化工原理傳熱單元解題推理型微課的設計與制作

郭 芳 陳慕華 許俊強

(1.重慶理工大學化學化工學院 重慶 400050；2.南京林業(yè)大學化學工程學院 江蘇南京 210037）

一、化工原理“傳熱單元”微課建設的意義

化工原理是化工類及相近專業(yè)的一門主干課，是基礎課與專業(yè)課的橋梁。主要研究各種“化工單元操作”(流體流動、傳熱、蒸發(fā)、蒸餾、吸收、干燥、結晶、萃取等)的基本原理、典型設備構造及操作特性、過程和設備的設計與計算、設備的選擇與改造等。教學特點是強調(diào)工程觀點，重視理論和實際相結合，培養(yǎng)和提高學生認識問題、分析問題及解決問題的能力[1]?；どa(chǎn)中的很多過程和單元操作，都需要進行加熱和冷卻。蒸發(fā)、蒸餾、干燥等單元操作中，也同樣需要向相關設備輸入或輸出熱。傳熱過程普遍地存在于化工生產(chǎn)中，且具有極其重要的作用，因此，在化工原理課程理論及實踐教學中是非常重要的章節(jié)[2]。

在理論教學中，對于傳熱單元，學生需要掌握的知識目標主要有以下三點：(1) 掌握傳熱過程的基本概念及原理；(2)掌握傳熱過程中熱量衡算、總傳熱速率方程的計算及應用；(3)掌握間壁式換熱的過程及特點和典型的管殼式換熱器的結構特征。面對有限的學時，大容量的課程內(nèi)容，微課以其“短、小、精、趣”的特征，遠程網(wǎng)絡學習的形式，打破了傳統(tǒng)教學模式在空間和時間上對“教”與“學”的限制[3]。借助現(xiàn)代信息技術和互聯(lián)網(wǎng)的便利，以微視頻為載體，將傳熱的基本原理及概念結合形象具體的生活生產(chǎn)的實例，將傳熱設備結構特征以生動靈活的動畫模擬，將傳熱的應用及計算進行啟發(fā)推理演示。學生的興趣性、關注度和理解力都會增強，從而達到積極、自主、自助的學習，體現(xiàn)以“學”為主的教學理念。

二、傳熱單元微課的設計思路

微課服務對象主要是學生，而學生對微課的接受程度與教師在微課中的教學設計有些密切關系[4]。筆者根據(jù)教學目標和教學內(nèi)容，傳熱單元的教學要求對于學生是比較統(tǒng)一的，可歸納如下：(1) 培養(yǎng)學生理解和掌握換熱設備特性和基礎知識，并能提升學生解決傳熱過程中的設計型或操作型計算問題的能力；(2) 培養(yǎng)學生熟練掌握求解傳熱量、傳熱面積、平均溫度差、總傳熱系數(shù)及流體管程流通面積的方法；(3) 培養(yǎng)學生舉一反三、準確分析的能力，從而提高解題效率及準確性。(4)為后續(xù)課程設計及實驗的學習環(huán)節(jié)對傳熱單元操作的理解和綜合應用打好基礎。微課的設計需要契合學生要求，圍繞教學要求，以構建多類型微課為思路，將兩者的多樣性和統(tǒng)一性相結合。對于前三種要求，可以在微課中從生活實例或實驗演示視頻出發(fā)引出工程實例，將傳熱原理與設備結構及應用相結合，引導和啟發(fā)學生去思考，加深學生對傳熱過程的概念。對于第四種要求，在突出課程基礎性和應用性的同時，以經(jīng)典例題出發(fā)，不僅將傳熱相關的知識點進行系統(tǒng)化歸納，更傳授各題型的具體解題方法與技巧，使學生形成完整的知識體系鏈，能有效激發(fā)學生學習興趣和參與度。

三、傳熱單元解題推理型微課的制作

（一）構建解題推理型微課的目的

熱量衡算是工科學生的基本功，而傳熱計算解題的關鍵是總傳熱速率方程的應用，這需要結合考慮換熱器的結構特性。換熱器種類繁多，單就常用的管殼式換熱器也結構不一，各有特點，對計算過程造成影響，這就要求學生對換熱設備有充分的認識和把控。這樣才能在掌握傳熱原理的基礎上靈活、熟練地運用該章節(jié)的多個知識點。而從一個典型習題出發(fā)幫助學生復習鞏固所學知識是十分具體形象的，也是非常必要。因此考慮構建解題推理型微課。

（二）解題推理型微課的教學過程設計

這類微課的教學目標是在傳熱章節(jié)主體教學內(nèi)容完成的基礎上，圍繞本章的重點與難點（如總傳熱速率方程中傳熱量Q，總傳熱系數(shù)K，管內(nèi)對流傳熱系數(shù)αi的求解；管殼式換熱器的結構特點與管內(nèi)流體流速u求解及換熱器的傳熱面積S及管程流通面積A的關聯(lián)等），通過一道綜合性強的典型習題對重要知識點進行重點總結概括，對疑惑難理解的問題層層引導啟發(fā)，對易混淆出錯的地方給予分類歸納，集中糾錯。制作時，微課的內(nèi)容及時間分配可做如下安排：

（三）解題推理型微課的錄制手段及優(yōu)點

解題推理型微課可以采用虛擬演播室及軟件合成的方式進行錄制，ppt內(nèi)容與設備動畫切換播放，教師臨場與旁白相結合。授課形式可融合啟發(fā)式、疑問式及糾錯式，ppt的內(nèi)容組織可融合知識點、典型例題、總結。在同步解題與詳實演示的過程中，微課畫面的靈動和形象比抽象的文字和公式更有助于學生的理解和掌握。

四、結束語

在化工原理傳熱單元操作的“教”與“學”的過程中，引入微課向學生多層面展示化工原理教學內(nèi)容的多樣性。在分析教學要求與學生要求的基礎上，構建多類型的微課，增強學生對傳熱單元知識點的興趣性、關注度和理解力。其中解題推理型微課，將傳熱的基礎知識點和設備結構特性通過經(jīng)典例題的講解進行系統(tǒng)化鞏固復習，并進一步傳授相關題型的具體解題方法與技巧，使學生形成完整的知識體系鏈，提高傳熱章節(jié)的教學質(zhì)量。