項目式教學(xué)在《傳熱學(xué)》中的探索與實踐

劉娟，王堃，孔松濤，蔡萍

（重慶科技學(xué)院 機械與動力工程學(xué)院，重慶）

隨著社會的發(fā)展和教育水平的提高，當(dāng)前工科教學(xué)脫離實際，國內(nèi)高等工程教育矛盾日益激化。2017年2 月，高教司發(fā)布了《教育部高等教育司關(guān)于開展新工科研究與實踐的通知》，其中明確指出推進新工科的建設(shè)與發(fā)展，加快實現(xiàn)我國從工程教育大國走向工程教育強國。

一 研究背景及意義

大約在上世紀(jì)30 年代，傳熱學(xué)（heattransfer）形成了獨立的學(xué)科。傳熱學(xué)是熱科學(xué)的重要組成部分，同時也是研究不同溫度的物體或同一物體的不同部分之間的熱量傳遞規(guī)律的學(xué)科。它主要討論以導(dǎo)熱、對流和輻射3 種基本傳熱方式為基礎(chǔ)的準(zhǔn)平衡過程的系統(tǒng)。傳熱是常見的自然現(xiàn)象，并存在于工程技術(shù)領(lǐng)域的各個方面[2]。傳熱學(xué)因此成為許多工程類學(xué)科專業(yè)的重要技術(shù)基礎(chǔ)課程。它是一門實踐性很強的課程，是許多工科專業(yè)重要的主干課程。因此，如何更好地實施《傳熱學(xué)》教學(xué)，已經(jīng)是當(dāng)前各相關(guān)工科類高校面臨的難題之一。本文針對《傳熱學(xué)》中多層圓筒壁的導(dǎo)熱問題，采用項目式教學(xué)方法進行具體分析，以實現(xiàn)教學(xué)課程的改革[1]。

二 《傳熱學(xué)》傳統(tǒng)教學(xué)存在的問題

（一） 傳熱學(xué)課程比較抽象

傳熱學(xué)教材涉及比較廣，概念比較抽象，學(xué)生被動地接受教師講解的知識，造成的結(jié)果是，學(xué)生自主性學(xué)習(xí)不強，不利于學(xué)生知識的學(xué)習(xí)；同時，也阻礙了學(xué)生創(chuàng)造力的提高，思維受到了限制，想象力缺乏，課堂氣氛低沉，不利于課程的學(xué)習(xí)。

（二） 學(xué)生實踐能力比較差

部分高校由于儀器設(shè)備比較少，學(xué)生僅僅單純學(xué)習(xí)了理論知識，但是實踐操作卻涉及較少，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足提高學(xué)生實踐能力、就業(yè)能力和創(chuàng)業(yè)能力的需要。沒有真正將理論知識和工程實踐結(jié)合起來。結(jié)果導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)的真正能夠應(yīng)用于工作的知識很少，畢業(yè)后要進行很長時間的培訓(xùn)才能達(dá)到工作的要求[2]。

（三） 課程公式多、理論性強

《傳熱學(xué)》具有較強工程實際應(yīng)用背景，是偏重數(shù)學(xué)理論、比較抽象的應(yīng)用學(xué)科。課程中包含許多用導(dǎo)數(shù)、偏導(dǎo)數(shù)、積分等數(shù)學(xué)語言推導(dǎo)熱現(xiàn)象規(guī)律的內(nèi)容，公式繁雜冗長，這就要求學(xué)生不僅具有扎實的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，而且具有不怕困難、堅持不懈、刻苦鉆研的精神。面對這些數(shù)學(xué)公式、圖表時，學(xué)生不能深刻理解它們同工程實際之間存在的聯(lián)系，更不要說進行更深一步地學(xué)習(xí)，這就大大地降低了學(xué)生自主性學(xué)習(xí)的積極性，教學(xué)效果比較差。

基于上述存在的問題，為了提高“傳熱學(xué)”的課堂教學(xué)效果，本文提出將項目式教學(xué)方法應(yīng)用于傳熱學(xué)的教學(xué)中，以此來實現(xiàn)應(yīng)用性人才培養(yǎng)的目標(biāo)。

三 項目式教學(xué)的優(yōu)勢

項目式教學(xué)，簡稱PBL（Project- based Learning），是一種內(nèi)在的激勵手段。它主要依托實際問題，通過項目的整個實施過程，使學(xué)生能自主性地掌握理論知識和實踐技能的教學(xué)方法。“項目式教學(xué)”的先驅(qū)是皮亞杰，主要思想為建構(gòu)主義，隨后哈佛大學(xué)加德納提出了多元智能理論、行動導(dǎo)向教學(xué)理論等，這些都是項目式教學(xué)的理論依據(jù)。它的核心理念強調(diào)主體是“學(xué)生”，主導(dǎo)是“教師”，背景是“實際工程”，媒介是“項目”，通過項目的實施與目標(biāo)的達(dá)成提高學(xué)生的主觀學(xué)習(xí)能力。與傳統(tǒng)的教學(xué)方法相比較，項目式教學(xué)融合了工、學(xué)結(jié)合的教育思想，著重培養(yǎng)了學(xué)生運用已有的知識、技能及主動學(xué)習(xí)來解決實際工程問題的能力，有利于學(xué)生整合已有知識并構(gòu)建新的知識體系[3]。

項目式教學(xué)主要應(yīng)用于實踐性、應(yīng)用性、工程性比較強的課程。因此，項目式教學(xué)方法同時對教師和學(xué)生提出了更多的要求。

首先，在項目設(shè)計環(huán)節(jié)上，對教師的要求有：①要掌握豐富的專業(yè)知識；②具備基于該課程知識體系的工程實踐技能；③在真實性、系統(tǒng)化和探究開放性的前提下，可以靈活構(gòu)建實踐項目。

其次，在項目實施環(huán)節(jié)上，要求教師開展以項目問題為導(dǎo)向，啟發(fā)學(xué)生應(yīng)用已掌握的知識及通過各種方式查找與項目有關(guān)的各方面知識，并對這些知識進行整合。同時，整個過程學(xué)生參與其中，學(xué)會自主性思考，自發(fā)動手實踐，逐漸培養(yǎng)學(xué)生的自我學(xué)習(xí)意識，可以提高對《傳熱學(xué)》學(xué)習(xí)的主動性和積極性[4]。

最后，學(xué)生可以構(gòu)建起新的知識體系，具備發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力。

項目式教學(xué)的優(yōu)勢在于：

1.它注重真實場景下的、以明確目標(biāo)為導(dǎo)向的活動，因此課堂是一種積極高效率的活動；

2.它倡導(dǎo)以教師教學(xué)為主導(dǎo)，以學(xué)生學(xué)習(xí)為主體的教學(xué)活動，這樣老師以組織者、引導(dǎo)者等身份出現(xiàn)，學(xué)生的學(xué)習(xí)變?yōu)橐环N主動提高能力的過程；

3.學(xué)生在參與教師設(shè)計的任務(wù)活動中可以發(fā)現(xiàn)問題，解決問題，歸納總結(jié)以及感受成功；

4.體現(xiàn)以人為本的教育理念，注重素食教育。在項目式教學(xué)過程中，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)揮其主體作用，通過各種手段調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，激發(fā)其創(chuàng)新意識，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和綜合素質(zhì)。

5.項目式教學(xué)的最大特點是采用理論和實踐相結(jié)合的方式來塑造社會型人才，發(fā)揮每個個體的優(yōu)勢，最終培養(yǎng)出“零培訓(xùn)”的人才。

為了更好實施應(yīng)用性人才培養(yǎng)目標(biāo)，將項目式教學(xué)方法用于開展《傳熱學(xué)》課程改革。這將有利于提出項目式教學(xué)的階段目標(biāo)，同時更好地服務(wù)社會。

四 項目式教學(xué)在傳熱學(xué)中的實施

在實施《傳熱學(xué)》多層圓筒壁導(dǎo)熱教學(xué)的過程中，老師主動引導(dǎo)學(xué)生，通過實際工程項目，鼓勵學(xué)生獨立思考，充分調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性[5]。

（一） 教師介紹項目概況

以車用CNG 氣瓶蒸汽沖洗過程中傳熱為例，對氣瓶的結(jié)構(gòu)如內(nèi)膽為鋼質(zhì)材料，外敷纏繞層及樹脂構(gòu)成復(fù)合材料層。該項目是一個典型的多層圓筒壁導(dǎo)熱模型。在氣瓶內(nèi)部蒸汽對流換熱條件和氣瓶外壁面自然對流條件已知的情況下，要求學(xué)生對氣瓶溫度場進行計算。進而獲取復(fù)合材料層溫度場，最后根據(jù)該溫度場，判斷檢測過程是否滿足氣瓶檢測規(guī)范中復(fù)合材料層溫度不能超過65℃的要求。

（二） 項目設(shè)計及實施

在氣瓶熱物性和邊界條件已知情況下，要求學(xué)生根據(jù)《傳熱學(xué)》中的導(dǎo)熱方程章節(jié)和其他資料，進行學(xué)習(xí)研究，撰寫相關(guān)計算過程及結(jié)果報告，并與老師進行交流。根據(jù)相關(guān)建議，討論后完善報告。

在實施過程中，學(xué)生以小組形式獨立實施任務(wù)。

（三） 項目總結(jié)

學(xué)生實現(xiàn)任務(wù)后，教師在課堂上進行總結(jié)，并要求學(xué)生對報告內(nèi)容進行對比分析[6]。

綜上所述，通過車用CNG 氣瓶導(dǎo)熱過程計算，實現(xiàn)了理論知識和項目的結(jié)合，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。但是在實施過程中存在以下問題：本次項目制教學(xué)占用課時遠(yuǎn)超過正常授課課時，針對這一問題，可考慮部分工作在課下進行，如學(xué)生撰寫相關(guān)計算過程及結(jié)果報告等工作；項目制教學(xué)中的項目要選擇得當(dāng)，如果過于復(fù)雜或偏離教材理論內(nèi)容，將導(dǎo)致部分學(xué)生失去耐心和興趣；少部分學(xué)生存在偷懶、抄襲現(xiàn)象。

五 結(jié)語

綜上所述，通過對《傳熱學(xué)》實施項目式教學(xué)方法可以引導(dǎo)學(xué)生自主性學(xué)習(xí)、思考、解決問題，從而激發(fā)了學(xué)生主動獲取知識的興趣。同時，該方法與理論相結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和積極性，提高了實踐能力、創(chuàng)新能力及綜合素質(zhì)，為學(xué)生今后直接融入社會奠定了良好的基礎(chǔ)。