從實(shí)踐中提升專業(yè)碩士研究生“高等傳熱學(xué)”課程的學(xué)習(xí)效果＊

耿麗萍，楊 杰，陳 慧，楊 鳴，辛紹杰

（上海電機(jī)學(xué)院 機(jī)械學(xué)院，上海201306）

1 引言

“高等傳熱學(xué)”是上海電機(jī)學(xué)院能源與動(dòng)力工程專業(yè)碩士研究生的學(xué)位課之一，是在本科傳熱學(xué)知識(shí)的基礎(chǔ)上，講解“高等傳熱學(xué)”基本理論的一門課程。隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步和發(fā)展，對(duì)研究生的培養(yǎng)目標(biāo)逐步向創(chuàng)新能力強(qiáng)、實(shí)踐能力強(qiáng)、國(guó)際交流能力強(qiáng)、綜合素質(zhì)高的要求靠攏[1]，“高等傳熱學(xué)”的講授也從經(jīng)典傳熱問(wèn)題物理過(guò)程的分析和求解拓展開(kāi)來(lái)。邱林[2]嘗試用開(kāi)放與參與的教學(xué)模式來(lái)傳授，這種模式是以學(xué)習(xí)者為中心，充分利用靈活多樣的信息渠道，使學(xué)習(xí)者深刻領(lǐng)會(huì)和掌握所學(xué)知識(shí)并運(yùn)用到實(shí)踐中去，從而最大限度地調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，啟迪創(chuàng)新思維。謝誕梅等[3]嘗試用全英文教學(xué)的方法，以促進(jìn)研究生與國(guó)際接軌的思維模式。朱群志等[4]嘗試用增加專題討論，構(gòu)建先進(jìn)教材體系等方法來(lái)增強(qiáng)研究生的學(xué)習(xí)興趣，提高創(chuàng)新能力。傳熱理論的應(yīng)用幾乎涉及到工程科學(xué)的各個(gè)角落[5]，因此該課程在研究生培養(yǎng)過(guò)程中的重要性不言而喻。按照教育部“分類辦學(xué)，突出特色”的思想，專業(yè)碩士研究生的學(xué)位獲得者需具有從事科學(xué)研究工作或擔(dān)負(fù)專門技術(shù)工作的初步能力，對(duì)專業(yè)碩士研究生解決問(wèn)題的能力與創(chuàng)新精神的培養(yǎng)應(yīng)給予重視，而傳統(tǒng)的教與學(xué)方式在達(dá)到這個(gè)要求時(shí)有些勉為其難。

在網(wǎng)絡(luò)快速發(fā)展并全面普及的今天，各種各樣的學(xué)習(xí)資料和優(yōu)質(zhì)資源實(shí)際上是非常充足的，關(guān)鍵是怎么調(diào)動(dòng)人的積極性，從而讓這些資源得到充分的利用。古語(yǔ)有云：用兵之道，攻心為上，攻城為下。如果能從思想意識(shí)層面讓研究生迅速接受主動(dòng)學(xué)習(xí)，積極思考，那么對(duì)研究生的培養(yǎng)質(zhì)量將有深遠(yuǎn)的影響。現(xiàn)在的問(wèn)題是，如何調(diào)動(dòng)專業(yè)碩士研究生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性，并形成良好的思維習(xí)慣？筆者從以下幾個(gè)方面開(kāi)展了“高等傳熱學(xué)”的教學(xué)研究工作。

2 建立清晰的問(wèn)題導(dǎo)向

應(yīng)試思維的學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力較差，但是，這并不代表他們的學(xué)習(xí)能力不行，他們有可能只是缺少思考的機(jī)會(huì)。教師在講解基本理論的同時(shí)，適時(shí)地給出開(kāi)放性的研究性教學(xué)素材和傳熱問(wèn)題，讓專業(yè)碩士研究生一進(jìn)入研究生學(xué)習(xí)階段就轉(zhuǎn)變思維，有助于培養(yǎng)研究生主動(dòng)學(xué)習(xí)的能力。例如，教學(xué)過(guò)程中盡量避免煩瑣的數(shù)學(xué)分析解法的敘述，而關(guān)注物理模型和數(shù)學(xué)模型的有機(jī)結(jié)合，強(qiáng)調(diào)對(duì)傳熱過(guò)程中數(shù)學(xué)模型建立的思路，結(jié)合機(jī)械加工制造技術(shù)的發(fā)展和專業(yè)特點(diǎn)，挖掘傳熱學(xué)基礎(chǔ)問(wèn)題應(yīng)用的素材，提出“機(jī)械加工過(guò)程中的冷卻問(wèn)題”“計(jì)算機(jī)中芯片的散熱問(wèn)題”“太陽(yáng)能利用中復(fù)合墻體的傳熱問(wèn)題”“汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻散熱問(wèn)題”“電力供應(yīng)設(shè)備的降溫冷卻問(wèn)題”等，要求研究生自己查找相關(guān)問(wèn)題的資料并建立模型。

接下來(lái)，以對(duì)于機(jī)械加工冷卻類問(wèn)題為例，可以選取鋼材的切割、軸承的加工、齒輪的加工等，根據(jù)材料和加工方法，以商業(yè)化計(jì)算軟件為平臺(tái)（Fluent-CFD軟件），建立模型來(lái)計(jì)算理論產(chǎn)熱量，如果不加冷卻會(huì)產(chǎn)生多少度的溫度升高，進(jìn)而提出可能的冷卻方法，即需要什么性質(zhì)的冷卻液，冷卻液的流量需要多少，才可以把機(jī)械加工中產(chǎn)熱量帶走，并獲得精確的加工尺寸。在建立這個(gè)傳熱理論模型的過(guò)程中，由于鋼材切割量，軸承，齒輪材料、大小以及加工方法可以不一樣，將可以產(chǎn)生多個(gè)不同的課題，結(jié)合前面提出的不同應(yīng)用領(lǐng)域的冷卻散熱，可結(jié)合每個(gè)學(xué)生的興趣產(chǎn)生諸多不一樣的課題。這些課題是開(kāi)放性的、非典型的，模型模擬計(jì)算結(jié)果也不一樣。這個(gè)過(guò)程考察的是學(xué)生自主查找資料，全面分析和思考，并切實(shí)解決問(wèn)題的能力，做的過(guò)程中他們可以討論，可以互相借鑒，但落實(shí)到每個(gè)學(xué)生的具體問(wèn)題，他們將不得不進(jìn)行傳熱理論的應(yīng)用，從而多次反復(fù)琢磨傳熱過(guò)程并將傳熱知識(shí)運(yùn)用到問(wèn)題的建模中。這樣做的結(jié)果，可以把“高等傳熱學(xué)”從大量數(shù)學(xué)推導(dǎo)中解脫出來(lái)，去關(guān)注工程實(shí)際問(wèn)題的求解，從實(shí)踐中學(xué)習(xí)解決一個(gè)具體的傳熱學(xué)問(wèn)題。

3 研究性方法實(shí)踐

創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，要求學(xué)生具有較好的理論素養(yǎng)、合理的知識(shí)結(jié)構(gòu)以及較強(qiáng)的分析和解決問(wèn)題的能力。這種能力不可能是一蹴而就的，即使是初步的對(duì)于知識(shí)運(yùn)用的能力也是需要慢慢培養(yǎng)、逐步養(yǎng)成并提高的。因此在完成第一項(xiàng)任務(wù)的基礎(chǔ)上，開(kāi)展有互動(dòng)的研究性課題的探討，培養(yǎng)學(xué)生理解和應(yīng)用計(jì)算軟件的能力，改變模型的冷卻或者散熱條件，從而建立研究的概念，完成某個(gè)傳熱問(wèn)題研究的訓(xùn)練。如果出現(xiàn)有背離常識(shí)的結(jié)果，則引導(dǎo)學(xué)生共同參與討論，采用多種方法對(duì)問(wèn)題進(jìn)行分析，以便查找并糾正，使學(xué)生在一個(gè)完整的實(shí)踐過(guò)程中能力得到提升。在這一研究過(guò)程中，教師將對(duì)研究生加以輔導(dǎo)，就物理模型的建立、數(shù)值計(jì)算方法和研究結(jié)果分析等方面與研究生交流，從而在課程中培養(yǎng)他們的科學(xué)研究能力，并逐步建立凝練科學(xué)研究基本命題的思路，引導(dǎo)學(xué)生積極主動(dòng)地思考傳熱學(xué)理論體系形成和發(fā)展過(guò)程中曾經(jīng)面臨的科學(xué)難題，以及當(dāng)前能源領(lǐng)域強(qiáng)化冷卻技術(shù)面臨的技術(shù)挑戰(zhàn)，從而進(jìn)入“研究者”和“解決問(wèn)題”的角色狀態(tài)。

4 研究視野的拓展

除此之外，“高等傳熱學(xué)”的課堂教學(xué)在遵循傳熱學(xué)理論體系的基礎(chǔ)上，可以有意識(shí)地將國(guó)內(nèi)外的一些研究成果以及筆者在科學(xué)研究中取得的研究成果納入講課內(nèi)容，并提供一定量的學(xué)科發(fā)展前沿思考專題和近期文獻(xiàn)，通過(guò)引導(dǎo)他們就某些主題進(jìn)行文獻(xiàn)閱讀分析、思考討論來(lái)進(jìn)行探究性學(xué)習(xí)和研究視野的拓展。比如傳熱學(xué)的部分最新研究進(jìn)展，關(guān)于納米流體傳熱機(jī)理的探討、微觀尺度下流動(dòng)與傳熱研究綜述等。通過(guò)閱讀和分析，研究生提出自己的理解和認(rèn)識(shí)，或就其各自的研究方向提煉出傳熱學(xué)相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行交流，教師在這個(gè)環(huán)節(jié)中主要起到引導(dǎo)作用，引導(dǎo)學(xué)生積極主動(dòng)地深入思考國(guó)內(nèi)外傳熱學(xué)領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)。通過(guò)鼓勵(lì)研究生就各自熟悉領(lǐng)域的傳熱研究進(jìn)展進(jìn)行交流，不僅能夠提升他們對(duì)各自專業(yè)方向研究動(dòng)態(tài)的認(rèn)識(shí)，而且加強(qiáng)了不同專業(yè)方向?qū)W生知識(shí)面的拓展，將研究視野的培養(yǎng)融于有創(chuàng)新潛力的學(xué)科發(fā)展環(huán)境之中。

5 考核方法的引導(dǎo)

為了激勵(lì)研究生更好地開(kāi)展探究性實(shí)踐，筆者對(duì)“高等傳熱學(xué)”課程考核模式進(jìn)行了改革，注重教學(xué)和實(shí)踐的結(jié)合，考核效果中更側(cè)重與眾不同的研究方法和思路。除了以上提出的實(shí)踐探究性學(xué)習(xí)，還鼓勵(lì)研究生參與指導(dǎo)教師的科研活動(dòng)，有效利用現(xiàn)有科研設(shè)施開(kāi)展教學(xué)實(shí)踐，最后將學(xué)生在探究性實(shí)踐環(huán)節(jié)取得的成績(jī)（包括研究論文、專利、PPT和學(xué)習(xí)報(bào)告等）作為總評(píng)成績(jī)的一個(gè)重要部分，激發(fā)他們開(kāi)展探究性實(shí)踐的積極性。

6 小結(jié)

探究性實(shí)踐針對(duì)研究生創(chuàng)新意識(shí)培養(yǎng)和研究能力提升的要求，在“高等傳熱學(xué)”教學(xué)過(guò)程中增加了傳熱問(wèn)題建模實(shí)踐環(huán)節(jié)，強(qiáng)調(diào)了科學(xué)研究能力的培養(yǎng)。這里所說(shuō)的實(shí)踐主要是指學(xué)習(xí)過(guò)程中，通過(guò)解決傳熱相關(guān)問(wèn)題所進(jìn)行的“實(shí)踐”，即在學(xué)習(xí)過(guò)程中通過(guò)做事來(lái)運(yùn)用知識(shí)，從而促進(jìn)將主動(dòng)學(xué)習(xí)與研究思考融入課堂教學(xué)的過(guò)程中。同時(shí)通過(guò)介紹一些前沿課題，供研究生課后進(jìn)行文獻(xiàn)查找、閱讀和總結(jié)，以了解國(guó)際上傳熱學(xué)研究的發(fā)展動(dòng)態(tài)。

簡(jiǎn)單嘗試后，筆者進(jìn)行的教學(xué)研究取得了一定的成效，主要特點(diǎn)是滿足了專業(yè)碩士研究生主動(dòng)學(xué)習(xí)“高等傳熱學(xué)”基本理論的需要，同時(shí)給研究生提供了運(yùn)用所學(xué)知識(shí)獨(dú)立解決問(wèn)題、自由思考和表達(dá)的機(jī)會(huì)，增進(jìn)了師生之間的知識(shí)交流和信息反饋，順應(yīng)了當(dāng)前教育改革的趨勢(shì)，具有一定現(xiàn)實(shí)意義及實(shí)際的可操作性。雖然在研究生自己的研究進(jìn)展方面，各個(gè)學(xué)生的進(jìn)度和收獲參差不齊，差別較大，但是總有部分學(xué)生顯示出對(duì)探究性實(shí)踐的極大興趣，為他們接下來(lái)的研究生課題的開(kāi)展打下了良好的基礎(chǔ)。今后，筆者還擬在調(diào)動(dòng)更多學(xué)生的積極性，并在教師有限的精力下做的更好等方面進(jìn)行進(jìn)一步的摸索和嘗試。