“傳熱學”課堂教學改革的探討

張姝　支艷

[摘 要]“傳熱學”是建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專業(yè)重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程之一。隨著現(xiàn)代計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，多媒體技術(shù)在“傳熱學”課程教學中發(fā)揮出越來越重要的作用。[3]引用直觀生動的圖片、動畫、視頻、仿真進行授課，可以激發(fā)學生學習興趣，提高課堂教學效率，改善課堂教學效果。但多媒體教學只是幫助“傳熱學”課程教學的手段之一，要真正實現(xiàn)培養(yǎng)優(yōu)秀工程人才的目標，“傳熱學”課程的授課教師還需要以教授知識、培養(yǎng)能力和提高素質(zhì)等方面為切入點，充分發(fā)揮學生的積極性與主動性，注重培養(yǎng)學生分析問題和解決問題的能力，積極轉(zhuǎn)變教學思想，努力探索行之有效的教學方法，不斷推進教學改革創(chuàng)新。

[關(guān)鍵詞]傳熱學 多媒體 教學方法

[中圖分類號] G423.07 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2015）03-0118-02

“傳熱學”是研究由溫差引起的熱能傳遞規(guī)律的科學，在現(xiàn)代各個生產(chǎn)領(lǐng)域中所遇到的大多數(shù)技術(shù)問題，乃至自然界中的許多現(xiàn)象都與熱量的傳遞有關(guān)，而且?guī)缀跞魏我环N形式的能量最終都是以熱能的形式耗散于環(huán)境及宇宙之中，因此“傳熱學”是能源、動力和土建等大多數(shù)工科專業(yè)的一門重要的技術(shù)基礎(chǔ)課程，也是當今科學技術(shù)領(lǐng)域發(fā)展最重要的技術(shù)基礎(chǔ)之一。能否學好這門課程不僅影響學生對后續(xù)專業(yè)課程的學習，還影響學生在未來工作中解決實際傳熱問題的能力。目前東北石油大學建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專業(yè)“傳熱學”課程計劃學時為64學時，其中理論課56學時，實驗課8學時?！皞鳠釋W”課程具有內(nèi)容廣、習題多、難度大的特點，如何在較少課時下，改進教學方式，提高教學效果，培養(yǎng)高素質(zhì)工程人才是當前傳熱學教學中面臨的主要問題。[1]筆者結(jié)合在“傳熱學”實際教學中的探索和實踐，淺談教學改革的幾點看法。

一、教學存在的問題

“傳熱學”在我校有20多年的教學歷史，多年來一直采用板書授課，板書授課有利于學生跟隨教師的思路，但隨著現(xiàn)代“傳熱學”課程信息量的不斷增大，對學生綜合素質(zhì)培養(yǎng)能力的要求越來越高，單純板書授課已經(jīng)不能滿足教學需要。在板書基礎(chǔ)上增加多媒體教學手段，可以大大節(jié)約課堂上書寫公式、圖形、習題所占用的時間，克服手繪圖形的不準確和不美觀問題，通過動畫形象直觀地演示傳熱過程。

“傳熱學”與多學科交叉內(nèi)容日益增多，新版本教材增加了大量專業(yè)前沿中的傳熱問題，一成不變的教學內(nèi)容不能滿足專業(yè)發(fā)展的需要，教師應(yīng)及時更新教學內(nèi)容，增加對專業(yè)新領(lǐng)域中傳熱問題的介紹。在授課中，講課內(nèi)容不宜貪多。簡單問題講得過細，學生會感覺講課啰嗦、浪費時間；難點問題講得過細，學生會感覺困難重重，失去興趣。因此，教師應(yīng)根據(jù)學生的實際情況安排教學內(nèi)容，力求重點突出。

傳統(tǒng)的灌輸式教學，課堂上幾乎全部由教師講解，而學生只是被動地聽課。對于典型例題，也多數(shù)是由教師自問自答，直接教給學生做題的方法和步驟，雖然看似教師講課熟練，學生聽課輕松，但這種教學方式學生不動腦筋，不能培養(yǎng)學生獨立分析和解決問題的能力。

在考試方面，我?！皞鳠釋W”課程總成績是由考卷成績（占75%）、實驗課（占15%）、平時成績（占10%）構(gòu)成的。平時成績根據(jù)出勤情況、課堂測驗和作業(yè)成績來評定。從分數(shù)構(gòu)成上來看，成績主要取決于考卷成績，平時成績所占比例較小。為突出素質(zhì)教育，應(yīng)加強對學生平時學習質(zhì)量的監(jiān)控，增加平時成績比例。

二、教學資源庫建設(shè)

（一）動畫演示實驗

實踐教學是“傳熱學”課程教學的重要環(huán)節(jié)，通常實驗演示在教學中受到時間、場地等諸多限制，制作Flash實驗演示課件，可以生動直觀地對實驗操作過程進行演示，通過網(wǎng)絡(luò)共享更加便于學生預(yù)習和復(fù)習。例如：準穩(wěn)態(tài)法材料導熱系數(shù)測定、氣流橫掠管管外放熱系數(shù)測定、鉑絲表面黑度測定和換熱器傳熱系數(shù)測定等。

（二）虛擬實驗

借助Matlab語言或CFD軟件開發(fā)“傳熱學”虛擬實驗平臺，通過計算機數(shù)值計算和圖像顯示，對系統(tǒng)傳熱現(xiàn)象進行求解分析。例如：不同邊界條件下多維穩(wěn)態(tài)導熱、集中參數(shù)法、導熱數(shù)值解、外掠平板、豎壁自然對流、輻射角系數(shù)、換熱器傳熱過程等內(nèi)容都可采用虛擬實驗進行輔助教學。講解導熱數(shù)值解部分時，利用CFD軟件對研究對象進行網(wǎng)格劃分，然后建立節(jié)點方程，設(shè)定迭代初值，運用CFD軟件進行計算，最后對迭代計算的斂散性進行分析。網(wǎng)格劃分后的圖形以及計算得到的溫度場通過CFD軟件可以直觀立體地展現(xiàn)給學生，學生也可以自己操作軟件，設(shè)定不同的定解條件進行模擬實驗，這種教學方式不僅激發(fā)了學生對“傳熱學”學習的興趣，更加深了學生對導熱過程的理解。

（三）視頻和圖片素材

圍繞教學內(nèi)容收集照片、圖片、視頻，并制作一些有特色的動畫素材，將這些運用于授課過程中就能把沉悶、死板的課堂氣氛轉(zhuǎn)變得活躍、充滿生氣，學生會自動參與課堂的教學活動中，積極配合教師，回答或提出問題，大大提高了課堂教學效果。利用分解動畫可以有效突破“傳熱學”教學難點，例如通過肋片的導熱、典型形狀多維非穩(wěn)態(tài)導熱、大容器沸騰傳熱，多表面系統(tǒng)的輻射傳熱、換熱器平均溫差，等等。多媒體素材可以形象、生動而又清晰地向?qū)W生展示出復(fù)雜問題的溫度分布及傳熱過程，使學生建立起空間概念，加強了對問題的理解。

三、課堂教學方法改革

（一）互動教學提高學生的學習興趣

要想使學生學好“傳熱學”課程，首先應(yīng)該提高學生的學習興趣，將課堂教學的主體由教師轉(zhuǎn)移到學生。做好教學“互動”，課堂教學活動不僅是一種認知過程，更是一種師生、生生之間的交互過程，只有學生的真正參與，才會提高學生學習的積極性，使其變被動為主動。因此，可選擇學生在生活中熟知的傳熱現(xiàn)象作為范例，創(chuàng)造逼真的教學情景，使學生感受到傳熱學領(lǐng)域就在自己的身邊，進而增強學習“傳熱學”的興趣；可采用提問式、啟發(fā)式、討論式等多種形式的教學方法，調(diào)動學生學習的自覺性，激發(fā)學生的學習興趣。例如：在講解“傳熱學”緒論中的三種熱量傳遞方式時，首先給出一些生活中的傳熱現(xiàn)象讓學生思考，如為什么夏天穿淺顏色衣服，冬天穿深色衣服；為什么冬夏相同室溫下，人們夏天穿T恤，冬天卻穿毛衣；熱水瓶為什么可以保溫；鋁水壺為什么不能干燒；冬季室外摸鐵和摸木頭感覺有什么不同，等等。讓學生分析這些現(xiàn)象產(chǎn)生的原因，并舉出他們所知道的與傳熱相關(guān)的例子，這樣順其自然地就將導熱、對流和輻射內(nèi)容引出來。教師用理論知識對上述傳熱現(xiàn)象進行總結(jié)，加深了學生對三種傳熱方式的理解。用“提問式”引起學生的注意，使學生集中精力聽課，再利用“啟發(fā)式”激發(fā)學生思考，發(fā)揮想象力，這樣就會充分地調(diào)動起學生學習的積極性和主動性。

（二）教學內(nèi)容與學科專業(yè)有機結(jié)合

近幾十年，科學技術(shù)在世界范圍內(nèi)有了突飛猛進的發(fā)展，“傳熱學”的研究內(nèi)容也有了很大的變化與進步，因此，授課時教師在講授教材內(nèi)容的同時應(yīng)與相關(guān)專業(yè)的前沿學術(shù)動態(tài)有機結(jié)合，這樣可以拓寬學生視野，提高學生學習興趣，讓他們學習如何利用理論知識解決本專業(yè)的實際問題。例如：針對建環(huán)的學生，在導熱換熱部分，增加新型散熱器、新型保溫墻體、冷熱橋問題的講解。在對流換熱部分，增加納米流體、風洞實驗、地源熱泵、相變蓄熱墻體的講解。在輻射換熱部分，增加太陽能集熱器、輻射供暖、輻射制冷的講解。在傳熱過程部分，增加空調(diào)除霜、節(jié)能冷卻塔、新型換熱器的講解。

（三）培養(yǎng)學生的工程觀念以及工程實踐能力

樹立工程觀念，重視工程教育是“傳熱學”教學改革的首要任務(wù)。為此，在“傳熱學”的教學中引入先進的CDIO教育培養(yǎng)理念，按照先基礎(chǔ)、后綜合、再創(chuàng)新的思路安排課程內(nèi)容，增加了接近工程實際的專業(yè)應(yīng)用案例，注重對復(fù)雜傳熱過程的分析，鼓勵學生主動學習、主動實踐，強化對學生分析能力、創(chuàng)新精神和合作意識的培養(yǎng)。[2]例如：在每個章節(jié)內(nèi)容講完后，將學生分成幾組，以大作業(yè)的形式給學生布置應(yīng)用例題，讓每組學生按照三步來完成：傳熱分析、傳熱計算、強化或削弱傳熱的措施。然后在課堂上組織學生展開分析和討論，鼓勵學生提出新的設(shè)計構(gòu)想，最后由教師評分和小組互相評分。這種以學生為主體的啟發(fā)式教學方式不僅增強了學生分析問題和解決問題的能力，還培養(yǎng)了學生的工程實踐意識，收到了很好的效果。

四、結(jié)語

隨著現(xiàn)代計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，多媒體技術(shù)在“傳熱學”課程教學中發(fā)揮出越來越重要的作用。[3]引用直觀生動的圖片、動畫、視頻、仿真進行授課，可以激發(fā)學生學習興趣，提高課堂教學效率，改善課堂教學效果。但多媒體教學只是幫助“傳熱學”課程教學的手段之一，要真正實現(xiàn)培養(yǎng)優(yōu)秀工程人才的目標，“傳熱學”課程的授課教師還需要以教授知識、培養(yǎng)能力和提高素質(zhì)等方面為切入點，充分發(fā)揮學生的積極性與主動性，注重培養(yǎng)學生分析問題和解決問題的能力，積極轉(zhuǎn)變教學思想，努力探索行之有效的教學方法，不斷推進教學改革創(chuàng)新。

[ 注 釋 ]

[1] 何雅玲，陶文銓.對我國熱工基礎(chǔ)課程發(fā)展的一些思考[J].中國大學教學，2007（3）：12-15.

[2] 左遠志，蔣潤花，楊小平.以創(chuàng)新設(shè)計為導向的CDIO工程教育培養(yǎng)模式[J].東莞理工學院學報，2010（3）：118-122.

[3] 蔣建波.大學生評價教師多媒體教學效果研究[D].上海：華東師范大學，2007.

[責任編輯：覃侶冰]