新工科背景下的能源與動力工程專業(yè)傳熱學(xué)教學(xué)改革探索

盧青波 潘劍鋒 范寶偉 邵霞 潘建梅

摘 ? 要：在新工科背景下，結(jié)合能源與動力工程專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)，針對傳熱學(xué)課程教學(xué)中存在的問題，探討了傳熱學(xué)課程在課程結(jié)構(gòu)體系、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和考核方式等方面上的主要教學(xué)改革措施。結(jié)合傳熱學(xué)的課程特點，初步建立了傳熱學(xué)課程的新教學(xué)體系，有效提高了教學(xué)效果及教學(xué)質(zhì)量，對于培養(yǎng)高素質(zhì)、復(fù)合型的新工科人才具有十分重要的意義。

關(guān)鍵詞：傳熱學(xué) ?教學(xué)改革 ?新工科

中圖分類號：G642 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標(biāo)識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2019）08（b）-0191-02

自2017年教育部發(fā)布《教育部高等教育司關(guān)于開展新工科研究與實踐的通知》以來，各高校深入挖掘自身，融合多方優(yōu)勢，以實現(xiàn)新工科教育的穩(wěn)步發(fā)展。近年來，一些新興的產(chǎn)業(yè)和經(jīng)濟社會獲得了快速發(fā)展，亟需一批工程實踐能力強、創(chuàng)新能力強、具備國際競爭力的高素質(zhì)復(fù)合型人才，這對高校培養(yǎng)專業(yè)工程人才模式提出嚴(yán)峻挑戰(zhàn)[1]。為了盡快培養(yǎng)出迎合當(dāng)下需求的復(fù)合型新工科人才，不斷豐富和完善其內(nèi)在含義，要求各高校結(jié)合自身的辦學(xué)特點和優(yōu)勢，實現(xiàn)基于新工科背景下能源與動力工程專業(yè)的建設(shè)目標(biāo)[2]。

在能源與動力工程專業(yè)建設(shè)的過程中，傳熱學(xué)課程是本專業(yè)的主干技術(shù)基礎(chǔ)課之一，也是進一步學(xué)習(xí)專業(yè)課的基礎(chǔ)[3，4]。此外，在日常生活和生產(chǎn)中處處存在熱量傳遞的現(xiàn)象，相關(guān)傳熱學(xué)理論也被廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域[5]。傳熱學(xué)是一門既經(jīng)典又融合發(fā)展的傳統(tǒng)課程，同時還是應(yīng)用性極廣的基礎(chǔ)理論課程。因此，先行傳熱學(xué)教學(xué)全面和深化改革，是新工科背景下應(yīng)對能源與動力工程專業(yè)人才需求變革的基礎(chǔ)和落腳點。

1 ?課程結(jié)構(gòu)及教學(xué)現(xiàn)狀

傳熱學(xué)是研究溫差存在時熱量傳遞規(guī)律的學(xué)科，其主要內(nèi)容包括熱量傳遞的3種基本方式、熱量傳遞規(guī)律及相關(guān)應(yīng)用、綜合傳熱過程分析三大部分。傳熱學(xué)經(jīng)過多年的發(fā)展，大量融合了其他學(xué)科知識，其內(nèi)容多且散，各部分相對獨立，連貫性較差;教材中圖表和經(jīng)驗公式、半經(jīng)驗公式偏多，難于記憶和理解，嚴(yán)重阻礙了學(xué)生對相關(guān)知識的靈活掌握運用。目前，我校本專業(yè)此課程主要是以授課和實驗相結(jié)合，其中授課課時占87%。在講授本課程時，大多數(shù)的教師采用了傳統(tǒng)的教學(xué)方法，整體的教學(xué)效果差強人意。如有些學(xué)生認(rèn)為教材中推導(dǎo)過程太繁瑣且不易理解，需要老師詳細(xì)講述，而有些學(xué)生認(rèn)為課堂中推導(dǎo)公式是沒必要的;課堂上教師對概念等相關(guān)知識點的拓展較少，缺乏與工程實際應(yīng)用的聯(lián)系，嚴(yán)重打擊了學(xué)生主動學(xué)習(xí)的積極性;大多數(shù)的學(xué)生抱著“為考而學(xué)”而非“為用而學(xué)”的思想，導(dǎo)致學(xué)生普遍不知道該如何利用所學(xué)知識去分析和解決實際問題。

在教學(xué)模式方面，傳統(tǒng)的模式通常以教師為中心，重視書本知識的傳授，教師與學(xué)生之間的互動主要以單向的課堂問答形式為主，忽視或不要求學(xué)生的主動參與度。在教學(xué)的過程中，教師按照一成不變的教學(xué)大綱進行細(xì)致的講解，學(xué)生在接受知識時，只要做好筆記即可，不用去思考和分析，所記的筆記就是教科書的綱要版，這樣的教學(xué)模式是“灌輸式”的教學(xué)，學(xué)生獲得的知識信息僅僅是教師的灌輸，缺乏對新知識的探索欲望。

在考試方面我?！皞鳠釋W(xué)”課程總成績是由考卷成績（占80%）、實驗課（占10%）、平時成績（占10%）構(gòu)成，平時成績根據(jù)出勤情況、課堂問答和作業(yè)成績來評定。從分?jǐn)?shù)構(gòu)成上來看，成績主要取決于考卷成績，平時成績所占比例較小，缺乏對學(xué)生平時學(xué)習(xí)質(zhì)量的監(jiān)控。綜上分析，在以往傳統(tǒng)的教學(xué)方法顯然難以滿足在傳授知識的過程中培養(yǎng)學(xué)生的獨立分析、解決問題的能力這一課堂教學(xué)的目的，更難以達(dá)到“新工科”背景下培養(yǎng)高素質(zhì)人才的宗旨。

2 ?教學(xué)和課程體系的改革方案

為了適應(yīng)新工科對于人才培養(yǎng)要求，并針對傳統(tǒng)工科教育存在的上述問題，筆者提出了基于“新工科”建設(shè)的傳熱學(xué)課程教學(xué)改革。

2.1 優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容

合理的教學(xué)內(nèi)容設(shè)計配合因材施教的授課方法是教學(xué)改革的關(guān)鍵步驟。在傳熱學(xué)課程中存在一些繁瑣的數(shù)學(xué)推導(dǎo)過程，且有些知識點相對陳舊，針對這部分內(nèi)容需要做出必要的刪減。教學(xué)中要重視傳熱學(xué)的基本概念、重點理論和方法的講解，通過討論和總結(jié)的方法引導(dǎo)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。增加當(dāng)前傳熱學(xué)領(lǐng)域的研究熱點和新技術(shù)，如穿插講述多相流之間的傳熱、微/納尺度下流體的傳熱、航空航天中的傳熱等前沿?zé)狳c知識，使學(xué)生了解傳熱學(xué)的應(yīng)用范圍，顯著增加了學(xué)習(xí)的興趣。

2.2 強化實驗與工程實踐教學(xué)

傳熱學(xué)是一門應(yīng)用性極強的課程，具有相關(guān)實驗進行加深和鞏固相關(guān)知識點的理解，并且傳熱學(xué)在工程實際中的應(yīng)用較為廣泛，所以必須開展實驗和工程實踐相結(jié)合的教學(xué)模式，并對此進行強化。一方面，實驗的開展，有助于學(xué)生對基礎(chǔ)知識的理解和強化，使學(xué)生的動手能力獲得提升;另一方面，通過工程實踐環(huán)節(jié)的培養(yǎng)，給學(xué)生搭建起理論和實際之間的橋梁，從而獲得應(yīng)用相關(guān)理論知識解決實際問題的工程實踐能力，提升了學(xué)生的創(chuàng)新性思維能力。結(jié)合培養(yǎng)目標(biāo)及新工科的背景，傳熱學(xué)的教學(xué)內(nèi)容應(yīng)緊緊圍繞傳熱的強化、傳熱的削弱（熱絕緣）、溫度場控制3個基本主題，闡明傳熱與熱阻之間的辯證關(guān)系，引導(dǎo)學(xué)生全面思考問題，樹立工程創(chuàng)新觀念，強化學(xué)生的實踐和創(chuàng)新能力。傳熱學(xué)課程實驗一般為驗證性實驗，主要針對課堂講授的相關(guān)概念、定理等基礎(chǔ)理論進行驗證，如導(dǎo)熱系數(shù)的測定、橫掠單管強制對流換熱系數(shù)的測定、發(fā)射率的測定、熱管的應(yīng)用等，驗證性實驗和課堂講授內(nèi)容相得益彰，使相關(guān)的概念和理論進一步得到了鞏固，并鍛煉了學(xué)生的動手能力。工程實踐環(huán)節(jié)的提出，可以使學(xué)生更快、更好地了解當(dāng)前工程實際的需要，獲得運用自己所學(xué)知識應(yīng)用“發(fā)現(xiàn)問題—理論方案—設(shè)計—改進—解決問題”的方式來解決一些工程實際問題的能力，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性和創(chuàng)造力。在實踐的教學(xué)中，可以引入工程實例教學(xué)，也可以將相關(guān)案例作為學(xué)生的課后作業(yè)，充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性，全面地調(diào)研和學(xué)習(xí)相關(guān)延伸專業(yè)知識，加深對書本知識的理解，提升了學(xué)生對知識的學(xué)習(xí)興趣，增加了課程學(xué)習(xí)的趣味性。例如在講解“換熱器的設(shè)計”這一部分內(nèi)容時，注重與工程實際聯(lián)系，以相關(guān)工程中換熱器實物和設(shè)計實例為切入點，注重講解“平均溫差法”和“效能—傳熱單元數(shù)法”的設(shè)計步驟，引導(dǎo)學(xué)生對換熱器設(shè)計的興趣，并對比分析兩種方法的優(yōu)缺點，指出工程領(lǐng)域中的傳統(tǒng)應(yīng)用與理論計算的差距。

2.3 改進教學(xué)方法和手段

以面向新工科培養(yǎng)人才為目的，當(dāng)前所應(yīng)用的滿堂漫灌教學(xué)方式已不再適用，應(yīng)當(dāng)引導(dǎo)學(xué)生充分發(fā)揮學(xué)習(xí)主動性，全面培養(yǎng)學(xué)生的求知欲和創(chuàng)新性思維。在課堂教學(xué)中，增加討論式及啟發(fā)式的教學(xué)模式，加強師生間交流互動，活躍課堂氣氛，提升學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。全面開展“傳授—引導(dǎo)—思維—歸納—發(fā)展”的教學(xué)模式，使學(xué)生的自主學(xué)習(xí)和獨立思考的能力獲得提升。在課堂講授中，采用多媒體和板書相結(jié)合的教學(xué)方式，增加學(xué)生的感知度和認(rèn)知度，以提高教學(xué)質(zhì)量和學(xué)習(xí)效果。合理利用多媒體教學(xué)手段，配以豐富的配圖、豐滿的色彩、聲像等直覺信息沖擊學(xué)生的視覺感受，并用聲情并茂的語言和手勢等進行詳細(xì)描述和講解以加強課堂教學(xué)效果。老師應(yīng)當(dāng)走下講臺，加強與學(xué)生的互動和交流，感受學(xué)生對知識的理解程度，及時調(diào)整教學(xué)過程。將多媒體教學(xué)、板書教學(xué)及學(xué)生的反饋信息進行有機結(jié)合，以全面發(fā)展當(dāng)前的傳熱學(xué)課堂教學(xué)實踐。此外，教師應(yīng)當(dāng)設(shè)置習(xí)題討論課，按照學(xué)生完成課后作業(yè)情況進行補習(xí)相關(guān)知識點，并在以后的教學(xué)中加強該部分內(nèi)容的講解。在課外時間中，為學(xué)生提供專門的答疑輔導(dǎo)時間，一方面師生之間可以面對面地討論，另一方面，可以加深師生之間的了解，大大提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)平臺，學(xué)生通過練習(xí)平臺上的習(xí)題，加深對教材中相關(guān)知識的理解，使學(xué)生的訓(xùn)分析問題和解決問題的能力得到了進一步的鍛煉。

2.4 改革考核方式

在課程考核方式方面也需要做出改革，既要注重學(xué)生對教材中知識的掌握，又要注重學(xué)生對所學(xué)知識的靈活運用，同時關(guān)注分析解決問題的能力和綜合素質(zhì)的提高程度。課程分成平時考核、中期考核和期末考核，考核的形式主要為：課堂表現(xiàn)、作業(yè)（課題項目）完成情況、期中測試、實驗考核、期末測試等環(huán)節(jié)。在該考核方式中，注重考察學(xué)生平時的學(xué)習(xí)力度、積極性和主動性，培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)和分析問題、解決問題的能力。以平時成績?yōu)槔?，教師可以依?jù)教材中與實際工程較相關(guān)的知識點布置主要問題，以8～10位學(xué)生組成一個團隊，圍繞該問題，團隊成員分別查閱相關(guān)資料進行自學(xué)和討論，用圖表以PPT形式表述團隊思想。在匯報過程中，采用“團隊互評+老師現(xiàn)場評分”模式進行評比，最終的分?jǐn)?shù)計入學(xué)生的平時成績。該方式鍛煉學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力，培養(yǎng)團隊協(xié)作精神，學(xué)習(xí)效果也得到了學(xué)生的肯定。

3 ?結(jié)語

本文旨在構(gòu)建與具有專業(yè)特色的新工科人才培養(yǎng)模式相適應(yīng)的教學(xué)模式，嘗試采用優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容、強化實驗和工程實踐教學(xué)、改進教學(xué)方法和手段、改革考核方式等方法有效激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)主動性和創(chuàng)新性思維，提高教學(xué)效果。努力實踐和探索出一種新的教學(xué)模式，達(dá)到培養(yǎng)具有扎實理論基礎(chǔ)、較強的實踐能力及創(chuàng)新能力的高素質(zhì)和復(fù)合型新工科人才的目標(biāo)。

參考文獻

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