以應用實踐為導向的“傳熱學”課程專創融合教學改革研究*

張 慶，馬尚尚，史洪偉，卓 馨，王紅艷，王貴志

(宿州學院化學化工學院，安徽 宿州 234000)

傳熱學是研究各領域中熱量傳遞規律的科學，其課程知識的應用涉及到多個工程技術領域。傳熱學課程是能源動力類本科專業及研究生專業的一門核心課程[1-2]，課程本身中的熱傳遞內容寬泛復雜，傳熱理論基于多變的數學公式，要求學生在課程的學習中具有良好的數學功底，才能夠加深對傳熱學基礎理論的理解。在理論理解的基礎之上，傳熱學課程配備了相應的實驗課程，通過理論與實踐結合促進學生對于傳熱現象的理解，加深對其背后的傳熱學基礎知識的應用。這是目前國內傳熱學課程教學的共性教學模式[3-4]。

傳熱學課程因其熱傳遞內容中熱量傳遞計算復雜，熱量傳遞模式組合多變，傳熱模式狀態多樣，使得學生本身的課程學習已頗有難度，雖然輔助了配套的實驗課程，也只是加深了學生對于傳熱現象的直觀感性體驗，往往在課程學習測驗之后很難對傳熱學知識有更深刻的理解。實質上，隨著國家新型工業化發展與創新需求戰略的實施，對于新工科的人才培養提出了更高的要求[5-6]，不能僅僅將所學課程知識停留在單純的記憶以及粗略的理解程度，而是要求學生在深化理論知識的理解與掌握基礎的實驗測試方法的基礎上，將雙創教育深度融合進專業課程教育中，培養學生的創新意識、創業精神及創新創業能力，從而對學生的應用實踐能力提出了更高的要求，要求高校構建新型技術人才的專創融合教育模式[7-8]。

傳熱學課程因其本身熱傳遞知識的廣泛存在，使得其能夠在多個工程領域發揮作用。傳熱學課程中涉及的傳熱方式：熱傳導、熱對流、熱輻射，是多個工程技術領域的核心問題及難點，如化工、能源、冶金、陶瓷、航天航空、紡織等領域中，熱傳遞問題均是其領域中發展的關鍵點[9]。在傳熱學課程的教學中將其與實踐應用掛鉤是發揮課程學習最大功用的教學模式。改變傳統的理論學習加實驗認知的教學模式，將實踐應用環節融入傳熱學課程教學中是傳熱學教學改革的新方向，因此有必要探索新的以應用實踐為導向的“傳熱學”課程專創融合教學改革。

1 傳熱學課程教學的主要困難與問題

傳熱學課程具備幾個特點，即：理論概念多、理論深度大、理論公式繁復難度大，熱傳遞知識抽象難理解等，而相應的課程教學課時難以滿足課程內容的教學要求，需要掌握的傳熱知識與學生學習投入的時間與精力不匹配[10]。上述傳熱學課程的特點使得教師在教學中往往為完成課程進度將課程內容一股腦推進講授，不能夠匹配學生的理解消化進度，學生在課程學習中對課程內容籠統吸收，很難對傳熱知識有更進一步的深刻理解與吸收。這為教師授課帶來了繁重的備課與講授壓力，同時學生很難對課程知識提起興趣，進而很大程度影響了學生對傳熱學課程的學習，使得課程學習僅僅停留在膚淺的記憶與做題層面，而在學術研究及實習工作中很難將所學傳熱學知識應用到實踐中，而科學研究與實習工作中對于傳熱學課程知識的實用操作要求程度較高，兩者難以對接，大大降低了傳熱學課程的學習效果。如何將傳熱學課程教學與實踐應用結合，達到最終學生“學以所用”的目標是課程教學團隊面臨的主要挑戰。學生在實際傳熱學課程學習中存在以下幾個難點。

1.1 非穩態熱傳導問題

在傳熱學課程的熱傳導知識點教學中，對于物體內部的溫度場隨時間變化的非穩態熱傳導問題，因其溫度場求解中增加了一個時間變量，使得物體非穩態溫度分布求解變得復雜。對于幾類特殊非穩態問題可以進行簡化求其分析解，如零維問題的分析法-集中參數法、非穩態導熱正規狀況階段分析解的簡化與半無限大物體的非穩態導熱等。而不同分析求解的簡化情況基于的條件不同，學生在非穩態熱傳導學習中很難進行區分，使得學生學習該部分知識點內容不明確。針對該部分知識學習難點，可結合實際問題進行講解，如測量體溫的水銀溫度計在測量時需要保持接觸人體多長時間達到測試結果的穩定，這是一個可采用集中參數法進行求解的非穩態導熱問題。又如某市地下管道需埋入地下多少距離以保證管道不會被凍壞，這可采用半無限大物體的非穩態導熱模型進行解決。將繁復的非穩態導熱與實際生活與工程案例結合在一起，能夠讓學生激發學習傳熱學的興趣，同時能讓其明確傳熱學知識如何進行應用。

1.2 對流傳熱問題

傳熱學中對流傳熱有大量與實際工程案例相關的實驗關聯式，但實驗關聯式繁多，應用有條件，關聯式本身涉及如雷諾數、普朗特數及多個變量。學生在傳熱學學習中難以有直觀的理解，冗長的實驗關聯式更是難以記憶。因此在對流傳熱的學習中應注重對流傳熱知識點與實驗、實習與實踐課程的結合，通過實驗課程了解對流傳熱的影響因素，通過實踐課程來運用所學習的對流傳熱關聯式用于解決實際的工程項目，讓其在解決實際工程案例中獲得學習傳熱學對流傳熱知識的滿足感。

1.3 傳熱過程分析與換熱器的熱計算問題

在綜合學習了傳熱學中的熱傳導與對流傳熱等知識后，學生應具備對實際傳熱過程能夠建立模型，明確其傳熱過程包括哪些環節，能將傳熱學知識用于實際化工生產中換熱器的設計計算，而在實際學習中，學會對該部分內容重要性認識不足，對傳熱學知識的綜合分析運用能力不足。造成學生該部分知識點學習不清晰的原因可能是學生對所學知識如何用于工程問題分析不清楚，因此應將該部分內容與實踐課程聯系在一起，配合以相關解決實際工程問題的分析軟件進行學習，將所學傳熱知識與軟件操作課程結合在一起，達到學以致用的目的，能夠更深一步的加強學生對于該部分知識點的理解。

2 傳熱學課程專創融合教學模式設計

2.1 專創融合教育機制協同

專創融合教育模式的新探索需要學校機制協同，高校應大戰略上重視專創融合人才培育機制的建立。首先做好專創融合的發展方向定位，高校應結合自身所處地理位置的工程應用需求及自身高校定位，謀劃課程的專創融合的發展定位，結合自身區域發展的方向，資源優勢及人才需求把握課程專創融合的方向，使得課程建設及人才培育能輻射周邊經濟發展。二是做好專創融合課程構建的管理機制，做好課程專創融合的配套建設，需要提供相應的政策及配套設施以輔助課程建設的需求，積極搭建與有工程需求及科學研究需求的機構建立聯系渠道，將課程知識真正應用到工程實踐及科學研究中。這些均需要學校配套相應的制度及資源平臺搭建的指引與推動，如開設基于傳熱學的專創融合課程，將傳熱學課程教學與創新創業教育融合在一起，打造具有特色的傳熱學課程。

2.2 打造復合專創融合師資力量

專創融合課程的建設需要不同環節的合理搭配構建，應建立一支復合的專創融合師資教學團隊，教學隊伍中不同的師資力量負責不同的教學環節，彌補單一師資教學帶來的教學內容短板，如具備深厚理論教學功底的教師可能缺乏相應的創新意識，存在創業意識及經歷不足，又或工程實踐能力不足等問題。需要構建一支梯度的復合專創融合師資力量。如將企業工程師納入專創融合課程教學中，企業工程師在工作中接觸較多的工程設計問題，但其可能理論知識功底較薄弱，但可以提供豐富的工程案例作為課程教學內容，專門設置一定課時課程以某一具體工程項目為背景結合傳熱學課程進行分析教學，補充單一的理論教學帶來的課程知識乏味的劣勢，同時帶動學生應用實踐的興趣，讓學生感到學有所用，增加學生學習動力。

2.3 專創融合課程知識體系的構建

傳熱學課程知識復雜難度大，需要對課程知識講授進行重新的評估劃分，如傳熱學課程中基礎的三種熱傳遞：熱傳導、熱對流與熱輻射的基礎理論知識應予以重點介紹，而課程中有相當一部分章節涉及到熱傳遞的實驗關聯式的講授，從具體實踐應用為導向來看，其在工程應用中具有直接應用的價值，但是往往課堂教授中這部分知識關聯式復雜多變，熱傳遞環節組合多樣，學生難以記憶，如過多將該部分知識在課堂中講授，不僅占據學生大量的時間與經歷，且學習之后難有深刻的理解。可將該部分知識與應用實踐課程聯系在一起，在課程講授中配套實際工程案例，按小組劃分，同時輔助應用軟件實踐，將應用軟件實踐課程與傳熱學課程進行對接，如將換熱器設計軟件HTRI與ASPEN EDR實際操作教授于同學，在解決實際工程問題中消化吸收該部分傳熱學知識。

圖1 專創融合課程知識體系構建Fig.1 Knowledge system construction of specialized innovation integration course

2.4 創新實踐輔助專創融合課程

圖2 以應用實踐為導向 “傳熱學”專創融合課程教學改革Fig.2 Innovative and integrated teaching reform of “heat transfer” course oriented by application practice

在傳熱學課程專創融合教學過程中，應輔助以相應的實習實踐課時安排，可合理調整配套的實驗課程課時，實驗課程本身的教學過程多個實驗具有重疊性，在了解幾個實驗基礎上，其他的傳熱學實驗具有相似的機理，將工業實習、課程設計與傳熱學課程有機融合，讓學生真正了解工程應用中傳熱學知識的應用，將課程教學與日后實際的實習工作對接起來，讓學生真正了解傳熱學知識的實際應用，同時企業與各機構能夠招收到符合要求的應用型人才，為企業與社會創造實際價值，減輕企業與社會進一步人才培養的成本。同時鼓勵學生積極參與創新創業實踐比賽，在項目競賽中實現傳熱學知識的進一步應用，培養其創新創業意識。

3 結 語

綜合分析了傳熱學課程的重要應用地位，指出了傳熱學課程教學中的特點及困境。以應用實踐為導向，培養具有創新型技術能力的卓越工程師人才，通過專創融合模式對接區域經濟需求，探索傳熱學課程專創融合教學的新模式，建立專創融合教育機制協同、打造復合專創融合師資力量、專創融合課程知識體系的構建以及創新實踐輔助專創融合課程的教學模式，為推動高校創新創業教育與專業教育融合教育模式提供借鑒。