“傳熱學”課堂教學改革的探討

張姝　支艷

[摘 要]“傳熱學”是建筑環境與能源應用工程專業重要的專業基礎課程之一。隨著現代計算機技術的飛速發展，多媒體技術在“傳熱學”課程教學中發揮出越來越重要的作用。[3]引用直觀生動的圖片、動畫、視頻、仿真進行授課，可以激發學生學習興趣，提高課堂教學效率，改善課堂教學效果。但多媒體教學只是幫助“傳熱學”課程教學的手段之一，要真正實現培養優秀工程人才的目標，“傳熱學”課程的授課教師還需要以教授知識、培養能力和提高素質等方面為切入點，充分發揮學生的積極性與主動性，注重培養學生分析問題和解決問題的能力，積極轉變教學思想，努力探索行之有效的教學方法，不斷推進教學改革創新。

[關鍵詞]傳熱學 多媒體 教學方法

[中圖分類號] G423.07 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2015）03-0118-02

“傳熱學”是研究由溫差引起的熱能傳遞規律的科學，在現代各個生產領域中所遇到的大多數技術問題，乃至自然界中的許多現象都與熱量的傳遞有關，而且幾乎任何一種形式的能量最終都是以熱能的形式耗散于環境及宇宙之中，因此“傳熱學”是能源、動力和土建等大多數工科專業的一門重要的技術基礎課程，也是當今科學技術領域發展最重要的技術基礎之一。能否學好這門課程不僅影響學生對后續專業課程的學習，還影響學生在未來工作中解決實際傳熱問題的能力。目前東北石油大學建筑環境與能源應用工程專業“傳熱學”課程計劃學時為64學時，其中理論課56學時，實驗課8學時。“傳熱學”課程具有內容廣、習題多、難度大的特點，如何在較少課時下，改進教學方式，提高教學效果，培養高素質工程人才是當前傳熱學教學中面臨的主要問題。[1]筆者結合在“傳熱學”實際教學中的探索和實踐，淺談教學改革的幾點看法。

一、教學存在的問題

“傳熱學”在我校有20多年的教學歷史，多年來一直采用板書授課，板書授課有利于學生跟隨教師的思路，但隨著現代“傳熱學”課程信息量的不斷增大，對學生綜合素質培養能力的要求越來越高，單純板書授課已經不能滿足教學需要。在板書基礎上增加多媒體教學手段，可以大大節約課堂上書寫公式、圖形、習題所占用的時間，克服手繪圖形的不準確和不美觀問題，通過動畫形象直觀地演示傳熱過程。

“傳熱學”與多學科交叉內容日益增多，新版本教材增加了大量專業前沿中的傳熱問題，一成不變的教學內容不能滿足專業發展的需要，教師應及時更新教學內容，增加對專業新領域中傳熱問題的介紹。在授課中，講課內容不宜貪多。簡單問題講得過細，學生會感覺講課啰嗦、浪費時間；難點問題講得過細，學生會感覺困難重重，失去興趣。因此，教師應根據學生的實際情況安排教學內容，力求重點突出。

傳統的灌輸式教學，課堂上幾乎全部由教師講解，而學生只是被動地聽課。對于典型例題，也多數是由教師自問自答，直接教給學生做題的方法和步驟，雖然看似教師講課熟練，學生聽課輕松，但這種教學方式學生不動腦筋，不能培養學生獨立分析和解決問題的能力。

在考試方面，我校“傳熱學”課程總成績是由考卷成績（占75%）、實驗課（占15%）、平時成績（占10%）構成的。平時成績根據出勤情況、課堂測驗和作業成績來評定。從分數構成上來看，成績主要取決于考卷成績，平時成績所占比例較小。為突出素質教育，應加強對學生平時學習質量的監控，增加平時成績比例。

二、教學資源庫建設

（一）動畫演示實驗

實踐教學是“傳熱學”課程教學的重要環節，通常實驗演示在教學中受到時間、場地等諸多限制，制作Flash實驗演示課件，可以生動直觀地對實驗操作過程進行演示，通過網絡共享更加便于學生預習和復習。例如：準穩態法材料導熱系數測定、氣流橫掠管管外放熱系數測定、鉑絲表面黑度測定和換熱器傳熱系數測定等。

（二）虛擬實驗

借助Matlab語言或CFD軟件開發“傳熱學”虛擬實驗平臺，通過計算機數值計算和圖像顯示，對系統傳熱現象進行求解分析。例如：不同邊界條件下多維穩態導熱、集中參數法、導熱數值解、外掠平板、豎壁自然對流、輻射角系數、換熱器傳熱過程等內容都可采用虛擬實驗進行輔助教學。講解導熱數值解部分時，利用CFD軟件對研究對象進行網格劃分，然后建立節點方程，設定迭代初值，運用CFD軟件進行計算，最后對迭代計算的斂散性進行分析。網格劃分后的圖形以及計算得到的溫度場通過CFD軟件可以直觀立體地展現給學生，學生也可以自己操作軟件，設定不同的定解條件進行模擬實驗，這種教學方式不僅激發了學生對“傳熱學”學習的興趣，更加深了學生對導熱過程的理解。

（三）視頻和圖片素材

圍繞教學內容收集照片、圖片、視頻，并制作一些有特色的動畫素材，將這些運用于授課過程中就能把沉悶、死板的課堂氣氛轉變得活躍、充滿生氣，學生會自動參與課堂的教學活動中，積極配合教師，回答或提出問題，大大提高了課堂教學效果。利用分解動畫可以有效突破“傳熱學”教學難點，例如通過肋片的導熱、典型形狀多維非穩態導熱、大容器沸騰傳熱，多表面系統的輻射傳熱、換熱器平均溫差，等等。多媒體素材可以形象、生動而又清晰地向學生展示出復雜問題的溫度分布及傳熱過程，使學生建立起空間概念，加強了對問題的理解。

三、課堂教學方法改革

（一）互動教學提高學生的學習興趣

要想使學生學好“傳熱學”課程，首先應該提高學生的學習興趣，將課堂教學的主體由教師轉移到學生。做好教學“互動”，課堂教學活動不僅是一種認知過程，更是一種師生、生生之間的交互過程，只有學生的真正參與，才會提高學生學習的積極性，使其變被動為主動。因此，可選擇學生在生活中熟知的傳熱現象作為范例，創造逼真的教學情景，使學生感受到傳熱學領域就在自己的身邊，進而增強學習“傳熱學”的興趣；可采用提問式、啟發式、討論式等多種形式的教學方法，調動學生學習的自覺性，激發學生的學習興趣。例如：在講解“傳熱學”緒論中的三種熱量傳遞方式時，首先給出一些生活中的傳熱現象讓學生思考，如為什么夏天穿淺顏色衣服，冬天穿深色衣服；為什么冬夏相同室溫下，人們夏天穿T恤，冬天卻穿毛衣；熱水瓶為什么可以保溫；鋁水壺為什么不能干燒；冬季室外摸鐵和摸木頭感覺有什么不同，等等。讓學生分析這些現象產生的原因，并舉出他們所知道的與傳熱相關的例子，這樣順其自然地就將導熱、對流和輻射內容引出來。教師用理論知識對上述傳熱現象進行總結，加深了學生對三種傳熱方式的理解。用“提問式”引起學生的注意，使學生集中精力聽課，再利用“啟發式”激發學生思考，發揮想象力，這樣就會充分地調動起學生學習的積極性和主動性。

（二）教學內容與學科專業有機結合

近幾十年，科學技術在世界范圍內有了突飛猛進的發展，“傳熱學”的研究內容也有了很大的變化與進步，因此，授課時教師在講授教材內容的同時應與相關專業的前沿學術動態有機結合，這樣可以拓寬學生視野，提高學生學習興趣，讓他們學習如何利用理論知識解決本專業的實際問題。例如：針對建環的學生，在導熱換熱部分，增加新型散熱器、新型保溫墻體、冷熱橋問題的講解。在對流換熱部分，增加納米流體、風洞實驗、地源熱泵、相變蓄熱墻體的講解。在輻射換熱部分，增加太陽能集熱器、輻射供暖、輻射制冷的講解。在傳熱過程部分，增加空調除霜、節能冷卻塔、新型換熱器的講解。

（三）培養學生的工程觀念以及工程實踐能力

樹立工程觀念，重視工程教育是“傳熱學”教學改革的首要任務。為此，在“傳熱學”的教學中引入先進的CDIO教育培養理念，按照先基礎、后綜合、再創新的思路安排課程內容，增加了接近工程實際的專業應用案例，注重對復雜傳熱過程的分析，鼓勵學生主動學習、主動實踐，強化對學生分析能力、創新精神和合作意識的培養。[2]例如：在每個章節內容講完后，將學生分成幾組，以大作業的形式給學生布置應用例題，讓每組學生按照三步來完成：傳熱分析、傳熱計算、強化或削弱傳熱的措施。然后在課堂上組織學生展開分析和討論，鼓勵學生提出新的設計構想，最后由教師評分和小組互相評分。這種以學生為主體的啟發式教學方式不僅增強了學生分析問題和解決問題的能力，還培養了學生的工程實踐意識，收到了很好的效果。

四、結語

隨著現代計算機技術的飛速發展，多媒體技術在“傳熱學”課程教學中發揮出越來越重要的作用。[3]引用直觀生動的圖片、動畫、視頻、仿真進行授課，可以激發學生學習興趣，提高課堂教學效率，改善課堂教學效果。但多媒體教學只是幫助“傳熱學”課程教學的手段之一，要真正實現培養優秀工程人才的目標，“傳熱學”課程的授課教師還需要以教授知識、培養能力和提高素質等方面為切入點，充分發揮學生的積極性與主動性，注重培養學生分析問題和解決問題的能力，積極轉變教學思想，努力探索行之有效的教學方法，不斷推進教學改革創新。

[ 注 釋 ]

[1] 何雅玲，陶文銓.對我國熱工基礎課程發展的一些思考[J].中國大學教學，2007（3）：12-15.

[2] 左遠志，蔣潤花，楊小平.以創新設計為導向的CDIO工程教育培養模式[J].東莞理工學院學報，2010（3）：118-122.

[3] 蔣建波.大學生評價教師多媒體教學效果研究[D].上海：華東師范大學，2007.

[責任編輯：覃侶冰]