基于應用技術型人才培養的傳熱學課程建設探索

張俊霞 趙紅星

摘要：傳熱學是熱能與動力工程專業一門重要的專業基礎課程，它是研究物體內部或物體之間由溫差引起的熱量傳遞規律的學科，其應用涉及工程領域與熱能轉換和有效利用相關環節。傳熱學也是一門理論和實踐密切聯系的實驗學科，在培養高等院校應用型人才環節有著至關重要的作用。傳熱學運用了較多的抽象思維來解決工程應用領域中的實際換熱問題，存在概念多、公式多、重點散、理解難等問題。學好傳熱學不僅要求學生掌握基本概念和理論知識，建立知識框架和結構體系，更重要的是提高學生將理論知識應用于生產和生活中的能力，培養學生的創新思維。為了提高教學效果，分別在教學方法、教學內容和教學手段等方面進行了相關探索和實踐，取得了良好的應用效果。

關鍵詞：傳熱學;應用型人才;創新思維

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）32-0105-02

培養大批應用型人才是我國高等教育的重要職責，這與我國正處于工業化時代的社會背景密不可分。中國現已成為世界制造中心，社會經濟發展需要大量的高級應用型人才作為人力支撐。[1]特別是，隨著我國經濟社會的快速發展和工業化進程的不斷深入，地方經濟和行業經濟快速發展，對應用型人才的需求大量增加，高校大量畢業生都去了生產一線從事技術開發、技術應用和生產管理工作。

“傳熱學”是高等學校能源動力類、化工制藥類、機械類、環境與安全類等專業的主要專業基礎課，它與“工程熱力學”和“流體力學”一起被稱為熱工類專業的三大支柱。[1]“傳熱學”也是榆林學院熱能與動力工程本科學生和城市熱能?？茖W生的一門重要專業基礎課，是一門以研究物體內部和物體與物體之間能量轉換規律為主要內容的課程，應用領域非常廣泛，如航空航天領域、海洋資源勘測、冶金、電力、化工、動力等，而且人們越來越關注的生命科學也將離不開傳熱學。[2]因此，傳熱學課程在促進熱能與動力工程本科生專業素養的提升、培養應用型人才方面有著至關重要的作用。

榆林作為國家級能源化工基地，擁有國家級高新技術產業開發區，形成了以能源化工、裝備制造和新能源為主的特色化產業體系。榆林學院是榆林市唯一的高等院校，為了發揮地方高校優勢，主動參與區域社會管理[3]，榆林學院能源工程學院的熱能動力專業傳熱學課程不僅要充分考慮課程自身的特點，更要考慮榆林在建設國家級能源化工基地方面所涉及的傳熱問題，積極采用多種教學方法和教學手段促進傳熱學與地方工業發展的融合，承擔為地方經濟發展輸送應用型人才，參與地方經濟建設的重任。

一、采用多種教學方式，激發學生的學習興趣，解決傳熱學教學重點和難點

“傳熱學”運用了較多的抽象思維解決工程應用領域中的實際換熱問題，存在概念多、公式多、重點散、理解難等問題。

“傳熱學”教材中的理論內容較為抽象，包括導熱、對流換熱、輻射換熱和換熱器。所涉及的教學難點有導熱微分方程及單值性條件、肋片導熱、非穩態導熱、邊界層分析、邊界層對流換熱微分方程組、典型對流換熱實例、角系數、灰體表面間的輻射換熱和傳熱-單元數的換熱器計算。課程中包含許多用數學語言推導熱物理規律的內容，要求學生具有較為扎實的數學物理基礎。另外，“傳熱學”區別于其他學科的顯著特點是將影響換熱系數的因素采用相似原理構建準則數，通過確定準則數之間的關系來展開換熱研究。典型的準則數有普朗特準則、努謝爾特準則、畢渥準則、傅里葉準則、格拉曉夫準則等等。學生普遍反映傳熱學概念和準則數理解起來較為困難，數學推導復雜難懂。

基于這樣的教學現狀，通過激發學生的學習興趣和實例教學來解決傳熱學課程中的難點。眾所周知，興趣是學生主動學習的源動力，學習的興趣包括學生對授課內容的興趣，也包括對授課教師的興趣。教師需要親切和藹，多在課下與學生交流，增進感情，縮短彼此之間的距離，這樣學生就會“愛烏及屋”。此外，教育心理學的研究表明：當學習內容與學生已有知識和生活經驗相聯系時，才能激發學習和解決問題的興趣。因此，在傳熱學教學過程中，教學內容始終和生活實際密切聯系，多采用生活中熟知的傳熱現象加以引導，創造逼真的教學情境，使學生感受到傳熱現象和自己的實際生活息息相關來增強學生對傳熱學的學習興趣。這樣不僅可以促使學生多觀察生活中出現的換熱問題，還會培養他們采用傳熱思想分析換熱現象的能力。這主要是因為學生的學習興趣不夠。不僅如此，許多重點內容仍然需要在課堂上反復強調和提問，課下多做相應的習題，才能夠牢固掌握。

傳熱學課程有著完整的知識結構體系，整本書采用總分總的結構組織內容，通過建立如圖1所示的結構示意圖可以幫助學生建構知識框架，更好地理解全書的內容。

二、改革教學內容和教學方式，緊隨榆林工業發展，培養應用技術型人才

傳統的本科人才培養體系偏重于基礎知識教學和理論體系的完整，采用從上而下的教學方式，目的是為未來培養具有競爭意識而且獨立自主的個體，往往忽視應用能力的構建。應用型人才培養的重要特征就是應用能力，而應用能力的關鍵要素就是學生的實踐能力和職業素養。應用型人才培養體系應圍繞對應用型人才知識、能力、素質協調發展的要求，以應用能力培養為主線，構建實踐教學體系，做到理論與實踐并重。

為了培養應用型人才，本文分別從教學方式和教學內容兩方面進行了改革。在傳熱學教學方式上，應以學生為中心，了解他們的興趣點和知識面，積極地將他們的興趣點與傳熱學實踐相結合，激發他們將傳熱學理論知識應用于實驗裝置構建中，并提供各種資源渠道幫助他們解決實踐設計和實施過程中遇到的問題，提高他們的應用能力。此外，應積極推動能力培養與素質教育相結合、第一課堂與第二課堂相結合、校內與校外實踐應用相結合、產學研相結合，擴大學生的知識視野，使學生有機會接觸實際的工程應用領域，將傳熱學中涉及的理論知識和工程實際應用結合起來，提高他們的職業素養。在教學內容上，多增加與榆林工業相關的知識背景，比如太陽能輻射換熱、煤低溫熱解和氣化過程中的輻射換熱、火力發電廠主輔助受熱面中的換熱計算等等，使學生盡快熟悉相關工業設備的換熱原理，以便以后工作中更好的對這些工業設備進行設計、維護和維修。

三、改革課堂教學，鼓勵大學生科技創新，促進創新思維的培養

“傳熱學”是培養學生分析和解決工程實際問題能力的關鍵課程，是一門實驗研究和理論分析密切結合的學科[4]，設置有傳熱學實驗教學，以便于將理論和實際緊密聯系起來。傳熱學實驗不僅起著驗證理論，鞏固和擴大所學課程內容的作用，更重要的是可以培養學生的動手能力、實踐精神、創新思維和創新能力。

在傳熱學教學中，開展一些專題討論可以讓學生拓展思維、增強課堂教學效果、活躍課堂氣氛。更重要的是，學生通過課下查閱相關資料，認真仔細思考，會更深入的理解傳熱學知識。在課堂教學中，曾先后展開過熱管換熱器的討論、強化換熱方式等的討論，均收到了良好的教學效果。

培養大量的一線創新人才，是當代中國高等教育最重要的歷史使命。在全球經濟一體化、文化多元化的21世紀，開拓創新和科學發展是當代中國發展的主旋律，構建以學生為中心，注重學生綜合素質培養，強調學生創新能力、實踐能力的創新型人才培養模式成為高等教育的必然選擇。

為了培養創新型人才，傳熱學課程的教學采取了如下措施：

傳授給學生學習傳熱學的方法，比如把握重點章節、學習思路、求解微分方程的技巧等。同時，引入火力發電廠中主輔助受熱面的對流換熱和爐內輻射換熱來激發學生學習傳熱學的興趣。通過習題課和課堂提問，培養學生的嚴謹、求實、探索和創新的學術風格。

采用以問題為主線的教學，注重在教學中引導學生思考問題、提出問題、研究問題和解決問題。比如肋片導熱問題的求解就可以先思考問題：肋片通過增加表面積來強化換熱的，其換熱熱流該如何計算？接著可引導學生提出問題：是否可建立肋片的導熱微分方程來獲得肋片內的溫度分布？然后研究采用哪些假設可以使得微分方程既符合物理現象又能夠方便求解，最后將列出的肋片導熱數學模型進行求解，獲得溫度分布和熱流量。在整個教學過程中可通過引發思考、啟迪智慧、激發靈感來促進學風。

引導學生將多學科的多種知識綜合在一起，解決實際問題，在解決過程中把握事物的本質，將知識轉化為能力。比如傳熱過程往往會涉及三種傳熱方法，即導熱、對流換熱和輻射換熱，熱流量通常是溫差除以總熱阻，總熱阻由導熱熱阻、對流換熱熱阻和輻射換熱熱阻構成，通過分析那個熱阻是主要熱阻，可以尋找到強化或抑制換熱的關鍵環節。這就需要把傳熱學的所有知識融合在一起，在這個過程中需要抓住主要因素，忽略次要因素，簡化解決問題的方法。

鼓勵學生勇于突破，不斷超越自己，超越老師，這樣自己才可以不斷進步。在課堂知識的講解過程中可以啟發學生多角度、正反兩方面來思考問題，通過轉換思維將事物的缺點變為優勢，往往能夠帶給學生一種峰回路轉的欣喜。同時，也要讓學生多提問，多判斷，不斷提升自己的評判能力。

目前，實驗教學多為驗證性實驗，往往是老師先講，學生根據實驗指導書和預先安裝好的實驗裝置及儀器，對實驗現象進行觀察記錄數據，然后根據實驗報告指導書上給定的步驟進行驗算，最后得出結論。這種預先設計好的實驗特別容易讓學生產生依賴性，喪失主動參與性，學生們會感到枯燥無味，難以激發他們的學習興趣和創新欲望，也無法提高實驗設計能力和問題分析能力，甚至連儀器都不會使用。

為了提高學生的實驗設計能力，針對城市熱能專科學生的實際情況，激發學生自行設計小型實驗裝置，提高他們的參與能力，激發他們的創作欲望。為了進一步提高他們的積極性，鼓勵他們將設計作品作為大學生科技創新題目來獲得學校資助加以研究。通過這一措施，有一部分動手能力強、思維活躍的學生積極創作小型實驗裝置，取得了可喜的成績。

參考文獻：

[1]蔡敬民，魏朱寶.應用型本科人才培養的戰略思考[J].中國高等教育，2008，（12）：58-60.

[2]柴立和，蒙毅，彭曉峰.傳熱學研究及其未來發展的新視角探索[J].自然雜志，1999，（1）：12-15.

[3]何根海，譚甲文.發揮地方高校優勢——主動參與區域社會管理創新[J].中國高等教育，2014，（2）：13-16.

[4]宋小勇，權玲.“傳熱學”課程教學方法研究與探討[J].中國電力教育，2013，（2）：100-101.

（責任編輯：王祝萍）