消防工程專業《傳熱學》教學方法改革

張京兆+吳奉亮+李莉+馬礪

摘要：針對《傳熱學》課程教學的基本情況，通過教學效果調查分析，結合消防工程專業的特點，對該課程的教學方法進行改革。通過合理利用多媒體教學手段，加強學生的參與力度，輔助于類比教學法、團隊協作教學法等，是教學改革的主要手段。只有教師和學生共同努力，才是培養學生綜合能力的教學方法改革之路。

關鍵詞：傳熱學;教學改革;消防工程;團隊合作學習法

中圖分類號：G642.0 ? ? 文獻標志碼：A ? ? 文章編號：1674-9324（2016）07-0087-02

一、引言

西安科技大學消防工程專業的前身源于1984年成立的西安礦業學院礦井通風與安全學科，該學科于1999年獲批陜西省重點學科，2002年被評為國家重點學科，2011年被調整為一級學科。2009年，依托安全科學與工程國家重點學科，由陜西省公安廳、陜西省消防武警總隊和陜西省教育廳批準，報請教育部審批后設立消防工程專業，并于當年招收第一屆本科生。西安科技大學消防工程系是西北地區唯一的消防工程專業培養單位。

研究熱能傳遞、轉換與控制的《傳熱學》，是消防工程專業的重要基礎課之一，以微分方程、熱力學、流體力學等為基礎發展起來，但發展過程又與現代實驗科學緊密相連。該課程自身學科發展的特征具有以下特點：內容多且不系統，缺乏連貫性，圖表和微分方程、經驗公式、半經驗公式多。

隨著教學改革的不斷深化，《傳熱學》教學課時越來越少。按照傳統的教學方式方法，學生容易失去學習興趣，教學效果不佳。為了滿足消防工程專業《傳熱學》教學大綱的要求，根據多年的教學情況總結，結合消防工程專業自身特點，本文對其教學方式方法進行分析和改革。

二、《傳熱學》教學基本情況

西安科技大學消防工程專業選用由楊世銘和陶文銓主編的第四版《傳熱學》教材（以下簡稱教材）。該教材榮獲國家級教學成果二等獎、中國高等學校科學技術獎一等獎，是目前國內大多數熱能類相關專業教學的首選教材。教材從學習研究方法的角度，導熱部分主要介紹分析解法以及數值解法，對流換熱部分以介紹在相似原理指導下的實驗研究內容為主，輻射部分則以介紹分析解法為主;從工程應用的角度，全部教學內容緊緊圍繞三個基本主題，即傳熱的強化、傳熱的削弱及溫度場的控制。

在西安科技大學消防工程專業教學培養計劃的不斷改革中，教學內容增加與授課學時減少間的矛盾，致使教師和學生在授課與學習的過程中都感覺吃力。而且，《傳熱學》教材拓展的知識面與不同專業需求之間的矛盾，[2]使得教學改革勢在必行。

為了更好地完成消防工程專業《傳熱學》課程教學改革，筆者對西安科技大學消防工程專業的畢業生和在校生進行問卷調查，有效問卷206份。經分析歸納后，總結如下：（1）理論性偏強，應增加工程應用;（2）多媒體教學課堂信息量大，難以有效吸收;（3）團隊協作教學法部分學生未參與工作。綜合調查結果及西安科技大學消防工程專業《傳熱學》課程多位任課教師的教學經驗，本文對該課程教學進行改革。

三、《傳熱學》教學方法改革

傳統教學經常采用和最習慣的方法是課堂灌輸法，這種方法對學生掌握科學文化知識是必要的。但如果只有這種方法，課堂教學顯得非常單調，學生也會感到枯燥乏味，調動不起學習的主觀能動性，教學效果也不會太好。要想讓學生成為學習的真正主人，應注意各種方法的綜合運用。

西安科技大學消防工程專業《傳熱學》課程教學改革采用的主要教學方式方法包括以下五部分。

1.合理利用多媒體教學。據消防工程專業《傳熱學》授課調查結果可知，多媒體教學存在課堂信息量多、學生接受吃力的缺點，完全采用板書教學又存在課時緊張的問題，因此，采用板書和多媒體相結合的方式，是比較好的選擇。

對于熱量傳遞過程的物理機理、基本規律和主要的計算方法，采用板書教學，尤其是導熱及對流換熱微分方程的推導。微分方程的推導及簡化是《傳熱學》課程的教學難點，采用多媒體教學的結果顯示，大部分學生跟不上教師的節奏，來不及消化，效果較差。

而導熱、對流換熱、熱輻射這三大塊的總結及工程應用，可以采用多媒體教學。以導熱問題為例。通過對教材第二、第三和第四章的板書學習，學生基本可以了解導熱問題主要用于解決什么樣的問題及采用什么樣的方法。用一個學時的多媒體教學，將這三章的內容串起來進行總結，幫助學生回顧剛學過的知識，不會讓他們覺得信息量太大。另外，用一個課時的多媒體教學，進行諾模圖的工程應用學習，學生不僅可以掌握傅里葉數和畢渥數對非穩態導熱問題的影響，同時也能避免圖表難以板書的問題。

2.教與學并進的教學方法。在所有的教學過程中，教師都在不斷探索怎樣提高學生學習主觀能動性的方式和方法。比如，如何提高學生的聽課興趣，教師可通過提高自己授課的音量、授課的趣味性和課堂提問等方式引起學生注意。筆者有時也會采用趣味教學來提高學生的聽課興趣，但即使學生在課上集中注意力，聽懂教師授課內容，可是課后呢？大部分學生又將剛剛學習的知識返還給了課堂。

所以，教師應采用教師講與學生練相結合的教學方法，以教材第二章第三和第五節為例。教師用15分鐘的時間講授第三節的一維無限大平壁分析解的簡化處理及求解過程，然后給學生10分鐘的時間練習第五節的具有內熱源的一維導熱問題，這既節省時間，又能使學生更深層次地了解簡單導熱工程問題的處理方法。

3.類比教學法。由于《傳熱學》課程中有些概念比較抽象，采用比擬法能使學生把對已知對象的明晰性和可理解性轉移到被研究對象身上去，化抽象為形象，從而有利于認識新事物的本質規律。在介紹導熱、對流換熱及熱輻射的基本定律時，采用導熱和導電比擬法教學，三個定律都可寫成歐姆定律形式，引入“熱阻”概念。對照熱阻與電阻，根據物理學相關電學知識，學生容易理解掌握傳熱的基本機理及如何強化換熱。多表面封閉系統輻射換熱求解的網絡法，是該對比教學法的具體應用。

4.綜合能力培養教學法。教材第四章的導熱問題數值解法是新版本教材新加進來的內容，部分教師在講授《傳熱學》課程時跳過該部分內容，筆者認為不妥。隨著計算機技術的發展，越來越多的工程問題選擇商用軟件進行處理，所以掌握工程問題數值解法的基本原理對學生來說是必要的。筆者在講授消防工程專業《傳熱學》課程時，用一課時講授數值解法的基本原理和方法步驟，結合簡單工程實例安排一次課的上機實踐。學生通過自行編寫程序、調試和計算，真正掌握數值解法的基本思路，同時將《傳熱學》課程與計算機語言課程聯系起來。

5.團隊協作教學法。團隊精神是任何個人單位和集體取得事業和科研成功的主要因素之一。通過布置一些與本課程有關的工程問題，將學生按四到六人分為一個小組，每個小組一個問題，最后完成一篇小論文，作為整個小組期末考核的一部分。學生分工合作，互相討論，通過查閱文獻，分析總結，提出自己的想法來完成這篇論文。這既能提高學生查閱文獻的能力，還能培養團隊合作精神，易于培養學生成為研究型工程人才。但在問卷調查時發現，對于這種方法，一些學生在完成整個小論文的過程中，沒有參與任何工作，仍在改進完善中。

《傳熱學》是消防工程專業的一門重要的基礎課，教學改革是一個需要不斷研究、不斷創新的課題。教學的關鍵是在教師，只有教師能被調動起來，學生才能有興趣聽，教學改革才能成功。因此，必須不斷探索，創造以現代化教育科學理論為指導的、符合消防工程專業實際情況的、具有特色的、行之有效的教學方法，為培養一代新人做出更大貢獻。

參考文獻：

[1]郭永輝，王子云.關于”傳熱學”課程教學改革之我見[J].制冷與空調，2004，16（2）：69-70.

[2]李友榮，楊晨，吳雙應，等.“傳熱學”課程教學改革研究與思考[J].中國電力教育，2010，183（32）：66-67.

[3]陰繼翔.比擬法在“傳熱學”教學中的作用[J].太原理工大學學報，2001，19（3）：64-66.

[4]何宏舟，鄭捷慶，鄒崢，等.提高“傳熱學”課程教學質量的有效途徑[J].集美大學學報，2009，10（3）：73-76.