傳熱學(xué)課程教學(xué)改革的探索

徐青 凌長明

[摘 要]傳熱學(xué)是能源動力類專業(yè)的一門重要專業(yè)基礎(chǔ)課程，對學(xué)生專業(yè)課程的學(xué)習(xí)和應(yīng)用能力的提高有著重要影響。針對傳熱學(xué)的課程特點和內(nèi)容分布特色，以具體案例的形式探索了不同教學(xué)方法和不同考核方式在傳熱學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用，以達到激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力，提高課堂教學(xué)質(zhì)量的目的。

[關(guān)鍵詞]傳熱學(xué)；教學(xué)方法；課堂教學(xué)；教學(xué)改革

[中圖分類號] G642.0 [文獻標(biāo)識碼] A [文章編號] 2095-3437（2018）10-0059-03

傳熱學(xué)是研究熱量傳遞及其規(guī)律的一門學(xué)科，是工程熱物理的重要分支，它與工程熱力學(xué)和流體力學(xué)并稱能源動力類專業(yè)的三大支柱。作為一門應(yīng)用學(xué)科，其在熱能動力、石油化工、航空航天、生物醫(yī)學(xué)和建筑節(jié)能等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。

傳熱學(xué)的教學(xué)不僅要為學(xué)生學(xué)習(xí)專業(yè)課提供基礎(chǔ)理論知識，還要培養(yǎng)學(xué)生分析、解決問題的能力。但是傳熱學(xué)課程內(nèi)容多并且不夠連貫，還存在大量經(jīng)驗參數(shù)和公式，同時該課程需要較深、較廣的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，對學(xué)生的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)要求較高。現(xiàn)有的教學(xué)方法往往偏向于介紹原理、推導(dǎo)公式，再用公式解題。這種教學(xué)模式忽視了學(xué)生主動學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，不利于鍛煉學(xué)生應(yīng)用傳熱學(xué)知識解決實際工程問題的能力[1]。

本課題組在廣東省教學(xué)改革項目和廣東海洋大學(xué)教改課題“應(yīng)用科研案例教學(xué)法的熱工基礎(chǔ)教學(xué)改革研究”項目的支持下，為達到培養(yǎng)學(xué)生的主動學(xué)習(xí)能力、工程應(yīng)用能力和創(chuàng)新思維能力的目的，在傳熱學(xué)課程的教學(xué)中采用相關(guān)科研工程案例引入法、 運用基本理論解決日常問題及分析比較法等對課程的教學(xué)過程進行了嘗試，同時對課程的考試方法進行了探索，以期達到提高傳熱學(xué)課程教學(xué)效果的目的。

一、日常生活問題討論教學(xué)

教師的教與學(xué)生的學(xué)是互相促進的過程，培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，是提高學(xué)生學(xué)習(xí)效果的有效途徑。為了強調(diào)學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的自主學(xué)習(xí)能力，在教學(xué)過程中應(yīng)以學(xué)生為主體，教師在課堂教學(xué)過程中以引導(dǎo)式教學(xué)為主。教師在課前收集與本節(jié)課程內(nèi)容有關(guān)的日常實例，加以組織，讓學(xué)生在課下通過學(xué)習(xí)小組提前思考和討論，激發(fā)學(xué)生課前預(yù)習(xí)的熱情，同時調(diào)動學(xué)生課堂學(xué)習(xí)的主動性和積極性。教師在課堂上從該問題入手，講解基本理論，給出解決問題的方法，加深學(xué)生學(xué)習(xí)的印象。這種通過問題引出基本的理論，再運用理論解決實際問題，最后再升華到理論的教學(xué)方式激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性。比如在進行熱量傳遞的基本方式介紹之前，我們提出的問題是：暖水瓶保溫的原因是什么？這種日常生活中很明顯的問題，學(xué)生都懂得一些，但上升到理論就很難說得全面。另外，我們設(shè)置了小型實驗?zāi)M講解，比如將蠟燭加熱盛水的紙杯，問學(xué)生水是否能被燒開？紙杯有沒有可能燃燒？通過這些日常問題，激發(fā)學(xué)生的興趣，引發(fā)大家的討論和思考，這樣的課堂教學(xué)效果明顯得到提高。

本課程的教學(xué)內(nèi)容較多，概念、原理和公式也多，對于教學(xué)過程中不適合用日常生活實例引出的知識點和理論可以在教學(xué)過程中引入別的方式，以達到好的教學(xué)效果。在教學(xué)過程中引入的問題，首先要與教學(xué)內(nèi)容相符合，此外還要依托理論對實際問題進行提煉，將基礎(chǔ)知識和處理過程與方法結(jié)合在一起。有時候日常生活中看似比較普通的問題也可能包含著相當(dāng)多的理論知識，為達到好的教學(xué)效果，我們需要在教學(xué)過程中適當(dāng)引入。例如，在相變對流傳熱過程中我們可以提出：用多層蒸籠蒸饅頭，層與層之間用鋼絲網(wǎng)隔開，在有頂蓋和無頂蓋的情況下哪層饅頭最先熟[2]？這是一個日常生活中常見的案例，也是一個生活常識。學(xué)生在課前積極思考，在課堂教學(xué)中提出對流換熱機理的理論分析。通過理論學(xué)習(xí)分析強制對流與自然對流、有相變與無相變對流換熱的強弱問題。課前學(xué)生可能知道饅頭有蓋時上層、無蓋時下層會先熟，但無法運用理論解釋。經(jīng)過理論學(xué)習(xí)和案例討論后，學(xué)生明確了從機理上強化換熱的原則。課堂教學(xué)知識點與實際問題相結(jié)合，加深了學(xué)生對基礎(chǔ)知識的理解和掌握。

二、科研案例教學(xué)

科研案例教學(xué)法是在案例教學(xué)法的基礎(chǔ)上，通過分析課程的特點和課程的教學(xué)現(xiàn)狀，在教學(xué)內(nèi)容上嘗試選用專業(yè)任課教師、課題組以及其他一些可以借鑒的已完成的科研項目，將這些科研項目應(yīng)用到該課程的基礎(chǔ)知識中，通過將這些年的科研項目設(shè)計、組織并呈現(xiàn)于課堂[3]。我校能源與動力工程專業(yè)教師每年都承擔(dān)或參與很多科研項目，其中大多是國家級和省級科研項目，具有較高的科研水平和參考價值，這些科研項目在實施的過程中不可避免地需要應(yīng)用到專業(yè)知識。教師收集教研室歷年來承接或參與的這些科研項目，以及文獻資料中可用于工科生傳熱學(xué)課程教學(xué)的科研案例，根據(jù)教學(xué)內(nèi)容和學(xué)生的興趣特點，對這些科研案例進行精心的概括、組織，以此作為教學(xué)案例呈現(xiàn)給學(xué)生。比如在講解肋片的穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱時，利用課題組所承擔(dān)的航空發(fā)動機渦輪葉片尾緣擾流柱的流動和換熱問題研究的科研項目，分析肋片導(dǎo)熱的機理和效率等。授課章節(jié)需選擇代表本章重點的科研案例，并針對專業(yè)特點做重點選擇，讓學(xué)生在具體的科研案例中牢固掌握該課程的理論知識，加深對知識的理解。通過對這些案例的掌握到理論知識的應(yīng)用來激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，形成理論與實際相結(jié)合的教學(xué)方法。

教學(xué)案例引入的手段可以是文字描述，也可以是多媒體或者圖表等。教師將案例呈現(xiàn)后，根據(jù)教學(xué)目標(biāo)，在教學(xué)過程中來循序漸進地啟發(fā)學(xué)生，不斷引導(dǎo)學(xué)生積極地進行思考；課堂形式也可以靈活多變，比如讓學(xué)生組成多個小組，每個小組合作分析和討論案例中的各種問題，探索解決問題的方法，通過這樣的方式培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用理論知識解決實際問題的能力。

在案例教學(xué)環(huán)節(jié)同時引入學(xué)生參加節(jié)能減排大賽和大學(xué)生創(chuàng)新實驗項目的內(nèi)容，利用學(xué)生自己的方案來分析如何結(jié)合理論知識解決實際問題的能力[4]。這樣的方式使學(xué)生覺得自己能更好地參與到學(xué)習(xí)之中，這既加強了學(xué)生對理論知識的理解，又增強了學(xué)生參與科研的熱情，很多學(xué)生由此愛上科研，從而考取研究生，為就業(yè)擴寬了渠道。

三、工程案例教學(xué)

傳熱學(xué)課程是能源與動力工程專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，課程主要是為后續(xù)專業(yè)課的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。課程本身雖然是專業(yè)基礎(chǔ)課，但也具有很多實踐問題。我校能源與動力工程專業(yè)部分教師長期從事冷庫設(shè)計、中央空調(diào)設(shè)計安裝和換熱器改造等工程項目，將這些工程實際項目歸納整理，然后與課程知識對接，可以使學(xué)生更好地體會到如何將理論知識應(yīng)用于實際工程，這擴寬了學(xué)生的視野，消除了學(xué)生認為學(xué)習(xí)理論知識無用和不知如何用的想法，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，強化了學(xué)生的工程觀念[5]。

另外，能源與動力工程專業(yè)與學(xué)校周邊的部分企業(yè)有緊密合作關(guān)系，可聘請企業(yè)的工程師來結(jié)合生產(chǎn)實際進行學(xué)術(shù)交流。比如在專業(yè)認識實習(xí)環(huán)節(jié)、課程設(shè)計環(huán)節(jié)和畢業(yè)設(shè)計環(huán)節(jié)等，聘請企業(yè)高工共同指導(dǎo)學(xué)生，將企業(yè)的生產(chǎn)實際帶入教學(xué)過程之中。通過這種教學(xué)空間的拓展和延伸以及生產(chǎn)一線的工程實踐，可以增強學(xué)生的自主創(chuàng)新能力，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，豐富學(xué)生的專業(yè)前沿知識，更好地實現(xiàn)學(xué)校與企業(yè)的對接，加強校企合作；同時，學(xué)生也能夠在畢業(yè)工作時加快向工程師的轉(zhuǎn)變。

四、比較分析法教學(xué)

比較分析法教學(xué)是教師常用的教學(xué)方法。比較分析法在鞏固容易混淆的概念，推進其不同應(yīng)用時具有獨特的優(yōu)勢[6]。教學(xué)效果的好壞不僅僅要看教師的授課內(nèi)容是否涵蓋教學(xué)大綱，也不單是看教師在教學(xué)過程中的態(tài)度是否認真，還要看學(xué)生在整個課程的教學(xué)中的學(xué)習(xí)效果，其對知識的掌握和理解是否達到要求。教師把相關(guān)聯(lián)的知識點歸納總結(jié)，然后進行比較分析，通過比較讓學(xué)生加深印象，加強理解，這達到了較好的學(xué)習(xí)效果。在對流換熱章節(jié)，我們可以把自然對流與無相變強制對流進行比較，對流動的起因、狀態(tài)、換熱過程中的溫度場和速度場的特性等進行比較，從而讓學(xué)生加深對知識點的理解，達到提高教學(xué)效果的目的。另外，可以對照分析相關(guān)的工程案例，將理論學(xué)習(xí)與實際運用聯(lián)系起來。

五、改進考核方式

考試是檢驗學(xué)生學(xué)習(xí)效果的最好辦法之一，并且考試成績也對學(xué)生的學(xué)習(xí)具有檢查和激勵作用。將考試融入學(xué)習(xí)的過程之中，可以加強學(xué)生在考試和學(xué)習(xí)過程中的主體地位，使考試成績能更公正地反映出學(xué)生的知識水平和學(xué)習(xí)能力。為培養(yǎng)學(xué)生的積極性和主動性，課程授課結(jié)束時教學(xué)團隊的教師就給出題型，比如名詞解釋、判斷、簡答題和計算題等，讓學(xué)生自己根據(jù)這些題型自行出題，每人可出30道題，能源與動力工程專業(yè)有6個班級180個人，這相當(dāng)于一個試題庫。

這種針對自己出題的考試方法讓學(xué)生感覺很新鮮，學(xué)生很愿意嘗試。在實際操作過程中學(xué)生發(fā)現(xiàn)要想出好試題，首先必須要掌握好每章的基礎(chǔ)知識，然后再歸納總結(jié)，出題的過程是一個很好的自我復(fù)習(xí)的過程。同時每個學(xué)生所認為的每章的重點難點不一定相同，這樣學(xué)生就會仔細閱讀課本，并找出書中自己認為比較重點的內(nèi)容進行出題。大量的這種題目匯總在一起，涵蓋了整本教材的重點難點，并且這些是學(xué)生自己認為難以理解和不好掌握的知識點，這更能起到讓學(xué)生鞏固、理解和加深印象的作用。學(xué)生在出題過程中還會思考哪里是容易出錯的，哪里是大家都會的。在這樣的模式下，大家對課程知識點的思考將得到進一步提升。出題形式的靈活多樣，也讓學(xué)生復(fù)習(xí)的時候需要做到面面俱到，很多教師可能沒想到的問題學(xué)生都有可能在試題中體現(xiàn)出來。這樣靈活的方式要求學(xué)生在復(fù)習(xí)的時候需要對整本書的知識點加以理解和掌握，這樣才能達到學(xué)習(xí)的目的。

另外，學(xué)生所出的題目也可能存在錯誤，或者由于每個人學(xué)習(xí)能力的不同，試題的質(zhì)量也不一樣；有的很簡單，這時候需要任課教師付出大量的工作來把好質(zhì)量關(guān)，對試題進行篩選。通過查看學(xué)生所出的試題，教師可以了解大家哪些教學(xué)內(nèi)容理解得較好，哪些教學(xué)內(nèi)容理解得不夠好，這樣可以在將來的教學(xué)中加強對這部分內(nèi)容的講解。通過學(xué)生自己出題，任課教師還可以了解學(xué)生的學(xué)習(xí)差異，學(xué)習(xí)好的學(xué)生所出的題目都比較綜合，具有一定的難度，對課本理解得較好，再加上學(xué)生之間更能夠清楚哪些知識點不容易掌握，所以題目的難度、綜合性和創(chuàng)新性比較好。學(xué)習(xí)成績普通的學(xué)生，由于對知識的理解不夠深入，所出的題目很多都是簡單明了的。任課教師根據(jù)學(xué)生所出題目的難易程度可以區(qū)分出哪些學(xué)生課堂和課后認真學(xué)習(xí)，這可以作為給出平時成績的依據(jù)之一。

另外，還可以把歷年來學(xué)生相對容易錯的試題和知識涵蓋面廣的試題收集整理，放進試題庫，不斷完善試題庫的內(nèi)容。學(xué)生要想考出好的成績，就需要掌握試題庫的內(nèi)容，這就要求大家同時要理解、掌握其他同學(xué)所出的試題，這樣能提高學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性和積極性。讓學(xué)生自己出題自己考自己這種考核方式的轉(zhuǎn)變，可讓學(xué)生加強學(xué)習(xí)，更好地掌握知識；教師也可通過分析學(xué)生的試題，對教學(xué)過程進行思考，針對試題庫中所反映的問題進行教學(xué)的整改和完善。

六、組織學(xué)生參與各類競賽活動

結(jié)合大學(xué)生節(jié)能減排大賽、制冷大賽和挑戰(zhàn)杯競賽等各類活動，組織學(xué)生自由組成團隊參與各類競賽活動，運用所學(xué)知識解決實際問題。在各類競賽活動中，教師參與輔導(dǎo)學(xué)生，實驗室教師指導(dǎo)學(xué)生自己加工安裝實驗部件，同時規(guī)范操作，按工程實際指導(dǎo)學(xué)生實操技能，提高學(xué)生的思考能力和動手能力。

通過參與各類競賽活動，學(xué)生有了自主學(xué)習(xí)的動力，能自主查閱文獻，加深了對基礎(chǔ)知識的理解，理解了基礎(chǔ)知識在實際的應(yīng)用。同時，這還激發(fā)了學(xué)生的科研興趣，學(xué)生的考研率也大幅增加，學(xué)生在全國大學(xué)生節(jié)能減排大賽等各類競賽中獲得各類獎項多項。

七、結(jié)語

傳熱學(xué)課程教學(xué)的教學(xué)理念應(yīng)當(dāng)是理論結(jié)合實踐，同時注重思維創(chuàng)新，并且鼓勵科學(xué)探索。根據(jù)教學(xué)中的重點和難點應(yīng)用不同的教學(xué)方法和教學(xué)方式，將理論教學(xué)、實驗教學(xué)和工程實踐緊密結(jié)合起來，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使傳熱學(xué)的教與學(xué)都變得富有吸引力，這樣能夠更好地培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)技能和創(chuàng)新能力，提升學(xué)生的綜合素質(zhì)，達到提高教學(xué)質(zhì)量的目的。

[ 參 考 文 獻 ]

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[3] 王修彥.準案例教學(xué)法在《工程熱力學(xué)》課程中的實施[J].中國電力教育， 2002（4）：92-94.

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[5] 楊艷娟.試析應(yīng)用型人才培養(yǎng)的“橋梁工程”課程教學(xué)[J].黑龍江高教研究， 2013（10）：162-164.

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[責(zé)任編輯：陳 明]