油氣儲運工程專業(yè)《傳熱學(xué)》課程教學(xué)模式改革

陳媛媛 崔艷雨 丁清苗

文章提出了《傳熱學(xué)》課程存在的兩大主要問題：學(xué)生覺得課程本身難學(xué)以及學(xué)生將傳熱學(xué)理論知識與工程實踐問題結(jié)合起來、去分析并解決復(fù)雜工程問題的綜合能力較弱。針對存在的問題，提出“問題式課前預(yù)習(xí)、思維導(dǎo)圖式課后總結(jié)、行業(yè)特色式專題研討”三步走的教學(xué)改革模式。擬通過“問題式課前預(yù)習(xí)”和“思維導(dǎo)圖式課后總結(jié)”兩個模塊，再加上教師課堂講授，保證學(xué)生對理論知識的深入理解和掌握;再結(jié)合“行業(yè)特色式專題研討”，促進理論學(xué)習(xí)和工程實踐的緊密結(jié)合，從而真正解決目前課程存在的主要問題。

研究熱能傳遞、轉(zhuǎn)換與控制的《傳熱學(xué)》，是一門來源于生活、應(yīng)用性極強的課程，在能源動力、航空航天、建筑節(jié)能、交通運輸、生物工程等各個工程領(lǐng)域均有廣泛的應(yīng)用。在本校油氣儲運工程專業(yè)本科教學(xué)計劃中，傳熱學(xué)安排在大三上學(xué)期，在整個專業(yè)課程體系中起到承上啟下的作用，是以后專業(yè)課程學(xué)習(xí)的理論基石。對本專業(yè)畢業(yè)生來說，不論將來是進行輸油管道、油庫等的設(shè)計與管理、燃?xì)廨斶\、油氣集輸處理還是熱能的合理利用、熱工設(shè)備效能的提高及換熱器的設(shè)計開發(fā)等相關(guān)方向的工作或研究，都需要應(yīng)用傳熱學(xué)的相關(guān)理論知識。因此，傳熱學(xué)對于油氣儲運工程專業(yè)來說是非常重要的一門專業(yè)基礎(chǔ)課程。

1 課程建設(shè)現(xiàn)狀

1.1 課程內(nèi)容

《傳熱學(xué)》課程總學(xué)時46學(xué)時，均為理論教學(xué)。導(dǎo)熱、對流換熱、輻射換熱、傳熱過程與換熱器是其四大核心內(nèi)容，其中，導(dǎo)熱、對流換熱和輻射換熱這三部分具有相對的獨立性，而傳熱過程與換熱器則是導(dǎo)熱、對流換熱和輻射換熱的綜合應(yīng)用。

1.2 實踐教學(xué)

實踐教學(xué)是課程新增環(huán)節(jié)。以實現(xiàn)學(xué)生“在學(xué)習(xí)中研究、在研究中學(xué)習(xí)”為目標(biāo)，通過學(xué)生分組、以項目形式協(xié)同合作、發(fā)現(xiàn)問題并解決問題、再將項目的實施過程通過PPT的形式展現(xiàn)出來，充分應(yīng)用了CDIO理念下的構(gòu)思、設(shè)計、實現(xiàn)、運作的思想完成整個實踐環(huán)節(jié)的操作過程，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高了學(xué)生動手能力、獨立思考能力和分析解決實際工程問題的能力，實現(xiàn)了理論聯(lián)系實際。

2 存在的問題

雖然課程組成員不斷努力，對課程進行積極建設(shè)，也取得了一定的效果，但從目前的實踐中發(fā)現(xiàn)，傳熱學(xué)課堂教學(xué)仍存在以下兩方面主要問題：

一是，學(xué)生普遍反映傳熱學(xué)抽象、難懂、難學(xué)。究其原因，首先，課程理論性非常強，包含有大量的偏微分方程推導(dǎo)，用到的數(shù)理基礎(chǔ)知識深而廣，且與其他課程聯(lián)系緊密，這就要求學(xué)生具有較為扎實的高等數(shù)學(xué)、流體力學(xué)和工程熱力學(xué)基礎(chǔ)。其次，課程體系復(fù)雜而龐大，不同的換熱方式存在不同的研究方法，計算公式也不相同。結(jié)果除了分析解以外，還有數(shù)值解及很多經(jīng)驗關(guān)系式。整門課程概念多且易混淆、重點散、理解難，學(xué)習(xí)較為抽象、枯燥乏味，學(xué)習(xí)難度大。

二是，雖然傳熱學(xué)是研究熱量傳遞規(guī)律的一門工程應(yīng)用性科學(xué)，但學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中，對很多傳熱學(xué)知識、概念和公式只是停留在機械記憶上，缺乏對其物理意義的真正理解，將傳熱學(xué)理論知識和工程實踐問題結(jié)合起來、去分析、理解和解決復(fù)雜工程問題的綜合能力仍較弱。這主要是因為，傳熱學(xué)的課堂學(xué)時在不斷減少。這樣，在課時有限的情況下，教師更多關(guān)注的是能否完成課堂上基礎(chǔ)理論教學(xué)任務(wù)，雖然在講授過程中，會穿插一些工程領(lǐng)域以及跟專業(yè)相關(guān)的實際工程問題所涉及的傳熱知識，但受學(xué)時所限，只是簡單列舉，無法深入分析和探討。同時，就本專業(yè)而言，傳熱學(xué)安排在第5學(xué)期，學(xué)生剛進入大三，很多涉及傳熱理論的專業(yè)課還未開始講授，因此，大部分學(xué)生對很多基本的專業(yè)概念、名詞和現(xiàn)象都還處于懵懂和未知的狀態(tài)，即使教師將傳熱學(xué)知識和專業(yè)現(xiàn)象與理論聯(lián)系起來，學(xué)生聽起來也似懂非懂，無法深入理解。學(xué)生以后再學(xué)習(xí)這些專業(yè)課時，其課程教師主要講述的也是專業(yè)的內(nèi)容，一般不會著重強調(diào)傳熱的知識。因此，造成學(xué)生專業(yè)基礎(chǔ)知識和專業(yè)知識的脫節(jié)，較難達到課程預(yù)期的效果。

3 課程改進方法和措施

針對以上存在的兩方面問題，擬從以下三個方面對傳熱學(xué)課程進行改革。

3.1借鑒“翻轉(zhuǎn)課堂”思想，采取問題式“課下預(yù)習(xí)+課上再預(yù)（復(fù)）習(xí)”

通過3年的授課經(jīng)驗發(fā)現(xiàn)，傳熱學(xué)課程雖然概念多、公式多，但有些較為簡單的概念和公式等完全可以由學(xué)生自學(xué)完成，而不必要通過教師課堂上花費較多時間去詳細(xì)講解。因此，在后續(xù)的課堂授課中，擬借鑒“翻轉(zhuǎn)課堂”的思想，課前先將下節(jié)課可能會涉及到的可以通過自學(xué)掌握的一些傳熱學(xué)簡單概念、公式、方法等，以問題的形式，提前布置給學(xué)生，讓學(xué)生課下提前對舊知識進行復(fù)習(xí)，并對新知識進行預(yù)習(xí)和自學(xué)。同時，下節(jié)課開始上課時，還會預(yù)留部分時間對這些問題進行再復(fù)習(xí)和回顧，這樣，對于提前預(yù)習(xí)的學(xué)生而言，相當(dāng)于第二次學(xué)習(xí)，印象會更深。然后教師根據(jù)問題將各個知識點快速串起來，簡單的概念和公式等將花費較少的時間一帶而過，著重講解重難點知識點，而不再像以前，所有知識點都花費時間詳細(xì)講解。對學(xué)生而言，同一個知識點，至少學(xué)習(xí)了兩遍，學(xué)習(xí)效果進一步增強。

3.2弱化“課后作業(yè)”單一練習(xí)方式，增加應(yīng)用“思維導(dǎo)圖”自行總結(jié)，強調(diào)理解性記憶

目前，課程每章課后都布置了難度不一的典型習(xí)題作為學(xué)生課后作業(yè)，旨在讓學(xué)生進一步熟悉知識點的應(yīng)用并加深理解和應(yīng)用。但通過教師批改作業(yè)的情況來看，抄襲情況仍然比較嚴(yán)重，學(xué)生錯誤的原因跟網(wǎng)上標(biāo)準(zhǔn)答案中的錯誤如出一轍。因此，未來，擬打算弱化“課后作業(yè)”單一練習(xí)方式，對課后作業(yè)的考核，重點考察其是否交作業(yè)，而不再過多關(guān)注作業(yè)答案是否正確，目的在于鼓勵學(xué)生開闊思維，不要局限于答案本身。同時，將批改過程中學(xué)生出現(xiàn)的解題方法、錯誤思路等進行整理歸類，不再由教師主動在課上講解，而是讓學(xué)生自己分析討論對錯，這樣教師能更好地了解學(xué)生的學(xué)習(xí)誤區(qū)，幫助學(xué)生知其然的同時也能知其所以然，做到對知識點的深入理解和真正掌握。

弱化“課后作業(yè)”的考核方式后，將增加“思維導(dǎo)圖”總結(jié)模塊。傳熱學(xué)知識點多而雜，如果不及時總結(jié)，則很容易抓不住課程主線，造成思維發(fā)散。未來，擬打算教師在講完各章節(jié)及各模塊內(nèi)容（導(dǎo)熱、對流、輻射）后，要求學(xué)生課下應(yīng)用“思維導(dǎo)圖”的形式對課程內(nèi)容進行分析和總結(jié)，逐步整理出各章節(jié)、各模塊甚至整個課程的知識框圖，以電子版和紙質(zhì)版的形式提交給任課教師，計入平時成績中。讓學(xué)生自己畫知識思維導(dǎo)圖，可以幫助他們在總結(jié)知識點的同時進一步加深理解，提高理解性記憶，避免機械性記憶。

3.3開設(shè)“專題研討”模塊，促進理論知識和工程實踐的緊密結(jié)合

傳熱學(xué)是一門工程應(yīng)用性極強的課程，但目前受課時所限，課上只能蜻蜓點水式的列舉一些工程應(yīng)用的例子，對于剛上大三的學(xué)生來說，很多工程應(yīng)用和實際生活離得較遠(yuǎn)，學(xué)生很難真正理解并做到融會貫通。因此，未來擬打算專門開設(shè)以工程應(yīng)用為主題的“專題研討”模塊，集中、重點講述理論知識是如何在工程實踐具體應(yīng)用的。

1）油儲傳熱學(xué)專題。突出傳熱學(xué)在所學(xué)專業(yè)中的應(yīng)用。介紹蠟沉積、水合物、原油流動特性、停輸再啟動等熱點問題中所涉及的傳熱學(xué)問題及最新研究成果。由于學(xué)生剛上大三，很多專業(yè)課還未學(xué)習(xí)，通過該專題，一方面幫助學(xué)生真正打開認(rèn)知專業(yè)的大門，了解專業(yè)領(lǐng)域目前正在進行的主要研究及急需解決的工程問題;另一方面，通過這些專題的介紹，也有助于后續(xù)各種專業(yè)課的學(xué)習(xí)。

2）民航傳熱學(xué)專題。突出傳熱學(xué)在所在學(xué)校中的應(yīng)用。將所學(xué)課程與學(xué)校的行業(yè)特色緊密結(jié)合，進一步提升學(xué)生對學(xué)校的認(rèn)同感。

3）其他工業(yè)領(lǐng)域傳熱學(xué)專題。突出傳熱學(xué)在其他工業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用。例如，微電子、軍事、生物醫(yī)學(xué)、新能源等領(lǐng)域涉及的傳熱學(xué)問題。這部分專題的研討主要是為了適應(yīng)更寬廣的就業(yè)面的需要。

4）日常生活傳熱學(xué)專題。突出傳熱學(xué)在日常生活中的應(yīng)用。選取生活中常見的一些現(xiàn)象，引導(dǎo)學(xué)生從專業(yè)的角度，用所學(xué)的傳熱學(xué)知識進行解釋和分析。

以上四個專題中，1）和2）是重點，3）和4）主要是為了調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和拓寬知識面。從人才培養(yǎng)的長遠(yuǎn)角度看，這樣的教學(xué)方法可以拓展學(xué)生的視野，提高學(xué)生的創(chuàng)新意識。同時，該教學(xué)方法對教師也是一個巨大的挑戰(zhàn)，需要教師時刻關(guān)注各行業(yè)發(fā)展動態(tài)，時刻走在專業(yè)和行業(yè)的前沿，對教師是一個很大的促進和提高，不斷更新教學(xué)內(nèi)容，以教促學(xué)。

綜上，通過以上的“問題式課前預(yù)習(xí)”和“思維導(dǎo)圖式課后總結(jié)”兩個模塊，再加上課中教師課堂詳細(xì)講授，可保證學(xué)生對傳熱學(xué)重點理論知識的理解和掌握，為后續(xù)實際應(yīng)用環(huán)節(jié)做好鋪墊。最后結(jié)合以工程應(yīng)用為主題的“行業(yè)特色式專題研討”模塊，可讓學(xué)生真正理解理論知識是如何在實際工程中應(yīng)用的，從而促進理論學(xué)習(xí)和工程實踐的緊密結(jié)合，最終真正解決目前課程存在的兩大主要問題。

（作者單位：中國民航大學(xué)機場學(xué)院）