案例教學(xué)法在傳熱學(xué)課程中的應(yīng)用與優(yōu)化

[摘 要] 傳熱學(xué)課程具有公式多、理論性強(qiáng)且與工程實(shí)踐密不可分的特點(diǎn)，將案例教學(xué)法巧妙運(yùn)用到傳熱學(xué)的課堂教學(xué)中，通過對教學(xué)案例的合理選擇與優(yōu)化，有效提升課堂教學(xué)效果，搭建理論教學(xué)與實(shí)踐的橋梁，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和分析解決實(shí)際問題的能力。

[關(guān)鍵詞] 案例教學(xué)法;傳熱學(xué);教學(xué)效果

[作者簡介] 吳世鳳（1980—），女，安徽滁州人，碩士，蘇州大學(xué)能源學(xué)院能源與動(dòng)力工程系副主任，講師，主要從事強(qiáng)化傳熱技術(shù)研究。

[中圖分類號] G642? ? [文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A? [文章編號] 1674-9324（2021）06-0149-04?? [收稿日期] 2020-07-23

一、案例教學(xué)法概述

（一）案例教學(xué)法的歷史脈絡(luò)

以案例為教學(xué)載體的教學(xué)方法自古有之，并非橫空出世。國內(nèi)春秋戰(zhàn)國時(shí)期，諸子百家就大量采用民間故事來闡明事理[1]，我們所熟知的各類成語、《戰(zhàn)國策》等以案例為主的經(jīng)典作品、寓言和諺語都是很好的證明。在國外的歷史發(fā)展中，案例教學(xué)則可以追溯到古希臘羅馬時(shí)代，古希臘著名的教育家、哲學(xué)家蘇格拉底，主要采用對話、研討或者啟迪的方法，通過不斷地提出問題去解釋存在的矛盾，最后引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)出普適的結(jié)論[2]。而后他的學(xué)生，將這種一問一答的對話編輯成書，以一個(gè)個(gè)故事為媒介的案例，也成為西方案例教學(xué)的先河[3]。

本文所討論的教學(xué)法，是由哈佛大學(xué)法學(xué)院的前院長克里斯坦森·哥倫布·蘭戴爾于1870年左右提出的，到了1910年左右，幾乎所有法學(xué)院都在使用案例教學(xué)法[4]。到了20世紀(jì)30年代，案例式教學(xué)法已經(jīng)在商業(yè)領(lǐng)域中得到了廣泛的普及，在之后的幾十年里，在其他的專業(yè)領(lǐng)域如公共管理、教育等，也開始把案例教學(xué)法運(yùn)用到它們各自的教學(xué)與培訓(xùn)當(dāng)中[5，6]。

（二）案例教學(xué)法的定義

在教育學(xué)當(dāng)中，人們將案例式教學(xué)定義為——教學(xué)中的案例方法。它是圍繞一定教育目的，把實(shí)際教育過程中真實(shí)的情景加以典型化處理，形成供學(xué)生思考和決斷的案例。它是通過集體研究和相互研討的方式，來提高學(xué)生分析、解決問題能力的一種方法[7]。案例教學(xué)法提供給了學(xué)生一個(gè)天地，在推理、討論、說服與合作中，得出具有說服力的觀點(diǎn)。

（三）案例教學(xué)法的優(yōu)勢

1.對于學(xué)習(xí)過程。案例素材多源自生活現(xiàn)象和工程實(shí)踐，對于較為復(fù)雜的知識點(diǎn)，案例可以幫助學(xué)生將枯燥難懂的理論知識與現(xiàn)實(shí)生活中生動(dòng)形象的實(shí)際問題結(jié)合起來，使理論教育更加有趣、更能被接受和吸收，從而實(shí)現(xiàn)了理論教育與社會(huì)實(shí)踐之間的有機(jī)結(jié)合。

2.對于授課效果。在傳統(tǒng)教學(xué)課堂中，老師“一言堂”、學(xué)生“無話說”的情形普遍存在。而在案例教學(xué)中，師生是雙向互動(dòng)的，教師起的是“引導(dǎo)”而非“主導(dǎo)”作用。教師首先拋出適合教學(xué)內(nèi)容的案例，然后組織和推進(jìn)學(xué)生進(jìn)行自主的討論和學(xué)習(xí)，最后評價(jià)學(xué)生得出的結(jié)論并解釋學(xué)生提出的問題。這樣一來，學(xué)生參與程度明顯提高，授課效果得到了顯著改善。

3.對于學(xué)生自身。通過案例教學(xué)，學(xué)生在掌握所學(xué)知識的同時(shí)，其表達(dá)能力、團(tuán)隊(duì)合作能力、思維能力也得到了提高，增強(qiáng)其面對困難的自信心。此外，案例教學(xué)模式能夠激發(fā)學(xué)生產(chǎn)生新的觀點(diǎn)，增強(qiáng)學(xué)生思維的創(chuàng)造性和獨(dú)立性，同時(shí)培養(yǎng)他們闡述和歸納的技能。

二、基于傳熱學(xué)課程的案例教學(xué)

（一）傳熱學(xué)課程概況

傳熱學(xué)是研究由溫差引起的熱能傳遞規(guī)律的科學(xué)，是能源與動(dòng)力工程專業(yè)的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，是其他專業(yè)課學(xué)習(xí)的理論基礎(chǔ)。傳熱學(xué)課程的內(nèi)容多且雜，各個(gè)知識點(diǎn)相對獨(dú)立又需整合，理論強(qiáng)、難記憶、多枯燥[8]，與后續(xù)即將學(xué)習(xí)的許多專業(yè)課具有密不可分的關(guān)系。因此，在傳熱學(xué)的課堂教學(xué)中需要激發(fā)學(xué)生對專業(yè)學(xué)習(xí)的興趣，為培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)素養(yǎng)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

（二）案例教學(xué)的調(diào)整與優(yōu)化

權(quán)變理論指出，沒有什么一成不變的、普遍適用的最佳工作方式，工作方式要適合于工作性質(zhì)、成員素質(zhì)等[9]。針對有不同教學(xué)目的的不同課程類型，應(yīng)該有不同的案例設(shè)計(jì)重點(diǎn)。相對文科類專業(yè)，如法學(xué)、商科、語言學(xué)等專業(yè)的案例，其目的偏向于鍛煉學(xué)生的組織能力、策劃能力。而傳熱學(xué)課程上案例的使用，更傾向于幫助學(xué)生理解晦澀難懂的概念、紛繁復(fù)雜的公式以及加強(qiáng)其對工程實(shí)踐的認(rèn)知。根據(jù)傳熱學(xué)課程的特點(diǎn)和不同版塊的教學(xué)目標(biāo)，對案例教學(xué)進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整和優(yōu)化。

1.掙脫“舉例”的局限。很多人會(huì)錯(cuò)誤地把案例教學(xué)理解為舉例教學(xué)[ 10 ]。根據(jù)前文的介紹可知，案例教學(xué)有著更豐富的含義，它是一個(gè)師生雙向互動(dòng)的過程，并非僅僅是教師簡單的舉例。要讓學(xué)生作為參與主體，加強(qiáng)對新知識的感性認(rèn)識，在更短的時(shí)間內(nèi)，更牢固地掌握所學(xué)知識，在提高其學(xué)習(xí)興趣的同時(shí)，也培養(yǎng)了學(xué)生運(yùn)用已知信息解決實(shí)際問題的能力。

2.版塊化案例。圍繞傳熱學(xué)的四個(gè)版塊，可以構(gòu)建“導(dǎo)熱”“對流換熱”“輻射換熱”“傳熱過程及換熱器的熱計(jì)算”四個(gè)案例庫[ 11 ]。每個(gè)案例庫根據(jù)對應(yīng)版塊內(nèi)含的知識點(diǎn)搭建，這樣建立起的案例庫清晰且有條理。學(xué)生在課后或者期末復(fù)習(xí)時(shí)，可以根據(jù)案例的版塊分布，回憶起對應(yīng)知識點(diǎn)的內(nèi)容和注意事項(xiàng)。

3.多元化案例。針對傳熱學(xué)理論知識較枯燥的特點(diǎn)，可以適當(dāng)設(shè)置背景類案例[ 12 ]，如科學(xué)家的人物生平，緩解學(xué)習(xí)理論知識時(shí)的沉悶氛圍。針對傳熱學(xué)“理論強(qiáng)、難記憶”的特點(diǎn)，可以采取討論、實(shí)操、講授等模式與案例教學(xué)相結(jié)合的方法。對于傳熱學(xué)數(shù)值計(jì)算部分的難點(diǎn)，可以設(shè)計(jì)偏應(yīng)用類的案例，使學(xué)生在具體計(jì)算中暴露出“紙上談兵”時(shí)容易被忽略的知識點(diǎn)，加強(qiáng)學(xué)生分析解決問題的能力。總之，針對案例不能采用拿來主義，要注意其適用性，即案例與教學(xué)內(nèi)容是否匹配，應(yīng)尋找或設(shè)計(jì)多元化的案例。

4.其他。針對專業(yè)基礎(chǔ)課“啟后”的特殊作用，案例需要盡可能勾連到未來即將學(xué)習(xí)的課程或者實(shí)際工程應(yīng)用、工程設(shè)備，以減少后續(xù)學(xué)習(xí)或就業(yè)時(shí)的陌生感[ 13 ]。

多采用與專業(yè)課有“橋梁”聯(lián)系的案例。比如，在講授平壁導(dǎo)熱問題時(shí)，可以建筑墻體的導(dǎo)熱過程為例，與“建筑節(jié)能”課程相聯(lián)系;在講授對流換熱時(shí)，可以鍋爐的對流管束為例，與“鍋爐原理”及“熱力發(fā)電廠”課程相聯(lián)系;在講授沸騰換熱和凝結(jié)換熱理論時(shí)，可以制冷系統(tǒng)中的制冷工質(zhì)的沸騰吸熱和凝結(jié)放熱為例，與“制冷技術(shù)”課程相聯(lián)系;在講授輻射換熱時(shí)，可以太陽能集熱器、地板輻射供暖等為例，與“太陽能應(yīng)用技術(shù)”和“熱泵技術(shù)”課程相聯(lián)系。

此外，介紹最新的科研成果、創(chuàng)新技術(shù)，并以案例的形式與知識結(jié)合，讓學(xué)生了解理論的應(yīng)用方向和前沿的科技動(dòng)向。

三、傳熱學(xué)課程中案例的選擇與應(yīng)用

（一）教學(xué)案例的選擇原則

案例運(yùn)用的成功與否，關(guān)系到能否激發(fā)學(xué)生對本專業(yè)的學(xué)習(xí)興趣、加深學(xué)生對知識點(diǎn)的掌握、提高學(xué)生的思辨能力及發(fā)散能力、搭建理論教學(xué)與實(shí)踐的橋梁，以及課堂上的授課效果和學(xué)生的參與程度等。案例的選擇有以下幾點(diǎn)原則[ 14-16 ]可供參考：

1.生動(dòng)、形象、有趣。所選案例應(yīng)盡可能有一定的趣味性，這樣才能吸引學(xué)生的興趣，調(diào)動(dòng)學(xué)生的注意力，引導(dǎo)學(xué)生思考并參與討論。

2.難度適宜。選擇案例時(shí)，應(yīng)關(guān)注到教學(xué)對象的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)和能力的差異，確定一個(gè)可以被大部分學(xué)生理解的、適中的難度層次。既不可太過司空見慣，這樣會(huì)降低學(xué)生解決問題的成就感，且無法讓學(xué)生深刻記住;也不可太難于分析，這樣會(huì)使學(xué)生產(chǎn)生畏難情緒，放棄思考。

3.一致貼合。案例教學(xué)本質(zhì)上是為了教學(xué)質(zhì)量服務(wù)的。所選案例要能與教學(xué)內(nèi)容的知識引入、概念分析、計(jì)算過程、要點(diǎn)難點(diǎn)等方面一一對應(yīng)，才能體現(xiàn)其對教學(xué)質(zhì)量的貢獻(xiàn)。如果僅僅因?yàn)樾缕婊蚴菫榱宋⒁饬Χ芰祟}，這是舍本逐末，會(huì)讓學(xué)生對所學(xué)知識點(diǎn)更加困惑，令其知識體系變得混亂。

4.貼近生活與工程。在教學(xué)案例的選擇中，采用與生活或工程實(shí)踐貼近的案例，可以幫助學(xué)生更好地理解、吸收和拓展所講的知識點(diǎn)。貼近生活的案例可以減少知識的陌生感;貼近工程的案例，使學(xué)生了解理論知識的應(yīng)用方向，產(chǎn)生專業(yè)認(rèn)同感和成就感。目的都是增強(qiáng)學(xué)生對傳熱學(xué)更深層次的知識進(jìn)一步探索的欲望。

5.典型性。案例在精不在多。在學(xué)時(shí)受限的情況下，盡量選擇少且精的案例，反映教學(xué)的核心內(nèi)容，做到不浪費(fèi)課堂的每一分鐘。其次，學(xué)生的注意力和記憶力是一定的，過多的案例也會(huì)消耗學(xué)生的精力。

6.時(shí)效性。案例的選擇不是一勞永逸的過程，教師需要及時(shí)地進(jìn)行案例更新，跟上時(shí)代的要求并能夠反映當(dāng)前的實(shí)際，不可一成不變。

7.延展性。延展性是指根據(jù)案例提出的問題是一環(huán)套一環(huán)的，可以由一個(gè)知識點(diǎn)引發(fā)出多個(gè)知識點(diǎn)，并串聯(lián)在一起，這有利于幫助學(xué)生在解決問題的過程中，梳理不同知識的聯(lián)系，構(gòu)建自己的知識體系。

（二）教學(xué)案例的功能化應(yīng)用

根據(jù)教學(xué)案例起到的作用不同，可以分為四種類型：輔助型案例、鞏固型案例、突破型案例和拓展型案例，分別對應(yīng)著教學(xué)內(nèi)容的由淺入深。簡單的教學(xué)內(nèi)容適宜選擇輔助型案例和鞏固型案例;對于教學(xué)內(nèi)容中的重點(diǎn)、難點(diǎn)，宜選擇突破型案例和拓展型案例。

1.輔助型案例。輔助型案例，是對教學(xué)內(nèi)容起輔助效果的案例。通過這類案例引起學(xué)生對課程內(nèi)容的好奇心，激發(fā)其學(xué)習(xí)興趣，或令學(xué)生感到將要學(xué)習(xí)的知識的實(shí)用性，縮短理論知識與工程實(shí)踐的距離。比如，學(xué)習(xí)導(dǎo)熱時(shí)，引入日常生活中烤箱的隔熱手套、杯墊、鍋墊、北方坐在熱炕上取暖等習(xí)以為常的例子，增加學(xué)生的熟悉感，感受到知識的實(shí)用性。

2.鞏固型案例。在教學(xué)過程中鞏固型案例用于鞏固重要知識點(diǎn)，加深學(xué)生對知識點(diǎn)的掌握，提高學(xué)生分析、解決實(shí)際問題的能力。比如，學(xué)習(xí)到圓筒壁導(dǎo)熱規(guī)律時(shí)，可以用“秋衣和風(fēng)衣，哪個(gè)穿在里面更保暖？”的案例來鞏固該知識點(diǎn)的內(nèi)容。利用圓筒壁導(dǎo)熱知識分析計(jì)算后會(huì)發(fā)現(xiàn)，秋衣外穿反而更保暖，這個(gè)結(jié)論與日常生活常識相違背，會(huì)給學(xué)生留下深刻的印象，從而加深對圓筒壁導(dǎo)熱知識的理解和鞏固。此時(shí)需要向?qū)W生指出，只計(jì)算導(dǎo)熱熱流不夠嚴(yán)謹(jǐn)，還應(yīng)該考慮到人體與環(huán)境之間的對流換熱和輻射換熱。在學(xué)習(xí)對流和輻射換熱章節(jié)時(shí)，重新將這個(gè)案例進(jìn)行討論，看看會(huì)不會(huì)得出不同的結(jié)論。

3.突破型案例。教學(xué)過程中應(yīng)用突破型案例使學(xué)生打破慣性思維和既定經(jīng)驗(yàn)，獲得意想不到的結(jié)論，培養(yǎng)學(xué)生的思辨能力和創(chuàng)新思維。比如，學(xué)習(xí)大容器內(nèi)飽和沸騰曲線時(shí)，可針對這樣一個(gè)案例進(jìn)行討論：兩滴完全相同的水滴在大氣壓下分別滴在表面溫度為120℃和400℃的鐵板上，那么滴在哪塊鐵板上的水滴先被燒干？依據(jù)生活常識，同學(xué)們都會(huì)得出溫度越高的鐵板越容易使水滴燒干的結(jié)論，而事實(shí)恰恰相反。根據(jù)大容器飽和沸騰曲線，前者表面發(fā)生的是核態(tài)沸騰，后者發(fā)生膜態(tài)沸騰，雖然核態(tài)沸騰傳熱溫差小，但表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)大，從而使表面熱流大于后者，導(dǎo)致滴在120℃鐵板上的水先被燒干。

4.拓展型案例。拓展型案例是所學(xué)知識的延伸性內(nèi)容，通過將最新知識引入到教學(xué)中，介紹最新的科研成果，和學(xué)生分享書本以外的知識性信息與動(dòng)態(tài)，拓寬學(xué)生的視野、擴(kuò)大學(xué)生的知識面。如隨著微納技術(shù)的發(fā)展，微尺度傳熱學(xué)逐漸興起，其研究的是尺度極限微型化情況下的傳熱學(xué)規(guī)律;目前相變儲(chǔ)能材料的研究進(jìn)展;應(yīng)用于航天技術(shù)領(lǐng)域的隔熱瓦;低溫?zé)醾鞲屑夹g(shù)等等[ 17，18 ]。

四、結(jié)語

目前，案例教學(xué)法已經(jīng)大范圍應(yīng)用在人文社科類專業(yè)，成為課堂教學(xué)方法中相當(dāng)熱門的選擇之一，但在理工科專業(yè)的教學(xué)中應(yīng)用還不是很廣泛。本文將案例教學(xué)法靈活運(yùn)用于傳熱學(xué)課程中，依據(jù)傳熱學(xué)課程特點(diǎn)和教學(xué)目標(biāo)的不同，對案例進(jìn)行合理選擇和優(yōu)化，降低學(xué)習(xí)理論知識的枯燥性，增加課堂教學(xué)的趣味，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，有效解決學(xué)生對定律或公式難理解、易遺忘、不深入等問題，搭建理論知識與工程實(shí)踐之間的橋梁，提高學(xué)生分析解決實(shí)際工程中傳熱問題的能力，更好地培養(yǎng)專業(yè)基礎(chǔ)扎實(shí)的應(yīng)用型工程技術(shù)人才。

參考文獻(xiàn)

[1]吳真.案例教學(xué)法在第二語言教學(xué)中應(yīng)用的文獻(xiàn)綜述[J].商，2015（50）：271.

[2]Burko， Lior M. Using the Case Study Method in Teaching College Physics[J].The Physics Teacher， Vol. （2016） No. 7， p. 413-415.

[3]王青梅，趙革.國內(nèi)外案例教學(xué)法研究綜述[J].寧波大學(xué)學(xué)報(bào)（教育科學(xué)），2009，31（03）：7-11.

[4]Salles J A A， Salles L F， Pinto R F. A Brief Overview of the Teaching Case Method in Brazil[J].Procedia-Social and Behavioral Sciences， Vol. 174（2015）， p. 3641-3644.

[5]Beckisheva T G， Gasparyan G A， Kovalenko N A. Case Study as an Active Method of Teaching Business English[J].Procedia-Social and Behavioral Sciences，Vol.166（2015），p.：292-295.

[6]小勞倫斯.E.列恩.公共管理案例教學(xué)指南[M].北京：中國人民大學(xué)出版社，2001.

[7]劉剛.哈佛商學(xué)院案例教學(xué)作用機(jī)制及其啟示[J].中國高教研究，2008（5）：89-91.

[8]溫建軍.傳熱學(xué)課程教學(xué)方法和手段的改革研究[J].品牌研究，2018（06）：224，226.

[9]徐東華，趙冬，李艷.案例教學(xué)模式優(yōu)化探索與實(shí)踐[J].北京電子科技學(xué)院學(xué)報(bào)，2017，25（03）：78-80.

[10]王秀芝.案例教學(xué)中需要研究的幾個(gè)問題[J].中國高等教育，2006（12）：44-45.

[11]張莉，姜未汀，任洪波，等.案例教學(xué)在行業(yè)類高?！皞鳠釋W(xué)”中的實(shí)踐[J].教育教學(xué)論壇，2015（45）：139-140.

[12]王義江，周國慶，馮偉.基于興趣學(xué)習(xí)的傳熱學(xué)課程教學(xué)改革研究[J].高等建筑教育，2017（5）：54-57.

[13]盧青波，潘劍鋒，范寶偉，等.新工科背景下的能源與動(dòng)力工程專業(yè)傳熱學(xué)教學(xué)改革探索[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2019，16（23）：191-192.

[14]王堃，劉娟，蔡萍，等.案例式教學(xué)方法在“傳熱學(xué)”課程教學(xué)中的應(yīng)用探索與實(shí)踐[J].教育現(xiàn)代化，2019，6（81）：69-70.

[15]劉其鑫.建環(huán)專業(yè)傳熱學(xué)教學(xué)體會(huì)與探討[J].山西建筑，2011，37（26）：252-253.

[16]王學(xué)仁，艾春安，寧超.高等院?！皞鳠釋W(xué)”案例式教學(xué)法探討[J].中國電力教育，2010（12）：74-76.

[17]閆曉娜，郭思宇.傳熱學(xué)教學(xué)方法與改革實(shí)踐[J].制冷與空調(diào)（四川），2019，33（02）：208-210.

[18]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（06）：32-35.

Abstract： The course of Heat Transfer is characterized by many formulas and it is very theoretical and inseparable from engineering practice. Through the skillful application of case teaching to Heat Transfer teaching， and the reasonable selection and optimization of teaching cases， the classroom teaching effect is improved effectively， the bridge between theory teaching and practice is built， and students' innovative thinking and ability to analyze and solve practical problems are cultivated.

Key words： case teaching; Heat Transfer; teaching effect