基于CDIO模式的傳熱學課程教學改革與探究

楊會 莊光亮 朱輝

摘要：本文以能源類應用型本科專業的傳熱學課程教學為例，探討CDIO模式下學生學習傳熱學課程的現狀。從課程教學內容、教學手段、實驗方式、課程評價等方面提出激發學生興趣，調動學生學習積極性，提升學生動手能力和實際解決問題能力的教學改革方法。

關鍵詞：CDIO;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）43-0118-02

CDIO工程教育模式是近年來國際工程教育改革的最新成果。CDIO代表構思、設計、實現和運作，將工程畢業生的能力分為工程基礎知識、個人能力、人際團隊能力和工程系統能力四個層面，大綱要求以綜合的培養方式使學生在這四個層面達到預定目標。傳熱學課程是能源類專業一門重要的專業基礎課程，是學習后續相關專業課程的核心基礎。該課程內容知識點多、具有較強的理論性且實際工程應用面廣，這對學生應用理論知識分析和解決實際問題的能力提出了很高的要求。本文結合我校近年來基于CDIO工程教育模式的傳熱學課程教學改革與實踐成果，就如何提高傳熱學實際教學效果提出一些經驗。

一、傳熱學課程特點及教學現狀

（一）課程特點與地位

作為能源與動力工程專業一門主要的專業基礎課程，傳熱學課程是學習后續相關專業課程核心基礎。本課程是研究不同溫度的物體或同一物體的不同部分之間熱量傳遞規律的學科，在科學技術各個領域中都有十分廣泛的應用，如強化傳熱、削弱傳熱（熱絕緣）和溫度控。在制冷空調領域，通過強化傳熱可縮小制冷空調設備的尺寸，降低系統運行能耗。在能源輸送和利用環節中通過削弱傳熱則可減少散熱損失或降低冷量損失，對我國能源可持續發展有著重要意義。此外，在溫度控制方面，與傳熱直接相關的是電子元器件的冷卻問題。

（二）教學現狀

1.教學內容與工程實際脫節。傳熱學是一門應用性很強的專業基礎課程，在學習過程需要高等數學微積分知識，且內容廣泛，圖表、經驗公式多，學生掌握起來比較困難。現行的教材，雖包含20世紀后半葉的研究成果，但很大程度上仍保留了上世紀傳統的課程內容體系，內容變化不大，靈活性不足，學生缺乏自主研究性學習和訓練，未體現出CDIO模式培養計劃中的基本要求，與生產實際要求的能力培訓仍存在一定的差距。

2.教學方法及手段單一。近年來，隨著多媒體技術的發展，很多教師采用多媒體授課，積極引入圖片、視頻等教學素材豐富教學內容。相比傳熱的黑板教學方式，多媒體教學手段確實表現出良好的教學效果。但教學過程仍表現為教師講、學生聽的老模式，教學過程與工程實景聯系不夠緊密。學生主動性、創新性仍達不到CDIO模式培養學生工程能力的要求。

3.實踐教學環節脫離實際，缺乏創新性。傳熱學課程實驗教學多為驗證性實驗和演示性實驗，教師講解相關實驗原理、操作方法，學生不需要動腦，只需按照教師的講解及要求按圖索驥進行實驗并完成實驗報告。這種按部就班的實驗教學過程，難以達到啟發學生思維，培養其動手設計和獨立完成實驗能力的目的。

4.成績評價方式單一。傳熱學課程多采用的是期末閉卷考試的考核方式，最終成績給定綜合平時成績和期末考試成績，以學生掌握基本理論知識的程度作為唯一評價指標，缺乏知識綜合應用和工程實踐能力的考核，未體現出學生應用理論知識分析解決工程實際問題的能力。傳熱學課程重理論、輕應用的考核方式，與CDIO模式培養工程型、應用型人才的理念不符。

二、傳熱學課程教學改革建議

1.建立豐富的工程項目教學資源庫。課堂教學要注重可視化教學素材的使用，在PPT中多插入動態圖片、實景拍攝圖片及傳熱過程Flash視頻。在實驗教學環節，采用虛擬實驗與現場實驗相關結合的方式，實驗前學生通過網絡虛擬實驗平臺觀看實驗內容，熟悉實驗操作流程及注意事項。如換熱器換熱系數測定、穩態法測量材料的導熱系數等，將傳統的課堂教學形象化，增加趣味性和啟迪性，以培養符合CDIO工程教育理念的創新性、工程型、應用型人才。此外，通過Fluent開發虛擬實驗平臺也是一種有效的教學資源開發途徑，通過數值計算對傳統的導熱問題進行求解，如平板導熱、外掠平板換熱、多排管束換熱器流場及溫度場分布、狹小腔室自然對流、換熱器強化傳熱等。對于簡單的傳熱問題，可讓學生操作Fluent進行傳熱仿真，有利于激發學生的學習興趣。而對于一些復雜傳熱問題，教師通過Fluent仿真可實現傳熱過程的可視化，可彌補三維仿真動畫信息不足的問題。

2.以項目案例導入教學內容。在傳熱學課程教學中，不僅要求學生系統地學習傳熱學基本理論知識，更重要的是培養學生靈活應用課堂所學傳熱理論知識去分析和解決實際工程中具體復雜的傳熱問題，這是CDIO理念所倡導的構思設計實現和運作的人才培養的核心思想。因此，建議教學過程宜采用“問題導入”、“問題分析”、“解決途徑”、“所需知識”和“內容學習”等的教學組織流程。因此，教師應善于利用項目教學資源庫中傳熱案例，由淺而深地剖析其中涉及的傳熱問題，不斷提出解決問題所需掌握的知識。如能在課堂上實現的傳熱過程，教師應積極創造實際的傳熱情景讓學生親身感受，如讓學生赤腳踩在木質地板和地板磚上感受冷熱程度，然后提出問題進行互動討論。這樣就順其自然地將傳熱學中熱傳導、熱對流和熱輻射課程內容引出來，從而有效加深學生對熱量傳遞的三本基本方式的理解和實際工程問題的解決能力，符合CDIO理念倡導工程情景教育。

目前，傳熱學研究發展日新月異，授課時教師應注重將書本基礎知識與傳熱學前沿科技相結合，如超極速傳熱、微納米傳熱、微尺度熱運輸等，以拓寬學生的視野，提高學生的興趣。此外，在傳熱學的教學中引入“先基礎，后綜合，再創新”的CDIO教育培養理念，教學中增加工程案例，鼓勵學生主動學習、主動創新，注意培養學生分析能力、創新思維、合作意識，如可對學生進行分組，每組分配不同的實際工程案例，組內進行協調分工共同完成一個工程，最后匯總做成PPT匯報，并由教師和其他小組共同打分。這種以學生為主的課堂教學方式，不僅提升了學生獨立思考、創新和團隊合作的素質，還提高了學生運用課本基礎知識分析和解決實際工程難題的能力。

3.采用知識與能力相結合的考核方式。課程考核是測試學生學習知識與培養能力的基本手段，是教學過程的重要環節。合理的考核方式有利于學生培養正確的學習方法，達到課程教學的理想效果。傳統的期末考試不管是閉卷考試還是開卷考試，考試時學生依賴于課本和教師考前復習，因而達不到較好教學目的。根據21世紀對創新應用型工程人才的要求，傳熱學課程考核應包括自主學習能力、實踐創新能力、綜合能力。因此，傳熱學考核必須摒棄傳統的“一考定終身”的期末卷面考核方式，采用持續整個學期的多指標綜合考核方式，傳熱學課程總評成績包含：平時成績、實驗實踐、模擬工程和期末考試等四部分構成。各部分可按一定比例來分配，其中平時成績包含課堂出勤、課后作業;實驗實踐包含實驗實訓時的表現及實驗報告;模擬工程以小組為單位分工合作，課堂匯報PPT，綜合評定成績;期末考試采取閉卷考試，考察課程基本理論、基本方法。這種綜合考核方式可充分發展學生個性，培養創新素養，提升團隊合作能力，從而提高學生的綜合素質。

三、總結

本文對能源類專業傳熱學課程教學特點和教學實踐中學生反饋的問題做了探討，從教學資源庫、教學理念及方法改革、改進考核等方面提出一些可供參考的教學經驗。然而，CDIO教育理念是一個復雜的系統工程，具體教學方案需結合課程內容特點和專業人才培養目標來組織實施，且需在教學實踐中不斷修正和加以完善。

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Curriculum Teaching Reform Based on CDIO Mode of Heat Transfer and Explored

YANG Hui，ZHUANG Guang-liang，ZHU Hui

（Guilin Aerospace Industry College School of Energy and Building Environment， Guilin，guangxi 541004，China）

Abstract：In this paper，the course of Heating Transfer held in Guilin Aerospace University was took an example for studying the teaching processes based on CDIO，and the studentscurrent learning situation and some problems appeared during the teaching in this course were discussed. Some valuable suggestion on the design and reformation in teaching content，some methods in theory teaching and experiment and the instruction appraisal system were presented for developing students' interests in leaning heating transfer，and improving their abilities in actual operation and the solution of practical engineering problems in future teaching.

Key words：CDIO;Heating transfer;teaching reform