傳熱學(xué)課程教學(xué)改革的探索

徐青 凌長(zhǎng)明

[摘 要]傳熱學(xué)是能源動(dòng)力類專業(yè)的一門(mén)重要專業(yè)基礎(chǔ)課程，對(duì)學(xué)生專業(yè)課程的學(xué)習(xí)和應(yīng)用能力的提高有著重要影響。針對(duì)傳熱學(xué)的課程特點(diǎn)和內(nèi)容分布特色，以具體案例的形式探索了不同教學(xué)方法和不同考核方式在傳熱學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用，以達(dá)到激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力，提高課堂教學(xué)質(zhì)量的目的。

[關(guān)鍵詞]傳熱學(xué)；教學(xué)方法；課堂教學(xué)；教學(xué)改革

[中圖分類號(hào)] G642.0 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 2095-3437（2018）10-0059-03

傳熱學(xué)是研究熱量傳遞及其規(guī)律的一門(mén)學(xué)科，是工程熱物理的重要分支，它與工程熱力學(xué)和流體力學(xué)并稱能源動(dòng)力類專業(yè)的三大支柱。作為一門(mén)應(yīng)用學(xué)科，其在熱能動(dòng)力、石油化工、航空航天、生物醫(yī)學(xué)和建筑節(jié)能等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。

傳熱學(xué)的教學(xué)不僅要為學(xué)生學(xué)習(xí)專業(yè)課提供基礎(chǔ)理論知識(shí)，還要培養(yǎng)學(xué)生分析、解決問(wèn)題的能力。但是傳熱學(xué)課程內(nèi)容多并且不夠連貫，還存在大量經(jīng)驗(yàn)參數(shù)和公式，同時(shí)該課程需要較深、較廣的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)要求較高?，F(xiàn)有的教學(xué)方法往往偏向于介紹原理、推導(dǎo)公式，再用公式解題。這種教學(xué)模式忽視了學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，不利于鍛煉學(xué)生應(yīng)用傳熱學(xué)知識(shí)解決實(shí)際工程問(wèn)題的能力[1]。

本課題組在廣東省教學(xué)改革項(xiàng)目和廣東海洋大學(xué)教改課題“應(yīng)用科研案例教學(xué)法的熱工基礎(chǔ)教學(xué)改革研究”項(xiàng)目的支持下，為達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生的主動(dòng)學(xué)習(xí)能力、工程應(yīng)用能力和創(chuàng)新思維能力的目的，在傳熱學(xué)課程的教學(xué)中采用相關(guān)科研工程案例引入法、 運(yùn)用基本理論解決日常問(wèn)題及分析比較法等對(duì)課程的教學(xué)過(guò)程進(jìn)行了嘗試，同時(shí)對(duì)課程的考試方法進(jìn)行了探索，以期達(dá)到提高傳熱學(xué)課程教學(xué)效果的目的。

一、日常生活問(wèn)題討論教學(xué)

教師的教與學(xué)生的學(xué)是互相促進(jìn)的過(guò)程，培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，是提高學(xué)生學(xué)習(xí)效果的有效途徑。為了強(qiáng)調(diào)學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中的自主學(xué)習(xí)能力，在教學(xué)過(guò)程中應(yīng)以學(xué)生為主體，教師在課堂教學(xué)過(guò)程中以引導(dǎo)式教學(xué)為主。教師在課前收集與本節(jié)課程內(nèi)容有關(guān)的日常實(shí)例，加以組織，讓學(xué)生在課下通過(guò)學(xué)習(xí)小組提前思考和討論，激發(fā)學(xué)生課前預(yù)習(xí)的熱情，同時(shí)調(diào)動(dòng)學(xué)生課堂學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極性。教師在課堂上從該問(wèn)題入手，講解基本理論，給出解決問(wèn)題的方法，加深學(xué)生學(xué)習(xí)的印象。這種通過(guò)問(wèn)題引出基本的理論，再運(yùn)用理論解決實(shí)際問(wèn)題，最后再升華到理論的教學(xué)方式激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性。比如在進(jìn)行熱量傳遞的基本方式介紹之前，我們提出的問(wèn)題是：暖水瓶保溫的原因是什么？這種日常生活中很明顯的問(wèn)題，學(xué)生都懂得一些，但上升到理論就很難說(shuō)得全面。另外，我們?cè)O(shè)置了小型實(shí)驗(yàn)?zāi)M講解，比如將蠟燭加熱盛水的紙杯，問(wèn)學(xué)生水是否能被燒開(kāi)？紙杯有沒(méi)有可能燃燒？通過(guò)這些日常問(wèn)題，激發(fā)學(xué)生的興趣，引發(fā)大家的討論和思考，這樣的課堂教學(xué)效果明顯得到提高。

本課程的教學(xué)內(nèi)容較多，概念、原理和公式也多，對(duì)于教學(xué)過(guò)程中不適合用日常生活實(shí)例引出的知識(shí)點(diǎn)和理論可以在教學(xué)過(guò)程中引入別的方式，以達(dá)到好的教學(xué)效果。在教學(xué)過(guò)程中引入的問(wèn)題，首先要與教學(xué)內(nèi)容相符合，此外還要依托理論對(duì)實(shí)際問(wèn)題進(jìn)行提煉，將基礎(chǔ)知識(shí)和處理過(guò)程與方法結(jié)合在一起。有時(shí)候日常生活中看似比較普通的問(wèn)題也可能包含著相當(dāng)多的理論知識(shí)，為達(dá)到好的教學(xué)效果，我們需要在教學(xué)過(guò)程中適當(dāng)引入。例如，在相變對(duì)流傳熱過(guò)程中我們可以提出：用多層蒸籠蒸饅頭，層與層之間用鋼絲網(wǎng)隔開(kāi)，在有頂蓋和無(wú)頂蓋的情況下哪層饅頭最先熟[2]？這是一個(gè)日常生活中常見(jiàn)的案例，也是一個(gè)生活常識(shí)。學(xué)生在課前積極思考，在課堂教學(xué)中提出對(duì)流換熱機(jī)理的理論分析。通過(guò)理論學(xué)習(xí)分析強(qiáng)制對(duì)流與自然對(duì)流、有相變與無(wú)相變對(duì)流換熱的強(qiáng)弱問(wèn)題。課前學(xué)生可能知道饅頭有蓋時(shí)上層、無(wú)蓋時(shí)下層會(huì)先熟，但無(wú)法運(yùn)用理論解釋。經(jīng)過(guò)理論學(xué)習(xí)和案例討論后，學(xué)生明確了從機(jī)理上強(qiáng)化換熱的原則。課堂教學(xué)知識(shí)點(diǎn)與實(shí)際問(wèn)題相結(jié)合，加深了學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的理解和掌握。

二、科研案例教學(xué)

科研案例教學(xué)法是在案例教學(xué)法的基礎(chǔ)上，通過(guò)分析課程的特點(diǎn)和課程的教學(xué)現(xiàn)狀，在教學(xué)內(nèi)容上嘗試選用專業(yè)任課教師、課題組以及其他一些可以借鑒的已完成的科研項(xiàng)目，將這些科研項(xiàng)目應(yīng)用到該課程的基礎(chǔ)知識(shí)中，通過(guò)將這些年的科研項(xiàng)目設(shè)計(jì)、組織并呈現(xiàn)于課堂[3]。我校能源與動(dòng)力工程專業(yè)教師每年都承擔(dān)或參與很多科研項(xiàng)目，其中大多是國(guó)家級(jí)和省級(jí)科研項(xiàng)目，具有較高的科研水平和參考價(jià)值，這些科研項(xiàng)目在實(shí)施的過(guò)程中不可避免地需要應(yīng)用到專業(yè)知識(shí)。教師收集教研室歷年來(lái)承接或參與的這些科研項(xiàng)目，以及文獻(xiàn)資料中可用于工科生傳熱學(xué)課程教學(xué)的科研案例，根據(jù)教學(xué)內(nèi)容和學(xué)生的興趣特點(diǎn)，對(duì)這些科研案例進(jìn)行精心的概括、組織，以此作為教學(xué)案例呈現(xiàn)給學(xué)生。比如在講解肋片的穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱時(shí)，利用課題組所承擔(dān)的航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪葉片尾緣擾流柱的流動(dòng)和換熱問(wèn)題研究的科研項(xiàng)目，分析肋片導(dǎo)熱的機(jī)理和效率等。授課章節(jié)需選擇代表本章重點(diǎn)的科研案例，并針對(duì)專業(yè)特點(diǎn)做重點(diǎn)選擇，讓學(xué)生在具體的科研案例中牢固掌握該課程的理論知識(shí)，加深對(duì)知識(shí)的理解。通過(guò)對(duì)這些案例的掌握到理論知識(shí)的應(yīng)用來(lái)激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，形成理論與實(shí)際相結(jié)合的教學(xué)方法。

教學(xué)案例引入的手段可以是文字描述，也可以是多媒體或者圖表等。教師將案例呈現(xiàn)后，根據(jù)教學(xué)目標(biāo)，在教學(xué)過(guò)程中來(lái)循序漸進(jìn)地啟發(fā)學(xué)生，不斷引導(dǎo)學(xué)生積極地進(jìn)行思考；課堂形式也可以靈活多變，比如讓學(xué)生組成多個(gè)小組，每個(gè)小組合作分析和討論案例中的各種問(wèn)題，探索解決問(wèn)題的方法，通過(guò)這樣的方式培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用理論知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力。

在案例教學(xué)環(huán)節(jié)同時(shí)引入學(xué)生參加節(jié)能減排大賽和大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的內(nèi)容，利用學(xué)生自己的方案來(lái)分析如何結(jié)合理論知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力[4]。這樣的方式使學(xué)生覺(jué)得自己能更好地參與到學(xué)習(xí)之中，這既加強(qiáng)了學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解，又增強(qiáng)了學(xué)生參與科研的熱情，很多學(xué)生由此愛(ài)上科研，從而考取研究生，為就業(yè)擴(kuò)寬了渠道。

三、工程案例教學(xué)

傳熱學(xué)課程是能源與動(dòng)力工程專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，課程主要是為后續(xù)專業(yè)課的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。課程本身雖然是專業(yè)基礎(chǔ)課，但也具有很多實(shí)踐問(wèn)題。我校能源與動(dòng)力工程專業(yè)部分教師長(zhǎng)期從事冷庫(kù)設(shè)計(jì)、中央空調(diào)設(shè)計(jì)安裝和換熱器改造等工程項(xiàng)目，將這些工程實(shí)際項(xiàng)目歸納整理，然后與課程知識(shí)對(duì)接，可以使學(xué)生更好地體會(huì)到如何將理論知識(shí)應(yīng)用于實(shí)際工程，這擴(kuò)寬了學(xué)生的視野，消除了學(xué)生認(rèn)為學(xué)習(xí)理論知識(shí)無(wú)用和不知如何用的想法，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，強(qiáng)化了學(xué)生的工程觀念[5]。

另外，能源與動(dòng)力工程專業(yè)與學(xué)校周邊的部分企業(yè)有緊密合作關(guān)系，可聘請(qǐng)企業(yè)的工程師來(lái)結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際進(jìn)行學(xué)術(shù)交流。比如在專業(yè)認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)環(huán)節(jié)、課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)和畢業(yè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)等，聘請(qǐng)企業(yè)高工共同指導(dǎo)學(xué)生，將企業(yè)的生產(chǎn)實(shí)際帶入教學(xué)過(guò)程之中。通過(guò)這種教學(xué)空間的拓展和延伸以及生產(chǎn)一線的工程實(shí)踐，可以增強(qiáng)學(xué)生的自主創(chuàng)新能力，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，豐富學(xué)生的專業(yè)前沿知識(shí)，更好地實(shí)現(xiàn)學(xué)校與企業(yè)的對(duì)接，加強(qiáng)校企合作；同時(shí)，學(xué)生也能夠在畢業(yè)工作時(shí)加快向工程師的轉(zhuǎn)變。

四、比較分析法教學(xué)

比較分析法教學(xué)是教師常用的教學(xué)方法。比較分析法在鞏固容易混淆的概念，推進(jìn)其不同應(yīng)用時(shí)具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)[6]。教學(xué)效果的好壞不僅僅要看教師的授課內(nèi)容是否涵蓋教學(xué)大綱，也不單是看教師在教學(xué)過(guò)程中的態(tài)度是否認(rèn)真，還要看學(xué)生在整個(gè)課程的教學(xué)中的學(xué)習(xí)效果，其對(duì)知識(shí)的掌握和理解是否達(dá)到要求。教師把相關(guān)聯(lián)的知識(shí)點(diǎn)歸納總結(jié)，然后進(jìn)行比較分析，通過(guò)比較讓學(xué)生加深印象，加強(qiáng)理解，這達(dá)到了較好的學(xué)習(xí)效果。在對(duì)流換熱章節(jié)，我們可以把自然對(duì)流與無(wú)相變強(qiáng)制對(duì)流進(jìn)行比較，對(duì)流動(dòng)的起因、狀態(tài)、換熱過(guò)程中的溫度場(chǎng)和速度場(chǎng)的特性等進(jìn)行比較，從而讓學(xué)生加深對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解，達(dá)到提高教學(xué)效果的目的。另外，可以對(duì)照分析相關(guān)的工程案例，將理論學(xué)習(xí)與實(shí)際運(yùn)用聯(lián)系起來(lái)。

五、改進(jìn)考核方式

考試是檢驗(yàn)學(xué)生學(xué)習(xí)效果的最好辦法之一，并且考試成績(jī)也對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)具有檢查和激勵(lì)作用。將考試融入學(xué)習(xí)的過(guò)程之中，可以加強(qiáng)學(xué)生在考試和學(xué)習(xí)過(guò)程中的主體地位，使考試成績(jī)能更公正地反映出學(xué)生的知識(shí)水平和學(xué)習(xí)能力。為培養(yǎng)學(xué)生的積極性和主動(dòng)性，課程授課結(jié)束時(shí)教學(xué)團(tuán)隊(duì)的教師就給出題型，比如名詞解釋、判斷、簡(jiǎn)答題和計(jì)算題等，讓學(xué)生自己根據(jù)這些題型自行出題，每人可出30道題，能源與動(dòng)力工程專業(yè)有6個(gè)班級(jí)180個(gè)人，這相當(dāng)于一個(gè)試題庫(kù)。

這種針對(duì)自己出題的考試方法讓學(xué)生感覺(jué)很新鮮，學(xué)生很愿意嘗試。在實(shí)際操作過(guò)程中學(xué)生發(fā)現(xiàn)要想出好試題，首先必須要掌握好每章的基礎(chǔ)知識(shí)，然后再歸納總結(jié)，出題的過(guò)程是一個(gè)很好的自我復(fù)習(xí)的過(guò)程。同時(shí)每個(gè)學(xué)生所認(rèn)為的每章的重點(diǎn)難點(diǎn)不一定相同，這樣學(xué)生就會(huì)仔細(xì)閱讀課本，并找出書(shū)中自己認(rèn)為比較重點(diǎn)的內(nèi)容進(jìn)行出題。大量的這種題目匯總在一起，涵蓋了整本教材的重點(diǎn)難點(diǎn)，并且這些是學(xué)生自己認(rèn)為難以理解和不好掌握的知識(shí)點(diǎn)，這更能起到讓學(xué)生鞏固、理解和加深印象的作用。學(xué)生在出題過(guò)程中還會(huì)思考哪里是容易出錯(cuò)的，哪里是大家都會(huì)的。在這樣的模式下，大家對(duì)課程知識(shí)點(diǎn)的思考將得到進(jìn)一步提升。出題形式的靈活多樣，也讓學(xué)生復(fù)習(xí)的時(shí)候需要做到面面俱到，很多教師可能沒(méi)想到的問(wèn)題學(xué)生都有可能在試題中體現(xiàn)出來(lái)。這樣靈活的方式要求學(xué)生在復(fù)習(xí)的時(shí)候需要對(duì)整本書(shū)的知識(shí)點(diǎn)加以理解和掌握，這樣才能達(dá)到學(xué)習(xí)的目的。

另外，學(xué)生所出的題目也可能存在錯(cuò)誤，或者由于每個(gè)人學(xué)習(xí)能力的不同，試題的質(zhì)量也不一樣；有的很簡(jiǎn)單，這時(shí)候需要任課教師付出大量的工作來(lái)把好質(zhì)量關(guān)，對(duì)試題進(jìn)行篩選。通過(guò)查看學(xué)生所出的試題，教師可以了解大家哪些教學(xué)內(nèi)容理解得較好，哪些教學(xué)內(nèi)容理解得不夠好，這樣可以在將來(lái)的教學(xué)中加強(qiáng)對(duì)這部分內(nèi)容的講解。通過(guò)學(xué)生自己出題，任課教師還可以了解學(xué)生的學(xué)習(xí)差異，學(xué)習(xí)好的學(xué)生所出的題目都比較綜合，具有一定的難度，對(duì)課本理解得較好，再加上學(xué)生之間更能夠清楚哪些知識(shí)點(diǎn)不容易掌握，所以題目的難度、綜合性和創(chuàng)新性比較好。學(xué)習(xí)成績(jī)普通的學(xué)生，由于對(duì)知識(shí)的理解不夠深入，所出的題目很多都是簡(jiǎn)單明了的。任課教師根據(jù)學(xué)生所出題目的難易程度可以區(qū)分出哪些學(xué)生課堂和課后認(rèn)真學(xué)習(xí)，這可以作為給出平時(shí)成績(jī)的依據(jù)之一。

另外，還可以把歷年來(lái)學(xué)生相對(duì)容易錯(cuò)的試題和知識(shí)涵蓋面廣的試題收集整理，放進(jìn)試題庫(kù)，不斷完善試題庫(kù)的內(nèi)容。學(xué)生要想考出好的成績(jī)，就需要掌握試題庫(kù)的內(nèi)容，這就要求大家同時(shí)要理解、掌握其他同學(xué)所出的試題，這樣能提高學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性和積極性。讓學(xué)生自己出題自己考自己這種考核方式的轉(zhuǎn)變，可讓學(xué)生加強(qiáng)學(xué)習(xí)，更好地掌握知識(shí)；教師也可通過(guò)分析學(xué)生的試題，對(duì)教學(xué)過(guò)程進(jìn)行思考，針對(duì)試題庫(kù)中所反映的問(wèn)題進(jìn)行教學(xué)的整改和完善。

六、組織學(xué)生參與各類競(jìng)賽活動(dòng)

結(jié)合大學(xué)生節(jié)能減排大賽、制冷大賽和挑戰(zhàn)杯競(jìng)賽等各類活動(dòng)，組織學(xué)生自由組成團(tuán)隊(duì)參與各類競(jìng)賽活動(dòng)，運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題。在各類競(jìng)賽活動(dòng)中，教師參與輔導(dǎo)學(xué)生，實(shí)驗(yàn)室教師指導(dǎo)學(xué)生自己加工安裝實(shí)驗(yàn)部件，同時(shí)規(guī)范操作，按工程實(shí)際指導(dǎo)學(xué)生實(shí)操技能，提高學(xué)生的思考能力和動(dòng)手能力。

通過(guò)參與各類競(jìng)賽活動(dòng)，學(xué)生有了自主學(xué)習(xí)的動(dòng)力，能自主查閱文獻(xiàn)，加深了對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的理解，理解了基礎(chǔ)知識(shí)在實(shí)際的應(yīng)用。同時(shí)，這還激發(fā)了學(xué)生的科研興趣，學(xué)生的考研率也大幅增加，學(xué)生在全國(guó)大學(xué)生節(jié)能減排大賽等各類競(jìng)賽中獲得各類獎(jiǎng)項(xiàng)多項(xiàng)。

七、結(jié)語(yǔ)

傳熱學(xué)課程教學(xué)的教學(xué)理念應(yīng)當(dāng)是理論結(jié)合實(shí)踐，同時(shí)注重思維創(chuàng)新，并且鼓勵(lì)科學(xué)探索。根據(jù)教學(xué)中的重點(diǎn)和難點(diǎn)應(yīng)用不同的教學(xué)方法和教學(xué)方式，將理論教學(xué)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)和工程實(shí)踐緊密結(jié)合起來(lái)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使傳熱學(xué)的教與學(xué)都變得富有吸引力，這樣能夠更好地培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)技能和創(chuàng)新能力，提升學(xué)生的綜合素質(zhì)，達(dá)到提高教學(xué)質(zhì)量的目的。

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[責(zé)任編輯：陳 明]