基于問題驅動的教學法在“傳熱學”課程中的探索

葉會文

綿陽城市學院 四川綿陽 621000

一、概述

隨著時代的進步，網絡和信息技術的飛速發展，無論是學生還是教師都處于這樣一個不斷變化的環境中，大家獲取信息的渠道變得更加多元化，目前，教育新理念和新技術不斷被提出，對于應用型人才的迫切需求，這些變化也帶來新要求和新挑戰，高校對于學生的教育和培養，也在不斷地探索、改革和完善[1]。

傳熱學是一門研究熱量傳遞規律的科學，可以解決實際工程中的增強傳熱、削弱傳熱和溫度控制等相關問題，它是建筑環境與能源應用工程專業的一門必修專業基礎課[2，3]。在整個知識結構中起著橋梁的連接作用[4]，正是由于新技術的發展，所以對于本專業所培養的學生也提出了更高的要求。為了更好地引導學生，近年來，許多教師都在不斷地思考和探索采用怎樣的教學方式會更好。

問題驅動是一種基于問題的教學方法，與其他教學方法不同的是，它以問題作為切入，以學生為主體，引導學生圍繞問題去尋找解決方法的一種學習方式，對激發學生的學習興趣，引導學生結合所學知識去分析解決問題，進一步培養學生對工程實際問題的探究精神和創新精神有積極的作用[5]。有效的教學需要多樣化的教學方法進行配合才能達到更好的教學效果，因此本研究以傳熱學為例，基于問題驅動的教學法進行探索。

二、傳熱學的教學現狀

(一)課程特點

傳熱學是以高等數學為基礎，以微積分為工具的一門課程，作為專業基礎課程它的理論性強，概念繁多，部分內容具有一定的抽象性。同時，課程所包含的計算式較多，對應于每一種傳熱方式都有許多相關的計算式，需要在分析問題時進行選擇，同時還涉及大量公式推導，計算過程繁雜，往往還會應用到較深的數理基礎知識。但是，這門課程確實應用廣泛，無論是生活中還是工程上都能找到許多傳熱問題，簡單來說，凡是有溫度變化的情況都會有傳熱現象的發生，所以與之相關的學科也較多，并且隨著新技術的發展，傳熱學這門課程在相關應用領域也在不斷擴展。

(二)教學中存在的問題

雖然不斷地在進行教學改革，但是對于以傳熱學為例的專業基礎課仍然以線下課堂教學為主，教師對于相關的理論進行講解，利用PPT與板書相結合的形式進行公式推演，然后進行例題的練習和講解，最后以閉卷考試的形式作為考核。同時由于培養方案的調整，課時少內容多，所以課程的節奏也相應調整，結合課程的特點和學生的反饋發現這樣的方式難以激發學生的學習興趣，導致課堂氛圍并不活躍，學生往往處于被動接受的狀態。另外在實驗課程方面，本校配套的相關課程實驗目前只有三個，所以學生的實踐操作機會也較少。

(三)學生心理分析

為了更好地了解學生的情況，在最近兩學期完成傳熱學教學后，向學生發放與傳熱學課程相關的調查問卷，結合學生平時學習情況、作業情況、調查問卷以及期末考試反饋來看，學生在學習的過程中，一開始確實具有較強的主觀能動性和對傳熱學課程的興趣，對于課堂講解中提到的內容能夠有一定理解，但是隨著概念和計算式的增加，所分析問題的難度增加，問題逐漸產生。這些問題包括了：概念理解上產生混淆，面對需要分析解決的問題時，特別是有一定難度的問題，發現自己不能正確解答，從而出現一些焦慮的情緒，如果一直無法解決，下次再看到相關的問題就會進一步產生畏難的情緒，不知道從何入手，特別是面對繁雜的公式，不知道選擇哪個合適，逐漸轉化成對相關學習內容的抵觸。當這些問題產生后，一開始還能強制自己去學習，但是隨著相同情況增多，所帶來的結果是學習積極性降低，逐漸失去主觀能動性和學習的興趣。這些問題的逐漸積累，最后導致學生不愿意學習這門課程。

三、基于問題驅動的教學法在課程教學中的探索

通過對于傳熱學教學現狀的分析，為了更好地展開教學和對學生的引導，引入問題驅動的教學方法，在教學過程中，將相關問題的設置按照情景式問題、探究式問題、設疑式問題等三個方面展開，三類問題的分別設置在不同的教學階段，與教學內容相融合，問題的難度也采用循序漸進的形式，其教學模式如圖1所示。

圖1 “問題驅動”教學模式的探究示意圖

(一)情景式問題驅動

情景式教學在課堂教學中是教師常用的教學方法，往往在課程導入的環節使用較多，通過情景的創設，特別是在生活中、工程實際中以及當下的網絡熱門話題中找到合適的切入點，可以在一定程度上引起學生的興趣和注意，同時也將課程內容與實際相結合。而情景式問題驅動，是提取與之相關的傳熱學問題，在創設情景的同時也能夠讓學生思考起來，能夠更好地減少學習內容的抽象性，對學生起到一定的啟發作用，問題驅動也會比單純的情景設置對學生有更好的引導，增加學生對本節內容的興趣。比如從冬奧會開幕式各國的羽絨服展開，提出為什么穿羽絨服能起到保溫的作用？再在此基礎上對于導熱系數進行講解；在講到肋片的時候，提出為什么在冬季時，人體的臉部中耳朵和鼻子會更冷一些？類比到設備中增強傳熱的方法。

在教學過程中，同樣結合問題展開，長時間知識輸入會讓學生產生困倦，所以設置一些問題，能夠有效地引起學生關注，根據問題的難易，采取學生獨立思考或者小組討論的模式展開，這時學生能夠直接運用剛剛所學的新知識，通過問題的刺激去思考、分析和整理，同時也能夠及時得到學生對這部分內容的反饋，了解學生的掌握情況，從而有利于教學進度的調整，發現學生在理解上存在的問題，對學生分析和解決問題的能力進行初步的培養。

(二)探究式問題驅動

具有探究性的問題對學生的理解能力、分析和解決問題的能力能夠進一步培養，對學生思維和創新能力來說也能夠起到有效的作用。傳熱學的許多理論被應用到實際中，并且在不同的工程領域都能夠找到相關的研究成果，以探究性的問題展開，向學生介紹傳熱學的一些研究成果，比如相變納米流體[6]、石墨烯微通道換熱設備[7]、相變材料在建筑節能中的應用[8]等，將知識點和實際相結合，同時也能夠拓展學生的視野，對創新思維進一步培養。

通過相關科技成果的鋪墊，設置探究式問題的小組任務，為學生提供一些和傳熱學有關的主題，同時也引導學生通過查閱資料自己確定主題。通過小組合作查閱相關文獻資料，再通過小組主題分享，進行思維的碰撞，學生對于傳熱學能夠有更深的認識和理解，同時了解到更多與傳熱學有關的研究以及解決相關問題的思路和方法。該部分內容作為平時成績的一部分，由教師評分和學生的互評打分兩部分組成，也讓這個部分的反饋更加客觀。

(三)設疑式問題驅動

在教學過程中，往往是教師來提出問題，但是教師引導學生提問其實更重要，在學習的過程中，能夠提出問題，說明前面相關的問題設置已經引起了學生更多的思考，引導學生結合所學知識去分析解決問題，與此同時進一步鼓勵學生去探索，讓學生能夠真正動起來，利用實驗室的相關設備進行與傳熱學有關的實驗，參與到相關研究中。

四、激發學生學習興趣，建立信心，獲得滿足感

圖2 教學過程中目標與作業任務建立示意圖

(一)建立明確的學習目標

除了在教學方法上的思考與探索，還應該關注學生的心理，基于學生的調查問卷的反饋，為了避免學生在學習過程中沒有學習方向，導致動力不足和失去學習興趣，在每個章節開始前就說明該章節需要掌握的內容以及能夠解決的實際問題，確定大的學習目標，然后在每一節課正式進入課程之前，向學生說明本小節需要掌握的內容，建立小的學習目標，讓學生能夠有一個非常明確的學習方向，這個學習目標可以是個人的，也可以是學習小組一起來完成的，有了明確的學習目標，就會在學習過程中產生積極的學習興趣。

(二)合適的難度設置，建立學習的信心和滿足感

為了激發學生學習興趣和樹立學生學習課程的信心，除了在前面提到基于問題驅動展開教學的方式以外，還應該注重配套作業練習的設置。當面對的練習任務太難時，學生會產生畏難情緒，這樣的結果會導致很多學生直接放棄，所以在作業任務安排的時候也應該注重循序漸進，由淺入深，逐漸增加難度，合適的難度在作業任務上的體現主要以：隨堂測試——章節作業——階段性測試等三個部分展開。

1.隨堂測試

隨堂測試是在課堂講解過程中，配套的問題練習，選擇一些簡單的練習，在書上就能很快找到答案的問題，學生聽完講解就能夠完成。這個階段學生才開始學習和接觸這門課程，通過這些簡單的問題作為隨堂測試，能夠讓學生獲取學習之初的滿足感，并對自己產生認可，建立一定的學習熱情和信心，有助于產生持續學習的動力。

2.章節作業

章節作業是由小節作業和章節作業兩部分組成，分別是在完成本節和本章的課程內容之后再完成的，這部分作業任務在隨堂測試的基礎上增加了一定難度，小節作業主要是對于相關知識點的初步運用，利用基礎概念和基礎計算式就能夠完成，而章節作業又比小節作業增加了難度，需要學生對于知識點進一步的消化理解，主要是增加了計算式的選擇和計算難度。這樣的設置，能夠讓學生慢慢適應，也逐步地在解決問題，進一步維持學習的動力。

3.階段性測試

第三部分就是階段性測試，主要以板塊來劃分，對于傳熱學來說，就是導熱、對流和輻射來劃分階段，這部分任務囊括了章節作業的難度，并在這個基礎上多了一些擴展，讓學生在完成的同時也能夠往探究的方向進行展開，讓學生能夠去查閱相關的資料，逐步建立良好的學習習慣，促進學生自主學習能力的培養。

通過這三個階段的建立，對于大部分學生來說能夠完成相關的課程內容，對于小部分學生也起到了問題驅動的目的，明確目標后開始積極思考。

結語

為了使學生能夠更好地掌握傳熱學等課程的理論基礎和原理，剖析了傳熱學的課程特點和在教學過程中存在的問題，并結合調查問卷對學生的心理進行了分析，結合課程的實際應用，進行了基于問題驅動的教學法在傳熱學教學過程中的探索，沿著建立明確的學習目標，提出不同的問題進行互動以及布置難度系數不同的作業任務，逐步建立良好的學習習慣，對學生自主學習能力的培養能夠起到良好作用。