傳熱學(xué)課程教學(xué)改革與實踐

摘 要

傳熱學(xué)課程是金屬材料、材料加工與控制、材料化學(xué)專業(yè)必修的專業(yè)基礎(chǔ)課。在課程建設(shè)過程中針對教學(xué)內(nèi)容龐大、教學(xué)方法單一等問題進行了一些改革，按照專業(yè)進行分級教學(xué)，將科研成果引入課堂教學(xué)中，通過案例講解、主題研討相結(jié)合的方式，實現(xiàn)了零基礎(chǔ)、多層次教學(xué)，提高了學(xué)生提出問題、分析問題、解決問題的能力，教學(xué)效果良好。

關(guān)鍵詞

冶金傳輸原理和冶金反應(yīng)工程學(xué);博士研究生教學(xué);教學(xué)改革

中圖分類號： O35-4;TK124-4;G642 ? ? ? ? 文獻標識碼： A

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2020.05.019

傳熱學(xué)是一門研究熱量傳遞規(guī)律的科學(xué)，它所涉及的領(lǐng)域非常廣泛。特別是在材料冶金、能源動力、建筑節(jié)能、航空航天、機械制造、交通運輸、化工制藥、生物工程等領(lǐng)域更是蘊藏著大量的傳熱問題，并且形成了如相變與多相流傳熱、微尺度傳熱、生物傳熱、超常傳熱等傳熱學(xué)的多個學(xué)科分支[1-4]。我校于2011年將傳熱學(xué)課程設(shè)為金屬材料、材料加工與控制、材料化學(xué)專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，在教學(xué)過程中，如何合理地安排教學(xué)環(huán)節(jié)、組織教學(xué)內(nèi)容，一直以來是一個需要深入研究和探討的問題。

1 傳熱學(xué)課程教學(xué)過程中存在的問題

1.1 膨脹的教學(xué)內(nèi)容與縮減的教學(xué)學(xué)時之間的矛盾

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展及工業(yè)生產(chǎn)的不斷進步，有關(guān)傳熱學(xué)的基礎(chǔ)理論不斷完善，傳熱學(xué)的應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴展，這直接導(dǎo)致傳熱學(xué)的教學(xué)內(nèi)容日益增多，所使用的教材也越來越厚，以各高校傳熱學(xué)課程普遍采用的楊世銘先生主編的《傳熱學(xué)》為例，該教材第四版印刷591頁[1]，而我校授課學(xué)時數(shù)僅為40學(xué)時。膨脹的教學(xué)內(nèi)容與縮減的教學(xué)學(xué)時之間的矛盾日益加劇。我們更多關(guān)注的是能否完成教學(xué)任務(wù)，而對學(xué)生分析問題和解決問題能力的培養(yǎng)不夠。但是，我校在金屬材料、材料加工與控制、材料化學(xué)專業(yè)開設(shè)傳熱學(xué)課程，其課程教學(xué)目標是使學(xué)生深入理解傳熱現(xiàn)象的機理，借助數(shù)值計算方法和計算機，能夠應(yīng)用傳熱理論對材料制備過程進行模擬與優(yōu)化研究，重在培養(yǎng)學(xué)生運用基本理論和基本方法去分析、解決工程實際問題的能力。因此，尋求適用于金屬材料、材料加工與控制及材料化學(xué)專業(yè)的教學(xué)內(nèi)容是傳熱學(xué)課程教學(xué)內(nèi)容改革的重點。

1.2 教學(xué)方法和方式單一

傳熱學(xué)是以微分方程、熱學(xué)、流體力學(xué)、量子力學(xué)為基礎(chǔ)發(fā)展起來的，其自身學(xué)科的發(fā)展特征導(dǎo)致傳熱學(xué)具有內(nèi)容多且不系統(tǒng)缺乏連貫性，圖表和微分方程、經(jīng)驗公式半經(jīng)驗公式多等特點。學(xué)生在學(xué)習(xí)傳熱學(xué)的過程中普遍感覺缺乏興趣，公式繁縟不好理解，這增加了教學(xué)難度。目前，課程主要以老師講授為主，學(xué)生討論、動手較少，教學(xué)方式單一。因此需要加強理論教學(xué)與科研實踐的緊密結(jié)合，引入案例教學(xué)，讓學(xué)生更多的參與教學(xué)，同時采用多種教學(xué)方法，盡最大可能提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣[5]。

2 傳熱學(xué)課程教學(xué)內(nèi)容改革

傳熱學(xué)課程是尋求材料設(shè)計、制備、熱處理等過程中各主要參變量之間的相互關(guān)系，找出其數(shù)學(xué)表達式（數(shù)學(xué)模型）;根據(jù)各種假設(shè)和實驗條件，利用計算機解出各參變量之間的定量關(guān)系，借以確定最優(yōu)的反應(yīng)設(shè)備設(shè)計和工藝操作參數(shù)，注重理論與應(yīng)用相結(jié)合。因此，在課程教學(xué)中以傳熱基本原理為主線，將數(shù)值計算和物理模擬引入到課堂教學(xué)，并穿插介紹實驗與典型實例，充分做到原理與應(yīng)用相結(jié)合，同時縮減了與專業(yè)無關(guān)的教學(xué)內(nèi)容。具體如下：

第一部分基礎(chǔ)理論知識，在課程講授之初主要介紹傳熱學(xué)的基本概念、基本定義和定律（理），即注重基礎(chǔ)，目的是使學(xué)生通過學(xué)習(xí)了解傳熱學(xué)的有關(guān)概念和基本理論，獲得必要的有關(guān)熱量傳遞的基本知識和基本技能，掌握傳熱計算的基本方法。在該部分講解過程中，補充相關(guān)數(shù)學(xué)物理基礎(chǔ)知識，如常微分、方向?qū)?shù)、微積分等，從而使課程難度有所降低，減少了學(xué)生學(xué)習(xí)的畏難情緒。

第二部分實際應(yīng)用，在此基礎(chǔ)上，分析材料制備領(lǐng)域的典型傳熱問題，培養(yǎng)學(xué)生獨立利用傳熱學(xué)的基本理論分析和解決實際工程問題的能力，并將課程組多年來在傳熱學(xué)領(lǐng)域取得的科研成果引入到課堂教學(xué)中，拓寬視野，以科研促教學(xué)，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。

3 傳熱學(xué)課程教學(xué)方法建設(shè)

3.1 注重現(xiàn)代教學(xué)手段與傳統(tǒng)教學(xué)方法的結(jié)合，靈活運用多種教學(xué)方法

針對本課程公式推導(dǎo)多，內(nèi)容較難理解等特點，教師多采用板書啟發(fā)式地講授，盡量用生動形象、通俗易懂的語言講解，如利用熱電比擬法、量級分析法、量綱分析法把傳熱學(xué)比較枯燥的理論與學(xué)生的已有知識和感興趣的實踐聯(lián)系起來;同時借助于多媒體的表現(xiàn)形式，抽象內(nèi)容用動態(tài)的圖象和動畫演示，以視頻和圖象背景資料支持并配音來闡述一些重要理論和概念。

3.2 引入案例教學(xué)，以科研促教學(xué)

在課堂教學(xué)中，將課程團隊多年來在傳熱學(xué)領(lǐng)域取得的科研成果引入到課堂教學(xué)中，注重師生交流，鼓勵學(xué)生提問和置疑，使課堂教學(xué)有聲有色，充滿樂趣和吸引力[6]。

3.3 增設(shè)專題討論，布置課程論文

針對教學(xué)過程中學(xué)生普遍存在的問題以及課程相關(guān)領(lǐng)域科研問題，增設(shè)專題討論。討論課事先布置討論題，同學(xué)預(yù)先收集資料，準備發(fā)言內(nèi)容，由同學(xué)做主題發(fā)言，然后在討論中自由發(fā)言，各抒已見，在討論中啟發(fā)思維，爭辯中取得共識，最后老師進行總結(jié)。通過討論、學(xué)生講解、老師分析總結(jié)等方式，豐富教學(xué)方式，增加學(xué)生學(xué)習(xí)的自覺性。同時，布置課程論文，學(xué)生在課堂上領(lǐng)會理論知識后，通過計算機編程處理簡單的實際問題，在實踐中進行消化掌握，加深對理論知識的理解和增強學(xué)生動手能力。

4 結(jié)語

對金屬材料、材料加工與控制、材料化學(xué)專業(yè)本科生開設(shè)的傳熱學(xué)課程教學(xué)內(nèi)容進行整合更新完善，在課程教學(xué)中以傳熱基本原理為主線，將實驗與典型實例穿插介紹，充分做到原理、實驗與應(yīng)用相結(jié)合，同時根據(jù)學(xué)科發(fā)展，不斷更新教學(xué)內(nèi)容，將課程組多年來在傳熱領(lǐng)域取得的科研成果引入到課堂教學(xué)中，補充部分數(shù)學(xué)物理知識，降低課程教學(xué)難度。豐富課堂教學(xué)手段，增加專題討論環(huán)節(jié)和科研案例教學(xué)，提高了學(xué)生提出問題、分析問題、解決問題的能力，教學(xué)效果良好。

參考文獻

[1]楊世銘，陶文銓.傳熱學(xué)[M].第四版.北京：高等教育出版社，2006.

[2]劉雅琳，崔海航，郭亞軍.傳熱學(xué)課程建設(shè)方案[J].中國冶金教育，2018，6： 32-35

[3]阮芳，龍激波，王平，等.傳熱學(xué)課程教學(xué)方法的研究與實踐[J].高等建筑教育，2015，24（6）：93-96.

[4]徐健，溫良英，張生富，等.材料與冶金專業(yè)傳熱學(xué)課程課堂教學(xué)[J].中國冶金教育，2017（5）：30-31.

[5]金永麗，李保衛(wèi)，趙增武，等.冶金傳輸原理課程的教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)方法改革[J].中國冶金教育，2009，5：36-37，43.

[6]王學(xué)仁，艾春安，寧超.高等院校“傳熱學(xué)”案例式教學(xué)法探討[J].中國電力教育，2010（12）：74-76.