傳熱學趣味案例教學實踐初探

姚森 胡建軍 徐桂轉 王偉 荊艷艷

【摘 要】傳熱學是能源動力類學科重要的專業基礎課，具有課程內容豐富，側重對實際工程問題進行理論分析，各知識點、重點和難點相對獨立，與后續專業課程關聯較多等特點。本文從網絡上的科學趣文出發，將生活中的一些傳熱問題引入傳熱學課堂教學過程，以期有效的激發學生的創新意識，拓展學生的視野，降低由于理論性強引起的學習乏味，增強課程內容的易理解性。

【關鍵詞】傳熱學；案例；探討與實踐

中圖分類號： J905 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）24-0109-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.24.052

【Abstract】Heat transfer is an important basic course in energy and power engineering. Its characteristics are as follows： rich curriculum content， focusing on theoretical analysis of practical engineering problems， relatively independent knowledge points， key and difficult points， and more relevant to follow-up professional courses， etc. This article takes the articles on the Internet as an example and brings some interesting heat transfer problems into the classroom teaching of heat transfer. These interesting life examples can effectively stimulate students'innovative consciousness， broaden their horizons， reduce the boredom of learning caused by strong theory， and enhance the comprehensibility of the course content.

【Key words】Heat transfer； Example of case； Discussion and Practice

傳熱學是能源類專業的一門重要的專業基礎課程，為后續專業課程提供必要的學習基礎。傳熱學研究熱量和傳遞的規律，通過課程的學習，使學生掌握分析工程傳熱問題的基本能力，掌握熱量傳遞的基本規律。傳熱學課程的特點是理論性強，概念多，與實際結合密切，學習難度大，因此如何調動學生的學習積極性，使學生認識到傳熱學課程的必要性和趣味性，對提高課堂授課效果至關重要[1]。

河南農業大學是一所農林類高校，機電工程學院能源工程系承擔學校的三個能源類專業“能源與動力工程”、“農業建筑環境與能源工程”和“新能源科學與工程”的本科教學任務。各個專業后續專業課程和專業背景不盡相同，在尋求理論知識與專業實際的結合點時，共通案例較少。此外，傳熱學課程的開課時間先于專業課，為二年級下學期，對一些專業性強的問題，學生不能較好的理解。因此，學生普遍感覺傳熱學的理論知識繁多且計算過程抽象，難以記憶和理解。傳熱學知識不僅在工程實踐中大量應用，在日常生活中也同樣存在大量的傳熱問題。在傳熱學課堂上使用生活中的案例，可以使學生更好的接受相關知識點，提高課堂的授課效果。

1 案例的選擇

案例的搜集和加工制作是否恰當、充分是首先需要關注的重點[2]。

選取案例要首先關注案例本身所涵蓋的知識點，其次還要注意案例應避免刻板化，這樣才能提高學生的興趣，調動學生的積極性。案例服務于教學，所選案例需要和課程及教學內容緊密貼合，以免造成學生知識體系的混亂。案例要具有生動性、吸引性、時效性，在調動學生積極性的同時，也應注意吸引學生參與案例的討論，使其對相關內容印象深刻。此外，所選的案例要充分考慮學生的學習程度，以及學習能力的差異，避免分析難度大，涉及知識點多且知識點相互交叉的教學案例。教學案例的難度過大通常會造成學生產生畏難心理，對實際教學效果產生負面影響[3]。同時，日常生活中存在大量的傳熱學問題，在傳熱學教學案例的選擇中，應盡可能的結合知識點選擇與生活相關的例子，以增加學生的親近感，潛移默化的幫助學生理解和消化較為枯燥的理論知識，使學生明白傳熱學的魅力并引導其在日常生活中“學以致用”[4]。

2 趣味教學案例的解析與實施

在教學實踐中穿插趣味案例是一種以實踐為導向的教學方法，在實施過程中，應注意與授課內容以及教學方法的結合。

我們選用近幾年網絡上比較火熱的科學段子《一個清華博士在供暖前給廣大學子最中肯的建議》，對其中的傳熱學問題結合課程進行講授。在該文介紹的三條“帝都冬季穿衣法則中”，“穿衣順序原理”和“扎褲理論”均和傳熱學中的知識點相契合。在“穿衣順序原理”中，作者使用圓筒壁的導熱這一難點內容，通過計算得出冬季秋衣穿在風衣外時更為保暖的結論；在“扎褲理論”中，作者指出當保證腿周圍空氣靜止時，即將褲腿扎起時，走路時保持腿打直，可以有效的防止熱量的流失。單從該文的結論來看，兩例和生活實際存在偏差，可以很好的吸引學生的注意力。同時，兩個例子具有很好的拓展性，可積極的引導學生通過傳熱課程的學習，分辨和分析其中存在的問題。

以“穿衣順序原理”為例，制作的具體案例如下：

案例名稱：冬季秋衣和風衣，如何穿更保暖

知識點：圓筒壁的導熱

延伸點：傳熱過程，對流換熱，輻射換熱

講述要點：

a.將人體看做是恒溫37℃，底面半徑20cm，高175cm的圓柱體，衣服看作是包圍在圓柱體外部的圓通，秋衣秋褲的主要成分是棉，厚度3.42mm，導熱系數λ1=0.050W/mK。風衣的主要成分是羊毛和聚酯纖維，厚度5.33mm，導熱系數λ2=0.029 W/mK。引導計算秋衣在外或風衣在外時，通過多層圓筒壁的導熱熱流量。

b.強調圓筒壁的導熱熱阻R=，強調圓筒壁導熱與平壁導熱的區別在于沿熱量傳遞方向上面積處處不等[5]。

c.提問學生，為什么計算結果顯示秋衣外穿更加保暖，但是在日常生活中并不這樣穿，并引導學生復習傳熱過程的概念，講述該計算未考慮對流換熱和輻射換熱。

d.分別在對流換熱和輻射換熱的課程結束后，引導學生加入相關因素的考慮，重新計算。

整個案例教學過程使用了點明式、提問式、指導式的教學方法，在生動有趣的案例引導下，完成對圓筒壁導熱的學習以及鞏固。

3 趣味案例教學的效果與體會

傳熱學課程的趣味案例工作，仍然在不斷發展中，除了上述一例，還有大量與學生生活息息相關的趣味案例在不斷整理與搜集當中。這些案例教學在我校能源類專業實施以來取得了較好的效果，學生普遍反映傳熱學與生活密切相關，而不僅僅是書本上的知識點，同時通過傳熱學課程實習，也學會了如果使用傳熱學知識解釋和分析實際問題。

趣味案例的搜集和整理過程涉及案例制作，教學方法設計，教學過程實施、教學效果總結等各項環節，每一個環節都會影響實際的教學效果。趣味案例教學除了案例這一主因外，還涉及其他兩個重要的因素，即教師和學生。對教師而言，教學方式和教學方法的改進對教師提出了更高的要求，不僅要及時關注和更新案例，而且要求教師要具備更強的組織、駕馭和協調能力；對學生來說，也需要學生在課堂上給予積極的配合，從被動學習轉變為主動學習。

4 總結

傳熱學是一門理論性強的課程，教學過程經常出現學生對所學內容理解困難，對理論講解乏味，認為所學內容與實用性脫節等現象。針對上述問題，提出了將生活中較為有趣的傳熱問題引入傳熱學課堂并進行拓展，降低理論學習的枯燥性，提高課程內容學習的可理解性，有效激發學生的積極性與創新意識。

【參考文獻】

[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]張莉，姜未汀，任洪波，裘薇.案例教學在行業類高校“傳熱學”中的實踐[J].教育教學論壇，2015（45）：139-140.

[3]黃光勤，楊小鳳，戴通涌，楊毅.“案例鏈”教學方法——以《傳熱學》為例[J].教育現代化，2017（50）.

[4]王義江，周國慶，馮偉.基于興趣學習的傳熱學課程教學改革研究[J].高等建筑教育，2017（5）：54-57.

[5]楊世銘，陶文銓.傳熱學.第4版[M].高等教育出版社，2006.