新工科背景下新能源專業傳熱學教學模式探討

謝新奇　趙鑫博　商佳棋　李雙　陳穎　步紅麗

【摘要】? 傳熱學是新能源科學與工程專業的基礎核心課程，旨在介紹傳熱學在常規能源與新能源典型工程技術領域的應用，為學生專業課學習打下基礎。針對新能源專業的傳熱學教學痛點，探討新工科背景下培養路徑。以應用型本科院校人才培養計劃為主體、以用人單位對應用型人才的需求為核心、以傳熱學在新能源領域中的廣泛應用為目標，建立“三階+三化+一中心”線上線下混合教學模式，為新能源專業的人才培養和課程教學提供參考。

【關鍵詞】? ? 新工科? ? 新能源? ? 傳熱學? ? 教學模式

引言：

能源安全是關系國家經濟社會發展的全局性問題，能源戰略的成敗，關乎國家民族命運。隨著全球能源格局由傳統化石能源向清潔高效能源的深刻轉變，我國能源結構也正經歷著前所未有的深層次變革，新能源在能源供給側占有越來越重要的戰略地位。新能源技術的加快建設將成為我國構建更加清潔低碳、安全高效的現代能源產業體系、實現“雙碳”目標的重要基礎。

數字技術為實現碳中和的目標開辟了新路徑，它能夠融合能源與環境實現創新，解決資源緊缺與需求不匹配的矛盾。數字通訊技術發展迅猛，能源系統的互聯與優化依賴于人工智能、大數據等技術的創新。能源行業的數字化監控可以提高能源利用效率，轉變能源消費理念，協調供給側和需求側。新興數字技術的普及能夠助力清潔能源利用，帶動全球能源格局革命性、顛覆性調整。因此，加快建立與發展新能源科學與工程專業及學科，加快培養急需緊缺人才，破解新能源技術的共性和瓶頸技術難題，是推動我國能源產業高質量發展的迫切需要和戰略選擇。傳熱學作為新能源發展的基礎學科，在能源生產消費、開放共享、靈活交易、協同發展等方面起到促進作用。

一、新能源專業人才培養

新能源科學與工程專業是一個多學科高度交叉融合的新興專業，人才培養具有一定的挑戰性，其課程體系必須充分考慮以學科交叉為指導思想。結合我國新工科建設和國際工程教育發展趨勢，形成了一套完整的新能源科學與工程本科專業的培養模式。它具有多樣化的應用背景、多維度的知識體系、多層次的專業構架等特征，涉及化學、物理學、動力工程、材料科學與工程、電氣工程及其自動化、機械工程等眾多學科。在多學科交叉融合的基礎上，目前形成了自然科學基礎課程群、工程基礎課程群、專業基礎課程群、風光能源課程群、其他新能源與儲能課程群、能源互聯網課程群、前沿講座課程群、實踐環節課程群、素質拓展及個性化培養課程群等九大課程群，后續我們將努力加強完善產教融合支撐體系，進一步優化課程群體系，使之更完備、更科學、更加適應能源戰略的需要。

通過課程體系引領新能源專業人才培養，使學生具備整合思維、工程推理和解決復雜工程問題的能力，適應社會經濟發展需要，掌握新能源及可再生能源轉換與應用的理論和知識，受到能源動力工程師的訓練，具備較強的實踐和創新能力，在風光互補等新能源領域從事設備制造與組裝、發電系統運行監控、設備維護及技術管理等工作的應用型人才。千秋基業，人才為先。通過對新能源科學與工程專業需要掌握的基礎知識、理論、方法進行科學的規劃設計，匯聚學術聲望高、專業理論水平扎實、實踐教學經驗豐富的精英師資隊伍，努力培養新能源領域具有全球化視野的復合型人才。

從實踐中來，到實踐中去。新能源科學與工程這個新興專業順應能源革命的實踐而生，也將在實踐中不斷豐富和發展，相應的人才培養模式也應該是開放式的、啟發式的，需要在實踐中不斷發展和完善。科學思維的培養，創新火花的點燃，尤勝于具體知識點的傳授。讓學生發自內心地熱愛新能源，是我們的初心和使命。

二、新能源專業傳熱學教學現狀

宇宙中一切物質，無論是人、樹木等生物體，還是塵土、冰川等非生物體，都具有一定的熱能。物質具有熱能多少的宏觀表現就是其溫度的高低。傳熱學研究在溫差作用下熱量傳遞規律及其應用，重點研究不同狀態下傳熱模式和熱量傳遞速率。[1]在能源動力、建筑環境、材料冶金、石油化工、機械制造、航空航天等工業中傳熱學發揮著重要作用;生物醫學、電氣電子、食品加工、輕工紡織、農業生產等領域也都涉及傳熱研究。

傳熱學主要研究兩類問題：一是為了確定物體內部或空間區域中的溫度分布，控制溫度保證運行穩定，例如太陽能熱發電系統的溫度控制;二是為了確定傳熱過程中熱量傳遞的速率，以及強化或削弱傳熱的技術途徑，例如生物質氣化爐的強化傳熱。學習傳熱學能使學生初步了解傳熱學在常規能源與新能源典型工程技術領域的應用，正確理解熱傳導、熱對流、熱輻射三種熱量傳遞方式，采用能量守恒法分析傳熱問題，為以后專業課程的學習打下基礎。

結合新能源專業培養目標，目前傳熱學教學痛點如下：第一，照搬或微調能動、建環等能源類專業的傳熱學教學大綱，甚至與不同專業的學生合班上課，教師講授內容毫無變化，沒有起到新能源專業基礎課該有的作用;第二，由于新能源專業開設時間短，大多數傳熱學授課教師由其他專業教師代替，上課時較少融入新能源專業知識，沒有搭建專業課學習的橋梁;第三，借鑒其他專業培養目標設置教學內容、學時和學分，缺乏經驗指導，創新性不足，教學進程不合理。

三、新工科背景下新能源專業傳熱學教學的要求

“四新”建設是建設高等教育“質量中國”的戰略一招、關鍵一招、創新一招，是高等教育人才培養的“中國方案”，是高等教育高質量發展的戰略布局。新工科以“新的工科專業、工科的新要求”為內涵，注重深度交叉融合再出新，培養工科類專業緊缺人才。系統地開展以新能源專業為代表的新工科研究和實踐，對于未來新能源產業和智慧能源經濟需要的新工科人才培養具有重要意義。[2]

傳熱學課程需要新能源專業學生獲得熱量傳遞規律的基礎知識，具備分析新能源工程中傳熱問題的基本能力，掌握計算新能源工程中傳熱問題的基本方法，具備解決熱能產生、傳遞、轉換、儲存與利用中傳熱問題的能力，能夠建立物理模型，提煉數學模型并進行數值計算。

傳熱學課程應以“四有”典型案例為載體。有人：教師自身為人師表和專業過硬;有料：工程實例復雜多樣與時代接軌;有情：師生配合默契及分析過程有趣;有果：研究結果有用且解決問題有效。

傳熱學課程應以“四求”教學理念為目標。求真：引導學生追求真理和客觀公正;求新：激發學生創新意識和善于探究;求深：鼓勵學生深層思考和舉一反三;求用：培養學生學以致用和實踐能力。

傳熱學課程應以“三教育”為思政元素。科學精神教育：追求真理、批判質疑、探究創新;工程倫理教育：行為規范、公正客觀、責任擔當;實踐能力教育：動手能力、團隊協作、人際交往。

四、新能源專業傳熱學線上線下混合教學模式

以應用型本科院校人才培養計劃為主體，以用人單位對應用型人才的需求為核心，以傳熱學在新能源領域中的廣泛應用為目標，建立全周期學習支持、討論互動與信息反饋的“三階+三化+一中心”線上線下混合教學模式。

（一）三階

學習追求由淺入深，由易到難。將不同維度的三個階段融入新能源專業傳熱學教學。興趣喚醒，激發求知欲，構建知識體系，提升能力，養成學習思維，實現階梯式進步。

初階，重在興趣喚醒與知識體系構建。課前，通過線上資源展示一些生活中的傳熱現象以及工程實際中的例子引導學生預習，帶動學生自主探索其中隱藏的傳熱學知識;課中，利用數字化資源展示傳熱學相關資料及視頻，讓傳熱學學習生動化、形象化;課后，線上布置一些延伸性、發散性的思考題，深化傳熱學習，完善思維體系。

中階，強調自主學習與同伴互助交流。課中，通過線下分組討論、互問互答、多媒體實例研討等形式豐富傳熱學習過程，讓每一個學生參與進來。采用同伴學習與互評、課堂互動任務點達成、思維導圖繪制等形式進行評價。實施“翻轉課堂”，以“學生分享為主，教師總結為輔”的教學模式，培養應用型“一材多用”的綜合性人才。

高階，實現技能實操與團隊協作，進行思維延展。學生通過線下傳熱學課程設計和團隊協作展示的形式完成創新實驗與實踐協作，再通過線上的方式提交文獻檢索與綜述、任務核查與反思。[3]教師將傳熱學與新能源利用建立起紐帶，為學生專業課的深度學習打好根基，如圖1所示。

（二）三化

1. 互動參與化

課前：問題導向，教師針對傳熱知識點設置線上問題，要求學生帶著問題進行學習，找出答案回到線下課堂討論，鼓勵學生提問，并完成線上前測。

課中：實例分析，喚醒興趣，構建知識體系;線下生講生評，創造互辯學習環境，促進深度學習;團隊展示，培養學生協作、實踐能力。

課后：發布線上后測、章節測試、作業與討論，通過互評完成同伴學習;課后作業注重鞏固反思，并回溯學習過程;提升學生的推理能力、互助學習能力和創新思維能力。

2.課程思政化

挖掘傳熱學與新能源聯系中的思政元素。例如：將熱能融合于新能源利用，培養可持續發展思想和節能意識;利用傳熱學理論知識解釋生產生活中的傳熱現象;正確對待和處理實驗數據，保證學術誠信;對余熱廢熱的處理，要考慮環境、生態、安全等因素。

3.評價多元化

目前各高校傳熱學課程的考核方式多為期末考試占總成績的70%-80%，實驗、出勤、作業等占總成績的20%-30%，這不利于全能型人才的培養。應用型人才有別于研究型人才，注重的是會應用，淡化理論性的推演過程，針對這樣的人才需求，應打破傳統的成績考核方式，全方位多角度評價，[4]建立如圖2的多元化評價機制。

（三）一中心

教育的主體是學生，新工科背景下新能源專業傳熱學教學模式應以學生為中心。

五、結束語

通過分析新能源專業傳熱學教學現狀，深挖教學改革痛點。結合“四新”建設對高等教育的要求，對新能源專業傳熱學課程教學模式進行探索，形成了“三階+三化+一中心”線上線下混合教學模式，符合當前疫情常態化的大背景。無論是理論教學還是實踐教學，如何將新能源利用與傳熱學課程有機融合，是新時代高校師生需要深入探索和研究的重點。

作者單位：謝新奇? ? 趙鑫博? ? 商佳棋? ? 李雙? ? 陳穎? ? 步紅麗? ? 吉林建筑科技學院

參? 考? 文? 獻

[1]楊世銘，陶文銓.傳熱學[M].第五版，北京：高等教育出版社，2019.

[2]趙宇，肖進，陳磊，杜文漢，袁洪春，熊超.基于新工科背景下的新能源科學與工程專業傳熱學教學探討[J].天工，2018（09）：29.

[3]商佳棋，李鵬飛，謝新奇，李雙.新工科背景下新能源專業實踐教學體系研究[J].四川建材，2022（02）：247-248.

[4]李雙，王晨，劉婉婷，曹倩，張語.“互聯網+”視域下的線上線下教學模式的構建與探索[J].中國新通信，2021，23（12）：164-165.