传热学课程教学改革与实践

摘 要

传热学课程是金属材料、材料加工与控制、材料化学专业必修的专业基础课。在课程建设过程中针对教学内容庞大、教学方法单一等问题进行了一些改革，按照专业进行分级教学，将科研成果引入课堂教学中，通过案例讲解、主题研讨相结合的方式，实现了零基础、多层次教学，提高了学生提出问题、分析问题、解决问题的能力，教学效果良好。

关鍵词

冶金传输原理和冶金反应工程学;博士研究生教学;教学改革

中图分类号： O35-4;TK124-4;G642         文献标识码： A

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2020.05.019

传热学是一门研究热量传递规律的科学，它所涉及的领域非常广泛。特别是在材料冶金、能源动力、建筑节能、航空航天、机械制造、交通运输、化工制药、生物工程等领域更是蕴藏着大量的传热问题，并且形成了如相变与多相流传热、微尺度传热、生物传热、超常传热等传热学的多个学科分支[1-4]。我校于2011年将传热学课程设为金属材料、材料加工与控制、材料化学专业的专业基础课，在教学过程中，如何合理地安排教学环节、组织教学内容，一直以来是一个需要深入研究和探讨的问题。

1 传热学课程教学过程中存在的问题

1.1 膨胀的教学内容与缩减的教学学时之间的矛盾

随着科学技术的不断发展及工业生产的不断进步，有关传热学的基础理论不断完善，传热学的应用领域不断扩展，这直接导致传热学的教学内容日益增多，所使用的教材也越来越厚，以各高校传热学课程普遍采用的杨世铭先生主编的《传热学》为例，该教材第四版印刷591页[1]，而我校授课学时数仅为40学时。膨胀的教学内容与缩减的教学学时之间的矛盾日益加剧。我们更多关注的是能否完成教学任务，而对学生分析问题和解决问题能力的培养不够。但是，我校在金属材料、材料加工与控制、材料化学专业开设传热学课程，其课程教学目标是使学生深入理解传热现象的机理，借助数值计算方法和计算机，能够应用传热理论对材料制备过程进行模拟与优化研究，重在培养学生运用基本理论和基本方法去分析、解决工程实际问题的能力。因此，寻求适用于金属材料、材料加工与控制及材料化学专业的教学内容是传热学课程教学内容改革的重点。

1.2 教学方法和方式单一

传热学是以微分方程、热学、流体力学、量子力学为基础发展起来的，其自身学科的发展特征导致传热学具有内容多且不系统缺乏连贯性，图表和微分方程、经验公式半经验公式多等特点。学生在学习传热学的过程中普遍感觉缺乏兴趣，公式繁缛不好理解，这增加了教学难度。目前，课程主要以老师讲授为主，学生讨论、动手较少，教学方式单一。因此需要加强理论教学与科研实践的紧密结合，引入案例教学，让学生更多的参与教学，同时采用多种教学方法，尽最大可能提高学生的学习兴趣[5]。

2 传热学课程教学内容改革

传热学课程是寻求材料设计、制备、热处理等过程中各主要参变量之间的相互关系，找出其数学表达式（数学模型）;根据各种假设和实验条件，利用计算机解出各参变量之间的定量关系，借以确定最优的反应设备设计和工艺操作参数，注重理论与应用相结合。因此，在课程教学中以传热基本原理为主线，将数值计算和物理模拟引入到课堂教学，并穿插介绍实验与典型实例，充分做到原理与应用相结合，同时缩减了与专业无关的教学内容。具体如下：

第一部分基础理论知识，在课程讲授之初主要介绍传热学的基本概念、基本定义和定律（理），即注重基础，目的是使学生通过学习了解传热学的有关概念和基本理论，获得必要的有关热量传递的基本知识和基本技能，掌握传热计算的基本方法。在该部分讲解过程中，补充相关数学物理基础知识，如常微分、方向导数、微积分等，从而使课程难度有所降低，减少了学生学习的畏难情绪。

第二部分实际应用，在此基础上，分析材料制备领域的典型传热问题，培养学生独立利用传热学的基本理论分析和解决实际工程问题的能力，并将课程组多年来在传热学领域取得的科研成果引入到课堂教学中，拓宽视野，以科研促教学，提高了学生学习兴趣。

3 传热学课程教学方法建设

3.1 注重现代教学手段与传统教学方法的结合，灵活运用多种教学方法

针对本课程公式推导多，内容较难理解等特点，教师多采用板书启发式地讲授，尽量用生动形象、通俗易懂的语言讲解，如利用热电比拟法、量级分析法、量纲分析法把传热学比较枯燥的理论与学生的已有知识和感兴趣的实践联系起来;同时借助于多媒体的表现形式，抽象内容用动态的图象和动画演示，以视频和图象背景资料支持并配音来阐述一些重要理论和概念。

3.2 引入案例教学，以科研促教学

在课堂教学中，将课程团队多年来在传热学领域取得的科研成果引入到课堂教学中，注重师生交流，鼓励学生提问和置疑，使课堂教学有声有色，充满乐趣和吸引力[6]。

3.3 增设专题讨论，布置课程论文

针对教学过程中学生普遍存在的问题以及课程相关领域科研问题，增设专题讨论。讨论课事先布置讨论题，同学预先收集资料，准备发言内容，由同学做主题发言，然后在讨论中自由发言，各抒已见，在讨论中启发思维，争辩中取得共识，最后老师进行总结。通过讨论、学生讲解、老师分析总结等方式，丰富教学方式，增加学生学习的自觉性。同时，布置课程论文，学生在课堂上领会理论知识后，通过计算机编程处理简单的实际问题，在实践中进行消化掌握，加深对理论知识的理解和增强学生动手能力。

4 结语

对金属材料、材料加工与控制、材料化学专业本科生开设的传热学课程教学内容进行整合更新完善，在课程教学中以传热基本原理为主线，将实验与典型实例穿插介绍，充分做到原理、实验与应用相结合，同时根据学科发展，不断更新教学内容，将课程组多年来在传热领域取得的科研成果引入到课堂教学中，补充部分数学物理知识，降低课程教学难度。丰富课堂教学手段，增加专题讨论环节和科研案例教学，提高了学生提出问题、分析问题、解决问题的能力，教学效果良好。

参考文献

[1]杨世铭，陶文铨.传热学[M].第四版.北京：高等教育出版社，2006.

[2]刘雅琳，崔海航，郭亚军.传热学课程建设方案[J].中国冶金教育，2018，6： 32-35

[3]阮芳，龙激波，王平，等.传热学课程教学方法的研究与实践[J].高等建筑教育，2015，24（6）：93-96.

[4]徐健，温良英，张生富，等.材料与冶金专业传热学课程课堂教学[J].中国冶金教育，2017（5）：30-31.

[5]金永丽，李保卫，赵增武，等.冶金传输原理课程的教学内容与教学方法改革[J].中国冶金教育，2009，5：36-37，43.

[6]王学仁，艾春安，宁超.高等院校“传热学”案例式教学法探讨[J].中国电力教育，2010（12）：74-76.