新工科背景下的能源與動力工程專業傳熱學教學改革探索

盧青波 潘劍鋒 范寶偉 邵霞 潘建梅

摘 ? 要：在新工科背景下，結合能源與動力工程專業培養目標，針對傳熱學課程教學中存在的問題，探討了傳熱學課程在課程結構體系、教學內容、教學方法和考核方式等方面上的主要教學改革措施。結合傳熱學的課程特點，初步建立了傳熱學課程的新教學體系，有效提高了教學效果及教學質量，對于培養高素質、復合型的新工科人才具有十分重要的意義。

關鍵詞：傳熱學 ?教學改革 ?新工科

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

自2017年教育部發布《教育部高等教育司關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，融合多方優勢，以實現新工科教育的穩步發展。近年來，一些新興的產業和經濟社會獲得了快速發展，亟需一批工程實踐能力強、創新能力強、具備國際競爭力的高素質復合型人才，這對高校培養專業工程人才模式提出嚴峻挑戰[1]。為了盡快培養出迎合當下需求的復合型新工科人才，不斷豐富和完善其內在含義，要求各高校結合自身的辦學特點和優勢，實現基于新工科背景下能源與動力工程專業的建設目標[2]。

在能源與動力工程專業建設的過程中，傳熱學課程是本專業的主干技術基礎課之一，也是進一步學習專業課的基礎[3，4]。此外，在日常生活和生產中處處存在熱量傳遞的現象，相關傳熱學理論也被廣泛應用于各個領域[5]。傳熱學是一門既經典又融合發展的傳統課程，同時還是應用性極廣的基礎理論課程。因此，先行傳熱學教學全面和深化改革，是新工科背景下應對能源與動力工程專業人才需求變革的基礎和落腳點。

1 ?課程結構及教學現狀

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

在教學模式方面，傳統的模式通常以教師為中心，重視書本知識的傳授，教師與學生之間的互動主要以單向的課堂問答形式為主，忽視或不要求學生的主動參與度。在教學的過程中，教師按照一成不變的教學大綱進行細致的講解，學生在接受知識時，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，這樣的教學模式是“灌輸式”的教學，學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。

在考試方面我校“傳熱學”課程總成績是由考卷成績（占80%）、實驗課（占10%）、平時成績（占10%）構成，平時成績根據出勤情況、課堂問答和作業成績來評定。從分數構成上來看，成績主要取決于考卷成績，平時成績所占比例較小，缺乏對學生平時學習質量的監控。綜上分析，在以往傳統的教學方法顯然難以滿足在傳授知識的過程中培養學生的獨立分析、解決問題的能力這一課堂教學的目的，更難以達到“新工科”背景下培養高素質人才的宗旨。

2 ?教學和課程體系的改革方案

為了適應新工科對于人才培養要求，并針對傳統工科教育存在的上述問題，筆者提出了基于“新工科”建設的傳熱學課程教學改革。

2.1 優化教學內容

合理的教學內容設計配合因材施教的授課方法是教學改革的關鍵步驟。在傳熱學課程中存在一些繁瑣的數學推導過程，且有些知識點相對陳舊，針對這部分內容需要做出必要的刪減。教學中要重視傳熱學的基本概念、重點理論和方法的講解，通過討論和總結的方法引導學生的學習熱情。增加當前傳熱學領域的研究熱點和新技術，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熱點知識，使學生了解傳熱學的應用范圍，顯著增加了學習的興趣。

2.2 強化實驗與工程實踐教學

傳熱學是一門應用性極強的課程，具有相關實驗進行加深和鞏固相關知識點的理解，并且傳熱學在工程實際中的應用較為廣泛，所以必須開展實驗和工程實踐相結合的教學模式，并對此進行強化。一方面，實驗的開展，有助于學生對基礎知識的理解和強化，使學生的動手能力獲得提升;另一方面，通過工程實踐環節的培養，給學生搭建起理論和實際之間的橋梁，從而獲得應用相關理論知識解決實際問題的工程實踐能力，提升了學生的創新性思維能力。結合培養目標及新工科的背景，傳熱學的教學內容應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系，引導學生全面思考問題，樹立工程創新觀念，強化學生的實踐和創新能力。傳熱學課程實驗一般為驗證性實驗，主要針對課堂講授的相關概念、定理等基礎理論進行驗證，如導熱系數的測定、橫掠單管強制對流換熱系數的測定、發射率的測定、熱管的應用等，驗證性實驗和課堂講授內容相得益彰，使相關的概念和理論進一步得到了鞏固，并鍛煉了學生的動手能力。工程實踐環節的提出，可以使學生更快、更好地了解當前工程實際的需要，獲得運用自己所學知識應用“發現問題—理論方案—設計—改進—解決問題”的方式來解決一些工程實際問題的能力，提高學生的學習主動性和創造力。在實踐的教學中，可以引入工程實例教學，也可以將相關案例作為學生的課后作業，充分發揮學生的主觀能動性，全面地調研和學習相關延伸專業知識，加深對書本知識的理解，提升了學生對知識的學習興趣，增加了課程學習的趣味性。例如在講解“換熱器的設計”這一部分內容時，注重與工程實際聯系，以相關工程中換熱器實物和設計實例為切入點，注重講解“平均溫差法”和“效能—傳熱單元數法”的設計步驟，引導學生對換熱器設計的興趣，并對比分析兩種方法的優缺點，指出工程領域中的傳統應用與理論計算的差距。

2.3 改進教學方法和手段

以面向新工科培養人才為目的，當前所應用的滿堂漫灌教學方式已不再適用，應當引導學生充分發揮學習主動性，全面培養學生的求知欲和創新性思維。在課堂教學中，增加討論式及啟發式的教學模式，加強師生間交流互動，活躍課堂氣氛，提升學生學習的興趣。全面開展“傳授—引導—思維—歸納—發展”的教學模式，使學生的自主學習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合的教學方式，增加學生的感知度和認知度，以提高教學質量和學習效果。合理利用多媒體教學手段，配以豐富的配圖、豐滿的色彩、聲像等直覺信息沖擊學生的視覺感受，并用聲情并茂的語言和手勢等進行詳細描述和講解以加強課堂教學效果。老師應當走下講臺，加強與學生的互動和交流，感受學生對知識的理解程度，及時調整教學過程。將多媒體教學、板書教學及學生的反饋信息進行有機結合，以全面發展當前的傳熱學課堂教學實踐。此外，教師應當設置習題討論課，按照學生完成課后作業情況進行補習相關知識點，并在以后的教學中加強該部分內容的講解。在課外時間中，為學生提供專門的答疑輔導時間，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，大大提升學生的學習興趣。構建網絡平臺，學生通過練習平臺上的習題，加深對教材中相關知識的理解，使學生的訓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，既要注重學生對教材中知識的掌握，又要注重學生對所學知識的靈活運用，同時關注分析解決問題的能力和綜合素質的提高程度。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、作業（課題項目）完成情況、期中測試、實驗考核、期末測試等環節。在該考核方式中，注重考察學生平時的學習力度、積極性和主動性，培養學生的自主學習和分析問題、解決問題的能力。以平時成績為例，教師可以依據教材中與實際工程較相關的知識點布置主要問題，以8～10位學生組成一個團隊，圍繞該問題，團隊成員分別查閱相關資料進行自學和討論，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+老師現場評分”模式進行評比，最終的分數計入學生的平時成績。該方式鍛煉學生自主學習能力，培養團隊協作精神，學習效果也得到了學生的肯定。

3 ?結語

本文旨在構建與具有專業特色的新工科人才培養模式相適應的教學模式，嘗試采用優化教學內容、強化實驗和工程實踐教學、改進教學方法和手段、改革考核方式等方法有效激發學生學習主動性和創新性思維，提高教學效果。努力實踐和探索出一種新的教學模式，達到培養具有扎實理論基礎、較強的實踐能力及創新能力的高素質和復合型新工科人才的目標。

參考文獻

[1] 教育部高等教育司.關于開展新工科研究與實踐的通知（教高司函（2017）6號）[Z].

[2] 沈建新，陸勇.“新工科”理念下的地方本科高校校本課程開發[J].鹽城師范學院學報：人文社會科學版，2017， 37（4）：116-119.

[3] 楊世銘，陶文銓.傳熱學[M].4版.北京：高等教育出版社， 2006.

[4] 王瑜，李維，談美蘭，等.新工科背景下建筑環境與能源應用工程專業傳熱學課程教學研究[J].高等建筑教育，2018，27（5）：14-19.

[5] 張姝，支艷.“傳熱學”課堂教學改革的探討[J].大學教育，2015（3）：118-119.