新工科背景下“熱質交換原理與設備”課程的教改探討

摘"要：“熱質交換原理與設備”課程涉及面廣，和工程實際聯系緊密，需要教師有連續的、深入的工程實踐經驗。針對這一需求，本文分析了“熱質交換原理與設備”的課程構成、章節特點、教學困境及培養目標等，討論了如何拓展學生工程實踐平臺及引導學生用理論解釋工程中遇到的問題等。就如何增加教師的工程實踐經驗，如何在追求科研的同時兼顧教學投入及教學設計提出了如下建議：（1）和企業共建教師企業實踐崗位；（2）通過產學研合作和知識共享，提高學生工程實踐能力；（3）用課程知識解釋生活現象和工程實際，通過這樣的教學設計，提高學生的學習興趣；（4）改進培養目標和對學生的要求。

關鍵詞：熱質交換原理與設備；工程實踐；教學設計

中圖分類號：G642

A"Probe"on"Teaching"Reform"about"\"Fundamentals"and"Equipment"of

Heat"and"Mass"Transfer\""Course"Against"the"New"Engineering"Background

Yan"Liyun"Cao"Xianghong"Liu"Yingli"Zhu"Feiyu"Li"Xueling

School"of"Building"Environment"Engineering，Zhengzhou"University"of"Light"and"Industry"HenanZhengzhou"450002

Abstract：\"Fundamentals"and"Equipment"of"Heat"and"Mass"Transfer\""covers"a"wide"range，which"is"closely"related"to"engineering"practice.This"course"needs"teachers’"continuous"and"indepth"engineering"practice"experience.In"view"of"this"demand，this"paper"analyzes"the"course"composition，chapter"characteristics，teaching"difficulties"and"training"objectives"of"\"Fundamentals"and"Equipment"of"Heat"and"Mass"Transfer\""and"discusses"how"to"expand"undergraduates’"engineering"practice"platform"and"guide"them"to"explain"the"problems"in"engineering"with"theoretical"knowledge.This"paper"puts"forward"the"following"suggestions"on"how"to"improve"teacher’s"engineering"practice，teaching"investment"and"teaching"design"while"pursuing"scientific"research：（1）building"teacher"enterprise"practice"position"with"enterprises；（2）improving"students’"engineering"practice"ability"through"industryuniversityresearch"cooperation"and"knowledge"sharing；（3）students’"interest"in"learning"is"improved"using"teaching"design"and"the"curriculum"knowledge"to"explain"the"phenomenon"life"and"engineering"practice.（4）improve"training"objectives"and"requirements"for"students.

Keywords：Fundamentals"and"Equipment"of"Heat"and"Mass"Transfer；Engineering"practices；Teaching"designing

新一輪科技革命和產業變革促使人才培養模式更新，工科人才培養最終落實到課程教學中?！盁豳|交換原理與設備”作為建筑環境與能源應用工程專業的一門專業基礎課程，為適應新的要求，這門課怎么上？需要教師具備什么樣的專業、工程背景？教學過程怎么設計？學生需要什么樣的工程實踐？這些都是需要深入思考的問題，也只有想清楚了，思路明確了，才能更好地實施教學，教出來的學生才能滿足社會需求。

1"課程特點分析

“熱質交換原理與設備”是將專業中相關的專業基礎課和多門專業課程中涉及的大量的熱質交換原理與設備的共性內容抽出來，經過充實整理而形成的一門新課程，將理論與實際緊密結合，涉及面廣、綜合性高、難度大［1］。這也對授課教師提出了較高的要求：教師不僅需要具備扎實的理論基礎，也需要具備一定的工程實踐閱歷。上課期間，教師既能夠以學生為中心，指導學生由淺入深地學習理論，又能指導學生用所學理論分析工程案例。

2"課程教學困境

2.1"缺乏工程背景的專業教師

2015年以來，我國就明確了推動本科教育向應用型轉變的改革方向，到2022年，將有一大批普通本科學校轉型為應用型本科高校［2］。在這樣的政策引導下，工程實踐成為了專業課程的教學風向標?！盁豳|交換原理與設備”這門課程涉及大量工程應用的設備，如果沒有較強的工程背景，很難透徹地了解，而且一旦從學生的身份轉換成教師，社會期許會比較高，導致部分教師不好意思開口問問題。

2.2"缺乏有效的工程實踐平臺

前期教學中發現，學生的工程能力弱。雖然學生也參加了認知實習、課程實驗、生產實習，但是工程實踐平臺建設中存在重復、單一的情況。雖然學生可以通過產學研平臺鍛煉工程能力，但是由于企業考慮到安全生產，對學生的工程實踐要求較低，學生很難在真實的工程實踐中成長。

2.3"教師投入不足、缺乏設計教學

高校專業教師大多從大學畢業后直接轉變身份，擔任“熱質交換原理與設備”課程的教師情況也大致如此。助教一個學期后開始擔任主講教師，但是助教管理并不十分規范，很難發現隱藏在教材里面的知識細節。這門課程看似不難，主講的時候才發現知識儲備不足。除此之外，高校教師承擔任務過多，時間精力有限，很難在有限的時間內精心設計教學內容和過程，這導致教師對學生學習情況了解不及時，教學改進滯后，從而影響教學效果。

2.4"培養目標對該課程教學過程中的影響

對于同一個專業，每個學校會有不同的發展方向，但是由于高質量的專業人才欠缺，在同一個專業中，教師隊伍當中匯聚了不同專業的人才、不同研究方向的教師，大家的聚焦點是不一樣的，如何很好地融合這么多不同背景的教師，支撐學生的培養目標同樣是個難題。

3"“熱質交換原理與設備”課程改革思路

3.1"高校培養新進教師的工程認知

教育部發布的《關于深化本科教育教學改革全面提高人才培養質量的意見》指出，以提升教學能力為目的，完善校企共建企業實踐流動崗（工作站機制），共建一批教師企業實踐崗位［3］。

學校應根據每個專業新進教師情況，提供不少于一年的工程實踐平臺。新進教師應在工程運行中心和工人同吃同住同運行，此階段的考核方式也應該和工人一樣。只有這樣，新進的教師才能透徹地掌握和課程相關設備的結構、運行、市場應用情況。學校也應培養“雙師型”任課教師，高校也可以聘請優秀的企業人才做兼職教師，大家取長補短，互相促進。

3.2"拓展學生有效的工程實踐平臺

“熱質交換原理與設備”課程的專業性非常強，為了上好這一門課，學校需要提供給學生工程實踐平臺，但是學校事情繁忙，最終這件事會落到相應的學院、相應的系，甚至有校企合作經驗的教師身上。

目前，院系可以通過產學研合作和知識共享等方式讓學生參加到工程實踐中。學生只有在真實的工程情景中、在具體連貫的工程實踐中摸爬滾打，才能更好地理解課程和專業之間的關系。

3.3"提高教師投入度，提升教學設計水平

高校教師生活壓力大、教學科研任務重，除此之外，還有各種各樣的事情。所以，應提高教師的投入度，首先，要解決教師的后顧之憂，比如協助解決孩子入學、房子等問題。其次，嚴格執行助教管理制度，助教過程中試講課時數能夠占總課時數的20%，并設計課程實驗，批改作業，及時向主教教師匯報學生的學習情況，固定時間和主講教師探討課程構成、教學目標以及本課程對學生的影響等。這樣能克服人的學習慣性和惰性，快速轉變角色，提高效率。最后，教師要學會兩條腿走路。同一專業的課程有很多關聯和相通之處，通過科研提升教學，通過教學達到基本知識重構。這個過程當中不能操之過急，應給教師過渡時間，度過這段比較艱難的時間后，教師在教學過程中對課程拿捏得當，思路清晰，學生的積極性也會越高，形成良性循環，增加教師教學自豪感。

“熱質交換原理與設備”涉及面比較廣，是難度比較大的一門課程，教師在教學過程中應對教學內容進行設計。為了更好地讓學生適應這門課程，第一節課主要拉近和學生的距離，讓學生感覺這門課程和自己的生活及以后的工作息息相關，提升學生的學習興趣。

在學生上“熱質交換原理與設備”第一節課時，教師不要急著講課本內容，對“熱質交換原理與設備”緒論部分在自我介紹的過程中引出專業課程，再通過專業和課程之間的關系以及大家生活的環境為例引出教學內容。具體過程如下：

建筑環境與能源應用工程專業把我們框到了建筑的范圍里，這里的建筑是廣義的建筑，像地鐵、飛機內的環境等都包含在內。

由于工業的快速發展，外部環境很糟糕，室內環境同樣不安全，為了創造舒適的室內環境，本專業就必須要設置“熱質交換原理與設備”這門專業核心課。

熱質交換：顧名思義包含了熱量的交換和質量的交換。建筑環境與能源應用工程專業涉及大量的熱質交換，比如，花香、飯香、河水的蒸發、鹽的溶解、萘球的揮發、化學反應過程中新物質的生成和舊物質的消耗等。什么是傳熱傳質呢？比如，正常情況下，大家的體溫是36.5℃，如果有個同學發高燒了（40℃），那他和周圍同學之間的溫差促使熱量從他這里傳到其他同學，這就是傳熱；如果這位同學是病毒性感冒，那病毒會通過質傳遞的方式傳播到相鄰同學那里，這就是傳質。

教學設計能拉近課程和學生的距離，使學生感覺專業課程并不高高在上，消除了課程與學生之間的陌生感，也能提升學生對這門課程的學習熱情。

3.4"培養目標、學生學習要求及課時分配

首先，應依據社會需求、專業師資隊伍及發展規劃制定合理的培養目標，提供教師發展工程實踐平臺。

其次，針對“熱質交換原理與設備”課程內容，對學生學習過程中應提出不同的要求。

緒論要求學生掌握動量傳遞、熱量傳遞和質量傳遞現象的聯系，傳遞本質，了解常見的熱質交換設備。

傳質的理論基礎要求學生掌握基本概念、定律、分子傳輸和對流傳輸的特點和機理，運用對流傳熱類比對流傳質過程、傳質相關準則數、對流質交換的準則關聯式，同時進行傳熱與傳質的過程和薄膜理論，了解擴散類型及在不同條件下的擴散過程。

傳熱傳質問題的分析與計算要求學生掌握分子傳遞和湍流傳遞的性質、三傳方程、劉易斯關系式、流體在管內受迫流動和流體沿平板流動時質交換的準則關聯式、同一表面上傳質過程對傳熱過程的影響等。

空氣的熱濕處理要求學生掌握空氣在夏季和冬季處理過程中的狀態變化、焓濕圖、空氣在冷表面上的冷卻降濕過程及空氣和水直接接觸時空氣的狀態變化。

吸收、吸附法處理空氣的原理與方法要求學生掌握吸附和吸收的區別，吸附種類，常用的吸附劑、吸收劑及其吸附、吸收特性，吸附劑和吸收劑處理空氣的原理，具備在工程應用中選用合適的吸收、吸附劑的能力。

熱質交換設備的熱工計算要求學生掌握間壁式熱質交換設備中表面式冷卻器的構造原理與熱工計算的基本方法，掌握混合式熱質交換設備中冷卻塔的熱工計算及熱質交換特點，掌握復合式熱質交換設備中直接蒸發冷卻器和間接蒸發冷卻器的類型和性能。

實驗過程中要求學生掌握中央空調系統構成，會采用不同的系統（全空氣系統、全水系統和空氣水系統）模擬冬季和夏季工況；掌握冬季蒸汽供暖時供暖系統構成、散熱器的散熱性能、系統工藝流程及測量設備，能夠監測系統測量參數變化及數據處理，并完成實驗報告。

最后，按照內容要求制定相應的學時，本課程理論課共28學時，實驗4學時，具體學時分配如下表所示：

結語

“熱質交換理論與設備”不像數學、物理等基礎課，甚至和工程熱力學、傳熱學等專業基礎課也不一樣，工程背景更強，注重運用理論分析工程實際，需要“雙師型”的教師，更需要給教師和學生提供工程實踐平臺，教學過程需要教師預先構思，設計教學內容，制訂合理的教學方案。

參考文獻：

［1］連之偉，陳寶明，熱質交換原理與設備［M］.北京：中國建筑工業出版社，2018.

［2］國務院.關于印發國家職業教育改革實施方案的通知［EB/OL］.（20190213）.http：//www.gov.cn/zhengce/content/201902/13/content_5365341.htm.

［3］教育部.關于深化本科教育教學改革全面提高人才培養質量的意見［EB/OL］.（20191012）.http：//www.moe.gov.cn/srcsite/A08/s7056/201910/t20191011_402759.html.

基金項目：2019年河南省高等教育教學改革研究與實踐立項項目“建筑環境設備類跨專業多維融合創新人才培養體系改革”（項目編號：2019SJGLX327）；2021年鄭州輕工業大學建筑環境工程學院教學改革與研究培育項目；2016年鄭州輕工業學院第十一批教學改革與研究項目研究成果；鄭州輕工業大學第十四批教育教學改革研究與實踐項目

作者簡介：閆麗云（1980—"），女，漢族，河南許昌人，博士，講師，研究方向：高等教育教學研究、傳熱傳質研究。