傳熱學(xué)趣味案例教學(xué)實踐初探

姚森 胡建軍 徐桂轉(zhuǎn) 王偉 荊艷艷

【摘 要】傳熱學(xué)是能源動力類學(xué)科重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，具有課程內(nèi)容豐富，側(cè)重對實際工程問題進行理論分析，各知識點、重點和難點相對獨立，與后續(xù)專業(yè)課程關(guān)聯(lián)較多等特點。本文從網(wǎng)絡(luò)上的科學(xué)趣文出發(fā)，將生活中的一些傳熱問題引入傳熱學(xué)課堂教學(xué)過程，以期有效的激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識，拓展學(xué)生的視野，降低由于理論性強引起的學(xué)習(xí)乏味，增強課程內(nèi)容的易理解性。

【關(guān)鍵詞】傳熱學(xué)；案例；探討與實踐

中圖分類號： J905 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）24-0109-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.24.052

【Abstract】Heat transfer is an important basic course in energy and power engineering. Its characteristics are as follows： rich curriculum content， focusing on theoretical analysis of practical engineering problems， relatively independent knowledge points， key and difficult points， and more relevant to follow-up professional courses， etc. This article takes the articles on the Internet as an example and brings some interesting heat transfer problems into the classroom teaching of heat transfer. These interesting life examples can effectively stimulate students'innovative consciousness， broaden their horizons， reduce the boredom of learning caused by strong theory， and enhance the comprehensibility of the course content.

【Key words】Heat transfer； Example of case； Discussion and Practice

傳熱學(xué)是能源類專業(yè)的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程，為后續(xù)專業(yè)課程提供必要的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)。傳熱學(xué)研究熱量和傳遞的規(guī)律，通過課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握分析工程傳熱問題的基本能力，掌握熱量傳遞的基本規(guī)律。傳熱學(xué)課程的特點是理論性強，概念多，與實際結(jié)合密切，學(xué)習(xí)難度大，因此如何調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，使學(xué)生認識到傳熱學(xué)課程的必要性和趣味性，對提高課堂授課效果至關(guān)重要[1]。

河南農(nóng)業(yè)大學(xué)是一所農(nóng)林類高校，機電工程學(xué)院能源工程系承擔(dān)學(xué)校的三個能源類專業(yè)“能源與動力工程”、“農(nóng)業(yè)建筑環(huán)境與能源工程”和“新能源科學(xué)與工程”的本科教學(xué)任務(wù)。各個專業(yè)后續(xù)專業(yè)課程和專業(yè)背景不盡相同，在尋求理論知識與專業(yè)實際的結(jié)合點時，共通案例較少。此外，傳熱學(xué)課程的開課時間先于專業(yè)課，為二年級下學(xué)期，對一些專業(yè)性強的問題，學(xué)生不能較好的理解。因此，學(xué)生普遍感覺傳熱學(xué)的理論知識繁多且計算過程抽象，難以記憶和理解。傳熱學(xué)知識不僅在工程實踐中大量應(yīng)用，在日常生活中也同樣存在大量的傳熱問題。在傳熱學(xué)課堂上使用生活中的案例，可以使學(xué)生更好的接受相關(guān)知識點，提高課堂的授課效果。

1 案例的選擇

案例的搜集和加工制作是否恰當、充分是首先需要關(guān)注的重點[2]。

選取案例要首先關(guān)注案例本身所涵蓋的知識點，其次還要注意案例應(yīng)避免刻板化，這樣才能提高學(xué)生的興趣，調(diào)動學(xué)生的積極性。案例服務(wù)于教學(xué)，所選案例需要和課程及教學(xué)內(nèi)容緊密貼合，以免造成學(xué)生知識體系的混亂。案例要具有生動性、吸引性、時效性，在調(diào)動學(xué)生積極性的同時，也應(yīng)注意吸引學(xué)生參與案例的討論，使其對相關(guān)內(nèi)容印象深刻。此外，所選的案例要充分考慮學(xué)生的學(xué)習(xí)程度，以及學(xué)習(xí)能力的差異，避免分析難度大，涉及知識點多且知識點相互交叉的教學(xué)案例。教學(xué)案例的難度過大通常會造成學(xué)生產(chǎn)生畏難心理，對實際教學(xué)效果產(chǎn)生負面影響[3]。同時，日常生活中存在大量的傳熱學(xué)問題，在傳熱學(xué)教學(xué)案例的選擇中，應(yīng)盡可能的結(jié)合知識點選擇與生活相關(guān)的例子，以增加學(xué)生的親近感，潛移默化的幫助學(xué)生理解和消化較為枯燥的理論知識，使學(xué)生明白傳熱學(xué)的魅力并引導(dǎo)其在日常生活中“學(xué)以致用”[4]。

2 趣味教學(xué)案例的解析與實施

在教學(xué)實踐中穿插趣味案例是一種以實踐為導(dǎo)向的教學(xué)方法，在實施過程中，應(yīng)注意與授課內(nèi)容以及教學(xué)方法的結(jié)合。

我們選用近幾年網(wǎng)絡(luò)上比較火熱的科學(xué)段子《一個清華博士在供暖前給廣大學(xué)子最中肯的建議》，對其中的傳熱學(xué)問題結(jié)合課程進行講授。在該文介紹的三條“帝都冬季穿衣法則中”，“穿衣順序原理”和“扎褲理論”均和傳熱學(xué)中的知識點相契合。在“穿衣順序原理”中，作者使用圓筒壁的導(dǎo)熱這一難點內(nèi)容，通過計算得出冬季秋衣穿在風(fēng)衣外時更為保暖的結(jié)論；在“扎褲理論”中，作者指出當保證腿周圍空氣靜止時，即將褲腿扎起時，走路時保持腿打直，可以有效的防止熱量的流失。單從該文的結(jié)論來看，兩例和生活實際存在偏差，可以很好的吸引學(xué)生的注意力。同時，兩個例子具有很好的拓展性，可積極的引導(dǎo)學(xué)生通過傳熱課程的學(xué)習(xí)，分辨和分析其中存在的問題。

以“穿衣順序原理”為例，制作的具體案例如下：

案例名稱：冬季秋衣和風(fēng)衣，如何穿更保暖

知識點：圓筒壁的導(dǎo)熱

延伸點：傳熱過程，對流換熱，輻射換熱

講述要點：

a.將人體看做是恒溫37℃，底面半徑20cm，高175cm的圓柱體，衣服看作是包圍在圓柱體外部的圓通，秋衣秋褲的主要成分是棉，厚度3.42mm，導(dǎo)熱系數(shù)λ1=0.050W/mK。風(fēng)衣的主要成分是羊毛和聚酯纖維，厚度5.33mm，導(dǎo)熱系數(shù)λ2=0.029 W/mK。引導(dǎo)計算秋衣在外或風(fēng)衣在外時，通過多層圓筒壁的導(dǎo)熱熱流量。

b.強調(diào)圓筒壁的導(dǎo)熱熱阻R=，強調(diào)圓筒壁導(dǎo)熱與平壁導(dǎo)熱的區(qū)別在于沿?zé)崃總鬟f方向上面積處處不等[5]。

c.提問學(xué)生，為什么計算結(jié)果顯示秋衣外穿更加保暖，但是在日常生活中并不這樣穿，并引導(dǎo)學(xué)生復(fù)習(xí)傳熱過程的概念，講述該計算未考慮對流換熱和輻射換熱。

d.分別在對流換熱和輻射換熱的課程結(jié)束后，引導(dǎo)學(xué)生加入相關(guān)因素的考慮，重新計算。

整個案例教學(xué)過程使用了點明式、提問式、指導(dǎo)式的教學(xué)方法，在生動有趣的案例引導(dǎo)下，完成對圓筒壁導(dǎo)熱的學(xué)習(xí)以及鞏固。

3 趣味案例教學(xué)的效果與體會

傳熱學(xué)課程的趣味案例工作，仍然在不斷發(fā)展中，除了上述一例，還有大量與學(xué)生生活息息相關(guān)的趣味案例在不斷整理與搜集當中。這些案例教學(xué)在我校能源類專業(yè)實施以來取得了較好的效果，學(xué)生普遍反映傳熱學(xué)與生活密切相關(guān)，而不僅僅是書本上的知識點，同時通過傳熱學(xué)課程實習(xí)，也學(xué)會了如果使用傳熱學(xué)知識解釋和分析實際問題。

趣味案例的搜集和整理過程涉及案例制作，教學(xué)方法設(shè)計，教學(xué)過程實施、教學(xué)效果總結(jié)等各項環(huán)節(jié)，每一個環(huán)節(jié)都會影響實際的教學(xué)效果。趣味案例教學(xué)除了案例這一主因外，還涉及其他兩個重要的因素，即教師和學(xué)生。對教師而言，教學(xué)方式和教學(xué)方法的改進對教師提出了更高的要求，不僅要及時關(guān)注和更新案例，而且要求教師要具備更強的組織、駕馭和協(xié)調(diào)能力；對學(xué)生來說，也需要學(xué)生在課堂上給予積極的配合，從被動學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃訉W(xué)習(xí)。

4 總結(jié)

傳熱學(xué)是一門理論性強的課程，教學(xué)過程經(jīng)常出現(xiàn)學(xué)生對所學(xué)內(nèi)容理解困難，對理論講解乏味，認為所學(xué)內(nèi)容與實用性脫節(jié)等現(xiàn)象。針對上述問題，提出了將生活中較為有趣的傳熱問題引入傳熱學(xué)課堂并進行拓展，降低理論學(xué)習(xí)的枯燥性，提高課程內(nèi)容學(xué)習(xí)的可理解性，有效激發(fā)學(xué)生的積極性與創(chuàng)新意識。

【參考文獻】

[1]何雅玲，陶文銓.對我國熱工基礎(chǔ)課程發(fā)展的一些思考[J].中國大學(xué)教學(xué)，2007（3）：12-15.

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

[3]黃光勤，楊小鳳，戴通涌，楊毅.“案例鏈”教學(xué)方法——以《傳熱學(xué)》為例[J].教育現(xiàn)代化，2017（50）.

[4]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.

[5]楊世銘，陶文銓.傳熱學(xué).第4版[M].高等教育出版社，2006.