基于應(yīng)用技術(shù)型人才培養(yǎng)的傳熱學(xué)課程建設(shè)探索

張俊霞 趙紅星

摘要：傳熱學(xué)是熱能與動(dòng)力工程專業(yè)一門(mén)重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程，它是研究物體內(nèi)部或物體之間由溫差引起的熱量傳遞規(guī)律的學(xué)科，其應(yīng)用涉及工程領(lǐng)域與熱能轉(zhuǎn)換和有效利用相關(guān)環(huán)節(jié)。傳熱學(xué)也是一門(mén)理論和實(shí)踐密切聯(lián)系的實(shí)驗(yàn)學(xué)科，在培養(yǎng)高等院校應(yīng)用型人才環(huán)節(jié)有著至關(guān)重要的作用。傳熱學(xué)運(yùn)用了較多的抽象思維來(lái)解決工程應(yīng)用領(lǐng)域中的實(shí)際換熱問(wèn)題，存在概念多、公式多、重點(diǎn)散、理解難等問(wèn)題。學(xué)好傳熱學(xué)不僅要求學(xué)生掌握基本概念和理論知識(shí)，建立知識(shí)框架和結(jié)構(gòu)體系，更重要的是提高學(xué)生將理論知識(shí)應(yīng)用于生產(chǎn)和生活中的能力，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維。為了提高教學(xué)效果，分別在教學(xué)方法、教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)手段等方面進(jìn)行了相關(guān)探索和實(shí)踐，取得了良好的應(yīng)用效果。

關(guān)鍵詞：傳熱學(xué);應(yīng)用型人才;創(chuàng)新思維

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-0079（2014）32-0105-02

培養(yǎng)大批應(yīng)用型人才是我國(guó)高等教育的重要職責(zé)，這與我國(guó)正處于工業(yè)化時(shí)代的社會(huì)背景密不可分。中國(guó)現(xiàn)已成為世界制造中心，社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要大量的高級(jí)應(yīng)用型人才作為人力支撐。[1]特別是，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展和工業(yè)化進(jìn)程的不斷深入，地方經(jīng)濟(jì)和行業(yè)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，對(duì)應(yīng)用型人才的需求大量增加，高校大量畢業(yè)生都去了生產(chǎn)一線從事技術(shù)開(kāi)發(fā)、技術(shù)應(yīng)用和生產(chǎn)管理工作。

“傳熱學(xué)”是高等學(xué)校能源動(dòng)力類、化工制藥類、機(jī)械類、環(huán)境與安全類等專業(yè)的主要專業(yè)基礎(chǔ)課，它與“工程熱力學(xué)”和“流體力學(xué)”一起被稱為熱工類專業(yè)的三大支柱。[1]“傳熱學(xué)”也是榆林學(xué)院熱能與動(dòng)力工程本科學(xué)生和城市熱能?？茖W(xué)生的一門(mén)重要專業(yè)基礎(chǔ)課，是一門(mén)以研究物體內(nèi)部和物體與物體之間能量轉(zhuǎn)換規(guī)律為主要內(nèi)容的課程，應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，如航空航天領(lǐng)域、海洋資源勘測(cè)、冶金、電力、化工、動(dòng)力等，而且人們?cè)絹?lái)越關(guān)注的生命科學(xué)也將離不開(kāi)傳熱學(xué)。[2]因此，傳熱學(xué)課程在促進(jìn)熱能與動(dòng)力工程本科生專業(yè)素養(yǎng)的提升、培養(yǎng)應(yīng)用型人才方面有著至關(guān)重要的作用。

榆林作為國(guó)家級(jí)能源化工基地，擁有國(guó)家級(jí)高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開(kāi)發(fā)區(qū)，形成了以能源化工、裝備制造和新能源為主的特色化產(chǎn)業(yè)體系。榆林學(xué)院是榆林市唯一的高等院校，為了發(fā)揮地方高校優(yōu)勢(shì)，主動(dòng)參與區(qū)域社會(huì)管理[3]，榆林學(xué)院能源工程學(xué)院的熱能動(dòng)力專業(yè)傳熱學(xué)課程不僅要充分考慮課程自身的特點(diǎn)，更要考慮榆林在建設(shè)國(guó)家級(jí)能源化工基地方面所涉及的傳熱問(wèn)題，積極采用多種教學(xué)方法和教學(xué)手段促進(jìn)傳熱學(xué)與地方工業(yè)發(fā)展的融合，承擔(dān)為地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展輸送應(yīng)用型人才，參與地方經(jīng)濟(jì)建設(shè)的重任。

一、采用多種教學(xué)方式，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，解決傳熱學(xué)教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)

“傳熱學(xué)”運(yùn)用了較多的抽象思維解決工程應(yīng)用領(lǐng)域中的實(shí)際換熱問(wèn)題，存在概念多、公式多、重點(diǎn)散、理解難等問(wèn)題。

“傳熱學(xué)”教材中的理論內(nèi)容較為抽象，包括導(dǎo)熱、對(duì)流換熱、輻射換熱和換熱器。所涉及的教學(xué)難點(diǎn)有導(dǎo)熱微分方程及單值性條件、肋片導(dǎo)熱、非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱、邊界層分析、邊界層對(duì)流換熱微分方程組、典型對(duì)流換熱實(shí)例、角系數(shù)、灰體表面間的輻射換熱和傳熱-單元數(shù)的換熱器計(jì)算。課程中包含許多用數(shù)學(xué)語(yǔ)言推導(dǎo)熱物理規(guī)律的內(nèi)容，要求學(xué)生具有較為扎實(shí)的數(shù)學(xué)物理基礎(chǔ)。另外，“傳熱學(xué)”區(qū)別于其他學(xué)科的顯著特點(diǎn)是將影響換熱系數(shù)的因素采用相似原理構(gòu)建準(zhǔn)則數(shù)，通過(guò)確定準(zhǔn)則數(shù)之間的關(guān)系來(lái)展開(kāi)換熱研究。典型的準(zhǔn)則數(shù)有普朗特準(zhǔn)則、努謝爾特準(zhǔn)則、畢渥準(zhǔn)則、傅里葉準(zhǔn)則、格拉曉夫準(zhǔn)則等等。學(xué)生普遍反映傳熱學(xué)概念和準(zhǔn)則數(shù)理解起來(lái)較為困難，數(shù)學(xué)推導(dǎo)復(fù)雜難懂。

基于這樣的教學(xué)現(xiàn)狀，通過(guò)激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和實(shí)例教學(xué)來(lái)解決傳熱學(xué)課程中的難點(diǎn)。眾所周知，興趣是學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的源動(dòng)力，學(xué)習(xí)的興趣包括學(xué)生對(duì)授課內(nèi)容的興趣，也包括對(duì)授課教師的興趣。教師需要親切和藹，多在課下與學(xué)生交流，增進(jìn)感情，縮短彼此之間的距離，這樣學(xué)生就會(huì)“愛(ài)烏及屋”。此外，教育心理學(xué)的研究表明：當(dāng)學(xué)習(xí)內(nèi)容與學(xué)生已有知識(shí)和生活經(jīng)驗(yàn)相聯(lián)系時(shí)，才能激發(fā)學(xué)習(xí)和解決問(wèn)題的興趣。因此，在傳熱學(xué)教學(xué)過(guò)程中，教學(xué)內(nèi)容始終和生活實(shí)際密切聯(lián)系，多采用生活中熟知的傳熱現(xiàn)象加以引導(dǎo)，創(chuàng)造逼真的教學(xué)情境，使學(xué)生感受到傳熱現(xiàn)象和自己的實(shí)際生活息息相關(guān)來(lái)增強(qiáng)學(xué)生對(duì)傳熱學(xué)的學(xué)習(xí)興趣。這樣不僅可以促使學(xué)生多觀察生活中出現(xiàn)的換熱問(wèn)題，還會(huì)培養(yǎng)他們采用傳熱思想分析換熱現(xiàn)象的能力。這主要是因?yàn)閷W(xué)生的學(xué)習(xí)興趣不夠。不僅如此，許多重點(diǎn)內(nèi)容仍然需要在課堂上反復(fù)強(qiáng)調(diào)和提問(wèn)，課下多做相應(yīng)的習(xí)題，才能夠牢固掌握。

傳熱學(xué)課程有著完整的知識(shí)結(jié)構(gòu)體系，整本書(shū)采用總分總的結(jié)構(gòu)組織內(nèi)容，通過(guò)建立如圖1所示的結(jié)構(gòu)示意圖可以幫助學(xué)生建構(gòu)知識(shí)框架，更好地理解全書(shū)的內(nèi)容。

二、改革教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方式，緊隨榆林工業(yè)發(fā)展，培養(yǎng)應(yīng)用技術(shù)型人才

傳統(tǒng)的本科人才培養(yǎng)體系偏重于基礎(chǔ)知識(shí)教學(xué)和理論體系的完整，采用從上而下的教學(xué)方式，目的是為未來(lái)培養(yǎng)具有競(jìng)爭(zhēng)意識(shí)而且獨(dú)立自主的個(gè)體，往往忽視應(yīng)用能力的構(gòu)建。應(yīng)用型人才培養(yǎng)的重要特征就是應(yīng)用能力，而應(yīng)用能力的關(guān)鍵要素就是學(xué)生的實(shí)踐能力和職業(yè)素養(yǎng)。應(yīng)用型人才培養(yǎng)體系應(yīng)圍繞對(duì)應(yīng)用型人才知識(shí)、能力、素質(zhì)協(xié)調(diào)發(fā)展的要求，以應(yīng)用能力培養(yǎng)為主線，構(gòu)建實(shí)踐教學(xué)體系，做到理論與實(shí)踐并重。

為了培養(yǎng)應(yīng)用型人才，本文分別從教學(xué)方式和教學(xué)內(nèi)容兩方面進(jìn)行了改革。在傳熱學(xué)教學(xué)方式上，應(yīng)以學(xué)生為中心，了解他們的興趣點(diǎn)和知識(shí)面，積極地將他們的興趣點(diǎn)與傳熱學(xué)實(shí)踐相結(jié)合，激發(fā)他們將傳熱學(xué)理論知識(shí)應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)裝置構(gòu)建中，并提供各種資源渠道幫助他們解決實(shí)踐設(shè)計(jì)和實(shí)施過(guò)程中遇到的問(wèn)題，提高他們的應(yīng)用能力。此外，應(yīng)積極推動(dòng)能力培養(yǎng)與素質(zhì)教育相結(jié)合、第一課堂與第二課堂相結(jié)合、校內(nèi)與校外實(shí)踐應(yīng)用相結(jié)合、產(chǎn)學(xué)研相結(jié)合，擴(kuò)大學(xué)生的知識(shí)視野，使學(xué)生有機(jī)會(huì)接觸實(shí)際的工程應(yīng)用領(lǐng)域，將傳熱學(xué)中涉及的理論知識(shí)和工程實(shí)際應(yīng)用結(jié)合起來(lái)，提高他們的職業(yè)素養(yǎng)。在教學(xué)內(nèi)容上，多增加與榆林工業(yè)相關(guān)的知識(shí)背景，比如太陽(yáng)能輻射換熱、煤低溫?zé)峤夂蜌饣^(guò)程中的輻射換熱、火力發(fā)電廠主輔助受熱面中的換熱計(jì)算等等，使學(xué)生盡快熟悉相關(guān)工業(yè)設(shè)備的換熱原理，以便以后工作中更好的對(duì)這些工業(yè)設(shè)備進(jìn)行設(shè)計(jì)、維護(hù)和維修。

三、改革課堂教學(xué)，鼓勵(lì)大學(xué)生科技創(chuàng)新，促進(jìn)創(chuàng)新思維的培養(yǎng)

“傳熱學(xué)”是培養(yǎng)學(xué)生分析和解決工程實(shí)際問(wèn)題能力的關(guān)鍵課程，是一門(mén)實(shí)驗(yàn)研究和理論分析密切結(jié)合的學(xué)科[4]，設(shè)置有傳熱學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，以便于將理論和實(shí)際緊密聯(lián)系起來(lái)。傳熱學(xué)實(shí)驗(yàn)不僅起著驗(yàn)證理論，鞏固和擴(kuò)大所學(xué)課程內(nèi)容的作用，更重要的是可以培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力、實(shí)踐精神、創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力。

在傳熱學(xué)教學(xué)中，開(kāi)展一些專題討論可以讓學(xué)生拓展思維、增強(qiáng)課堂教學(xué)效果、活躍課堂氣氛。更重要的是，學(xué)生通過(guò)課下查閱相關(guān)資料，認(rèn)真仔細(xì)思考，會(huì)更深入的理解傳熱學(xué)知識(shí)。在課堂教學(xué)中，曾先后展開(kāi)過(guò)熱管換熱器的討論、強(qiáng)化換熱方式等的討論，均收到了良好的教學(xué)效果。

培養(yǎng)大量的一線創(chuàng)新人才，是當(dāng)代中國(guó)高等教育最重要的歷史使命。在全球經(jīng)濟(jì)一體化、文化多元化的21世紀(jì)，開(kāi)拓創(chuàng)新和科學(xué)發(fā)展是當(dāng)代中國(guó)發(fā)展的主旋律，構(gòu)建以學(xué)生為中心，注重學(xué)生綜合素質(zhì)培養(yǎng)，強(qiáng)調(diào)學(xué)生創(chuàng)新能力、實(shí)踐能力的創(chuàng)新型人才培養(yǎng)模式成為高等教育的必然選擇。

為了培養(yǎng)創(chuàng)新型人才，傳熱學(xué)課程的教學(xué)采取了如下措施：

傳授給學(xué)生學(xué)習(xí)傳熱學(xué)的方法，比如把握重點(diǎn)章節(jié)、學(xué)習(xí)思路、求解微分方程的技巧等。同時(shí)，引入火力發(fā)電廠中主輔助受熱面的對(duì)流換熱和爐內(nèi)輻射換熱來(lái)激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)傳熱學(xué)的興趣。通過(guò)習(xí)題課和課堂提問(wèn)，培養(yǎng)學(xué)生的嚴(yán)謹(jǐn)、求實(shí)、探索和創(chuàng)新的學(xué)術(shù)風(fēng)格。

采用以問(wèn)題為主線的教學(xué)，注重在教學(xué)中引導(dǎo)學(xué)生思考問(wèn)題、提出問(wèn)題、研究問(wèn)題和解決問(wèn)題。比如肋片導(dǎo)熱問(wèn)題的求解就可以先思考問(wèn)題：肋片通過(guò)增加表面積來(lái)強(qiáng)化換熱的，其換熱熱流該如何計(jì)算？接著可引導(dǎo)學(xué)生提出問(wèn)題：是否可建立肋片的導(dǎo)熱微分方程來(lái)獲得肋片內(nèi)的溫度分布？然后研究采用哪些假設(shè)可以使得微分方程既符合物理現(xiàn)象又能夠方便求解，最后將列出的肋片導(dǎo)熱數(shù)學(xué)模型進(jìn)行求解，獲得溫度分布和熱流量。在整個(gè)教學(xué)過(guò)程中可通過(guò)引發(fā)思考、啟迪智慧、激發(fā)靈感來(lái)促進(jìn)學(xué)風(fēng)。

引導(dǎo)學(xué)生將多學(xué)科的多種知識(shí)綜合在一起，解決實(shí)際問(wèn)題，在解決過(guò)程中把握事物的本質(zhì)，將知識(shí)轉(zhuǎn)化為能力。比如傳熱過(guò)程往往會(huì)涉及三種傳熱方法，即導(dǎo)熱、對(duì)流換熱和輻射換熱，熱流量通常是溫差除以總熱阻，總熱阻由導(dǎo)熱熱阻、對(duì)流換熱熱阻和輻射換熱熱阻構(gòu)成，通過(guò)分析那個(gè)熱阻是主要熱阻，可以尋找到強(qiáng)化或抑制換熱的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。這就需要把傳熱學(xué)的所有知識(shí)融合在一起，在這個(gè)過(guò)程中需要抓住主要因素，忽略次要因素，簡(jiǎn)化解決問(wèn)題的方法。

鼓勵(lì)學(xué)生勇于突破，不斷超越自己，超越老師，這樣自己才可以不斷進(jìn)步。在課堂知識(shí)的講解過(guò)程中可以啟發(fā)學(xué)生多角度、正反兩方面來(lái)思考問(wèn)題，通過(guò)轉(zhuǎn)換思維將事物的缺點(diǎn)變?yōu)閮?yōu)勢(shì)，往往能夠帶給學(xué)生一種峰回路轉(zhuǎn)的欣喜。同時(shí)，也要讓學(xué)生多提問(wèn)，多判斷，不斷提升自己的評(píng)判能力。

目前，實(shí)驗(yàn)教學(xué)多為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，往往是老師先講，學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)和預(yù)先安裝好的實(shí)驗(yàn)裝置及儀器，對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行觀察記錄數(shù)據(jù)，然后根據(jù)實(shí)驗(yàn)報(bào)告指導(dǎo)書(shū)上給定的步驟進(jìn)行驗(yàn)算，最后得出結(jié)論。這種預(yù)先設(shè)計(jì)好的實(shí)驗(yàn)特別容易讓學(xué)生產(chǎn)生依賴性，喪失主動(dòng)參與性，學(xué)生們會(huì)感到枯燥無(wú)味，難以激發(fā)他們的學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)新欲望，也無(wú)法提高實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力和問(wèn)題分析能力，甚至連儀器都不會(huì)使用。

為了提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力，針對(duì)城市熱能?？茖W(xué)生的實(shí)際情況，激發(fā)學(xué)生自行設(shè)計(jì)小型實(shí)驗(yàn)裝置，提高他們的參與能力，激發(fā)他們的創(chuàng)作欲望。為了進(jìn)一步提高他們的積極性，鼓勵(lì)他們將設(shè)計(jì)作品作為大學(xué)生科技創(chuàng)新題目來(lái)獲得學(xué)校資助加以研究。通過(guò)這一措施，有一部分動(dòng)手能力強(qiáng)、思維活躍的學(xué)生積極創(chuàng)作小型實(shí)驗(yàn)裝置，取得了可喜的成績(jī)。

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（責(zé)任編輯：王祝萍）