油氣儲運工程專業《傳熱學》課程教學模式改革

陳媛媛 崔艷雨 丁清苗

文章提出了《傳熱學》課程存在的兩大主要問題：學生覺得課程本身難學以及學生將傳熱學理論知識與工程實踐問題結合起來、去分析并解決復雜工程問題的綜合能力較弱。針對存在的問題，提出“問題式課前預習、思維導圖式課后總結、行業特色式專題研討”三步走的教學改革模式。擬通過“問題式課前預習”和“思維導圖式課后總結”兩個模塊，再加上教師課堂講授，保證學生對理論知識的深入理解和掌握;再結合“行業特色式專題研討”，促進理論學習和工程實踐的緊密結合，從而真正解決目前課程存在的主要問題。

研究熱能傳遞、轉換與控制的《傳熱學》，是一門來源于生活、應用性極強的課程，在能源動力、航空航天、建筑節能、交通運輸、生物工程等各個工程領域均有廣泛的應用。在本校油氣儲運工程專業本科教學計劃中，傳熱學安排在大三上學期，在整個專業課程體系中起到承上啟下的作用，是以后專業課程學習的理論基石。對本專業畢業生來說，不論將來是進行輸油管道、油庫等的設計與管理、燃氣輸運、油氣集輸處理還是熱能的合理利用、熱工設備效能的提高及換熱器的設計開發等相關方向的工作或研究，都需要應用傳熱學的相關理論知識。因此，傳熱學對于油氣儲運工程專業來說是非常重要的一門專業基礎課程。

1 課程建設現狀

1.1 課程內容

《傳熱學》課程總學時46學時，均為理論教學。導熱、對流換熱、輻射換熱、傳熱過程與換熱器是其四大核心內容，其中，導熱、對流換熱和輻射換熱這三部分具有相對的獨立性，而傳熱過程與換熱器則是導熱、對流換熱和輻射換熱的綜合應用。

1.2 實踐教學

實踐教學是課程新增環節。以實現學生“在學習中研究、在研究中學習”為目標，通過學生分組、以項目形式協同合作、發現問題并解決問題、再將項目的實施過程通過PPT的形式展現出來，充分應用了CDIO理念下的構思、設計、實現、運作的思想完成整個實踐環節的操作過程，激發了學生學習興趣，提高了學生動手能力、獨立思考能力和分析解決實際工程問題的能力，實現了理論聯系實際。

2 存在的問題

雖然課程組成員不斷努力，對課程進行積極建設，也取得了一定的效果，但從目前的實踐中發現，傳熱學課堂教學仍存在以下兩方面主要問題：

一是，學生普遍反映傳熱學抽象、難懂、難學。究其原因，首先，課程理論性非常強，包含有大量的偏微分方程推導，用到的數理基礎知識深而廣，且與其他課程聯系緊密，這就要求學生具有較為扎實的高等數學、流體力學和工程熱力學基礎。其次，課程體系復雜而龐大，不同的換熱方式存在不同的研究方法，計算公式也不相同。結果除了分析解以外，還有數值解及很多經驗關系式。整門課程概念多且易混淆、重點散、理解難，學習較為抽象、枯燥乏味，學習難度大。

二是，雖然傳熱學是研究熱量傳遞規律的一門工程應用性科學，但學生在學習過程中，對很多傳熱學知識、概念和公式只是停留在機械記憶上，缺乏對其物理意義的真正理解，將傳熱學理論知識和工程實踐問題結合起來、去分析、理解和解決復雜工程問題的綜合能力仍較弱。這主要是因為，傳熱學的課堂學時在不斷減少。這樣，在課時有限的情況下，教師更多關注的是能否完成課堂上基礎理論教學任務，雖然在講授過程中，會穿插一些工程領域以及跟專業相關的實際工程問題所涉及的傳熱知識，但受學時所限，只是簡單列舉，無法深入分析和探討。同時，就本專業而言，傳熱學安排在第5學期，學生剛進入大三，很多涉及傳熱理論的專業課還未開始講授，因此，大部分學生對很多基本的專業概念、名詞和現象都還處于懵懂和未知的狀態，即使教師將傳熱學知識和專業現象與理論聯系起來，學生聽起來也似懂非懂，無法深入理解。學生以后再學習這些專業課時，其課程教師主要講述的也是專業的內容，一般不會著重強調傳熱的知識。因此，造成學生專業基礎知識和專業知識的脫節，較難達到課程預期的效果。

3 課程改進方法和措施

針對以上存在的兩方面問題，擬從以下三個方面對傳熱學課程進行改革。

3.1借鑒“翻轉課堂”思想，采取問題式“課下預習+課上再預（復）習”

通過3年的授課經驗發現，傳熱學課程雖然概念多、公式多，但有些較為簡單的概念和公式等完全可以由學生自學完成，而不必要通過教師課堂上花費較多時間去詳細講解。因此，在后續的課堂授課中，擬借鑒“翻轉課堂”的思想，課前先將下節課可能會涉及到的可以通過自學掌握的一些傳熱學簡單概念、公式、方法等，以問題的形式，提前布置給學生，讓學生課下提前對舊知識進行復習，并對新知識進行預習和自學。同時，下節課開始上課時，還會預留部分時間對這些問題進行再復習和回顧，這樣，對于提前預習的學生而言，相當于第二次學習，印象會更深。然后教師根據問題將各個知識點快速串起來，簡單的概念和公式等將花費較少的時間一帶而過，著重講解重難點知識點，而不再像以前，所有知識點都花費時間詳細講解。對學生而言，同一個知識點，至少學習了兩遍，學習效果進一步增強。

3.2弱化“課后作業”單一練習方式，增加應用“思維導圖”自行總結，強調理解性記憶

目前，課程每章課后都布置了難度不一的典型習題作為學生課后作業，旨在讓學生進一步熟悉知識點的應用并加深理解和應用。但通過教師批改作業的情況來看，抄襲情況仍然比較嚴重，學生錯誤的原因跟網上標準答案中的錯誤如出一轍。因此，未來，擬打算弱化“課后作業”單一練習方式，對課后作業的考核，重點考察其是否交作業，而不再過多關注作業答案是否正確，目的在于鼓勵學生開闊思維，不要局限于答案本身。同時，將批改過程中學生出現的解題方法、錯誤思路等進行整理歸類，不再由教師主動在課上講解，而是讓學生自己分析討論對錯，這樣教師能更好地了解學生的學習誤區，幫助學生知其然的同時也能知其所以然，做到對知識點的深入理解和真正掌握。

弱化“課后作業”的考核方式后，將增加“思維導圖”總結模塊。傳熱學知識點多而雜，如果不及時總結，則很容易抓不住課程主線，造成思維發散。未來，擬打算教師在講完各章節及各模塊內容（導熱、對流、輻射）后，要求學生課下應用“思維導圖”的形式對課程內容進行分析和總結，逐步整理出各章節、各模塊甚至整個課程的知識框圖，以電子版和紙質版的形式提交給任課教師，計入平時成績中。讓學生自己畫知識思維導圖，可以幫助他們在總結知識點的同時進一步加深理解，提高理解性記憶，避免機械性記憶。

3.3開設“專題研討”模塊，促進理論知識和工程實踐的緊密結合

傳熱學是一門工程應用性極強的課程，但目前受課時所限，課上只能蜻蜓點水式的列舉一些工程應用的例子，對于剛上大三的學生來說，很多工程應用和實際生活離得較遠，學生很難真正理解并做到融會貫通。因此，未來擬打算專門開設以工程應用為主題的“專題研討”模塊，集中、重點講述理論知識是如何在工程實踐具體應用的。

1）油儲傳熱學專題。突出傳熱學在所學專業中的應用。介紹蠟沉積、水合物、原油流動特性、停輸再啟動等熱點問題中所涉及的傳熱學問題及最新研究成果。由于學生剛上大三，很多專業課還未學習，通過該專題，一方面幫助學生真正打開認知專業的大門，了解專業領域目前正在進行的主要研究及急需解決的工程問題;另一方面，通過這些專題的介紹，也有助于后續各種專業課的學習。

2）民航傳熱學專題。突出傳熱學在所在學校中的應用。將所學課程與學校的行業特色緊密結合，進一步提升學生對學校的認同感。

3）其他工業領域傳熱學專題。突出傳熱學在其他工業領域中的應用。例如，微電子、軍事、生物醫學、新能源等領域涉及的傳熱學問題。這部分專題的研討主要是為了適應更寬廣的就業面的需要。

4）日常生活傳熱學專題。突出傳熱學在日常生活中的應用。選取生活中常見的一些現象，引導學生從專業的角度，用所學的傳熱學知識進行解釋和分析。

以上四個專題中，1）和2）是重點，3）和4）主要是為了調動學生的學習興趣和拓寬知識面。從人才培養的長遠角度看，這樣的教學方法可以拓展學生的視野，提高學生的創新意識。同時，該教學方法對教師也是一個巨大的挑戰，需要教師時刻關注各行業發展動態，時刻走在專業和行業的前沿，對教師是一個很大的促進和提高，不斷更新教學內容，以教促學。

綜上，通過以上的“問題式課前預習”和“思維導圖式課后總結”兩個模塊，再加上課中教師課堂詳細講授，可保證學生對傳熱學重點理論知識的理解和掌握，為后續實際應用環節做好鋪墊。最后結合以工程應用為主題的“行業特色式專題研討”模塊，可讓學生真正理解理論知識是如何在實際工程中應用的，從而促進理論學習和工程實踐的緊密結合，最終真正解決目前課程存在的兩大主要問題。

（作者單位：中國民航大學機場學院）