化工原理傳熱單元解題推理型微課的設(shè)計與制作

郭 芳 陳慕華 許俊強

(1.重慶理工大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院 重慶 400050；2.南京林業(yè)大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院 江蘇南京 210037）

一、化工原理“傳熱單元”微課建設(shè)的意義

化工原理是化工類及相近專業(yè)的一門主干課，是基礎(chǔ)課與專業(yè)課的橋梁。主要研究各種“化工單元操作”(流體流動、傳熱、蒸發(fā)、蒸餾、吸收、干燥、結(jié)晶、萃取等)的基本原理、典型設(shè)備構(gòu)造及操作特性、過程和設(shè)備的設(shè)計與計算、設(shè)備的選擇與改造等。教學(xué)特點是強調(diào)工程觀點，重視理論和實際相結(jié)合，培養(yǎng)和提高學(xué)生認(rèn)識問題、分析問題及解決問題的能力[1]。化工生產(chǎn)中的很多過程和單元操作，都需要進(jìn)行加熱和冷卻。蒸發(fā)、蒸餾、干燥等單元操作中，也同樣需要向相關(guān)設(shè)備輸入或輸出熱。傳熱過程普遍地存在于化工生產(chǎn)中，且具有極其重要的作用，因此，在化工原理課程理論及實踐教學(xué)中是非常重要的章節(jié)[2]。

在理論教學(xué)中，對于傳熱單元，學(xué)生需要掌握的知識目標(biāo)主要有以下三點：(1) 掌握傳熱過程的基本概念及原理；(2)掌握傳熱過程中熱量衡算、總傳熱速率方程的計算及應(yīng)用；(3)掌握間壁式換熱的過程及特點和典型的管殼式換熱器的結(jié)構(gòu)特征。面對有限的學(xué)時，大容量的課程內(nèi)容，微課以其“短、小、精、趣”的特征，遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)的形式，打破了傳統(tǒng)教學(xué)模式在空間和時間上對“教”與“學(xué)”的限制[3]。借助現(xiàn)代信息技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)的便利，以微視頻為載體，將傳熱的基本原理及概念結(jié)合形象具體的生活生產(chǎn)的實例，將傳熱設(shè)備結(jié)構(gòu)特征以生動靈活的動畫模擬，將傳熱的應(yīng)用及計算進(jìn)行啟發(fā)推理演示。學(xué)生的興趣性、關(guān)注度和理解力都會增強，從而達(dá)到積極、自主、自助的學(xué)習(xí)，體現(xiàn)以“學(xué)”為主的教學(xué)理念。

二、傳熱單元微課的設(shè)計思路

微課服務(wù)對象主要是學(xué)生，而學(xué)生對微課的接受程度與教師在微課中的教學(xué)設(shè)計有些密切關(guān)系[4]。筆者根據(jù)教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)內(nèi)容，傳熱單元的教學(xué)要求對于學(xué)生是比較統(tǒng)一的，可歸納如下：(1) 培養(yǎng)學(xué)生理解和掌握換熱設(shè)備特性和基礎(chǔ)知識，并能提升學(xué)生解決傳熱過程中的設(shè)計型或操作型計算問題的能力；(2) 培養(yǎng)學(xué)生熟練掌握求解傳熱量、傳熱面積、平均溫度差、總傳熱系數(shù)及流體管程流通面積的方法；(3) 培養(yǎng)學(xué)生舉一反三、準(zhǔn)確分析的能力，從而提高解題效率及準(zhǔn)確性。(4)為后續(xù)課程設(shè)計及實驗的學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)對傳熱單元操作的理解和綜合應(yīng)用打好基礎(chǔ)。微課的設(shè)計需要契合學(xué)生要求，圍繞教學(xué)要求，以構(gòu)建多類型微課為思路，將兩者的多樣性和統(tǒng)一性相結(jié)合。對于前三種要求，可以在微課中從生活實例或?qū)嶒炑菔疽曨l出發(fā)引出工程實例，將傳熱原理與設(shè)備結(jié)構(gòu)及應(yīng)用相結(jié)合，引導(dǎo)和啟發(fā)學(xué)生去思考，加深學(xué)生對傳熱過程的概念。對于第四種要求，在突出課程基礎(chǔ)性和應(yīng)用性的同時，以經(jīng)典例題出發(fā)，不僅將傳熱相關(guān)的知識點進(jìn)行系統(tǒng)化歸納，更傳授各題型的具體解題方法與技巧，使學(xué)生形成完整的知識體系鏈，能有效激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和參與度。

三、傳熱單元解題推理型微課的制作

（一）構(gòu)建解題推理型微課的目的

熱量衡算是工科學(xué)生的基本功，而傳熱計算解題的關(guān)鍵是總傳熱速率方程的應(yīng)用，這需要結(jié)合考慮換熱器的結(jié)構(gòu)特性。換熱器種類繁多，單就常用的管殼式換熱器也結(jié)構(gòu)不一，各有特點，對計算過程造成影響，這就要求學(xué)生對換熱設(shè)備有充分的認(rèn)識和把控。這樣才能在掌握傳熱原理的基礎(chǔ)上靈活、熟練地運用該章節(jié)的多個知識點。而從一個典型習(xí)題出發(fā)幫助學(xué)生復(fù)習(xí)鞏固所學(xué)知識是十分具體形象的，也是非常必要。因此考慮構(gòu)建解題推理型微課。

（二）解題推理型微課的教學(xué)過程設(shè)計

這類微課的教學(xué)目標(biāo)是在傳熱章節(jié)主體教學(xué)內(nèi)容完成的基礎(chǔ)上，圍繞本章的重點與難點（如總傳熱速率方程中傳熱量Q，總傳熱系數(shù)K，管內(nèi)對流傳熱系數(shù)αi的求解；管殼式換熱器的結(jié)構(gòu)特點與管內(nèi)流體流速u求解及換熱器的傳熱面積S及管程流通面積A的關(guān)聯(lián)等），通過一道綜合性強的典型習(xí)題對重要知識點進(jìn)行重點總結(jié)概括，對疑惑難理解的問題層層引導(dǎo)啟發(fā)，對易混淆出錯的地方給予分類歸納，集中糾錯。制作時，微課的內(nèi)容及時間分配可做如下安排：

（三）解題推理型微課的錄制手段及優(yōu)點

解題推理型微課可以采用虛擬演播室及軟件合成的方式進(jìn)行錄制，ppt內(nèi)容與設(shè)備動畫切換播放，教師臨場與旁白相結(jié)合。授課形式可融合啟發(fā)式、疑問式及糾錯式，ppt的內(nèi)容組織可融合知識點、典型例題、總結(jié)。在同步解題與詳實演示的過程中，微課畫面的靈動和形象比抽象的文字和公式更有助于學(xué)生的理解和掌握。

四、結(jié)束語

在化工原理傳熱單元操作的“教”與“學(xué)”的過程中，引入微課向?qū)W生多層面展示化工原理教學(xué)內(nèi)容的多樣性。在分析教學(xué)要求與學(xué)生要求的基礎(chǔ)上，構(gòu)建多類型的微課，增強學(xué)生對傳熱單元知識點的興趣性、關(guān)注度和理解力。其中解題推理型微課，將傳熱的基礎(chǔ)知識點和設(shè)備結(jié)構(gòu)特性通過經(jīng)典例題的講解進(jìn)行系統(tǒng)化鞏固復(fù)習(xí)，并進(jìn)一步傳授相關(guān)題型的具體解題方法與技巧，使學(xué)生形成完整的知識體系鏈，提高傳熱章節(jié)的教學(xué)質(zhì)量。