參與模式下熱質(zhì)交換原理與設備課程教學和考核方法研究

管勇 胡萬玲 周文和 陳玉英 李志偉 董昕玥

摘要：針對熱質(zhì)交換原理與設備課程教學中存在的問題，基于參與式教學法，從領悟課程體系整合課程教學內(nèi)容、改進教學方法提高教學效果、注重實踐教學鞏固課堂教學、加強科研實訓環(huán)節(jié)開闊學生視野，以及構建考核方法突出能力培養(yǎng)等方面，探討熱質(zhì)交換原理與設備課程教學改革的具體措施，以期對熱質(zhì)交換原理與設備課程教學質(zhì)量和教學效果的提升提供參考。

關鍵詞：熱質(zhì)交換原理與設備；教學改革；參與式教學；考核方法

中圖分類號：G642文獻標志碼：A文章編號：10052909（2018）03009505為適應教育部新的學科目錄，建筑環(huán)境與能源應用工程專業(yè)（簡稱“建環(huán)專業(yè)”）本著加強基礎，提高學生能力的原則，在課程設置上新增了三門學科平臺課程，熱質(zhì)交換原理與設備課程便是其中之一。該課程是建環(huán)專業(yè)的一門主干專業(yè)理論課，是后續(xù)專業(yè)課的基礎，起著連接專業(yè)基礎課與技術課的橋梁作用[1]，因此，在課程體系中占有十分重要的地位。

蘭州交通大學建環(huán)專業(yè)于1999年開設熱質(zhì)交換原理與設備課程，原授課32學時，無實驗環(huán)節(jié)。為夯實基礎，強化實踐教學，增設了4學時的實驗環(huán)節(jié)，并將學時提高至48學時，課程教學與實驗安排在第5學期。在10余年的教學實踐中發(fā)現(xiàn)：（1）教學方式不能很好地適應教學需求，無法調(diào)動學生的學習積極性；（2）教學效果不理想，學生不能很好地掌握課程核心知識點；（3）課程學習對學生應用能力和創(chuàng)新能力培養(yǎng)的作用不夠顯著；（4）課程考核方法單一，弱化了課程教學的過程性考核，未能體現(xiàn)對創(chuàng)新能力的考核。

為了提高課程的教學質(zhì)量和教學效果，充分調(diào)動學生學習的積極性，提升學生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力，針對教學中存在的上述問題，筆者開展了熱質(zhì)交換原理與設備課程教學的改革與實踐，提出并實施了參與模式下課程教學和考核方法的改革，如圖1所示。

管勇，等參與模式下熱質(zhì)交換原理與設備課程教學和考核方法研究

一、深刻領悟課程體系，優(yōu)化整合課程教學內(nèi)容

熱質(zhì)交換原理與設備課程是將原來供熱、供燃氣、通風及空調(diào)工程專業(yè)中涉及熱質(zhì)交換原理和設備的共性內(nèi)容整合，在傳熱學、流體力學和工程熱力學專業(yè)基礎課基礎上，經(jīng)綜合、充實、整理加工形成的一門平臺課程[2]，其目的是講授專業(yè)各課程所涉及的共性知識，如基本原理、基礎設備等，以減少內(nèi)容的重復。

為深度理解熱質(zhì)交換原理與設備課程在課程體系中的定位和教學要求，首先組織任課教師認真學習建環(huán)專業(yè)人才培養(yǎng)方案，研討培養(yǎng)目標與專業(yè)核心課程之間的對應關系，以工程教育專業(yè)認證為導向，根據(jù)課程性質(zhì)和授課內(nèi)容設定各專業(yè)核心課程的支撐強度權重；其次，根據(jù)專業(yè)核心課程及其權重，選定教材，梳理各主干課程的核心知識點。為滿足培養(yǎng)方案的要求，統(tǒng)一選定高校建筑環(huán)境與能源應用工程學科專業(yè)指導委員會推薦的“十二五”本科國家級規(guī)劃教材；再次，組織任課教師認真研讀教材，利用例會時間分析和討論各課程內(nèi)容的重復性問題，通過討論交流發(fā)現(xiàn)傳熱學課程中的“傳熱和換熱器”和“傳質(zhì)過程”、工程熱力學課程中的“混合氣體及濕空氣”以及暖通空調(diào)課程中的“濕空氣的焓濕圖及其應用”等章節(jié)內(nèi)容與熱質(zhì)交換原理與設備課程在不同程度上有重復，對此，由課程負責人協(xié)調(diào)講授任務，組織對應課程的任課教師確定教學大綱與教學計劃；最后，基于學校專業(yè)定位和辦學特色，由專業(yè)負責人組織專家審定教學大綱和教學計劃。通過上述措施，一方面讓課程任課教師從人才培養(yǎng)目標的層面理解課程定位、人才培養(yǎng)目標與課程核心知識點的權重關系，深入理解專業(yè)名稱更改后內(nèi)涵與外延的變化；另一方面，讓任課教師熟悉本專業(yè)不同課程間課程核心知識點的分布，有利于任課教師對專業(yè)知識形成整體觀念，從而優(yōu)化整合本課程教學內(nèi)容。

二、改進教學方法，提高教學效果

熱質(zhì)交換原理與設備課程主要包括熱質(zhì)交換原理與熱質(zhì)交換設備兩部分，重點研究發(fā)生在建筑環(huán)境與設備中的熱質(zhì)交換原理及相應的設備熱工計算方法，課程涉及知識面廣、綜合性高、理論性強、難度大。

為了做好課程教學工作，充分調(diào)動學生的學習興趣和積極性，提高教學效果，針對上述教學中存在的問題，基于參與式教學法對現(xiàn)有教學方法進行改進。

（1）任課教師根據(jù)培養(yǎng)目標所對應的課程核心知識點，以參與式教學法為主線，依據(jù)教學大綱，吃透教材、突出重點、注意難點做好備課，在備課中要提出培養(yǎng)學生能力的具體教學內(nèi)容和方法，啟發(fā)學生的創(chuàng)新思維。

（2）針對課程特點，改變傳統(tǒng)的單一的板書教學方式，采用多媒體課件 + 傳統(tǒng)板書的形式組織教學。對于基本原理中關于理論推導章節(jié)仍采用傳統(tǒng)黑板板書的方式，以強化學生對熱質(zhì)交換機理與求解過程的理解，給學生留夠緩沖思考的時間。對于設備工作原理、類型以及結構等內(nèi)容，采用PPT課件或播放設備系統(tǒng)現(xiàn)場運行視頻的方式，讓學生直觀了解實際工程各種熱質(zhì)交換設備，豐富課堂內(nèi)容，調(diào)動學生的學習積極性，從而保證教學質(zhì)量，強化專業(yè)素養(yǎng)[3]。

（3）對于多媒體課件，采用任課教師集體備課的形式，先討論課程中那些章節(jié)內(nèi)容有學生參與互動的環(huán)節(jié)，然后結合典型工程實際問題和任課教師熟悉擅長的內(nèi)容制作多媒體課件。在授課過程中，堅持貫徹“少而精”的原則，突出重點，抓住根本，實施好參與式教學，以突出學生的主體地位和任課教師的主導作用。及時總結教學開展和學生吸收情況，并將結果反饋給課程其他教師，以便相互學習、共同提高。與此同時，將修改好的多媒體課件提供給學生，節(jié)省學生課堂記筆記的時間，以便學生專心聽課。

（4）熱質(zhì)交換原理與設備課程屬于專業(yè)平臺課程，一般放在專業(yè)課程之前開設，由于學生對相關設備不熟悉，加上課程學時的不斷壓縮，雖然可采用圖片或視頻對設備做展示，但多是局部的，缺乏系統(tǒng)性。為此，任課教師依據(jù)不同章節(jié)授課需求，組織學生參觀學校建環(huán)專業(yè)籌建的美的中央空調(diào)陜甘寧實訓基地、暖通空調(diào)設備實物與模型展室以及教學實驗臺等，讓學生對熱質(zhì)交換設備形成系統(tǒng)認識，以便能夠積極主動地參與教學過程，實現(xiàn)師生互動。

（5）利用現(xiàn)代信息技術，搭建信息反饋平臺，如創(chuàng)建授課班級QQ群、微信群或網(wǎng)教平臺等，及時收集學生對課程反饋信息，結合課程進程開展課程問卷調(diào)查，任課教師根據(jù)反饋信息，適時對授課進度與授課環(huán)節(jié)進行修正。

三、注重實踐教學環(huán)節(jié)，鞏固課堂教學

實踐教學是培養(yǎng)學生分析能力和解決問題能力的重要環(huán)節(jié)，也是學生獲得工程師素養(yǎng)的基本訓練環(huán)節(jié)。為了提升學生的實踐能力和創(chuàng)新能力，在實驗教學中采用分層次實驗方法，即指導教師根據(jù)課程培養(yǎng)學生能力目標，設定實驗的目的、提供主要的實驗測試儀器與實驗設備、相關設備與儀器的操作說明，鼓勵感興趣的學生根據(jù)給定條件，利用課余時間查閱相關文獻，自行設計實驗方案、實驗步驟、數(shù)據(jù)分析方法，指導教師對于學生提出的方案給出指導性建議，在其方案達到實驗條件之后，分組或獨立開展實驗任務，完成并上交實驗報告。對于被動消極的學生，由指導教師給定實驗方法和實驗步驟，實驗前要求這部分學生對實驗進行預習，指導教師講解實驗原理和關鍵操作步驟，實驗時讓學生分組獨立操作，指導教師有計劃地檢查學生的操作和記錄，防止學生包辦代替和放任自流。對于實驗過程表現(xiàn)突出的學生，可以讓其擔任實驗指導顧問，協(xié)助指導其他學生完成實驗測試。在實驗成績評定方面自主設計者的成績要顯著高于被動實驗者。通過這些措施，一方面激發(fā)學生主動學習的欲望，另一方面也可讓學生體會到解決實際問題并取得成功后的喜悅，進而提高學生的自學能力、創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力。分層次實驗較好地展現(xiàn)出了學生解決實際問題的能力。例如，在散熱器熱工性能測試中學生能夠想到并運用流量計和稱重法對比測試流體質(zhì)量流量；在噴淋室熱工實驗中，學生能夠利用所提供的水銀溫度計自制干濕球溫度計測試空氣的溫濕度，對現(xiàn)有溫濕度自記儀進行標定校正。

由于熱質(zhì)交換原理與設備課程理論性強、難度大，所以，適當布置一定量的作業(yè)非常必要。學生通過作業(yè)復習鞏固理論知識，任課教師通過批閱作業(yè)，了解學生對課程核心知識點的整體掌握情況，并在此基礎上設置習題課。習題課主要配合課堂講授，針對學生作業(yè)或學習中存在的共性問題，講解典型題目，傳授解題方法和技巧，增強學生的推理和運算能力。

為了促進師生交流，課程設置了答疑和質(zhì)疑環(huán)節(jié)，其目的是在學生獨立學習、獨立思考的基礎上，針對學生在聽課、作業(yè)以及課外閱讀參考資料時出現(xiàn)的疑難問題進行具體的解答和指導。在答疑過程中，教師細心傾聽學生提出的問題，弄清疑難所在，指出方向或提供相關參考資料。對于被動不能提出問題者，任課教師針對課程內(nèi)容，對其提出適當質(zhì)疑，引導學生主動參與學習，以此調(diào)動學生的積極性和自覺性，增強學習信心。

四、加強科研實訓環(huán)節(jié)，開闊學生視野

隨著科學技術的發(fā)展，建筑環(huán)境與能源應用工程專業(yè)也在不斷拓展其內(nèi)涵與外延，熱質(zhì)交換原理與設備課程作為一門專業(yè)平臺課，非常有必要在課程教學中引入本學科涉及熱質(zhì)交換的學術前沿熱點問題，以開闊學生視野。為此，在教學過程中設置了學科熱點專題研討環(huán)節(jié)。比如，在講授擴散傳質(zhì)內(nèi)容時，給學生布置關于室內(nèi)VOC擴散傳質(zhì)的研究進展綜述；在講授相際間的熱質(zhì)交換模型時，將開展的科研課題內(nèi)容引入教學，在溫濕度獨立調(diào)節(jié)空調(diào)系統(tǒng)章節(jié)中讓學生查閱資料，討論國內(nèi)關于溫濕度控制技術現(xiàn)狀與進展以及存在的問題，等等，讓學生有機會走上講臺展示自己，提高自信心。設置該環(huán)節(jié)的目的在于給學生介紹如何查閱和閱讀科技文獻的方法，培養(yǎng)學生的科研意識，提升認知水平，讓學生真實地感受到科研的目的是解決實踐問題，而非遙不可及。

隨著萬眾創(chuàng)新戰(zhàn)略的推進，各大院校開啟了不同層次的創(chuàng)新平臺，比如學校專設了“大學生創(chuàng)新性實驗計劃”項目。為此，在授課過程中任課教師要有意識地引導學生積極申請，指導撰寫申請書，或對獲得立項資助的項目在實施過程中給予全程指導。通過科研實訓環(huán)節(jié)，真正起到開闊學生視野，激發(fā)科研熱情，塑造科研思維的作用，使學生更加明晰科學研究與專業(yè)學習之間的關系，為進入下一階段的學習和工作打下基礎[4]。

五、構建考核方法，突出能力培養(yǎng)

課程考核是課程教學的重要組成部分，是檢查學生對知識掌握情況的一種手段，其目的在于督促學生認真全面地完成學習任務，達到預定的教學要求。為此，筆者針對課程考核方法進行了試探性改革，本著注重課程教學的過程性評價制定了成績評分辦法，將考核分成了平時成績（40%）和期末考試成績（60%），其中平時成績包括考勤成績（5%）、答疑成績（5%）、作業(yè)成績（10%）和課程實驗成績（20%）以及不超過5分的獎勵（專題研討環(huán)節(jié)）；期末考試采用半開卷的形式，即必須掌握的傳質(zhì)基礎理論與熱濕交換原理等知識點采用閉卷考試，而對于運用基本理論進行的推導、空氣處理方案對比及計算等內(nèi)容采用開卷考試。目的在于改進考核方法，將背記型考試向理解與綜合應用轉變，減輕學生負擔，提高學生實踐應用能力，全面多層次考核建環(huán)專業(yè)學生對課程內(nèi)容的掌握情況，激勵學生的創(chuàng)新潛能。

在課程考核結束后，任課教師對課程教學工作進行總結，發(fā)現(xiàn)問題，總結經(jīng)驗，并在專業(yè)例會上進行教學研討和交流，進一步完善和改進教學工作。

六、結語

通過上述一系列改革與實踐，任課教師的教學水平和學生的創(chuàng)新能力得到了較大提升，課程教學效果顯著。如：建環(huán)專業(yè)獲得甘肅省特色專業(yè)立項建設、建環(huán)專業(yè)基礎課程教學團隊獲得立項建設、3項課程教學改革獲得立項、1項網(wǎng)絡課程獲得立項、3項“大學生創(chuàng)新性實驗計劃”項目獲得校級立項、1項校級教學成果一等獎。由于熱質(zhì)交換原理與設備課程是一門理論性較強的平臺課程，如何高質(zhì)量地講授好這門課對任課教師來說是一種挑戰(zhàn)，仍需要任課教師深刻領悟課程體系，優(yōu)化教學內(nèi)容，改進教學方法，構建科學的考核體系，從而達到“厚基礎、寬口徑、培養(yǎng)創(chuàng)新人才”的目標。

參考文獻：

[1]連之偉，陳寶明.熱質(zhì)交換原理與設備[M].3版.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2011.

[2] 張寅平.熱質(zhì)交換原理與設備課教學體會[J].高等建筑教育，2003：12（4）：36-38.

[3] 顏蘇芊，趙陽.熱質(zhì)交換原理與設備課程教學方法[J].高等建筑教育，2015：24（5）：83-86.

[4] 王燁，李亞寧.新形勢下專業(yè)課程考試考核評價體系改革淺析[J].蘭州交通大學學報，2015：31（2）：158-160.