新工科背景下《傳熱學(xué)》雙語課程教學(xué)探索與實(shí)踐

王海 王軍鋒 康燦 王爽 唐愛坤 屈健

摘要：新工科建設(shè)引導(dǎo)高校學(xué)科交叉融合，深化工科專業(yè)人才培養(yǎng)模式改革，提升學(xué)生的國際化視野。《傳熱學(xué)》雙語教學(xué)是高校加強(qiáng)新工科建設(shè)，培養(yǎng)國際一流人才的重要途徑。該文從教材選取、教學(xué)模式、方法以及課程考核方式等方面探討了《傳熱學(xué)》雙語課程教學(xué)改進(jìn)的實(shí)踐方法以及如何獲得良好授課效果，對于進(jìn)一步開展新工科建設(shè)國際化教學(xué)改革提供有益參考。

關(guān)鍵詞：新工科傳熱學(xué)雙語教學(xué)教學(xué)模式

中圖分類號(hào)：G642文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ?文章編號(hào)：1672-3791（2022）01（a）-0000-00

Research on Bilingual Teaching of Heat Transfer in Energy and Power Engineering under the Background of New Engineering

WANG Hai WANG JunfengKANG Can WANG Shuang TANG Aikun QU Jian

（School of Energy and Power Engineering， Jiangsu University， Zhenjiang， Jiangsu Province， 212013 China）

Abstract： The new engineering construction guides the interdisciplinary integration of colleges and universities， deepens the reform of talent training mode of engineering majors， and improves students' international vision. The bilingual teaching of heat transfer is the key to strengthen the construction of new engineering in colleges and universities and provides an important way to cultivate first class talents in the world. This paper discusses the practical methods of improving the bilingual teaching of heat transfer from the aspects of textbook selection， teaching mode， method and course assessment method， and how to obtain good teaching effect. It provides a useful reference for further carrying out the international teaching reform of new engineering construction.

Key Words： New engineering; ?Heat transfer; ?Bilingual teaching; ?Mode of teaching

新工科建設(shè)，是我國為應(yīng)對新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的挑戰(zhàn)，貫徹落實(shí)《中國制造2025》發(fā)展戰(zhàn)略和《國家中長期人才發(fā)展規(guī)劃綱要（2010—2020年）》，在“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”基礎(chǔ)上提出的一項(xiàng)重大教育改革行動(dòng)計(jì)劃。“復(fù)旦共識(shí)”“北京指南”和“天大行動(dòng)”等相繼出臺(tái)為新工科建設(shè)指明了建設(shè)行動(dòng)路線，明確了其發(fā)展內(nèi)涵和特征。新理念，新要求，新途徑，培養(yǎng)創(chuàng)新型、多元化、國際化卓越工程人才，是新工科建設(shè)培養(yǎng)滿足社會(huì)特定需求新型人才的要求。新工科建設(shè)引導(dǎo)高校學(xué)科交叉融合，深化工科專業(yè)人才培養(yǎng)模式改革，提升學(xué)生的國際化視野和國際競爭能力。雙語教學(xué)，將英語教學(xué)和工程類專業(yè)課程教學(xué)相結(jié)合，塑造學(xué)生良好的綜合素質(zhì)能力，是高校加強(qiáng)新工科建設(shè)的重要途徑。

《傳熱學(xué)》是能源與動(dòng)力工程專業(yè)的一門重要課程，多數(shù)理論公式推導(dǎo)、計(jì)算公式定律的專業(yè)用語直接或間接都是用英語表述，如：傅里葉導(dǎo)熱定律（Fourier’s law）、斯忒藩-玻爾茲曼定律（Stephan-Boltzmann law）等，國外的傳熱學(xué)教學(xué)科研資源相對國內(nèi)資料較為豐富。實(shí)施雙語教學(xué)有助于學(xué)生熟悉本學(xué)科專業(yè)術(shù)語的英文表述，鍛煉學(xué)生閱讀英文科技文獻(xiàn)、查閱英文文獻(xiàn)資料的能力，為拓展學(xué)生的國際化視野，培養(yǎng)學(xué)生的國際交流能力奠定良好的基礎(chǔ)。該文將從傳熱學(xué)的課程教學(xué)模式、考核方式和教學(xué)評估等方面進(jìn)行相關(guān)討論，探索新工科背景下傳熱學(xué)雙語教學(xué)改革的新模式、新方法。

1《傳熱學(xué)》雙語教材

適用的英文原版教材是學(xué)生適應(yīng)雙語教學(xué)的重要工具，教材的優(yōu)劣關(guān)系到雙語教學(xué)成果的好壞。目前《傳熱學(xué)》教學(xué)資源中，英文教材有多種版本，各版本的教材講授側(cè)重點(diǎn)不同。如：機(jī)械工業(yè)出版社J. P. Holman等[1]編著的《傳熱學(xué)》第10版，內(nèi)容簡潔明了，資料豐富，適合無基礎(chǔ)或基礎(chǔ)薄弱者學(xué)習(xí)。江蘇大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院開設(shè)的《傳熱學(xué)》雙語課程選用化學(xué)工業(yè)出版社F. P. Incropera等編著的《傳熱和傳質(zhì)基本原理》第六版，該教材體系完整，表達(dá)清晰，語言規(guī)范，結(jié)構(gòu)安排緊湊，內(nèi)容全面，是美國高校傳熱學(xué)課程的經(jīng)典教材，同時(shí)參考美國John Wiley & Sons出版社的《Introduction to Heat Transfer》第五版和高等教育出版社的楊世銘和陶文銓院士[2]編著的《傳熱學(xué)》教材。選用教材與參考教材之間相互融合，讓學(xué)生可以中英文對比學(xué)習(xí)，有效提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率，避免學(xué)生因不認(rèn)識(shí)英文術(shù)語而轉(zhuǎn)看中文書籍，達(dá)不到雙語教學(xué)目的等問題。

2《傳熱學(xué)》雙語課程教學(xué)現(xiàn)狀

傳熱學(xué)是一門研究熱量傳遞規(guī)律的一門學(xué)科，其主要內(nèi)容包括熱量傳遞的3種基本方式、穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱及非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱、熱量傳遞相關(guān)規(guī)律及應(yīng)用，以及復(fù)合換熱過程計(jì)算等部分。傳熱學(xué)課程經(jīng)過多年的不斷發(fā)展，交叉融匯了多種學(xué)科知識(shí)內(nèi)容體系，如工程物理、高等數(shù)學(xué)、材料學(xué)等，內(nèi)容獨(dú)立性較強(qiáng)，但教材中有些經(jīng)驗(yàn)公式和圖表，過于復(fù)雜，難于理解和記憶，不利于學(xué)生對相關(guān)知識(shí)內(nèi)容的學(xué)習(xí)與掌握。在講授傳熱學(xué)雙語課程中，大多數(shù)教師以傳統(tǒng)的教學(xué)方法為主，即以教師為中心，學(xué)生被動(dòng)式地接受書本知識(shí)。老師與學(xué)生之間缺乏課堂互動(dòng)交流，往往以單向的隨堂問答形式為主，學(xué)生課堂參與度較低，整體授課效果差強(qiáng)人意。在教學(xué)過程中，教師按照教學(xué)大綱講解，學(xué)生在做筆記的同時(shí)，不經(jīng)過思考和分析，被動(dòng)式地接受知識(shí)，這種“填鴨式”的教學(xué)模式，學(xué)生獲得的知識(shí)信息僅僅來自于教師，缺乏對新知識(shí)、新內(nèi)容的探索。此外，多數(shù)學(xué)生抱著“為考試而學(xué)習(xí)”而非“為應(yīng)用而學(xué)習(xí)”的態(tài)度來學(xué)習(xí)，導(dǎo)致學(xué)生在課程結(jié)束后仍然不知該如何利用所學(xué)知識(shí)去分析和解決工程實(shí)際問題。因此，按照傳統(tǒng)的教學(xué)方法和模式難以滿足培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新性、獨(dú)立思考與解決問題的能力，更難以達(dá)到“新工科”背景下對高素質(zhì)復(fù)合型人才培養(yǎng)的要求。

3教學(xué)模式與方法

《傳熱學(xué)》雙語教學(xué)模式探索，以優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，加強(qiáng)實(shí)踐環(huán)節(jié)教學(xué)，運(yùn)用多媒體手段教學(xué)為主線，如圖1所示。在不同層面，從不同角度多元激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新與實(shí)踐活力，形成以教導(dǎo)學(xué)，以學(xué)促教，教學(xué)相長的教學(xué)模式。

3.1 優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容

雙語授課過程中最主要的環(huán)節(jié)是調(diào)動(dòng)學(xué)生的上課積極性，增強(qiáng)學(xué)生的參與感。授課學(xué)生的英語水平不同，學(xué)生個(gè)體之間差異較大，有些學(xué)生英語基礎(chǔ)較弱，對雙語教學(xué)產(chǎn)生畏難情緒。對于一些難懂或者難理解的知識(shí)點(diǎn)，因看不懂英文解釋，干脆放棄學(xué)習(xí)，此時(shí)雙語教學(xué)對于該學(xué)生產(chǎn)生了相反作用，使學(xué)生產(chǎn)生厭學(xué)心理。教師在上課過程中，應(yīng)及時(shí)把握學(xué)生的聽課狀況以及教學(xué)反饋，調(diào)整英文課件相關(guān)內(nèi)容，對于學(xué)生難懂的知識(shí)點(diǎn)，及時(shí)備注中文解釋，便于學(xué)生理解。對于繁瑣的傳熱學(xué)公式推導(dǎo)過程和知識(shí)點(diǎn)相對陳舊的章節(jié)，在教學(xué)過程中做適當(dāng)刪減，減輕學(xué)生的負(fù)擔(dān)。教學(xué)過程中注重對基本概念和理論和計(jì)算方法的講解，通過課堂上互動(dòng)式的討論過程增加學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣與熱情[3]。同時(shí)引入當(dāng)前傳熱學(xué)研究的前沿科技和新技術(shù)，如與傳熱學(xué)相關(guān)的材料、化學(xué)、仿生學(xué)等學(xué)科交叉內(nèi)容，又如兩相及多相流中的復(fù)雜流動(dòng)問題，微/納尺度下傳熱過程強(qiáng)化，或者是5G數(shù)字通信中的電子冷卻問題等，拓寬學(xué)生的學(xué)習(xí)視野，培養(yǎng)學(xué)習(xí)傳熱學(xué)的興趣。對于一些基本的傳熱學(xué)英文專業(yè)術(shù)語及單詞，可以幫助學(xué)生歸納總結(jié)，并形成單詞手冊，方便學(xué)生背誦記憶，有效降低學(xué)生閱讀英文文獻(xiàn)資料的難度。

3.2注重實(shí)驗(yàn)/實(shí)踐環(huán)節(jié)教學(xué)

傳熱學(xué)是一門應(yīng)用性較強(qiáng)的基礎(chǔ)課程，開展相關(guān)實(shí)驗(yàn)可以加深學(xué)生對知識(shí)點(diǎn)的理解。實(shí)驗(yàn)/實(shí)踐環(huán)節(jié)與理論知識(shí)相結(jié)合的教學(xué)模式，一方面學(xué)生通過動(dòng)手實(shí)驗(yàn)，可以加強(qiáng)對基礎(chǔ)理論知識(shí)理解和鞏固。另一方面給學(xué)生搭建起理論知識(shí)與工程實(shí)際問題之間的橋梁，提升了學(xué)生創(chuàng)新思維和工程實(shí)踐能力的培養(yǎng)。傳熱學(xué)課程實(shí)驗(yàn)通常多為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，主要圍繞課堂講授的基本概念、定理和計(jì)算公式等基礎(chǔ)知識(shí)內(nèi)容進(jìn)行驗(yàn)證，如固體/液體導(dǎo)熱系數(shù)的測定[4]、橫掠單管強(qiáng)制對流換熱系數(shù)的測定、膜狀冷凝與滴狀冷凝過程熱通量的測定，以及熱管的工作原理及其在工程技術(shù)中的應(yīng)用等。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與課堂講授內(nèi)容相輔相成，幫助學(xué)生對相關(guān)概念和理論進(jìn)一步鞏固、加深。同時(shí)結(jié)合新工科的背景和培養(yǎng)要求[5，6]，適當(dāng)開展工程實(shí)踐環(huán)節(jié)，使學(xué)生能夠更好更快地融入到社會(huì)生產(chǎn)實(shí)踐當(dāng)中，培養(yǎng)學(xué)生解決工程實(shí)際問題的能力。在實(shí)踐教學(xué)中，引入工程案例教學(xué)[7]，讓學(xué)生分成科研小組或團(tuán)隊(duì)通過全面的調(diào)研和學(xué)習(xí)相關(guān)工程領(lǐng)域?qū)I(yè)知識(shí)，加深對書本內(nèi)容的理解，增加課程學(xué)習(xí)的趣味性和實(shí)用性[8]。例如，在講解熱管這一部分內(nèi)容時(shí)，注重與工程實(shí)際相聯(lián)系，以電腦中的芯片散熱系統(tǒng)為切入點(diǎn)，向?qū)W生講解熱管的組成及工作原理，了解其在芯片散熱中的作用，以此引導(dǎo)學(xué)生對相變傳熱知識(shí)的興趣，幫助其更好地掌握沸騰和冷凝相關(guān)知識(shí)點(diǎn)。

3.3 加強(qiáng)多媒體教學(xué)

傳熱學(xué)同時(shí)是一門邏輯性較強(qiáng)的專業(yè)基礎(chǔ)課，在講課過程中需借助圖像、視頻或三維動(dòng)畫等形式解釋理論知識(shí)，便于學(xué)生掌握和理解。在教學(xué)過程中，應(yīng)加強(qiáng)運(yùn)用多媒體手段，如結(jié)合商業(yè)軟件COMSOL和FLUENT等，利用三維圖像和虛擬仿真等方法，對流體流動(dòng)過程中的流場、溫度差進(jìn)行講解，利用不同的色彩表征溫度分布和流速分布，便于學(xué)生對該部分知識(shí)點(diǎn)的掌握[9]。特別是在講解非穩(wěn)態(tài)溫度場分布的時(shí)候，可以利用熱成像系統(tǒng)，分析鍋爐壁溫傳熱過程中的各種影響因素，通過調(diào)整相關(guān)參數(shù)來觀察其影響規(guī)律，從而使學(xué)生對于傳熱現(xiàn)象能夠更好地理解與掌握。如果引入大量而且復(fù)雜公式，反而會(huì)使整個(gè)課堂變得枯燥。又如，在講解邊界層理論過程中，繞流物體的邊界層發(fā)展及其分離過程以及與對流換熱的關(guān)系等動(dòng)態(tài)過程，可以通過軟件3D Animation Viewer來制作小動(dòng)畫向?qū)W生展示，便于學(xué)生的理解和掌握，這種生動(dòng)形象的展示，不僅提高了課堂教學(xué)的趣味性，也在很大程度上活躍了課堂氣氛。此外，還可以借助網(wǎng)絡(luò)課堂或者慕課資源，豐富教學(xué)課件，如選取美國MIT公開課中傳熱學(xué)部分章節(jié)片段，讓學(xué)生開闊眼界，對知識(shí)點(diǎn)全面把握。課堂上例題講解，盡量選用與工程實(shí)際相關(guān)的問題，提高學(xué)生興趣的同時(shí)，幫助學(xué)生提高解決工程實(shí)際問題的能力。

4 課程考核和教學(xué)評估

《傳熱學(xué)》雙語課程考核方式，采用課堂測驗(yàn)（Quiz）+課堂獎(jiǎng)勵(lì)分?jǐn)?shù)（Bonus Points）+實(shí)驗(yàn)課（Experiments）+期末考試（Final Exam）的形式。其中，課程總成績由卷面成績（70%）、課堂測驗(yàn)成績（10%）、實(shí)驗(yàn)課成績（10%）、課堂獎(jiǎng)勵(lì)分?jǐn)?shù)（10%）構(gòu)成。從成績構(gòu)成來看，成績主要取決于卷面成績，課堂測驗(yàn)和課堂獎(jiǎng)勵(lì)分?jǐn)?shù)主要起到檢查學(xué)生課堂學(xué)習(xí)效果的作用。課堂測驗(yàn)可以反饋學(xué)生對課堂內(nèi)容的掌握程度，便于教師對授課效果的把握，同時(shí)也可以了解學(xué)生課堂出勤情況。課堂獎(jiǎng)勵(lì)分?jǐn)?shù)可以調(diào)動(dòng)學(xué)生上課參與的積極性，讓學(xué)生在課堂上對課堂習(xí)題或者課上提問問題充分掌握，鼓勵(lì)學(xué)生用英語回答，培養(yǎng)學(xué)生的英語口語能力和問題概述能力。2019-2020第二學(xué)期學(xué)生獲得課堂獎(jiǎng)勵(lì)分?jǐn)?shù)的比例與前三個(gè)學(xué)期相比，比例得到大幅提高，學(xué)生課堂參與積極性得到提升。統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表1。

期末考試采取中文題目和英文題目相互混合的形式，避免完全用英文題目對學(xué)生考察難度過大的狀況。學(xué)生在作答時(shí)可以使用中文或者英文，提倡學(xué)生使用英文答題，如公式推導(dǎo)題型，鼓勵(lì)學(xué)生用英文將推導(dǎo)方程和步驟有條理地作答，一方面便于學(xué)生對公式的理解與掌握，另一方面有利于培養(yǎng)學(xué)生英文科技論文撰寫的能力。學(xué)期結(jié)束后，對雙語課程的教學(xué)效果進(jìn)行總結(jié)和評估，江蘇大學(xué)利用期中和期末網(wǎng)絡(luò)調(diào)查問卷以及教學(xué)班級班會(huì)評議等多種方式，全面調(diào)研學(xué)生的授課效果，對學(xué)生反映的教學(xué)不足之處要持續(xù)改進(jìn)，不斷完善傳熱學(xué)雙語教學(xué)模式。經(jīng)過兩年多的雙語教學(xué)實(shí)踐，該教學(xué)模式和課程考核機(jī)制可有效提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率，學(xué)生對英文專業(yè)術(shù)語的掌握和撰寫科技論文的能力得到提高，多名學(xué)生加入學(xué)院科研小組，并在國際學(xué)術(shù)期刊發(fā)表英文科技論文。

5結(jié)語

《傳熱學(xué)》是一門傳統(tǒng)基礎(chǔ)課程，在新工科背景下的傳熱學(xué)雙語教學(xué)又是一門新課程，隨著新工科建設(shè)的不斷深入，社會(huì)對復(fù)合型工程科技人才要求的不斷提高，教師應(yīng)該及時(shí)調(diào)整《傳熱學(xué)》雙語課程的教學(xué)方法和模式，把最新最前沿的教學(xué)資源融入到課程中，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性。江蘇大學(xué)經(jīng)過多年的《傳熱學(xué)》雙語教學(xué)實(shí)踐，不斷改進(jìn)教學(xué)方法和模式，課堂教學(xué)效果顯著，學(xué)生的雙語課程學(xué)習(xí)效率得到有效提高。

參考文獻(xiàn)

[1] J. P. Holman.傳熱學(xué)[M].馬慶芳，譯.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2015.

[2] ?楊世銘，陶文銓. 傳熱學(xué)[M]. 4版. 北京：高等教育出版社，2006.

[3] ?唐波. 傳熱學(xué)教學(xué)方法改進(jìn)以及實(shí)踐[J].教育教學(xué)論壇， 2018 （13）： 215-216.

[4] 吳里程， 康燦.傳熱學(xué)“五位一體”實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式改革與實(shí)踐[J].高等工程教育研究， 2019 （A1）： 240-242.

[5] 史波， 單勇， 張勃， 等.《傳熱學(xué)》雙語教學(xué)的實(shí)踐與思考[J]. 教育教學(xué)論壇， 2018 （30）： 188-189.

[6] 楚化強(qiáng)， 周勇， 陳光， 等.新工科背景下傳熱學(xué)課程改革探索與實(shí)踐-MATLAB在傳熱學(xué)例題中的應(yīng)用[J].高等工程教育研究，2019 （A1）： 28-29.

[7] 趙占勇， 李玉新， 梁敏潔， 等. 高校實(shí)驗(yàn)班傳熱學(xué)雙語教學(xué)模式研究與實(shí)踐[J].化工高等教育， 2018 （35）： 45-47.

[8] ? 謝冬平.中國高校本科教學(xué)改革組織自主性研究[D].武漢：華中科技大學(xué)， 2018.

[9] 單莎莎. 面向“中國制造2025”的高校工程類人才培養(yǎng)模式改革研究[D].武漢：武漢理工大學(xué)， 2017.