传热学课堂教学引入浅析

赵斌 卢闪 孙鑫 郑雨柔

摘要：课堂引入是上好一堂课的关键所在，我校传热学课堂教学尝试实验、音像等引入法，经过几年的教学实践，表明在传热学课堂教学过程中应用具有针对性、趣味性和科学性的课堂引入实例，可以激发学生的学习热情，有助于培养学生的综合应用能力和创造思维能力，在课堂教学中具有重要的地位和作用。

关键词：课堂教学;课堂引入法;传热学

中图分类号：G642.41     文献标志码：A     文章编号：1674-9324（2015）47-0138-03

一部成功的电影需要出奇制胜的预告片吸引观众的注意，教学亦是如此，生动有趣的教学引入对学生的课堂学习起着至关重要的作用，对传热学教学质量的提高以及人才培养也是举足轻重的[1]。

经过多年的努力，我校传热学课程建设已日臻完备，并已形成自己的特色，于2007年被评为校优秀课程，2008年被评为省精品课程。教学实践表明，对尚未接触传热学课程的低年级大学生而言，受往届传热学课程挂科率比较高等原因的影响，对传热学课程的学习仍存有畏惧心理。教师在课下与学生的交流发现，很多学生在传热学这门课的学习上不得要领，在初听多维非稳态导热问题、大容器沸腾传热实验关联式以及间壁式换热器热设计等类似问题时，就有种惴惴不安的感觉。因此，如何做好传热学课堂引入，激发学生对传热学的学习兴趣，排除畏难情绪，愈发显得关键。

一、传热学简介

传热是一种自发的不可逆过程，而传热学是一门跨行业、专业技术的基础性交叉学科，它是在数学（主要是微分方程理论）、热力学、流体力学等基础上发展起来的基础应用学科。热能传递的三种基本方式为热传导、热对流和热辐射。三种传递方式的主要区别在于相对位移和传递介质。

传热过程大多伴随热传导、对流换热和辐射换热的综合影响[2]。例如，生活中铁板烧的传热过程和水壶烧水的过程就兼具这三种换热方式，而不同案例下，这三种换热方式所占比例又不尽相同。由此可见，对于传热过程的理解分析，存有一定的难度。学生在学习传热学课程之初，为消除大学生的畏难情绪，尝试采用引入法从各个角度加深学生对热量传递现象的深入理解[3]，以激发大学生对传热学课程的学习兴趣。

二、引入法浅析

任课教师在传热学课堂上改变传统的授课模式，初步探讨研究出几种教学引入方法。例如，在讲到傅立叶定律时，教师通常会简要介绍让·巴普蒂斯·约瑟夫·傅立叶这位伟大的法国物理学家的生平事迹，继而提及他是如何提出导热基本定律以及求解导热微分方程的无穷级数的。此外，教师还可依据教学重点与难点，为学生设疑，让学生积极思考，开拓思维，主动发言，以此调动学生学习传热学课程的兴趣。

1.实验引入法。在课堂上，通过演示实验，鼓励学生一起参加，提高学生的动手操作能力，更重要的是，形象化的实物相比抽象的理论而言，更容易让学生接受。

在传热学第一堂课中，任课教师带着蜡烛、纸杯、托盘还有一瓶纯净水来到教室，学生都惊讶地看着教师，他们想象不到教师要在传热学课堂上为大家做一个简单的小实验，那就是用纸杯烧开水（见图1）。实验很成功，水也烧开了，但纸杯并没有烧着。学生在底下议论纷纷，猜测这到底是为什么。在大家各抒己见后，总结出正确答案：纸的燃点在180℃左右，而水的沸点在100℃左右，当纸杯中装了水，用蜡烛加热纸杯底部时，纸杯吸热升温并将热量迅速地传递给水，当纸杯中的水吸热升温至沸点时，水开始沸腾。因此，只要纸杯中有水，纸就不能达到燃点而燃烧。学生合理地解释完实验现象，教师可开始引入传热学内容，告诉学生，把水烧开的过程包含即将学习的三种换热方式。类似的趣味实验有很多，如一块30mm×30mm×5mm的冰块静止地悬挂在20℃大气中，冰块融化时的形状有什么变化，也可让学生自己动手操作观察，寻求原因，以达到课堂引入的良效。由此，学生带着好奇心与求知欲，开始这学期的传热学课程。

2.音像引入法。如今，高校教学大多是多媒体授课，在开始课程讲解前，可有效利用多媒体资源，为学生播放相关影片。当然，影片时长几分钟即可，重在引入课堂知识。

任课教师曾在开始讲对流传热这章内容时，为学生播放经典影片《泰坦尼克号》片段，男主人公Jack在海水中被冻死，而女主人公Rose却因躺在竹筏上幸存下来（见图2）。影片戛然而止，学生兴趣盎然，这时教师可以问大家为什么Jack没有像Rose那样撑到救援人员来的一刻？由于绝大多数的学生对该影片比较熟悉，各抒己见。有的说因为Jack把外套脱下给了Rose;有的说海水比较凉，Jack体质比较差。整个课堂开始活跃起来，大家争相回答，而教师告诉学生，可以用传热学理论解释：两人与环境之间属于自然对流换热，但Jack是与海水发生自然对流换热，而Rose在竹筏上，是与空气发生自然对流换热，在温度等条件相同的前提下，水的自然对流强度要远大于空气，因此Jack所处环境的换热强度要高于Rose，单位时间内Jack向水传递的热量远高于Rose向空气传递的热量，从而导致Jack被冻死，而Rose却幸免于难。虽然只有短短几分钟的交流，学生却明白课堂内容的重要性。为了获取更多的知识，更合理地解释其他一些实例，学生都开始认真听讲，使得课堂引入效果甚佳。

3.设置悬念法[4]。教师还可以尝试根据课堂重点内容，在一堂课开始前先给学生留下几个预先设计好的相关问题，让大家思考，然后互相讨论，激发学生的学习主动性。

例如，在讲到辐射换热这一章时，教师可以先问大家，我国北方地区在深秋季节的清晨，树叶叶面上常常会结霜（见图3），那么是树叶上表面结霜还是下表面结霜？根据常识与经验，大家异口同声地回答是树叶上表面结霜。教师可紧接着继续问为什么？这时没有学生能准确说出其中的原因。这时，教师要告诉学生，学完这堂课，你们就会找到其中的奥妙。这一堂课，大家带着疑问听得津津有味，而且全神贯注。课堂最后，学生也可以自己找到答案。这是由于清晨时分，树叶上表面朝向太空，下表面朝向地面，而太空温度低于地表温度，即相对树叶下表面来说，其上表面需要向太空辐射更多的能量，导致树叶上表面温度低于下表面温度。在寒冷天气，树叶上表面温度会先于下表面达到零度，还有可能低于零度而出现结霜的现象。设置悬念的方法可以有效地引发学生的好奇心与积极探讨的情绪，该方法实施的关键在于问题应符合教学内容，难度不应太大，使学生有一种“跳一跳，摘得到”的感觉。

4.联系生活法[5]。在结束导热、对流换热与热辐射的讲解之后，教师开始对热流传递的三种基本方式进行总结。即便是这样的复习课，教师也可选取生活中的一些小事例进行课堂引入。这时的课堂引入不但是为了引发学生的兴趣，更重要的是学以致用，回顾学过的知识，用学到的知识科学地解释生活现象，提高思考能力与总结能力。

例如，人们都有这样的经历，对于相同的室温，假设25℃，夏天在该温度的房间内穿着单薄衣物，可能仍然觉得热，而冬天在这样的房间内穿着棉服，却还有冷的感觉，这是什么原因？这是由于人体表面与室内环境发生对流与辐射产生的复合换热量在冬夏之间差别巨大造成的。再如，许多人喜欢在冬天的阳光中晒被子（见图4），棉被经过白天在太阳底下暴晒后，晚上盖起来会很暖和，经过拍打后，效果更明显。这时教师可以让学生用传热学知识解释原因，即：棉被经过晾晒后，棉花空隙中会进入更多的空气，而空气在狭小的棉絮空间中的热量传递方式主要是导热，由于空气的导热系数较小，具有良好的保温性能，当棉被经过拍打后，可让更多的空气进入，效果更明显。

5.工程实践法。课本中的理论知识往往是枯燥乏味的，学生懂得应用传热学知识解释相关生活现象，仅仅是基础要求，但作为工科生，其最理想的学习效果是把已学知识合理应用到工程实践中。往届的很多学生虽然结束了一学期的传热学课程学习，但却从未了解过工程实践中的传热问题。因此，教师将联系生产实例作为课堂教学引入方法，不仅可以开阔学生视野，同时也会把抽象的理论知识融合到具体的生产实例中，让学生愿意听，印象也更加深刻。

在讲到传热过程分析与换热器的热计算这一章内容时，任课教师可以教室中的暖气片（如图5）为例，告诉学生暖气是我国北方地区必不可少的家用设备，其重要性不言而喻。暖气片是一种简单的换热器，其设计与安装都有一定的学问。为使其能更有效地散热，设计者会为其设计若干肋壁，以此加大散热表面积，降低对流换热的热阻，增强传热作用。在安装时，由所学对流换热分析可知，应尽量将暖气片安装在窗户下方，使进入室内的冷空气加热后上升，在房屋上空循环冷却后，下降回流到暖气片周围进行再次加热，从而使房间达到一个有效的空气对流循环。这一引入法可让学生明白专业知识在生产实例中的重要性，内心产生一种使命感和责任感，更踏实地投入专业学习中。

工程实践引入法主要适用于有经验的教师，对刚刚踏上讲台的教师来说，需要在后续工作和生活中积累经验，才能有效地引导学生把理论知识与实际生产结合起来。

总之，课堂引入方法不胜枚举。例如，断桥残雪是杭州西湖十景之一，可采用美景欣赏法为学生讲述其中的传热原理;窗玻璃对红外线几乎不透明，但隔着玻璃晒太阳却使人感觉很暖和，可采用亲身感受法引入课堂内容。通过各种示例的引入、分享，逐步加深学生对热量传递现象的认知理解。

三、结语

高等学校专业课程课堂教学引入法的目的是旨在提高学生的学习兴趣，激发好奇心，提高教学质量，从而提高专业教学水平。但在课堂引入法的应用上，应注意引入方法的简洁有效，要妙趣横生，紧贴教学内容，具有科学依据。

在传热学课堂教学中，教师应针对每堂课的具体教学内容选择行之有效的引入方法吸引学生，让他们感受到传热学的魅力，学会用传热学基础理论解释生活中的现象，学会用所学专业知识指导生产实践。

参考文献：

[1]蔡恒玲，龙双涟.“卓越工程师计划”学校工作方案的探索与实践[J].中国电力教育，2014，（2）：11-12

[2]杨世铭，陶文铨.传热学[M].北京：高等教育出版社，2006.

[3]吴香侠.谈课堂教学的引入法[J].剑南文学，2012，（11）：275.

[4]缪友谊.数学课堂教学引入探讨[J].语数外学习，2013，（6）：53.

[5]朱达峰.新课程背景下高中数学有效课堂教学引入的十种方法[J].案例剖析，2011，（3）：63-65.