熱質交換原理與設備課程教學反思與實踐

［摘 要］ 熱質交換原理與設備是建筑環境與能源應用工程專業重要的學科基礎課程之一，具有聯系基礎課程與專業課程的橋梁與紐帶作用，該課程教學具有知識面寬、受眾廣、引領示范性強等特點。對課程教學過程中存在的問題進行認真反思、分析，總結存在的問題，不斷進行教學改革，創新教學設計，改進教學方法，以激發學生的學習興趣，提高學生的創新及工程實踐能力。另外，對熱質交換原理與設備教學實施過程及教學效果評價進行總結，形成該課程教學新特色，以期為其他課程教學方式方法的改革和教學水平的提高提供參考。

［關鍵詞］ 熱質交換原理與設備；教學反思；教學設計；教學方法

［基金項目］ 2023年度甘肅省教育廳高校教師創新基金項目“相變蓄熱技術在甘肅河西地區民用建筑供暖系統中的應用研究”（2023B-245）；2022年度教育部產學合作協同育人項目“建筑節能與綠色建筑教學實踐基地建設”（220704225310815）

［作者簡介］ 趙子琴（1975—），女，甘肅武山人，碩士，蘭州工業學院土木工程學院副教授，主要從事建筑環境與能源應用工程研究。

［中圖分類號］ G642.0 ［文獻標識碼］ A ［文章編號］ 1674-9324（2024）28-0090-04 ［收稿日期］ 2023-05-03

引言

動量、熱量及質量傳遞現象廣泛存在于建筑環境與能源應用工程專業領域。熱質交換原理與設備是建環專業的學科專業基礎課程，以動量、能量及質量傳遞構成傳輸理論基礎，重點研究在建筑環境與設備中熱質交換原理及相應設備的熱工計算方法，為學生了解熱質傳遞規律、進一步學習創造良好的建筑室內環境奠定了基礎［1］。

熱質交換原理與設備課程的主要任務是開闊學生的科學視野，研究創造建筑室內環境所用的熱質交換方法的基本特性和基本規律，將本專業相關的熱質交換關聯內容匯總、整合，讓學生通過動量、熱量和質量傳輸的統一傳遞過程在理論上學習及研究本專業工程實踐中遇到的熱質交換設備的設計計算方法、加工、運行管理等方面遇到的一些問題。課程涉及面廣、理論性強，具有聯系本專業基礎課與專業課的橋梁作用：向上銜接“流體力學”“傳熱學”等基礎課程基本知識，向下開啟了“鍋爐與鍋爐房設備”“通風與空調工程”等專業核心課程相關內容。這不僅可使學生掌握相關的基礎理論知識，而且可使學生能夠將理論知識較好地應用于工程實踐，培養學生理論聯系實際的能力。

本文主要對熱質交換原理與設備課程在教學過程中存在的問題進行反思、分析及總結，持續教學改革，從教學方法、教學設計改革創新等方面進行探討，期望推進建筑環境與能源應用工程專業人才培養目標的實現，著力促進學生理論聯系實際及創新能力的提升。

一、課程教學現狀及存在的問題

蘭州工業學院建環專業熱質交換原理與設備課程的類型為專業學科基礎課程，共32學時，其中理論30學時，實驗2學時。課程教學安排在第六學期，此時學生已經學習和掌握了流體力學、工程熱力學、傳熱學等相關基礎知識，知識銜接較為合理，但課程涉及內容較多，牽涉本專業中諸如被處理對象的物理要求、熱工性質與人體的需求，創造和控制被處理對象的人工環境所需要的冷源與熱源的能源供給，高效經濟地將所需要的能源輸送至被處理對象的輸配方式，實現創造和控制被處理對象的人工環境目標的能源轉換設備等。因此，本課程內容涉及面廣，具有專業基礎課與專業技術課的知識過渡作用；同時，課程理論性強，理論與實際緊密相關，綜合性高。

熱質交換原理與設備課程涉及相關先修課程內容較多，且傳質理論基礎部分基本概念較多、內容較抽象［2-3］；對涉及本專業相關熱質設備結構、原理的專業課程還未開設。這增加了該課程的學習難度。因此，學生難以很好地理解熱質交換原理、設備結構特性等，進而導致學生的學習積極性不高，教學效果欠佳，未能很好地達到教學培養目標。

二、課程知識結構體系分析

熱質交換原理與設備課程根據專業人才培養目標、教學大綱及生源、學生特點等因材施教，教材選用連之偉主編、中國建筑工業出版社的《熱質交換原理與設備》。該書主要包括傳熱傳質的理論基礎、空氣熱濕處理的原理與方法、熱質交換設備及其熱工計算三大單元。

傳熱傳質的理論基礎建立在流體力學、傳熱學等相關知識基礎之上，引入動量、熱量及質量傳遞現象，包含傳質的基本知識、傳質問題的分析及設計計算。空氣熱濕處理的原理與方法包括空氣熱濕處理原理、途徑及應用。熱質交換設備及其熱工計算包括熱質交換設備的結構、工作原理及其基本的熱工計算方法。課程著力于提升學生工程實際應用及科技創新能力，讓學生掌握熱質交換基礎知識、專業基本理論知識、專業技能及工程創新實踐綜合應用等必備知識，達到知識目標、能力目標及素養目標的全面培養。

三、教學設計探索

（一）增強理論、實踐與創新的融合并進

蘭州工業學院建環專業人才培養目標注重學生對專業技術知識、科技創新及工程實踐能力的掌握，畢業生要能夠從事工業與民用建筑中環境控制技術領域的工作，具有暖通空調、燃氣供應、建筑給排水等公共設施系統和建筑熱能供應系統的設計、安裝、調試、運行能力，以及理論知識、工程實踐及科技創新能力。

實踐教學是培養學生實踐操作基本技能及解決工程實際問題的基本途徑，在實驗操作過程中，實驗指導教師根據人才培養目標、教學大綱、實驗教學目的，為學生提供實驗操作的主要設備、儀器、儀表等，要求學生實驗前預習實驗指導書、課外查閱相關資料等，分組自行初步設計實驗方案、實驗步驟、數據處理等，以培養學生的自主學習和創新實踐能力。另外，注重教學與科研相結合，教師將科研項目融入課堂教學或教學過程，激發學生的學習興趣，開拓學生的學習視野，以學科競賽為載體推動課程建設及教學設計，采用學分激勵機制，指導學生借助“互聯網+”大學生創新創業訓練項目、大學生節能減排科技競賽等相關學科競賽開展相關教學實踐，提升學生對課內知識的掌握水平和實踐應用能力，構建課程知識傳授與創新創業相結合的模式，培養學生的創新思維、創新意識及創新能力。在教學過程中，適時安排學生到校企合作單位實習實訓，或邀請企業專業技術人員到學校做講座，提升教師的教學科研能力，同時，深化、拓展學生對相關專業知識及專業前沿科技的了解，使其進一步明確就業及未來的發展方向。

（二）優化教學內容

課程教學過程注重教學內容與工程實踐的緊密結合。其中，首堂課強調本課程在專業人才培養目標達成中的重要性，通過課程名稱中“熱質交換”字面含義，激發學生學習的積極性；同時，結合先修課程相關知識及生活、生產中涉及的熱質交換現象，引出動量傳遞、熱量傳遞及質量傳遞等的廣泛性、重要性，使學生理解“三傳”現象間的相似性、相關性，為課程后續教學做鋪墊［4］。

課程知識結構由熱質交換原理與熱質交換設備兩部分構成，在教學設計上，對涉及的基本概念、基本原理等概念通過類比、對比異同的方法進行整合與提煉特征。如傳質部分采用傳熱與傳質新舊知識類比，分析其異同點，將較難理解的知識點簡單化，引導幫助學生理解。同時在教學過程中，設置一些與本課程相關的前沿熱點問題，拓寬學生的視野，如在講述傳質內容時，可設置有關建筑材料VOC傳質研究的綜述題。

空氣熱濕處理的原理與方法可通過生活、生產實例介紹熱質交換原理，使學生對其有初步的了解。通過濕空氣焓濕圖對空氣熱濕處理途徑進行詳細分析，使學生掌握空氣熱濕處理的途徑。在講述吸附、吸收處理空氣的原理與方法時，將涉及溫濕度獨立調節系統的內容設置為討論話題，探討有關溫濕度控制技術及溫濕度獨立調節空調系統的發展現狀、研究進展及存在的突出問題等，安排學生搜集相關資料并開展專題討論，以此培養學生文獻查閱、分析問題的能力。

熱質交換設備及其熱工計算部分，通過圖片、視頻使學生了解相關設備結構及工作原理，在教學過程中通過案例引出問題，引導學生分組討論確定問題的解決方法并進行求解，培養學生學以致用的工程實踐能力，使其認識到相關專業知識的重要性，有效提高學生的社會責任感及職業榮譽感。

（三）優化課程成績評定方式

課程成績評定以考核學生能力培養目標的達成為主要目的，督促引導學生按時完成相關的學習內容，以達到既定的教學要求。課程注重教學過程各環節的考核，采取試卷、課堂考勤、課堂表現、課后作業及實驗等形式；突出過程成績，通過過程評價體現學生綜合應用能力的培養，使評價結果更能真實地反映對課程目標和專業培養目標的達成情況。

在課程考核結束后，任課教師對課程考試試卷結果進行分析，從試題質量、學生解答中所反映的共性問題、基于學生解答情況反映學生在學習方面的問題、基于學生解答情況反映教師教學方面的問題等方面進行分析，給出擬采取的教學改進措施及建議。最后，任課教師對課程進行教學效果分析及總結，并在課程團隊專題研討會上進行討論，以此給出合理化的建議，進一步完善、優化教學理念、教學方法、教學設計等。

四、教學方法探討

（一）合理利用現代教學資源

以學生為中心，創新教學方法。傳統的“灌輸式”教學往往使學生處于被動接受知識的狀態，學生缺乏自主學習、主動思考，教學效果欠佳。

為此，在教學實踐過程中要充分利用中國大學MOOC、超星爾雅等網絡課程平臺及手機App等信息技術，通過提升教師的教學能力、創新能力，改變傳統的“灌輸”講授模式，促進師生、學生間的互動交流，資源共享，優化教學設計及教學手段，真正體現線上線下混合式教學，做到課前、課中、課后的全過程沉浸式學習［5-6］。

（二）科學實施教學過程

在課前預習中，教師通過引導的方式要求學生預習易學易記的內容，如傳質概論部分涉及的質量濃度、物質的量濃度、質量分數、摩爾分數、斐克定律等。為檢測預習情況，教師可在課堂復習回顧階段通過手機App在學習通平臺隨機選人或設置搶答，展現學生預習成效。

在課堂教學過程中，采用混合式教學，遵循講清基本知識和原理、突出工程實踐應用的原則，將工程實踐中涉及的典型案例借助圖片、視頻等形式，使學生對相關知識有初步的了解，通過感性認識引出問題，師生一并探討總結出解決方案，通過分析工程實例問題，培養學生解決工程實踐問題的創新意識和創新能力［7］。尤其是首堂課，通過工程實例啟發學生的學習興趣，使學生了解該課程學習內容、學習方法、課程特點等［8］；根據生活、生產中存在的問題，分析解決問題的途徑，并說明解決問題所需該課程的相關知識，使學生對課程學習目的及相關知識的應用有初步的認識。為調動學生學習的積極性、活躍課堂教學氛圍，課堂中根據內容適時借助學習通以搶答、選人、主題討論或問卷等形式由學生進行答題或分組討論。

由于該課程理論性較強，涉及基本概念較多，因此，課后鞏固復習階段較為重要。教師應適當布置一些思考討論話題或課后作業，作業主要內容以傳熱傳質基本知識的掌握及理論知識在工程實際中應用的主觀題為主，突出相關知識的綜合應用和實踐能力的提升，通過強化、拓展相關知識點，增強工程實踐能力鍛煉［9-10］。同時，為了促進教師與學生的交流，設置答疑環節，以便教師及時解答學生存在的困惑、疑難問題等，引導學生積極主動思考。課后作業通過學習通或超星爾雅平臺發布，采用限時提交作業的方式，以督促、追蹤學生學習進度。

五、教學效果分析評價

課程教學改革是循序漸進的過程，通過多年課程教學改革與實踐，熱質交換原理與設備課程教學取得了一定的成效：學生能夠在課程平臺認真預習，課堂授課過程中學生沒有無故曠課現象，出勤率明顯提高；學生能夠積極主動參與教學活動，保質按時提交課后作業，對相關理論知識的掌握明顯增強，學習成績有所提高。

在教學過程中，學生積極參加各類科技創新與實踐活動，近三年本專業學生在全國大學生畢業設計大賽、全國大學生節能減排與社會實踐大賽、“挑戰杯”全國大學生課外科技競賽等重要賽事中榮獲國家級二等獎1項，三等獎5項，省部級一等獎、二等獎各2項的好成績。

結語

熱質交換原理與設備課程是一門理論與實踐性較強的課程。課程依據建筑環境與能源應用工程專業人才目標，結合教學大綱，從知識結構體系、教學內容設計、教學方法等方面進行探討，突出以學生為中心的地位。在課程建設中持續強化科教結合、產教融合、協同育人，充分利用線上線下等多種教學手段，拓寬學生學習、創新渠道，積極調動學生學習的主動性、積極性，以提升學生的組織協調能力、分析研究問題能力及工程實踐創新能力。

參考文獻

［1］連之偉，陳寶明.熱質交換原理與設備［M］.4版.北京：中國建筑工業出版社，2018：7.

［2］王雨，周西文.“熱質交換原理與設備”課程的教學方法探索與實踐［J］.中國電力教育，2010（35）：72-73.

［3］吳嘉峰，陳亞平，紀光菊.“熱質交換原理與設備”課程的教學改革［J］.東南大學學報（哲學社會科學版），2017，19（S2）：157-162.

［4］張琳邡，姚麗.熱質交換原理與設備教學總結和教學方法探討［J］.教育教學論壇，2020（31）：275-276.

［5］張淑輝，高雷虹，楊洋.高校課程思政混合式教學困境及改進策略［J］.教育理論與實踐，2023，43（3）：57-60.

［6］楊國正，陳慧賢，吳一塵，等.線上直播課程教學改革的探索與實踐［J］.當代教育理論與實踐，2021，13（4）：55-60.

［7］張振迎，楊美媛，常莉，等.熱質交換原理與設備課程混合式教學的探索與實踐［J］.制冷，2019，38（4）：66-70.

［8］張寅平.熱質交換原理和設備課教學體會［J］.高等建筑教育，2003（4）：36-38.

［9］管勇，胡萬玲，周文和，等.參與模式下熱質交換原理與設備課程教學和考核方法研究［J］.高等建筑教育，2018，27（4）：95-99.

［10］呂靜，朱夢雅.思維導圖在建筑環境與能源應用工程專業課程教與學中的應用［J］.中國教育技術裝備，2021（18）：77-79+89.

Reflection and Practice on the Teaching of Fundamentals and Equipment of Heat and Mass Transfer

ZHAO Zi-qin， YUAN Shang-ke， YAO Cheng-chun

（School of Civil Engineering， Lanzhou Institute of Technology， Lanzhou， Gansu 730050， China）

Abstract： Fundamentals and Equipment of Heat and Mass Transfer is one of the important basic courses in the field of architectural environment and equipment specialty， which plays a role of bridging basic courses and professional courses. The course teaching has the characteristics of wide specialty， wide audience and strong demonstration. In view of the problems existing in the course teaching， this paper makes a serious reflection， analysis and summary and puts forward the ideas of continuously carrying out teaching reform， innovating teaching design， improving teaching methods， to stimulate the students’ learning interest， improve their innovation and engineering practice ability. The teaching implementation process and the teaching results are summarized， forming new teaching features of this course and providing a certain basis and reference for the optimization of teaching methods in the future.

Key words： Fundamentals and Equipment of Heat and Mass Transfer; teaching reflections; teaching design; teaching methods