案例教學法在傳熱學課程中的應用與優化

[摘 要] 傳熱學課程具有公式多、理論性強且與工程實踐密不可分的特點，將案例教學法巧妙運用到傳熱學的課堂教學中，通過對教學案例的合理選擇與優化，有效提升課堂教學效果，搭建理論教學與實踐的橋梁，培養學生的創新思維和分析解決實際問題的能力。

[關鍵詞] 案例教學法;傳熱學;教學效果

[作者簡介] 吳世鳳（1980—），女，安徽滁州人，碩士，蘇州大學能源學院能源與動力工程系副主任，講師，主要從事強化傳熱技術研究。

[中圖分類號] G642? ? [文獻標識碼] A? [文章編號] 1674-9324（2021）06-0149-04?? [收稿日期] 2020-07-23

一、案例教學法概述

（一）案例教學法的歷史脈絡

以案例為教學載體的教學方法自古有之，并非橫空出世。國內春秋戰國時期，諸子百家就大量采用民間故事來闡明事理[1]，我們所熟知的各類成語、《戰國策》等以案例為主的經典作品、寓言和諺語都是很好的證明。在國外的歷史發展中，案例教學則可以追溯到古希臘羅馬時代，古希臘著名的教育家、哲學家蘇格拉底，主要采用對話、研討或者啟迪的方法，通過不斷地提出問題去解釋存在的矛盾，最后引導學生總結出普適的結論[2]。而后他的學生，將這種一問一答的對話編輯成書，以一個個故事為媒介的案例，也成為西方案例教學的先河[3]。

本文所討論的教學法，是由哈佛大學法學院的前院長克里斯坦森·哥倫布·蘭戴爾于1870年左右提出的，到了1910年左右，幾乎所有法學院都在使用案例教學法[4]。到了20世紀30年代，案例式教學法已經在商業領域中得到了廣泛的普及，在之后的幾十年里，在其他的專業領域如公共管理、教育等，也開始把案例教學法運用到它們各自的教學與培訓當中[5，6]。

（二）案例教學法的定義

在教育學當中，人們將案例式教學定義為——教學中的案例方法。它是圍繞一定教育目的，把實際教育過程中真實的情景加以典型化處理，形成供學生思考和決斷的案例。它是通過集體研究和相互研討的方式，來提高學生分析、解決問題能力的一種方法[7]。案例教學法提供給了學生一個天地，在推理、討論、說服與合作中，得出具有說服力的觀點。

（三）案例教學法的優勢

1.對于學習過程。案例素材多源自生活現象和工程實踐，對于較為復雜的知識點，案例可以幫助學生將枯燥難懂的理論知識與現實生活中生動形象的實際問題結合起來，使理論教育更加有趣、更能被接受和吸收，從而實現了理論教育與社會實踐之間的有機結合。

2.對于授課效果。在傳統教學課堂中，老師“一言堂”、學生“無話說”的情形普遍存在。而在案例教學中，師生是雙向互動的，教師起的是“引導”而非“主導”作用。教師首先拋出適合教學內容的案例，然后組織和推進學生進行自主的討論和學習，最后評價學生得出的結論并解釋學生提出的問題。這樣一來，學生參與程度明顯提高，授課效果得到了顯著改善。

3.對于學生自身。通過案例教學，學生在掌握所學知識的同時，其表達能力、團隊合作能力、思維能力也得到了提高，增強其面對困難的自信心。此外，案例教學模式能夠激發學生產生新的觀點，增強學生思維的創造性和獨立性，同時培養他們闡述和歸納的技能。

二、基于傳熱學課程的案例教學

（一）傳熱學課程概況

傳熱學是研究由溫差引起的熱能傳遞規律的科學，是能源與動力工程專業的一門重要的專業基礎課，是其他專業課學習的理論基礎。傳熱學課程的內容多且雜，各個知識點相對獨立又需整合，理論強、難記憶、多枯燥[8]，與后續即將學習的許多專業課具有密不可分的關系。因此，在傳熱學的課堂教學中需要激發學生對專業學習的興趣，為培養學生的專業素養打下堅實的基礎。

（二）案例教學的調整與優化

權變理論指出，沒有什么一成不變的、普遍適用的最佳工作方式，工作方式要適合于工作性質、成員素質等[9]。針對有不同教學目的的不同課程類型，應該有不同的案例設計重點。相對文科類專業，如法學、商科、語言學等專業的案例，其目的偏向于鍛煉學生的組織能力、策劃能力。而傳熱學課程上案例的使用，更傾向于幫助學生理解晦澀難懂的概念、紛繁復雜的公式以及加強其對工程實踐的認知。根據傳熱學課程的特點和不同版塊的教學目標，對案例教學進行相應的調整和優化。

1.掙脫“舉例”的局限。很多人會錯誤地把案例教學理解為舉例教學[ 10 ]。根據前文的介紹可知，案例教學有著更豐富的含義，它是一個師生雙向互動的過程，并非僅僅是教師簡單的舉例。要讓學生作為參與主體，加強對新知識的感性認識，在更短的時間內，更牢固地掌握所學知識，在提高其學習興趣的同時，也培養了學生運用已知信息解決實際問題的能力。

2.版塊化案例。圍繞傳熱學的四個版塊，可以構建“導熱”“對流換熱”“輻射換熱”“傳熱過程及換熱器的熱計算”四個案例庫[ 11 ]。每個案例庫根據對應版塊內含的知識點搭建，這樣建立起的案例庫清晰且有條理。學生在課后或者期末復習時，可以根據案例的版塊分布，回憶起對應知識點的內容和注意事項。

3.多元化案例。針對傳熱學理論知識較枯燥的特點，可以適當設置背景類案例[ 12 ]，如科學家的人物生平，緩解學習理論知識時的沉悶氛圍。針對傳熱學“理論強、難記憶”的特點，可以采取討論、實操、講授等模式與案例教學相結合的方法。對于傳熱學數值計算部分的難點，可以設計偏應用類的案例，使學生在具體計算中暴露出“紙上談兵”時容易被忽略的知識點，加強學生分析解決問題的能力。總之，針對案例不能采用拿來主義，要注意其適用性，即案例與教學內容是否匹配，應尋找或設計多元化的案例。

4.其他。針對專業基礎課“啟后”的特殊作用，案例需要盡可能勾連到未來即將學習的課程或者實際工程應用、工程設備，以減少后續學習或就業時的陌生感[ 13 ]。

多采用與專業課有“橋梁”聯系的案例。比如，在講授平壁導熱問題時，可以建筑墻體的導熱過程為例，與“建筑節能”課程相聯系;在講授對流換熱時，可以鍋爐的對流管束為例，與“鍋爐原理”及“熱力發電廠”課程相聯系;在講授沸騰換熱和凝結換熱理論時，可以制冷系統中的制冷工質的沸騰吸熱和凝結放熱為例，與“制冷技術”課程相聯系;在講授輻射換熱時，可以太陽能集熱器、地板輻射供暖等為例，與“太陽能應用技術”和“熱泵技術”課程相聯系。

此外，介紹最新的科研成果、創新技術，并以案例的形式與知識結合，讓學生了解理論的應用方向和前沿的科技動向。

三、傳熱學課程中案例的選擇與應用

（一）教學案例的選擇原則

案例運用的成功與否，關系到能否激發學生對本專業的學習興趣、加深學生對知識點的掌握、提高學生的思辨能力及發散能力、搭建理論教學與實踐的橋梁，以及課堂上的授課效果和學生的參與程度等。案例的選擇有以下幾點原則[ 14-16 ]可供參考：

1.生動、形象、有趣。所選案例應盡可能有一定的趣味性，這樣才能吸引學生的興趣，調動學生的注意力，引導學生思考并參與討論。

2.難度適宜。選擇案例時，應關注到教學對象的學習基礎和能力的差異，確定一個可以被大部分學生理解的、適中的難度層次。既不可太過司空見慣，這樣會降低學生解決問題的成就感，且無法讓學生深刻記住;也不可太難于分析，這樣會使學生產生畏難情緒，放棄思考。

3.一致貼合。案例教學本質上是為了教學質量服務的。所選案例要能與教學內容的知識引入、概念分析、計算過程、要點難點等方面一一對應，才能體現其對教學質量的貢獻。如果僅僅因為新奇或是為了吸引注意力而跑了題，這是舍本逐末，會讓學生對所學知識點更加困惑，令其知識體系變得混亂。

4.貼近生活與工程。在教學案例的選擇中，采用與生活或工程實踐貼近的案例，可以幫助學生更好地理解、吸收和拓展所講的知識點。貼近生活的案例可以減少知識的陌生感;貼近工程的案例，使學生了解理論知識的應用方向，產生專業認同感和成就感。目的都是增強學生對傳熱學更深層次的知識進一步探索的欲望。

5.典型性。案例在精不在多。在學時受限的情況下，盡量選擇少且精的案例，反映教學的核心內容，做到不浪費課堂的每一分鐘。其次，學生的注意力和記憶力是一定的，過多的案例也會消耗學生的精力。

6.時效性。案例的選擇不是一勞永逸的過程，教師需要及時地進行案例更新，跟上時代的要求并能夠反映當前的實際，不可一成不變。

7.延展性。延展性是指根據案例提出的問題是一環套一環的，可以由一個知識點引發出多個知識點，并串聯在一起，這有利于幫助學生在解決問題的過程中，梳理不同知識的聯系，構建自己的知識體系。

（二）教學案例的功能化應用

根據教學案例起到的作用不同，可以分為四種類型：輔助型案例、鞏固型案例、突破型案例和拓展型案例，分別對應著教學內容的由淺入深。簡單的教學內容適宜選擇輔助型案例和鞏固型案例;對于教學內容中的重點、難點，宜選擇突破型案例和拓展型案例。

1.輔助型案例。輔助型案例，是對教學內容起輔助效果的案例。通過這類案例引起學生對課程內容的好奇心，激發其學習興趣，或令學生感到將要學習的知識的實用性，縮短理論知識與工程實踐的距離。比如，學習導熱時，引入日常生活中烤箱的隔熱手套、杯墊、鍋墊、北方坐在熱炕上取暖等習以為常的例子，增加學生的熟悉感，感受到知識的實用性。

2.鞏固型案例。在教學過程中鞏固型案例用于鞏固重要知識點，加深學生對知識點的掌握，提高學生分析、解決實際問題的能力。比如，學習到圓筒壁導熱規律時，可以用“秋衣和風衣，哪個穿在里面更保暖？”的案例來鞏固該知識點的內容。利用圓筒壁導熱知識分析計算后會發現，秋衣外穿反而更保暖，這個結論與日常生活常識相違背，會給學生留下深刻的印象，從而加深對圓筒壁導熱知識的理解和鞏固。此時需要向學生指出，只計算導熱熱流不夠嚴謹，還應該考慮到人體與環境之間的對流換熱和輻射換熱。在學習對流和輻射換熱章節時，重新將這個案例進行討論，看看會不會得出不同的結論。

3.突破型案例。教學過程中應用突破型案例使學生打破慣性思維和既定經驗，獲得意想不到的結論，培養學生的思辨能力和創新思維。比如，學習大容器內飽和沸騰曲線時，可針對這樣一個案例進行討論：兩滴完全相同的水滴在大氣壓下分別滴在表面溫度為120℃和400℃的鐵板上，那么滴在哪塊鐵板上的水滴先被燒干？依據生活常識，同學們都會得出溫度越高的鐵板越容易使水滴燒干的結論，而事實恰恰相反。根據大容器飽和沸騰曲線，前者表面發生的是核態沸騰，后者發生膜態沸騰，雖然核態沸騰傳熱溫差小，但表面傳熱系數大，從而使表面熱流大于后者，導致滴在120℃鐵板上的水先被燒干。

4.拓展型案例。拓展型案例是所學知識的延伸性內容，通過將最新知識引入到教學中，介紹最新的科研成果，和學生分享書本以外的知識性信息與動態，拓寬學生的視野、擴大學生的知識面。如隨著微納技術的發展，微尺度傳熱學逐漸興起，其研究的是尺度極限微型化情況下的傳熱學規律;目前相變儲能材料的研究進展;應用于航天技術領域的隔熱瓦;低溫熱傳感技術等等[ 17，18 ]。

四、結語

目前，案例教學法已經大范圍應用在人文社科類專業，成為課堂教學方法中相當熱門的選擇之一，但在理工科專業的教學中應用還不是很廣泛。本文將案例教學法靈活運用于傳熱學課程中，依據傳熱學課程特點和教學目標的不同，對案例進行合理選擇和優化，降低學習理論知識的枯燥性，增加課堂教學的趣味，激發學生的學習興趣，有效解決學生對定律或公式難理解、易遺忘、不深入等問題，搭建理論知識與工程實踐之間的橋梁，提高學生分析解決實際工程中傳熱問題的能力，更好地培養專業基礎扎實的應用型工程技術人才。

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Abstract： The course of Heat Transfer is characterized by many formulas and it is very theoretical and inseparable from engineering practice. Through the skillful application of case teaching to Heat Transfer teaching， and the reasonable selection and optimization of teaching cases， the classroom teaching effect is improved effectively， the bridge between theory teaching and practice is built， and students' innovative thinking and ability to analyze and solve practical problems are cultivated.

Key words： case teaching; Heat Transfer; teaching effect