从实践中提升专业硕士研究生“高等传热学”课程的学习效果＊

耿丽萍，杨 杰，陈 慧，杨 鸣，辛绍杰

（上海电机学院 机械学院，上海201306）

1 引言

“高等传热学”是上海电机学院能源与动力工程专业硕士研究生的学位课之一，是在本科传热学知识的基础上，讲解“高等传热学”基本理论的一门课程。随着社会的不断进步和发展，对研究生的培养目标逐步向创新能力强、实践能力强、国际交流能力强、综合素质高的要求靠拢[1]，“高等传热学”的讲授也从经典传热问题物理过程的分析和求解拓展开来。邱林[2]尝试用开放与参与的教学模式来传授，这种模式是以学习者为中心，充分利用灵活多样的信息渠道，使学习者深刻领会和掌握所学知识并运用到实践中去，从而最大限度地调动学生的学习积极性，启迪创新思维。谢诞梅等[3]尝试用全英文教学的方法，以促进研究生与国际接轨的思维模式。朱群志等[4]尝试用增加专题讨论，构建先进教材体系等方法来增强研究生的学习兴趣，提高创新能力。传热理论的应用几乎涉及到工程科学的各个角落[5]，因此该课程在研究生培养过程中的重要性不言而喻。按照教育部“分类办学，突出特色”的思想，专业硕士研究生的学位获得者需具有从事科学研究工作或担负专门技术工作的初步能力，对专业硕士研究生解决问题的能力与创新精神的培养应给予重视，而传统的教与学方式在达到这个要求时有些勉为其难。

在网络快速发展并全面普及的今天，各种各样的学习资料和优质资源实际上是非常充足的，关键是怎么调动人的积极性，从而让这些资源得到充分的利用。古语有云：用兵之道，攻心为上，攻城为下。如果能从思想意识层面让研究生迅速接受主动学习，积极思考，那么对研究生的培养质量将有深远的影响。现在的问题是，如何调动专业硕士研究生学习的积极性和主动性，并形成良好的思维习惯？笔者从以下几个方面开展了“高等传热学”的教学研究工作。

2 建立清晰的问题导向

应试思维的学生自主学习的能力较差，但是，这并不代表他们的学习能力不行，他们有可能只是缺少思考的机会。教师在讲解基本理论的同时，适时地给出开放性的研究性教学素材和传热问题，让专业硕士研究生一进入研究生学习阶段就转变思维，有助于培养研究生主动学习的能力。例如，教学过程中尽量避免烦琐的数学分析解法的叙述，而关注物理模型和数学模型的有机结合，强调对传热过程中数学模型建立的思路，结合机械加工制造技术的发展和专业特点，挖掘传热学基础问题应用的素材，提出“机械加工过程中的冷却问题”“计算机中芯片的散热问题”“太阳能利用中复合墙体的传热问题”“汽车发动机的冷却散热问题”“电力供应设备的降温冷却问题”等，要求研究生自己查找相关问题的资料并建立模型。

接下来，以对于机械加工冷却类问题为例，可以选取钢材的切割、轴承的加工、齿轮的加工等，根据材料和加工方法，以商业化计算软件为平台（Fluent-CFD软件），建立模型来计算理论产热量，如果不加冷却会产生多少度的温度升高，进而提出可能的冷却方法，即需要什么性质的冷却液，冷却液的流量需要多少，才可以把机械加工中产热量带走，并获得精确的加工尺寸。在建立这个传热理论模型的过程中，由于钢材切割量，轴承，齿轮材料、大小以及加工方法可以不一样，将可以产生多个不同的课题，结合前面提出的不同应用领域的冷却散热，可结合每个学生的兴趣产生诸多不一样的课题。这些课题是开放性的、非典型的，模型模拟计算结果也不一样。这个过程考察的是学生自主查找资料，全面分析和思考，并切实解决问题的能力，做的过程中他们可以讨论，可以互相借鉴，但落实到每个学生的具体问题，他们将不得不进行传热理论的应用，从而多次反复琢磨传热过程并将传热知识运用到问题的建模中。这样做的结果，可以把“高等传热学”从大量数学推导中解脱出来，去关注工程实际问题的求解，从实践中学习解决一个具体的传热学问题。

3 研究性方法实践

创新能力的培养，要求学生具有较好的理论素养、合理的知识结构以及较强的分析和解决问题的能力。这种能力不可能是一蹴而就的，即使是初步的对于知识运用的能力也是需要慢慢培养、逐步养成并提高的。因此在完成第一项任务的基础上，开展有互动的研究性课题的探讨，培养学生理解和应用计算软件的能力，改变模型的冷却或者散热条件，从而建立研究的概念，完成某个传热问题研究的训练。如果出现有背离常识的结果，则引导学生共同参与讨论，采用多种方法对问题进行分析，以便查找并纠正，使学生在一个完整的实践过程中能力得到提升。在这一研究过程中，教师将对研究生加以辅导，就物理模型的建立、数值计算方法和研究结果分析等方面与研究生交流，从而在课程中培养他们的科学研究能力，并逐步建立凝练科学研究基本命题的思路，引导学生积极主动地思考传热学理论体系形成和发展过程中曾经面临的科学难题，以及当前能源领域强化冷却技术面临的技术挑战，从而进入“研究者”和“解决问题”的角色状态。

4 研究视野的拓展

除此之外，“高等传热学”的课堂教学在遵循传热学理论体系的基础上，可以有意识地将国内外的一些研究成果以及笔者在科学研究中取得的研究成果纳入讲课内容，并提供一定量的学科发展前沿思考专题和近期文献，通过引导他们就某些主题进行文献阅读分析、思考讨论来进行探究性学习和研究视野的拓展。比如传热学的部分最新研究进展，关于纳米流体传热机理的探讨、微观尺度下流动与传热研究综述等。通过阅读和分析，研究生提出自己的理解和认识，或就其各自的研究方向提炼出传热学相关问题进行交流，教师在这个环节中主要起到引导作用，引导学生积极主动地深入思考国内外传热学领域的研究现状和发展趋势。通过鼓励研究生就各自熟悉领域的传热研究进展进行交流，不仅能够提升他们对各自专业方向研究动态的认识，而且加强了不同专业方向学生知识面的拓展，将研究视野的培养融于有创新潜力的学科发展环境之中。

5 考核方法的引导

为了激励研究生更好地开展探究性实践，笔者对“高等传热学”课程考核模式进行了改革，注重教学和实践的结合，考核效果中更侧重与众不同的研究方法和思路。除了以上提出的实践探究性学习，还鼓励研究生参与指导教师的科研活动，有效利用现有科研设施开展教学实践，最后将学生在探究性实践环节取得的成绩（包括研究论文、专利、PPT和学习报告等）作为总评成绩的一个重要部分，激发他们开展探究性实践的积极性。

6 小结

探究性实践针对研究生创新意识培养和研究能力提升的要求，在“高等传热学”教学过程中增加了传热问题建模实践环节，强调了科学研究能力的培养。这里所说的实践主要是指学习过程中，通过解决传热相关问题所进行的“实践”，即在学习过程中通过做事来运用知识，从而促进将主动学习与研究思考融入课堂教学的过程中。同时通过介绍一些前沿课题，供研究生课后进行文献查找、阅读和总结，以了解国际上传热学研究的发展动态。

简单尝试后，笔者进行的教学研究取得了一定的成效，主要特点是满足了专业硕士研究生主动学习“高等传热学”基本理论的需要，同时给研究生提供了运用所学知识独立解决问题、自由思考和表达的机会，增进了师生之间的知识交流和信息反馈，顺应了当前教育改革的趋势，具有一定现实意义及实际的可操作性。虽然在研究生自己的研究进展方面，各个学生的进度和收获参差不齐，差别较大，但是总有部分学生显示出对探究性实践的极大兴趣，为他们接下来的研究生课题的开展打下了良好的基础。今后，笔者还拟在调动更多学生的积极性，并在教师有限的精力下做的更好等方面进行进一步的摸索和尝试。