傳熱學課程教學改革與實踐

摘 要

傳熱學課程是金屬材料、材料加工與控制、材料化學專業必修的專業基礎課。在課程建設過程中針對教學內容龐大、教學方法單一等問題進行了一些改革，按照專業進行分級教學，將科研成果引入課堂教學中，通過案例講解、主題研討相結合的方式，實現了零基礎、多層次教學，提高了學生提出問題、分析問題、解決問題的能力，教學效果良好。

關鍵詞

冶金傳輸原理和冶金反應工程學;博士研究生教學;教學改革

中圖分類號： O35-4;TK124-4;G642 ? ? ? ? 文獻標識碼： A

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2020.05.019

傳熱學是一門研究熱量傳遞規律的科學，它所涉及的領域非常廣泛。特別是在材料冶金、能源動力、建筑節能、航空航天、機械制造、交通運輸、化工制藥、生物工程等領域更是蘊藏著大量的傳熱問題，并且形成了如相變與多相流傳熱、微尺度傳熱、生物傳熱、超常傳熱等傳熱學的多個學科分支[1-4]。我校于2011年將傳熱學課程設為金屬材料、材料加工與控制、材料化學專業的專業基礎課，在教學過程中，如何合理地安排教學環節、組織教學內容，一直以來是一個需要深入研究和探討的問題。

1 傳熱學課程教學過程中存在的問題

1.1 膨脹的教學內容與縮減的教學學時之間的矛盾

隨著科學技術的不斷發展及工業生產的不斷進步，有關傳熱學的基礎理論不斷完善，傳熱學的應用領域不斷擴展，這直接導致傳熱學的教學內容日益增多，所使用的教材也越來越厚，以各高校傳熱學課程普遍采用的楊世銘先生主編的《傳熱學》為例，該教材第四版印刷591頁[1]，而我校授課學時數僅為40學時。膨脹的教學內容與縮減的教學學時之間的矛盾日益加劇。我們更多關注的是能否完成教學任務，而對學生分析問題和解決問題能力的培養不夠。但是，我校在金屬材料、材料加工與控制、材料化學專業開設傳熱學課程，其課程教學目標是使學生深入理解傳熱現象的機理，借助數值計算方法和計算機，能夠應用傳熱理論對材料制備過程進行模擬與優化研究，重在培養學生運用基本理論和基本方法去分析、解決工程實際問題的能力。因此，尋求適用于金屬材料、材料加工與控制及材料化學專業的教學內容是傳熱學課程教學內容改革的重點。

1.2 教學方法和方式單一

傳熱學是以微分方程、熱學、流體力學、量子力學為基礎發展起來的，其自身學科的發展特征導致傳熱學具有內容多且不系統缺乏連貫性，圖表和微分方程、經驗公式半經驗公式多等特點。學生在學習傳熱學的過程中普遍感覺缺乏興趣，公式繁縟不好理解，這增加了教學難度。目前，課程主要以老師講授為主，學生討論、動手較少，教學方式單一。因此需要加強理論教學與科研實踐的緊密結合，引入案例教學，讓學生更多的參與教學，同時采用多種教學方法，盡最大可能提高學生的學習興趣[5]。

2 傳熱學課程教學內容改革

傳熱學課程是尋求材料設計、制備、熱處理等過程中各主要參變量之間的相互關系，找出其數學表達式（數學模型）;根據各種假設和實驗條件，利用計算機解出各參變量之間的定量關系，借以確定最優的反應設備設計和工藝操作參數，注重理論與應用相結合。因此，在課程教學中以傳熱基本原理為主線，將數值計算和物理模擬引入到課堂教學，并穿插介紹實驗與典型實例，充分做到原理與應用相結合，同時縮減了與專業無關的教學內容。具體如下：

第一部分基礎理論知識，在課程講授之初主要介紹傳熱學的基本概念、基本定義和定律（理），即注重基礎，目的是使學生通過學習了解傳熱學的有關概念和基本理論，獲得必要的有關熱量傳遞的基本知識和基本技能，掌握傳熱計算的基本方法。在該部分講解過程中，補充相關數學物理基礎知識，如常微分、方向導數、微積分等，從而使課程難度有所降低，減少了學生學習的畏難情緒。

第二部分實際應用，在此基礎上，分析材料制備領域的典型傳熱問題，培養學生獨立利用傳熱學的基本理論分析和解決實際工程問題的能力，并將課程組多年來在傳熱學領域取得的科研成果引入到課堂教學中，拓寬視野，以科研促教學，提高了學生學習興趣。

3 傳熱學課程教學方法建設

3.1 注重現代教學手段與傳統教學方法的結合，靈活運用多種教學方法

針對本課程公式推導多，內容較難理解等特點，教師多采用板書啟發式地講授，盡量用生動形象、通俗易懂的語言講解，如利用熱電比擬法、量級分析法、量綱分析法把傳熱學比較枯燥的理論與學生的已有知識和感興趣的實踐聯系起來;同時借助于多媒體的表現形式，抽象內容用動態的圖象和動畫演示，以視頻和圖象背景資料支持并配音來闡述一些重要理論和概念。

3.2 引入案例教學，以科研促教學

在課堂教學中，將課程團隊多年來在傳熱學領域取得的科研成果引入到課堂教學中，注重師生交流，鼓勵學生提問和置疑，使課堂教學有聲有色，充滿樂趣和吸引力[6]。

3.3 增設專題討論，布置課程論文

針對教學過程中學生普遍存在的問題以及課程相關領域科研問題，增設專題討論。討論課事先布置討論題，同學預先收集資料，準備發言內容，由同學做主題發言，然后在討論中自由發言，各抒已見，在討論中啟發思維，爭辯中取得共識，最后老師進行總結。通過討論、學生講解、老師分析總結等方式，豐富教學方式，增加學生學習的自覺性。同時，布置課程論文，學生在課堂上領會理論知識后，通過計算機編程處理簡單的實際問題，在實踐中進行消化掌握，加深對理論知識的理解和增強學生動手能力。

4 結語

對金屬材料、材料加工與控制、材料化學專業本科生開設的傳熱學課程教學內容進行整合更新完善，在課程教學中以傳熱基本原理為主線，將實驗與典型實例穿插介紹，充分做到原理、實驗與應用相結合，同時根據學科發展，不斷更新教學內容，將課程組多年來在傳熱領域取得的科研成果引入到課堂教學中，補充部分數學物理知識，降低課程教學難度。豐富課堂教學手段，增加專題討論環節和科研案例教學，提高了學生提出問題、分析問題、解決問題的能力，教學效果良好。

參考文獻

[1]楊世銘，陶文銓.傳熱學[M].第四版.北京：高等教育出版社，2006.

[2]劉雅琳，崔海航，郭亞軍.傳熱學課程建設方案[J].中國冶金教育，2018，6： 32-35

[3]阮芳，龍激波，王平，等.傳熱學課程教學方法的研究與實踐[J].高等建筑教育，2015，24（6）：93-96.

[4]徐健，溫良英，張生富，等.材料與冶金專業傳熱學課程課堂教學[J].中國冶金教育，2017（5）：30-31.

[5]金永麗，李保衛，趙增武，等.冶金傳輸原理課程的教學內容與教學方法改革[J].中國冶金教育，2009，5：36-37，43.

[6]王學仁，艾春安，寧超.高等院校“傳熱學”案例式教學法探討[J].中國電力教育，2010（12）：74-76.