熱質交換原理與設備課程教學手段改革探索

王 健 于磊鑫

（沈陽城市建設學院市政與環境工程系，遼寧 沈陽 110167）

0 引言

熱質交換原理與設備是建筑環境與能源應用專業在工程領域的一門重要課程，重點研究物質間動、熱及質之間的傳播現象，通過從傳遞規律的探討中獲得理論知識，以指導其在實際工程中的使用和實踐。本課程特點是涉及范圍廣、理論知識強，公式量多且符號表示雜亂，因此學生剛開始接觸和學習時，極容易感到枯燥乏味，課程學習效果較差。教師對課程內容進行授課時，通常列舉發生在實際生活中的相關現象，并針對現象背后的理論知識進行剖析、歸納和總結。但是受傳統教學手段限制，板書結合PPT形式無法使學生對相關設計及原理進行深入理解，不能夠使學生實現舉一反三的學習目標。因此，對于“線上”和“線下”相結合的混合式教學模式的提出及應用尤為重要。

1 教學手段現狀及改革思路

1.1 教學現狀

沈陽城市建設學院熱質交換原理與設備的培養方案共設置四十八學時課程，其中包括實驗兩學時，理論學時四十六學時。授課對象為我校建環專業大三學生。熱質交換原理的教學內容主要包括：傳質現象簡述、采用類比手法研究物質間動、熱及質之間的傳播現象、明確空氣的熱濕處理過程和方法、探討吸附和吸收材料進行空氣處理的理論方法；熱質交換設備的教學內容主要包括幾類主要熱工計算，如間壁式熱質交換設備、混合式熱質交換設備、復合式熱質交換設備等，實驗教學內容為空氣的熱濕處理，主要強化學生的動手實踐能力的培養。

以往授課以課堂教學為主，授課教師采用了板書+多媒體的教學手段，成績考核由出勤、課堂筆記、課后作業、隨堂測驗、參考閱讀課外書目情況等組成。平時成績占20%、期末試卷考試占70%和實驗成績占10%共同組成。

目前存在的主要問題有：

（1）教學內容連續性較差。在教授熱質交換原理部分過程中，課程中涉及的傳質過程，與傳熱學和流體力學中的動量、熱量傳輸過程類似，同時還存在著密切聯系。因此學生對于傳熱學和流體力學的理解程度，直接影響對質量傳遞過程機理的理解。但是受疫情影響，我校18級同學們的專業前序課程傳熱學、流體力學課程在2020年春季完全是線上授課，使得同學們對知識的理解存在欠缺。因此，授課教師在2020年秋季的熱質交換原理與設備課程的各種教學環節進展不連續，需要領著學生復習一下前續傳熱學以及流體力學課程內容，保證教學內容的連續性，否則，同學們對于傳熱學和流體力學的內容不懂，使得對于傳質的內容也是一頭霧水。

（2）考核方式單一。以往的考核方式從本質上看還是應試教育，考察的是學生對教材內容的掌握程度，不利于應用型人才的培養。

1.2 教學改革思路

綜上所述，為提升學生的學習興趣、學習主動性、學習自覺性，并就學生分析問題、解決問題能力的培養，同時有效提升教學質量，讓學生真正具備創新的意識、理論與實踐相結合的能力，需要從以下幾個方面進行改革。

1.2.1 教學手段的改變

最近兩年，由于疫情原因，及結合專業定位和學生的實際情況，教學模式的轉變要緊緊圍繞著應用型人才培養的方向和目標。為了改變傳統教學過程中灌輸式的教學方式，要讓課堂活躍起來，各教師同行進行了大量的研究與實踐，提出了很多新的教學手段和教學方法。針對本課程具有理論基礎和工程應用密切結合的特點，在疫情期間本門課程教學模式提出了“線上”和“線下”相結合的教學，混合式教學將課堂教學的核心由課堂知識講述轉為學生自主學習，將以教師為教學的主體轉換為學生。本模式既能展示教師的輔導作用，又能體現學生的主體地位，可以充分調動學生的學習熱情和積極性。

1.2.2 教學內容重構

本課程所用的教材是連之偉主編第四版的《熱質交換原理與設備》。教材主要分為熱質交換原理和熱質交換設備兩部分。第一部分包括傳質現象簡述、采用類比手法研究物質間動、熱及質之間的傳播現象、明確空氣的熱濕處理過程和方法、探討吸附和吸收材料進行空氣處理的理論方法；第二部分主要包括幾類主要熱工計算，如間壁式熱質交換設備、混合式熱質交換設備、復合式熱質交換設備等。以第四章空氣的熱濕處理為例，焓濕圖的實踐應用與濕空氣物理性質與工程熱力學中內容重復，主要由工程熱力學課程細致講述，需要帶領同學們鞏固復習前序課程；熱質交換原理與設備中各類熱交換設備的熱工計算在本課程會主要講解，為日后學習空調工程課程打下堅實的基礎。本人在授課過程中結合學生的實際情況將教材的授課順序進行了適當的調整。首先對傳質理論基礎、傳熱傳質中分析計算問題的原理部分進行講解；其次分開講授空氣熱濕處理過程及應用，本部分中空氣與固體表面之間熱濕交換的熱工計算以及間壁式熱質交換設備的熱工計算進行聯合講解。空氣與水直接接觸時的熱濕交換熱工計算、混合式熱質交換設備的熱工計算進行聯合講解；最后對吸附和吸收處理空氣的原理與方法進行講解。這樣的劃分主要是遵循了理論基礎和工程應用的先后連續性，例如，把發生在空氣與固體表面之間的熱濕交換當作問題講述和分析模型，從中得出的結論，可以在間壁式熱質交換設備的熱工計算中進行實際教學應用。同樣熱濕交換發生在空氣與水直接接觸過程中，如常規空調系統中冷卻水系統，就是熱質交換設備冷卻塔熱工計算的實際應用。在講述上述熱質交換設備時，為了讓同學帶著真實的技術練習，選取實際工程如沈陽市某辦公樓項目作為教學內容，將該辦公樓內各類空調設備的選型應用進行講解，加強同學們對課程的理解。

1.3 教學方法改變及建立客觀合理的考核方式

師生間勤交流常溝通，可以知曉學生對所講內容的掌握情況，注意與學生建立融洽的師生關系，立足人才培養目標，從學生需求出發，遵循教育規律，以輕松和諧為宗旨，使學生對該門課程產生興趣。針對部分學生存在學習主動性比較差的問題，要注重和他們的交流，培養他們學習的興趣并及時在線上階段完成相應的任務點。在考核方式上，將傳統的平時成績+期末成績進行調整，除了在線下課堂教學中，將課堂討論環節增加進來外，在課下，學生還可利用現代檢索工具搜集資料，課上進行匯報，教師根據匯報情況進行打分并計入學生過程性成績中，并將線上各位同學成績、學習內容完成度及測驗完成度進行測評，學生自主學習成績占比增大。

2 課程設計實踐

2.1 線上教學

通過對我校18級同學在2020年秋季學期對該門課程最后的成績來看，學生的期末成績并不理想，以此，在2021年秋季學期中對我校19級同學進行了教學手段及教學方法的改革。學生線上教學分兩部分內容，一部分是學習通中任務點、隨堂測驗的完成，另一部分為課后作業及小結。此環節引入學習通上南京工業大學教師的教學示范包。為了保證學習通上的預習的質量，學習通中的視頻任務點設置了闖關環節，以此監督學生們的學習動態；線上學習通內容主要包括基本概念及相關理論基礎知識等。例如，在講述傳質的理論基礎內容時，課前需要進行預習內容包括質量濃度、傳質速率、傳質通量等概念，并將該內容與前序課程化學進行對比論述等；講解斐克定律的時候，課前預習內容包括流體力學中牛頓黏性定律、傳熱學中傅里葉導熱定律等。課后作業主要以簡答題的形式論述，比如水的蒸發凝結的質量擴散率，更加強調理論知識在實際問題中的應用。在講述空氣的熱濕處理內容時，課前預習內容為處理空氣的設備的復習以及焓濕圖的復習，焓濕圖是空氣熱濕處理途徑的表現方式，對于焓濕圖中每個點、每條線都需要熟練掌握。講述三大類熱質交換設備時，課前預習內容包括空氣與固體表面之間、空氣與水直接接觸時的熱濕交換過程等。此外，為了讓學生對熱質交換設備所在應用系統中的作用有所了解，課后作業主要以主觀題的形式出現，更加強調理論知識在解決實際問題中對空調系統、采暖系統的應用。

2.2 線下教學

課堂教學中教師主要是以討論、提問、解答為主，師生之間以互動的方式進行教學。需要教師根據學生課前在學習通上預習的內容，設置必要的隨堂測驗環節，進而保證課堂環節的正常進行。本課程在課堂教學中以學生常見的物理相態變化為主，通過物理變化和空氣熱濕處理設備的應用進行工程問題的分析討論，積極的找到使問題簡化的途徑從而讓學生更好地理解課程的內容。

傳統灌輸式授課模式學生上課缺乏主動思考，教學效果較差，本次教學最大的改變是課前積極預習并將教師學習通里布置的任務完成的同學，課堂上學生的活躍度高了，課堂上學生精神面貌大為改觀，參與課堂教學的意識大幅提高，同時通過提前預習發現的問題也會在課上與教師進行積極溝通，提高了學生對聽課率和記筆記率。這些狀態的改變要求同學們具有較高的自學積極性并且必須要有自學能力，課堂上授課的流暢性取決于課前預習環節的效果，反過來，對授課教師的要求也越來越高。

3 課程思政建設

在2016年全國高校思政工作會議上，習近平總書記強調“要堅持把立德樹人作為中心環節，把思想政治工作貫穿教育教學全過程，實現全程育人、全方位育人，努力開創我國高等教育事業發展新局面”。作為教師要在課堂中讓學生提高思想政治方面理論，需要把思想政治教育與課程教學緊密聯系在一起。熱質交換原理與設備作為建環專業在工程領域中一門實踐性極強的專業基礎課，把授課內容與課程思政進行有序高效結合，值得任課教師進行好好思考。建環專業著重于培養復合型應用型人才，主要學習工業與民用建筑的供暖、通風與空調系統以及制冷系統，這些系統都圍繞能源展開，建筑能耗中空調的能耗約占總能耗的一半，為了建設資源節約型、環境友好型社會，節約能耗受到國家相關主管部門的高度重視，成為我國目前改善經濟結構、調整發展方式的重要突破口。隨著節能工作循序漸進的推進，在建筑的整個生命周期，從規劃、設計、建造和最終使用，不僅執行建筑節能標準，還要注重建筑內部各空調系統采用設備的精確選型，并加強建筑內用能設備的管理，提高暖通設備的運行效率，并且要積極使用可再生能源，通過本課程的講解，給同學們建立積極選取利用可再生能源為燃料的高效率設備，確保在不影響建筑物使用功能和室內熱濕環境的情況下，有效降低建筑能耗。踐行習近平總書記強調的人與自然和諧共生的理念，實現中國夢第二個百年目標，即生態環境保護目標。

課程思政才剛剛起步，需要教師找到與本課程的相關聯結合點最為關鍵。通過改變本課程的教學方法、教學手段等，提高同學們的綜合素養，滿足對應用型人才的培養。

4 結語

針對熱質交換原理與設備課程涉及范圍面廣、理論知識強、內容抽象、學生學習理解困難等現狀，本文從課程教學中存在的問題進行全面分析，提出了熱質交換原理與設備課程的教學改革手段和方法，并在課程教學中進行了有效應用。經過一個學期的實踐證明：“線上”+“線下”混合式教學方式可以有效調動學生學習的積極性，對學生的參與和理解能力提升效果顯著。新型教學模式對培養適應社會發展，具備分析解決問題能力、創新能力和工程實踐能力的應用型人才意義重大。