考，會更深入的理解傳熱學知識。在課堂教學中，曾先后展開過熱管換熱器的討論、強化換熱方式等的討論，均收到了良好的教學效果。

培養(yǎng)大量的一線創(chuàng)新人才，是當代中國高等教育最重要的歷史使命。在全球經(jīng)濟一體化、文化多元化的21世紀，開拓創(chuàng)新和科學發(fā)展是當代中國發(fā)展的主旋律，構(gòu)建以學生為中心，注重學生綜合素質(zhì)培養(yǎng)，強調(diào)學生創(chuàng)新能力、實踐能力的創(chuàng)新型人才培養(yǎng)模式成為高等教育的必然選擇。

為了培養(yǎng)創(chuàng)新型人才，傳熱學課程的教學采取了如下措施：

傳授給學生學習傳熱學的方法，比如把握重點章節(jié)、學習思路、求解微分方程的技巧等。同時，引入火力發(fā)電廠中主輔助受熱面的對流換熱和爐內(nèi)輻射換熱來激發(fā)學生學習傳熱學的興趣。通過習題課和課堂提問，培養(yǎng)學生的嚴謹、求實、探索和創(chuàng)新的學術(shù)風格。

采用以問題為主線的教學，注重在教學中引導(dǎo)學生思考問題、提出問題、研究問題和解決問題。比如肋片導(dǎo)熱問題的求解就可以先思考問題：肋片通過增加表面積來強化換熱的，其換熱熱流該如何計算？接著可引導(dǎo)學生提出問題：是否可建立肋片的導(dǎo)熱微分方程來獲得肋片內(nèi)的溫度分布？然后研究采用哪些假設(shè)可以使得微分方程既符合物理現(xiàn)象又能夠方便求解，最后將列出的肋片導(dǎo)熱數(shù)學模型進行求解，獲得溫度分布和熱流量。在整個教學過程中可通過引發(fā)思考、啟迪智慧、激發(fā)靈感來促進學風。

引導(dǎo)學生將多學科的多種知識綜合在一起，解決實際問題，在解決過程中把握事物的本質(zhì)，將知識轉(zhuǎn)化為能力。比如傳熱過程往往會涉及三種傳熱方法，即導(dǎo)熱、對流換熱和輻射換熱，熱流量通常是溫差除以總熱阻，總熱阻由導(dǎo)熱熱阻、對流換熱熱阻和輻射換熱熱阻構(gòu)成，通過分析那個熱阻是主要熱阻，可以尋找到強化或抑制換熱的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。這就需要把傳熱學的所有知識融合在一起，在這個過程中需要抓住主要因素，忽略次要因素，簡化解決問題的方法。

鼓勵學生勇于突破，不斷超越自己，超越老師，這樣自己才可以不斷進步。在課堂知識的講解過程中可以啟發(fā)學生多角度、正反兩方面來思考問題，通過轉(zhuǎn)換思維將事物的缺點變?yōu)閮?yōu)勢，往往能夠帶給學生一種峰回路轉(zhuǎn)的欣喜。同時，也要讓學生多提問，多判斷，不斷提升自己的評判能力。

目前，實驗教學多為驗證性實驗，往往是老師先講，學生根據(jù)實驗指導(dǎo)書和預(yù)先安裝好的實驗裝置及儀器，對實驗現(xiàn)象進行觀察記錄數(shù)據(jù)，然后根據(jù)實驗報告指導(dǎo)書上給定的步驟進行驗算，最后得出結(jié)論。這種預(yù)先設(shè)計好的實驗特別容易讓學生產(chǎn)生依賴性，喪失主動參與性，學生們會感到枯燥無味，難以激發(fā)他們的學習興趣和創(chuàng)新欲望，也無法提高實驗設(shè)計能力和問題分析能力，甚至連儀器都不會使用。

為了提高學生的實驗設(shè)計能力，針對城市熱能專科學生的實際情況，激發(fā)學生自行設(shè)計小型實驗裝置，提高他們的參與能力，激發(fā)他們的創(chuàng)作欲望。為了進一步提高他們的積極性，鼓勵他們將設(shè)計作品作為大學生科技創(chuàng)新題目來獲得學校資助加以研究。通過這一措施，有一部分動手能力強、思維活躍的學生積極創(chuàng)作小型實驗裝置，取得了可喜的成績。

參考文獻：

[1]蔡敬民，魏朱寶.應(yīng)用型本科人才培養(yǎng)的戰(zhàn)略思考[J].中國高等教育，2008，（12）：58-60.

[2]柴立和，蒙毅，彭曉峰.傳熱學研究及其未來發(fā)展的新視角探索[J].自然雜志，1999，（1）：12-15.

[3]何根海，譚甲文.發(fā)揮地方高校優(yōu)勢——主動參與區(qū)域社會管理創(chuàng)新[J].中國高等教育，2014，（2）：13-16.

[4]宋小勇，權(quán)玲.“傳熱學”課程教學方法研究與探討[J].中國電力教育，2013，（2）：100-101.

（責任編輯：王祝萍）