新工科背景下的能源与动力工程专业传热学教学改革探索

卢青波 潘剑锋 范宝伟 邵霞 潘建梅

摘   要：在新工科背景下，结合能源与动力工程专业培养目标，针对传热学课程教学中存在的问题，探讨了传热学课程在课程结构体系、教学内容、教学方法和考核方式等方面上的主要教学改革措施。结合传热学的课程特点，初步建立了传热学课程的新教学体系，有效提高了教学效果及教学质量，对于培养高素质、复合型的新工科人才具有十分重要的意义。

关键词：传热学  教学改革  新工科

中图分类号：G642                                  文献标识码：A                        文章编号：1674-098X（2019）08（b）-0191-02

自2017年教育部发布《教育部高等教育司关于开展新工科研究与实践的通知》以来，各高校深入挖掘自身，融合多方优势，以实现新工科教育的稳步发展。近年来，一些新兴的产业和经济社会获得了快速发展，亟需一批工程实践能力强、创新能力强、具备国际竞争力的高素质复合型人才，这对高校培养专业工程人才模式提出严峻挑战[1]。為了尽快培养出迎合当下需求的复合型新工科人才，不断丰富和完善其内在含义，要求各高校结合自身的办学特点和优势，实现基于新工科背景下能源与动力工程专业的建设目标[2]。

在能源与动力工程专业建设的过程中，传热学课程是本专业的主干技术基础课之一，也是进一步学习专业课的基础[3，4]。此外，在日常生活和生产中处处存在热量传递的现象，相关传热学理论也被广泛应用于各个领域[5]。传热学是一门既经典又融合发展的传统课程，同时还是应用性极广的基础理论课程。因此，先行传热学教学全面和深化改革，是新工科背景下应对能源与动力工程专业人才需求变革的基础和落脚点。

1  课程结构及教学现状

传热学是研究温差存在时热量传递规律的学科，其主要内容包括热量传递的3种基本方式、热量传递规律及相关应用、综合传热过程分析三大部分。传热学经过多年的发展，大量融合了其他学科知识，其内容多且散，各部分相对独立，连贯性较差;教材中图表和经验公式、半经验公式偏多，难于记忆和理解，严重阻碍了学生对相关知识的灵活掌握运用。目前，我校本专业此课程主要是以授课和实验相结合，其中授课课时占87%。在讲授本课程时，大多数的教师采用了传统的教学方法，整体的教学效果差强人意。如有些学生认为教材中推导过程太繁琐且不易理解，需要老师详细讲述，而有些学生认为课堂中推导公式是没必要的;课堂上教师对概念等相关知识点的拓展较少，缺乏与工程实际应用的联系，严重打击了学生主动学习的积极性;大多数的学生抱着“为考而学”而非“为用而学”的思想，导致学生普遍不知道该如何利用所学知识去分析和解决实际问题。

在教学模式方面，传统的模式通常以教师为中心，重视书本知识的传授，教师与学生之间的互动主要以单向的课堂问答形式为主，忽视或不要求学生的主动参与度。在教学的过程中，教师按照一成不变的教学大纲进行细致的讲解，学生在接受知识时，只要做好笔记即可，不用去思考和分析，所记的笔记就是教科书的纲要版，这样的教学模式是“灌输式”的教学，学生获得的知识信息仅仅是教师的灌输，缺乏对新知识的探索欲望。

在考试方面我校“传热学”课程总成绩是由考卷成绩（占80%）、实验课（占10%）、平时成绩（占10%）构成，平时成绩根据出勤情况、课堂问答和作业成绩来评定。从分数构成上来看，成绩主要取决于考卷成绩，平时成绩所占比例较小，缺乏对学生平时学习质量的监控。综上分析，在以往传统的教学方法显然难以满足在传授知识的过程中培养学生的独立分析、解决问题的能力这一课堂教学的目的，更难以达到“新工科”背景下培养高素质人才的宗旨。

2  教学和课程体系的改革方案

为了适应新工科对于人才培养要求，并针对传统工科教育存在的上述问题，笔者提出了基于“新工科”建设的传热学课程教学改革。

2.1 优化教学内容

合理的教学内容设计配合因材施教的授课方法是教学改革的关键步骤。在传热学课程中存在一些繁琐的数学推导过程，且有些知识点相对陈旧，针对这部分内容需要做出必要的删减。教学中要重视传热学的基本概念、重点理论和方法的讲解，通过讨论和总结的方法引导学生的学习热情。增加当前传热学领域的研究热点和新技术，如穿插讲述多相流之间的传热、微/纳尺度下流体的传热、航空航天中的传热等前沿热点知识，使学生了解传热学的应用范围，显著增加了学习的兴趣。

2.2 强化实验与工程实践教学

传热学是一门应用性极强的课程，具有相关实验进行加深和巩固相关知识点的理解，并且传热学在工程实际中的应用较为广泛，所以必须开展实验和工程实践相结合的教学模式，并对此进行强化。一方面，实验的开展，有助于学生对基础知识的理解和强化，使学生的动手能力获得提升;另一方面，通过工程实践环节的培养，给学生搭建起理论和实际之间的桥梁，从而获得应用相关理论知识解决实际问题的工程实践能力，提升了学生的创新性思维能力。结合培养目标及新工科的背景，传热学的教学内容应紧紧围绕传热的强化、传热的削弱（热绝缘）、温度场控制3个基本主题，阐明传热与热阻之间的辩证关系，引导学生全面思考问题，树立工程创新观念，强化学生的实践和创新能力。传热学课程实验一般为验证性实验，主要针对课堂讲授的相关概念、定理等基础理论进行验证，如导热系数的测定、横掠单管强制对流换热系数的测定、发射率的测定、热管的应用等，验证性实验和课堂讲授内容相得益彰，使相关的概念和理论进一步得到了巩固，并锻炼了学生的动手能力。工程实践环节的提出，可以使学生更快、更好地了解当前工程实际的需要，获得运用自己所学知识应用“发现问题—理论方案—设计—改进—解决问题”的方式来解决一些工程实际问题的能力，提高学生的学习主动性和创造力。在实践的教学中，可以引入工程实例教学，也可以将相关案例作为学生的课后作业，充分发挥学生的主观能动性，全面地调研和学习相关延伸专业知识，加深对书本知识的理解，提升了学生对知识的学习兴趣，增加了课程学习的趣味性。例如在讲解“换热器的设计”这一部分内容时，注重与工程实际联系，以相关工程中换热器实物和设计实例为切入点，注重讲解“平均温差法”和“效能—传热单元数法”的设计步骤，引导学生对换热器设计的兴趣，并对比分析两种方法的优缺点，指出工程领域中的传统应用与理论计算的差距。

2.3 改进教学方法和手段

以面向新工科培养人才为目的，当前所应用的满堂漫灌教学方式已不再适用，应当引导学生充分发挥学习主动性，全面培养学生的求知欲和创新性思维。在课堂教学中，增加讨论式及启发式的教学模式，加强师生间交流互动，活跃课堂气氛，提升学生学习的兴趣。全面开展“传授—引导—思维—归纳—发展”的教学模式，使学生的自主学习和独立思考的能力获得提升。在课堂讲授中，采用多媒体和板书相结合的教学方式，增加学生的感知度和认知度，以提高教学质量和学习效果。合理利用多媒体教学手段，配以丰富的配图、丰满的色彩、声像等直觉信息冲击学生的视觉感受，并用声情并茂的语言和手势等进行详细描述和讲解以加强课堂教学效果。老师应当走下讲台，加强与学生的互动和交流，感受学生对知识的理解程度，及时调整教学过程。将多媒体教学、板书教学及学生的反馈信息进行有机结合，以全面发展当前的传热学课堂教学实践。此外，教师应当设置习题讨论课，按照学生完成课后作业情况进行补习相关知识点，并在以后的教学中加强该部分内容的讲解。在课外时间中，为学生提供专门的答疑辅导时间，一方面师生之间可以面对面地讨论，另一方面，可以加深师生之间的了解，大大提升学生的学习兴趣。构建网络平台，学生通过练习平台上的习题，加深对教材中相关知识的理解，使学生的训分析问题和解决问题的能力得到了进一步的锻炼。

2.4 改革考核方式

在课程考核方式方面也需要做出改革，既要注重学生对教材中知识的掌握，又要注重学生对所学知识的灵活运用，同时关注分析解决问题的能力和综合素质的提高程度。课程分成平时考核、中期考核和期末考核，考核的形式主要为：课堂表现、作业（课题项目）完成情况、期中测试、实验考核、期末测试等环节。在该考核方式中，注重考察学生平时的学习力度、积极性和主动性，培养学生的自主学习和分析问题、解决问题的能力。以平时成绩为例，教师可以依据教材中与实际工程较相关的知识点布置主要问题，以8～10位学生组成一个团队，围绕该问题，团队成员分别查阅相关资料进行自学和讨论，用图表以PPT形式表述团队思想。在汇报过程中，采用“团队互评+老师现场评分”模式进行评比，最终的分数计入学生的平时成绩。该方式锻炼学生自主学习能力，培养团队协作精神，学习效果也得到了学生的肯定。

3  结语

本文旨在构建与具有专业特色的新工科人才培养模式相适应的教学模式，尝试采用优化教学内容、强化实验和工程实践教学、改进教学方法和手段、改革考核方式等方法有效激发学生学习主动性和创新性思维，提高教学效果。努力实践和探索出一种新的教学模式，达到培养具有扎实理论基础、较强的实践能力及创新能力的高素质和复合型新工科人才的目标。

参考文献

[1] 教育部高等教育司.关于开展新工科研究与实践的通知（教高司函（2017）6号）[Z].

[2] 沈建新，陆勇.“新工科”理念下的地方本科高校校本课程开发[J].盐城师范学院学报：人文社会科学版，2017， 37（4）：116-119.

[3] 楊世铭，陶文铨.传热学[M].4版.北京：高等教育出版社， 2006.

[4] 王瑜，李维，谈美兰，等.新工科背景下建筑环境与能源应用工程专业传热学课程教学研究[J].高等建筑教育，2018，27（5）：14-19.

[5] 张姝，支艳.“传热学”课堂教学改革的探讨[J].大学教育，2015（3）：118-119.