《高等傳熱學(xué)》教學(xué)改革芻議

姜未汀 任洪波 劉方 翁建華 朱群志

摘要：《高等傳熱學(xué)》是為動力工程及工程熱物理專業(yè)研究生開設(shè)的專業(yè)學(xué)位課程。由于該課程的傳統(tǒng)教學(xué)內(nèi)容是以經(jīng)典的傳熱理論為基礎(chǔ)的，內(nèi)容龐雜，推導(dǎo)繁復(fù)，學(xué)生在學(xué)習(xí)課程知識后，往往無法解決實(shí)際工程傳熱問題。作者結(jié)合改革方案的實(shí)施，提出了調(diào)整教學(xué)內(nèi)容、增加課程思政內(nèi)容、增加實(shí)驗(yàn)儀器介紹等教育教學(xué)方法，并取得了一定的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：高等傳熱學(xué);研究生課程;教學(xué)改革

中圖分類號：G642.0? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ?文章編號：1674-9324（2019）51-0091-02

《高等傳熱學(xué)》是動力工程及工程熱物理等相關(guān)專業(yè)研究生的專業(yè)學(xué)位課程。由于學(xué)好本課程是學(xué)生今后從事相關(guān)科研工作和解決工程應(yīng)用問題的基礎(chǔ)，因此受到廣大師生的高度重視。但是在《高等傳熱學(xué)》教學(xué)過程中，往往會遇到各種困難。鑒于此，筆者對各類教學(xué)困難進(jìn)行了分析，結(jié)合相關(guān)教改項(xiàng)目，提出了自己的教改方案，供廣大相關(guān)專業(yè)的師生參考。

一、存在問題

筆者從事《高等傳熱學(xué)》教學(xué)工作已接近十年，綜合最近幾年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，并與本校及其他兄弟高校的教師、本校研究生等進(jìn)行交流后，總結(jié)出目前教學(xué)工作中的一些問題：

1.教學(xué)內(nèi)容涉及大量的數(shù)學(xué)推導(dǎo)，但是實(shí)用性不強(qiáng)。例如《高等傳熱學(xué)》中，對于導(dǎo)熱問題介紹了分離變量法、拉普拉斯法、近似積分法等方法，不可為不完備，但是當(dāng)學(xué)生遇到實(shí)際問題時，發(fā)現(xiàn)這些方法都只能解決最簡單的幾何形狀下的導(dǎo)熱問題，無法用其解答實(shí)際工程問題，從而產(chǎn)生學(xué)了有什么用的疑惑。

2.目前《高等傳熱學(xué)》教學(xué)過程中，課程思政相關(guān)內(nèi)容依然是空白，以傳授專業(yè)知識為主，對學(xué)生的思想不夠重視，部分教師對其關(guān)注度亦不夠，存在課程思政是本科生教育的事情，研究生不必涉及等誤區(qū)。

3.學(xué)生反映在學(xué)習(xí)《高等傳熱學(xué)》后，依然無法使用學(xué)院已有的相關(guān)實(shí)驗(yàn)設(shè)備，甚至不清楚學(xué)院有什么與傳熱學(xué)相關(guān)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，造成學(xué)與用分離的情況。

二、指導(dǎo)思想

在《高等傳熱學(xué)》教學(xué)改革中，我們認(rèn)為課程不僅要承前，即傳授傳熱學(xué)的經(jīng)典方法與案例，還要繼后，即要充分反映現(xiàn)代傳熱技術(shù)的最新發(fā)展，要能解決實(shí)際工程技術(shù)問題。此外，除了重視學(xué)生實(shí)際能力的培養(yǎng)，還要關(guān)注學(xué)生的思想動態(tài)。因此我們在教學(xué)改革過程中遵循了以下原則：

1.教學(xué)中原有的基本傳熱學(xué)知識與數(shù)學(xué)基礎(chǔ)依然保留，增加新的傳熱學(xué)分析手段的介紹，并通過大作業(yè)等手段加以鞏固。

2.高度重視研究生的課程思政內(nèi)容，充分發(fā)揮課堂教學(xué)在育人中的主渠道作用，著力將思想政治教育貫穿于《高等傳熱學(xué)》教育教學(xué)的全過程。

3.在教學(xué)過程中強(qiáng)化實(shí)用性，增加對學(xué)院已有的各種實(shí)驗(yàn)設(shè)備的介紹。

三、教改內(nèi)容

1.調(diào)整教學(xué)內(nèi)容。在日常教學(xué)內(nèi)容中，我們有意識加快經(jīng)典理論知識的傳授，尤其是與本科傳熱學(xué)相關(guān)的內(nèi)容的傳授，以此來節(jié)省出時間，進(jìn)行新的傳熱學(xué)分析手段的介紹。

例如，在教改前，經(jīng)典的穩(wěn)態(tài)傳熱的主要教學(xué)內(nèi)容為：一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱，主要介紹穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱的概念與基本方程;準(zhǔn)一維問題，主要介紹肋片的導(dǎo)熱問題;二維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱，主要介紹分離變量法、虛擬熱源法以及變物性問題，其中分離變量法為教學(xué)重點(diǎn)。

在上述內(nèi)容中，一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱與準(zhǔn)一維問題在本科傳熱學(xué)中已經(jīng)有一定內(nèi)容的介紹，我們有意縮減其教學(xué)內(nèi)容，將其縮短了1學(xué)時，轉(zhuǎn)而將空出來的時間來介紹如何用CFD軟件Fluent來計算簡單的穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問題。同時保持分離變量法、虛擬熱源法等內(nèi)容的教學(xué)時間不變。

在教改之初，曾經(jīng)擔(dān)心學(xué)生無法迅速接受CFD軟件，更多深入的介紹又會耗費(fèi)過多教學(xué)時間。在實(shí)際過程中，發(fā)現(xiàn)學(xué)生接受并學(xué)會CFD軟件的速度比我們預(yù)計的要快得多。主要原因是：首先，目前的Fluent軟件入門相對容易，相關(guān)教學(xué)資料也非常多;其次，學(xué)生課題組中通常都有學(xué)長已經(jīng)熟練掌握相關(guān)軟件，可以充分發(fā)揮傳幫帶的作用，減輕教師工作量;第三，很多學(xué)生在本科畢業(yè)設(shè)計階段已經(jīng)接觸了Fluent軟件，對此并不陌生。當(dāng)然也有部分學(xué)生確實(shí)無法在短期內(nèi)掌握相關(guān)內(nèi)容，因此也允許學(xué)生采用經(jīng)典的分離變量法進(jìn)行解題。

2.增加課程思政。經(jīng)典的傳熱學(xué)教學(xué)內(nèi)容的知識點(diǎn)主要形成于18世紀(jì)至20世紀(jì)上半葉，正是中國科技水平全面落后于西方的時代，相關(guān)的理論、模型、方法基本都是由歐美科學(xué)家提出的，鮮有關(guān)于中國的內(nèi)容，容易給學(xué)生造成中國在該領(lǐng)域始終落后于人的不良印象，不利于學(xué)生達(dá)到全國高校思想政治工作會議中提出的“正確認(rèn)識中國特色和國際比較，全面客觀認(rèn)識當(dāng)代中國、看待外部世界”的要求。

鑒于此，在教授《高等傳熱學(xué)》的過程中，我們增加了相關(guān)課程思政內(nèi)容，其內(nèi)容分為兩方面。首先是關(guān)于傳熱學(xué)領(lǐng)域的中國杰出科學(xué)家的相關(guān)介紹，例如陶文銓院士與他的強(qiáng)化傳熱研究，過增元院士與他的場協(xié)同理論等。其次是近年來中國在傳熱學(xué)領(lǐng)域的突破，例如在介紹輻射換熱時，介紹中國的高超音速飛行器DF-ZF在重返大氣層時的散熱原理等，通過此類介紹，增強(qiáng)學(xué)生的民族自豪感與自信心，達(dá)到專業(yè)知識與思想政治教育的融合。

3.介紹實(shí)驗(yàn)設(shè)備與原理。近年來我院在科研領(lǐng)域上有了較大發(fā)展，添置了一部分先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，例如熱常數(shù)分析儀、量熱儀、熱重儀等。尤其是瑞典Hot Disk公司生產(chǎn)的熱常數(shù)分析儀，可以測量各種幾何形狀與尺寸的樣品，其測量原理與《高等傳熱學(xué)》的教學(xué)內(nèi)容關(guān)系密切。

通過調(diào)研發(fā)現(xiàn)，出于種種原因，研究生往往不清楚本學(xué)院有哪些先進(jìn)的儀器，更談不上了解其測量原理并進(jìn)行測量。鑒于此，我們在《高等傳熱學(xué)》的教學(xué)過程中，特意增加了科研儀器的原理與使用內(nèi)容，其主要包括：學(xué)院已有的傳熱領(lǐng)域科研儀器的原理、儀器的測量范圍與方法、測量實(shí)驗(yàn)等內(nèi)容。首先通過課堂教學(xué)講授儀器原理與測量范圍，除了介紹已有設(shè)備的知識外，還重點(diǎn)分析市場上同類型儀器的情況，分析采購該儀器的原因，為將來學(xué)生自主采購儀器提供幫助與參考。最后組織學(xué)生參觀儀器，并進(jìn)行樣本的實(shí)測，達(dá)到加深印象的目的。

四、小結(jié)

經(jīng)過最近幾年的實(shí)踐，作者進(jìn)行的教改嘗試取得了一定的成效。主要特點(diǎn)為突出實(shí)用性、思想性，促進(jìn)師生之間的交流與反饋，增加學(xué)生興趣，提高學(xué)生創(chuàng)新能力，增強(qiáng)愛國情懷。

需要指出的是，我們的教學(xué)改革還有很多局限之處，例如目前的教改，對于活潑外向、愿意多與教師交流、多嘗試新事物的學(xué)生而言比較有效。如何發(fā)動全體學(xué)生，尤其是比較內(nèi)向，習(xí)慣課堂學(xué)習(xí)、書面作業(yè)為主的學(xué)生參與其中，依然有待探討，也有待方家指正。

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