《高等傳熱學》教學改革芻議

姜未汀 任洪波 劉方 翁建華 朱群志

摘要：《高等傳熱學》是為動力工程及工程熱物理專業研究生開設的專業學位課程。由于該課程的傳統教學內容是以經典的傳熱理論為基礎的，內容龐雜，推導繁復，學生在學習課程知識后，往往無法解決實際工程傳熱問題。作者結合改革方案的實施，提出了調整教學內容、增加課程思政內容、增加實驗儀器介紹等教育教學方法，并取得了一定的教學效果。

關鍵詞：高等傳熱學;研究生課程;教學改革

中圖分類號：G642.0? ? ?文獻標志碼：A? ? ?文章編號：1674-9324（2019）51-0091-02

《高等傳熱學》是動力工程及工程熱物理等相關專業研究生的專業學位課程。由于學好本課程是學生今后從事相關科研工作和解決工程應用問題的基礎，因此受到廣大師生的高度重視。但是在《高等傳熱學》教學過程中，往往會遇到各種困難。鑒于此，筆者對各類教學困難進行了分析，結合相關教改項目，提出了自己的教改方案，供廣大相關專業的師生參考。

一、存在問題

筆者從事《高等傳熱學》教學工作已接近十年，綜合最近幾年的教學經驗，并與本校及其他兄弟高校的教師、本校研究生等進行交流后，總結出目前教學工作中的一些問題：

1.教學內容涉及大量的數學推導，但是實用性不強。例如《高等傳熱學》中，對于導熱問題介紹了分離變量法、拉普拉斯法、近似積分法等方法，不可為不完備，但是當學生遇到實際問題時，發現這些方法都只能解決最簡單的幾何形狀下的導熱問題，無法用其解答實際工程問題，從而產生學了有什么用的疑惑。

2.目前《高等傳熱學》教學過程中，課程思政相關內容依然是空白，以傳授專業知識為主，對學生的思想不夠重視，部分教師對其關注度亦不夠，存在課程思政是本科生教育的事情，研究生不必涉及等誤區。

3.學生反映在學習《高等傳熱學》后，依然無法使用學院已有的相關實驗設備，甚至不清楚學院有什么與傳熱學相關的實驗設備，造成學與用分離的情況。

二、指導思想

在《高等傳熱學》教學改革中，我們認為課程不僅要承前，即傳授傳熱學的經典方法與案例，還要繼后，即要充分反映現代傳熱技術的最新發展，要能解決實際工程技術問題。此外，除了重視學生實際能力的培養，還要關注學生的思想動態。因此我們在教學改革過程中遵循了以下原則：

1.教學中原有的基本傳熱學知識與數學基礎依然保留，增加新的傳熱學分析手段的介紹，并通過大作業等手段加以鞏固。

2.高度重視研究生的課程思政內容，充分發揮課堂教學在育人中的主渠道作用，著力將思想政治教育貫穿于《高等傳熱學》教育教學的全過程。

3.在教學過程中強化實用性，增加對學院已有的各種實驗設備的介紹。

三、教改內容

1.調整教學內容。在日常教學內容中，我們有意識加快經典理論知識的傳授，尤其是與本科傳熱學相關的內容的傳授，以此來節省出時間，進行新的傳熱學分析手段的介紹。

例如，在教改前，經典的穩態傳熱的主要教學內容為：一維穩態導熱，主要介紹穩態導熱的概念與基本方程;準一維問題，主要介紹肋片的導熱問題;二維穩態導熱，主要介紹分離變量法、虛擬熱源法以及變物性問題，其中分離變量法為教學重點。

在上述內容中，一維穩態導熱與準一維問題在本科傳熱學中已經有一定內容的介紹，我們有意縮減其教學內容，將其縮短了1學時，轉而將空出來的時間來介紹如何用CFD軟件Fluent來計算簡單的穩態導熱問題。同時保持分離變量法、虛擬熱源法等內容的教學時間不變。

在教改之初，曾經擔心學生無法迅速接受CFD軟件，更多深入的介紹又會耗費過多教學時間。在實際過程中，發現學生接受并學會CFD軟件的速度比我們預計的要快得多。主要原因是：首先，目前的Fluent軟件入門相對容易，相關教學資料也非常多;其次，學生課題組中通常都有學長已經熟練掌握相關軟件，可以充分發揮傳幫帶的作用，減輕教師工作量;第三，很多學生在本科畢業設計階段已經接觸了Fluent軟件，對此并不陌生。當然也有部分學生確實無法在短期內掌握相關內容，因此也允許學生采用經典的分離變量法進行解題。

2.增加課程思政。經典的傳熱學教學內容的知識點主要形成于18世紀至20世紀上半葉，正是中國科技水平全面落后于西方的時代，相關的理論、模型、方法基本都是由歐美科學家提出的，鮮有關于中國的內容，容易給學生造成中國在該領域始終落后于人的不良印象，不利于學生達到全國高校思想政治工作會議中提出的“正確認識中國特色和國際比較，全面客觀認識當代中國、看待外部世界”的要求。

鑒于此，在教授《高等傳熱學》的過程中，我們增加了相關課程思政內容，其內容分為兩方面。首先是關于傳熱學領域的中國杰出科學家的相關介紹，例如陶文銓院士與他的強化傳熱研究，過增元院士與他的場協同理論等。其次是近年來中國在傳熱學領域的突破，例如在介紹輻射換熱時，介紹中國的高超音速飛行器DF-ZF在重返大氣層時的散熱原理等，通過此類介紹，增強學生的民族自豪感與自信心，達到專業知識與思想政治教育的融合。

3.介紹實驗設備與原理。近年來我院在科研領域上有了較大發展，添置了一部分先進的實驗設備，例如熱常數分析儀、量熱儀、熱重儀等。尤其是瑞典Hot Disk公司生產的熱常數分析儀，可以測量各種幾何形狀與尺寸的樣品，其測量原理與《高等傳熱學》的教學內容關系密切。

通過調研發現，出于種種原因，研究生往往不清楚本學院有哪些先進的儀器，更談不上了解其測量原理并進行測量。鑒于此，我們在《高等傳熱學》的教學過程中，特意增加了科研儀器的原理與使用內容，其主要包括：學院已有的傳熱領域科研儀器的原理、儀器的測量范圍與方法、測量實驗等內容。首先通過課堂教學講授儀器原理與測量范圍，除了介紹已有設備的知識外，還重點分析市場上同類型儀器的情況，分析采購該儀器的原因，為將來學生自主采購儀器提供幫助與參考。最后組織學生參觀儀器，并進行樣本的實測，達到加深印象的目的。

四、小結

經過最近幾年的實踐，作者進行的教改嘗試取得了一定的成效。主要特點為突出實用性、思想性，促進師生之間的交流與反饋，增加學生興趣，提高學生創新能力，增強愛國情懷。

需要指出的是，我們的教學改革還有很多局限之處，例如目前的教改，對于活潑外向、愿意多與教師交流、多嘗試新事物的學生而言比較有效。如何發動全體學生，尤其是比較內向，習慣課堂學習、書面作業為主的學生參與其中，依然有待探討，也有待方家指正。

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