工程認證背景下機械類專業“傳熱學”課程教學的探索與改革

張彭崗 張墨 唐愛坤

摘要：本文根據工程認證計劃對學生的培養要求和目標，分析了機械類專業“傳熱學”課程教學的現狀和不足，通過修訂培養計劃，針對“傳熱學”教學內容、教學手段、考核方式等方面提出了課程改革的一些措施。結果認為對“傳熱學”應設置合適的學時，調整教學內容與學生的工程實踐能力相匹配，注重培養學生分析和解決工程問題的能力，科學施教，不斷推動機械類專業傳熱學教學的改革和發展。

關鍵詞：工程認證;傳熱學;教學改革

中圖分類號：G642.0 ? ? 文獻標志碼：A ? ? 文章編號：1674-9324（2016）40-0119-02

《華盛頓協議》是世界上最具影響力的國際本科工程學位互認協議，該協議是國際工程界對工科畢業生和工程師職業能力公認的權威要求[1]。2013年6月，中國成為該協議的第21個預備成員國，這必將對我國工程教育改革與發展產生深遠影響。中國工程認證協會制訂了與國際標準緊密對接的認證標準，并陸續在機械、計算機、化工與制藥、電氣信息等14個專業類開展了認證工作[2]。“傳熱學”既是能源動力類專業的技術基礎課，也是與各工程領域關系密切相關的專業課程，它植根于工程實際，也必將服務于工程實際[3]。作為工程認證專業之一，江蘇大學（以下簡稱“我校”）機械設計制造及自動化專業學生必須要學習“傳熱學”。傳統的“傳熱學”課程體系及教學模式與工程認證的培養目的和教學需要還存在一定的差距。為了配合工程認證的標準，我校傳熱學課題組就工程認證的需求，針對機械專業班級的“傳熱學”教學，修訂了教學大綱，并在實際的教學過程中緊扣工程認證的大背景做了一些工作。本文從“傳熱學”的課程特點出發，結合筆者在機械類班級課堂的教學實踐和教學體會，對工程認證背景下“傳熱學”課程的教學改革進行了探討和總結。

一、工程認證背景下機械類專業“傳熱學”教學中存在的主要問題

1.課時設置與課程特點、教學目標的矛盾。我校機械專業的“傳熱學”課程總學時僅為30學時，其中實驗為4個學時，考試為2個學時，真正用于教學的只有24個學時。“傳熱學”是一門發展中的應用性極強的專業基礎課程，首先熱傳遞現象的理論分析又涉及到許多數學理論與方法，經驗公式較多，難于理解和記憶;其次“傳熱學”分成導熱、對流和輻射三部分內容，這三部分內容有各自相對獨立的定律和解決方法，系統性較差，基本概念和公式繁多，重點分散，在短時間內學生學習有一定的困難[4]。而工程認證要求培養目標多樣性，以傳熱學為例，其支撐的畢業要求指標點為：指標點1，具有解決機械工程問題所需的數學與傳熱問題及其應用能力;指標點2，能夠將數學、傳熱學基本原理運用于機械工程問題的表述;指標點3，能夠對于傳熱學模型的正確性進行論證并求解。

2.學生基礎知識與“傳熱學”課程特點的矛盾。“傳熱學”是學習“工程熱力學”、“流體力學”等專業基礎課后學習的課程。而機械專業的學生卻沒有這方面的基礎訓練，上課時一些必備的基礎知識的缺乏導致上課難以接受。比如熱力學第一定律是推導導熱微分方程的理論基礎、伯努利方程在對流換熱微分方程組的應用等，學生在學習這些方程時，不能深刻理解與工程實際問題之間的必然聯系，造成學習動力不足，學習興趣降低等問題。

3.課堂教學及實驗教學與工程能力培養的矛盾。傳統“傳熱學”教學以教師講解、學生照本操作的模式進行，而工程認證核心理念是以學生為中心和目標。工程認證“傳熱學”教學方法的改進必須和工程實踐環節如實驗室操作、企業實踐等相結合，其目的是訓練學生的工程意識和思維，培養學生理論結合工程實際的能力。同時，使學生能夠接觸機械行業的生產實際并了解其前沿發展趨勢。但現實情況是，我校和有關換熱器的企業合作不多，另外我校的實驗教學儀器多年來沒有進行更新，有部分實驗設備相對比較陳舊，實驗室儀器設備明顯不足。

二、教學改革的措施與方法

1.對照《工程教育認證標準》，全面修訂“傳熱學”培養計劃。此認證標準給高校帶來的變化就是要以學生為本，不斷為工程教育改革而持續改進。工程認證所要求的OBE教育模式，一是要求教師在教育活動之前對學生達到的發展水平有清晰的認識，要用精細的“教學大綱”控制教學開展;二是要選擇與教學目標類型一致的教學方法[2]。因此，我校傳熱學課題組重新修訂了培養計劃和教學大綱，教學中注重講解定理基本假設和應用范圍;求解習題強調參數的獲取及多種計算方法的比較;最后增加了部分與工程實際相關的課后習題。教學改革核心的問題是教學內容的改革。針對畢業后我校機械專業學生具備機械設計制造基礎知識與應用能力，從事機械制造領域內的設計制造這一目標，在講清“傳熱學”物理概念的基礎上，簡化或省略與今后工作聯系不大的理論和公式的推導過程。如穩態導熱中，不詳細推導導熱微分方程的普適形式，只要求學生能對實際導熱問題建立微分方程即可。針對肋片導熱問題，重點放在讓學生熟練掌握工程上不同形狀肋片效率的查法。在非穩態導熱中，簡化諾謨圖的理論推導過程，重點放在如何應用諾謨圖來求解內阻不可忽略的非穩態導熱問題。在對流換熱中，只介紹對流換熱微分方程組的建立思路，重點講述各種實驗關聯式的具體應用和使用條件。在輻射換熱中，增加了火焰輻射的內容，強化了機械專業學生工作后有可能接觸的加熱爐、鍛造爐等加工工藝中涉及的輻射換熱問題。

2.優化整合，發揮課題組整體優勢。我校能源與動力工程學院工程熱物理系成立了傳熱學課題組，組員7人，以多年教授“傳熱學”的退休老教師為顧問和指導，由課程負責人具體負責“傳熱學”的教學組織、課程的建設與管理工作，充分調動所有課題組的教師參與課程建設和教材建設的積極性。明確責任，將“傳熱學”的教學任務分解并落實到個人。每隔1～2個月的時間，課題組的人員進行教學研討，交流教學體會。同時向學院建議加大支持力度，提高“傳熱學”課程在考核、個人定級及津貼等方面的分量，形成良性循環的激勵機制。

3.加強實驗室建設，培養學生自我提升能力。經過傳熱學課題組的申請和建議，我校能源與動力工程學院在經費有限的情況下，購置了新的實驗設備，修繕了一批傳統的實驗設備，目前傳熱學實驗室具有足夠的實驗器材能夠給學生提供自主動手的機會，以前平均7～8人一組的實驗現在減少到每組2～3人，可以保證每個學生有機會進行實際動手操作，提高了實際動手能力。另外，筆者可以就機械專業學生在今后工作中可能涉及的實際問題進行正確引導。比如測量型砂導熱系數問題，在實際的教學過程中，筆者注重引導學生自己去思考，修改并改善圓球法測量型砂導熱系數的實驗方案。當學生提出其他的實驗方案后，及時進行評價和講評，提高了學生處理工程實際問題的能力。

4.注重引導，拓寬校外實習基地。機械設計及其自動化作為實踐能力很強的專業，其實踐教學的作用在于引導學生進行正確的專業實踐認知。我校能源與動力工程學院與駐鎮的有關企業建立了良好的合作關系，如江蘇唯益換熱器有限公司、鎮江天鴻新能源有限公司等。我們定期帶學生過去參觀和實習，重點了解這些企業的換熱器和散熱器等產品設計、生產和組裝過程，培養學生思考與動手能力。經過我校和企業之間的積極合作，為機械等專業的學生提供實習機會，提高了學生的工程實踐能力。

5.充分發揮網絡多媒體教學的優勢。多媒體教學能夠增加課堂教學的信息量，容易激發學生的主動性和積極性。針對機械專業，我校傳熱學課題組首先收集整理了大量的工程圖片和工程錄像，將這些資料和課本上的相關內容進行鏈接，提高了學生的興趣和多媒體教學的授課質量。其次，我校傳熱學課題組目前正在建立傳熱學教學網站，每位老師負責一項內容，進行傳熱學網上教學視頻的錄制，充分滿足了學生個性化學習的需要。下一步我們將及時更新網上教學資源，建立傳熱學網上輔導答疑系統，采用課堂教學與網絡教學并舉的方式，進一步提高傳熱學的教學質量。

6.構造合理的“傳熱學”質量考核標準。實踐教學的質量是反應學生“工程實踐能力水平”的關鍵，而傳統的“傳熱學”質量考核體系很難真實反映學生的工程實踐能力。筆者設置機械專業“傳熱學”課程的總評成績=平時考核成績×10%+實驗成績×10%+期末考試成績×80%。平時考核主要以課堂表現和作業為主，實驗成績以實驗報告和學生具體的動手能力為準，期末考試的題型包括填空題、簡答分析題和計算題等，其中考核三種傳熱方式基礎知識型題目占60%，考核針對三種傳熱方式在工程應用基礎問題綜合分析與驗證的能力題目占40%。提交總評成績后，針對工程認證的標準，針對每個畢業要求指標點，分項求各指標點對應的平均分，計算“傳熱學”對各指標點的評價值，從而獲得“傳熱學”課程的達成度評價報告。從近兩年的“傳熱學”教學結果分析來看，基本上達到了工程認證對機械專業學生學習“傳熱學”的要求和目標。

本文分析了我校機械類專業“傳熱學”教學的不足和現狀，提出了教學改革的措施。筆者認為要實現工程認證對學生的培養要求和目標，必須對“傳熱學”設置合適的學時，調整教學內容與學生的工程實踐能力相匹配，注重培養學生分析問題和解決問題的能力[5]，重新選用合適的熱工基礎教材，科學施教，不斷推動機械類專業“傳熱學”教學的改革和發展。

參考文獻：

[1]晉浩天.工程教育認證對我們意味著什么？[N].光明日報，2013-11-27.

[2]胡文龍.工程專業認證背景下的高校教師教學發展[J].高等工程教育研究，2015，（1）：73-78.

[3]劉愛萍.淺談傳熱學課程的教學改革[J].中國電力教育，2002，（4）：73-76.

[4]齊曉霓，魏麗霞.機械大類專業“傳熱學”教學改革探討[J].中國電力教育，2014，（2）：123-124.

[5]張姝，支艷.“傳熱學”課堂教學改革的探討[J].大學教育，2015，（3）：118-119.