新工科背景下傳熱學課程教學改革與探索

摘 要：課程教學改革在新工科背景下被教育界廣泛關注。研究基于傳熱學課程在教學過程中存在的針對性教學資源欠缺、教學方式陳舊、教學內容系統性和邏輯性不強以及考核形式缺乏科學性等問題，探索建立以“完善教學資源與條件為核心、改革教學方式方法為保障、優化教學內容為基礎、優化考核為引導”的“四位一體”教學模式，以實現新工科背景下培養學生復合型能力的有效路徑。

關鍵詞：傳熱學 新工科 教學

2017年，“復旦共識”“天大行動”“北京指南”先后提出促進了新工科的建設與實踐，開啟了中國特色社會主義的探索工程教育改革的新模式[1-3]。新工科建設是我國高等教育在面對未來發展、科技發展和產業發展的新形勢下的積極回應，從而培養出社會需要的高素質應用型人才。

貴州理工學院作為地方應用型高校，正積極開展新工科建設，基于此，《傳熱學》課程面臨更高的要求和挑戰。《傳熱學》是新能源科學與工程專業重要的學科專業平臺課程。該課程對學生工程知識、問題分析和應用能力的培養至關重要，是新工科建設中亟須加強建設的核心課程。文章結合新工科建設和發展需要，對傳熱學課程的教學資源、教學方式、教學內容和考核評價體系進行重構，在課程教學中踐行探索的“四位一體”的教學模式，從而提高學生學習積極性、增強課程教學效果，助推新工科背景下對新能源科學與工程專業人才的培養。

1 傳熱學課程現狀

1.1 針對性和合適的教學資源建設不足

傳熱學注重工程應用，與時代發展密切，新工科背景下傳熱技術在諸多領域都取得了新的發展，這些變化都要求傳熱學推出新形勢發展的教材[4]。由于貴州理工學院學生基礎狀況和課程時長原因，難以找出與其情況高度適應的教材或輔助教材。同時，由于該課程建設過程中，題庫、工程案例資源、跨學科融合教學資源和虛擬仿真資源及智能輔助工具資源等方面也存在不足，這也使得學生難以在有限時間內掌握傳熱學的內容。

1.2 當前教學方式存在可優化空間

傳熱學涉及導熱、對流傳熱和輻射傳熱三種熱量傳遞方式的概念、特點和基本規律及傳熱過程與換熱器的熱計算，其內容與工程實際聯系密切[5]。這要求掌握這些內容需要有扎實的高等數學、數值分析、物理、流體力學和化工等多學科的知識[6]，但由于貴州理工學院學生基礎課程知識不牢固，如高等數學的泰勒展開式、偏微分方程和常微分方程或流體力學N-S方程等計算困難的問題，教學中只有通過占用較大比重的課時進行講解才能降低學習的難度。但這樣一來，有限的教學時間就會十分緊張，這造成知識應用講授時間的相對不足，學生進行應用練習的機會也較為有限，導致學生很難將理論知識和實際應用問題相結合。

1.3 教學內容難度較大且教學內容系統性和邏輯性不強

《傳熱學》是一門理論概念多、理論深度大、公式繁雜，知識抽象且難理解的課程[7]。同時，傳熱學是高等數學、物理、流體力學等專業基礎課后學習的課程。但是由于前置課程與相關聯課程之間的邏輯聯系不夠明確，教學內容較為分散或碎片化，導致部分內容銜接不當。例如傳熱學中的傅里葉熱傳導方程推導需要結合偏微分方程和能量守恒定律，雖然學生在高等數學中學習了偏微分方程解法，但是未學習其在數學建模中的物理意義，這使得在學生學習傅里葉定律時無法迅速將數學內容與實際導熱問題聯系起來，難以學以致用。

1.4 考核引導不夠，欠缺科學性

貴州理工學院新能源科學與工程專業傳熱學課程設置40學時，較短的課時學生較難掌握傳熱學的基本理論知識和培養其應用分析能力[8]。同時，大部分學生為了應付考試，并未認真學習，對于傳熱學基本理論原理一知半解，在涉及其應用方面很難應用起來[9]。另外，該課程最終成績由課程大綱中的考核方式決定：期末成績占60%和平時成績占40%。其中，平時成績的考核主要包括考勤、課堂表現和作業。雖然最終成績構成考查了學生的平時表現，但是其考核仍強調學生對知識的記憶和理解，缺乏對學生應用分析能力的考核，學生的綜合素質提高受限[6]。

2 傳熱學課程教學模式改革與實踐

2.1 教學條件資源的優化與完善

首先，著力建設多課程融合的知識圖譜。深入梳理《傳熱學》與《高等數學》《流體力學》《物理學》等關聯課程之間的知識重點、難點以及邏輯關系，構建起系統化、邏輯化且相互關聯的知識網絡。這將有助于彌補學生在前置課程學習中的不足，使他們能夠更高效地理解和掌握傳熱學知識體系，為后續的深入學習奠定堅實基礎。

其次，精心打造豐富且具針對性的教學案例庫。廣泛收集傳熱學及相關領域的最新發展動態與典型工程實施案例，將抽象的理論知識與實際應用緊密結合。這些案例將涵蓋工業生產、科研創新以及日常生活中的各類傳熱現象與問題，為課堂教學提供生動且極具說服力的素材，助力學生更好地理解傳熱學原理在不同場景下的應用，培養其分析與解決實際問題的能力。

接著，搭建功能完備的課外輔導平臺。借助線上AI助教工作臺以及其他先進的AI軟件，整合豐富的相關資料，構建一個能夠迅速且精準解答學生問題的課外輔導體系。該平臺將打破時間與空間的限制，為學生提供全天候的學習支持，有效彌補當前課外輔導在及時性與有效性方面的不足，激發學生自主學習的積極性與主動性。

然后，創建虛擬實踐應用條件資源。引入Matlab、Fluent、Aspen Plus等專業軟件，精心設計一系列傳熱學實踐問題的應用案例與虛擬應用項目。這些虛擬實踐資源將為學生提供逼真的實踐環境，讓他們在課堂學習中就能進行知識的應用練習，熟悉傳熱學在工程實踐中的模擬分析與解決方案制定過程，從而有效提升其實踐操作能力與創新思維能力。

最后，構建完善的在線課程學習資源。全面收集國內外優質的傳熱學MOOC教學資源，并結合自制的課件、學習任務清單、題庫、拓展學習材料以及深入的工程案例分析等內容，建立起一個內容豐富、形式多樣的在線課程學習平臺。該平臺將為學生提供便捷的課外學習渠道，滿足他們個性化的學習需求，促進其自主學習與深度學習能力的發展，進一步拓展傳熱學課程的學習時空維度。

2.2 教學方式方法改革

首先，案例式教學會讓課堂內容更加豐富且有趣，可有效激發學生的創新意識，降低課程學習的枯燥性，增強課程內容的易理解性。該教學模式以解決問題為導向，通過凝練需要課程知識解決的案例或實際問題進行教學設計，如傳熱學熱傳導部分（見圖1）。同時，項目式教學能夠極大程度的調動學生的實踐動手能力、團隊協作和獨立思考能錄。如熱輻射基本定律和物體的輻射特性，在課前可以給出特定的項目，要求學生進行預習，并主要以小組為單位完成相應任務，在過程中，學生相互討論交流，最后展示結果，教師進行點評和解答。最后，利用Fluent、Matlab、Aspen Plus等工具模擬軟件建立的虛擬實踐應用條件資源強化應用與練習。在課堂上展示并講解知識的應用以及解決問題或案例的過程和方法，同時給予學生課堂的虛擬練習，以提高學生應用能力。

2.3 教學內容重構與優化

首先，提升內容的系統性、邏輯性和支撐度。根據該課程支撐的畢業要求中的課程目標，梳理整個課程的主要內容和重點內容模塊，整合各模塊內容，建立對課程目標的系統性支撐，提升對課程目標的支撐度；并按照知識邏輯和學生的認知邏輯調整各模塊內容的前后順序。同時，強化教學內容中的應用性：一方面更新部分教學內容，特別是專業中應用較多的內容，以體現社會產業的最新的內容；另一方面刪除部分理論性過強但應用較少且不影響后續學習的知識。最后，加強課程之間的關聯性：加強與相關課程、前置課程和后置課程的聯系，充分梳理這些課程內容的重點和難點，針對難點部分適當重復，針對重點部分的基礎知識（如高等數學知識）適當補充，以體現前后銜接性；但根據各課程支撐的畢業要求，各課程整體內容應體現差異性，以確定整體重點。

2.4 考核評價機制改革優化

考核評價機制對學生學習具有重要的督促和引領作用。通過課程考核不僅能夠評價學生掌握課程的程度，而且還能引導學生在學習過程中有重點難點的突破。考核內容不僅考慮學生對知識的記憶和理解，同時應考慮加強學生對應用問題的解決能力的培養。在本課程考核過程加強對過程的考查，降低期末考試成績權重。考核組成包括平時成績（40%，即課程討論10%、學習清單10%、大作業10%和階段性測試10%）和期末考試（60%）。其中，討論包括線上和線下討論，注重學生對于易混淆概念、重要公式推導以及關鍵問題疑難點的討論；學習清單注重對課堂學習的及時反饋和工程問題的解決，強化和熟練學生對知識的應用；大作業注重學生對傳熱學知識的拓展，激發學生學習興趣，即用Fluent、Matlab和Aspen Plus 軟件來求解題目，培養學生使用工具軟件的能力；階段性測試注重對學生階段性知識和應用能力的考查，及時檢測反饋學生學習情況并及時調整教學思路；期末考試不僅注重學生對重點理論知識和公式推導的記憶和理解，同時突出對基本公式、圖表的應用以及傳熱學工程問題的解決。

3 結語

在新工科建設和發展的背景下，以傳熱學課程現狀為出發點，通過從教學條件資源的優化與完善、教學方式方法的改革、教學內容的重構和優化考核評價機制的改革等方面不斷研究探索，使得學生易于學習和掌握傳熱學基本知識、公式推導和工程應用的解決，從而推動新工科建設和發展背景下的新能源科學與工程專業復合型人才的培養。

基金項目：2022年貴州省教育科學規劃課題一般課題（課題編號：2022B030）；貴州理工學院教育教學改革研究項目（項目編號：JGYB202439）。

參考文獻：

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[4]陶文銓.傳熱學教材60年的主要變遷及《傳熱學》（第5版）簡介——紀念楊世銘、陳大燮編《傳熱學》出版60周年[J].中國大學教學，2020（01）：92-96.

[5]任秀宏，郭思宇，談瑩瑩，等.《傳熱學》課程線上教學思考與實踐[J].制冷與空調（四川），2021，35（01）：140-142.

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[7]張敬奎，張佳凱，范毅，等.案例教學法在工科院校專業課程教學中的應用研究[J].教育理論與實踐，2024，44（36）：57-60.

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[9]黃曉明，許國良，王曉墨，等.工程熱力學課程改革如何適應“新工科”建設[J].高等工程教育研究，2019（S1）：99-101+107.