案例教学法在传热学课程中的应用与优化

[摘 要] 传热学课程具有公式多、理论性强且与工程实践密不可分的特点，将案例教学法巧妙运用到传热学的课堂教学中，通过对教学案例的合理选择与优化，有效提升课堂教学效果，搭建理论教学与实践的桥梁，培养学生的创新思维和分析解决实际问题的能力。

[关键词] 案例教学法;传热学;教学效果

[作者简介] 吴世凤（1980—），女，安徽滁州人，硕士，苏州大学能源学院能源与动力工程系副主任，讲师，主要从事强化传热技术研究。

[中图分类号] G642    [文献标识码] A  [文章编号] 1674-9324（2021）06-0149-04   [收稿日期] 2020-07-23

一、案例教学法概述

（一）案例教学法的历史脉络

以案例为教学载体的教学方法自古有之，并非横空出世。国内春秋战国时期，诸子百家就大量采用民间故事来阐明事理[1]，我们所熟知的各类成语、《战国策》等以案例为主的经典作品、寓言和谚语都是很好的证明。在国外的历史发展中，案例教学则可以追溯到古希腊罗马时代，古希腊著名的教育家、哲学家苏格拉底，主要采用对话、研讨或者启迪的方法，通过不断地提出问题去解释存在的矛盾，最后引导学生总结出普适的结论[2]。而后他的学生，将这种一问一答的对话编辑成书，以一个个故事为媒介的案例，也成为西方案例教学的先河[3]。

本文所讨论的教学法，是由哈佛大学法学院的前院长克里斯坦森·哥伦布·兰戴尔于1870年左右提出的，到了1910年左右，几乎所有法学院都在使用案例教学法[4]。到了20世纪30年代，案例式教学法已经在商业领域中得到了广泛的普及，在之后的几十年里，在其他的专业领域如公共管理、教育等，也开始把案例教学法运用到它们各自的教学与培训当中[5，6]。

（二）案例教学法的定义

在教育学当中，人们将案例式教学定义为——教学中的案例方法。它是围绕一定教育目的，把实际教育过程中真实的情景加以典型化处理，形成供学生思考和决断的案例。它是通过集体研究和相互研讨的方式，来提高学生分析、解决问题能力的一种方法[7]。案例教学法提供给了学生一个天地，在推理、讨论、说服与合作中，得出具有说服力的观点。

（三）案例教学法的优势

1.对于学习过程。案例素材多源自生活现象和工程实践，对于较为复杂的知识点，案例可以帮助学生将枯燥难懂的理论知识与现实生活中生动形象的实际问题结合起来，使理论教育更加有趣、更能被接受和吸收，从而实现了理论教育与社会实践之间的有机结合。

2.对于授课效果。在传统教学课堂中，老师“一言堂”、学生“无话说”的情形普遍存在。而在案例教学中，师生是双向互动的，教师起的是“引导”而非“主导”作用。教师首先抛出适合教学内容的案例，然后组织和推进学生进行自主的讨论和学习，最后评价学生得出的结论并解释学生提出的问题。这样一来，学生参与程度明显提高，授课效果得到了显著改善。

3.对于学生自身。通过案例教学，学生在掌握所学知识的同时，其表达能力、团队合作能力、思维能力也得到了提高，增强其面对困难的自信心。此外，案例教学模式能够激发学生产生新的观点，增强学生思维的创造性和独立性，同时培养他们阐述和归纳的技能。

二、基于传热学课程的案例教学

（一）传热学课程概况

传热学是研究由温差引起的热能传递规律的科学，是能源与动力工程专业的一门重要的专业基础课，是其他专业课学习的理论基础。传热学课程的内容多且杂，各个知识点相对独立又需整合，理论强、难记忆、多枯燥[8]，与后续即将学习的许多专业课具有密不可分的关系。因此，在传热学的课堂教学中需要激发学生对专业学习的兴趣，为培养学生的专业素养打下坚实的基础。

（二）案例教学的调整与优化

权变理论指出，没有什么一成不变的、普遍适用的最佳工作方式，工作方式要适合于工作性质、成员素质等[9]。针对有不同教学目的的不同课程类型，应该有不同的案例设计重点。相对文科类专业，如法学、商科、语言学等专业的案例，其目的偏向于锻炼学生的组织能力、策划能力。而传热学课程上案例的使用，更倾向于帮助学生理解晦涩难懂的概念、纷繁复杂的公式以及加强其对工程实践的认知。根据传热学课程的特点和不同版块的教学目标，对案例教学进行相应的调整和优化。

1.挣脱“举例”的局限。很多人会错误地把案例教学理解为举例教学[ 10 ]。根据前文的介绍可知，案例教学有着更丰富的含义，它是一个师生双向互动的过程，并非仅仅是教师简单的举例。要让学生作为参与主体，加强对新知识的感性认识，在更短的时间内，更牢固地掌握所学知识，在提高其学习兴趣的同时，也培养了学生运用已知信息解决实际问题的能力。

2.版塊化案例。围绕传热学的四个版块，可以构建“导热”“对流换热”“辐射换热”“传热过程及换热器的热计算”四个案例库[ 11 ]。每个案例库根据对应版块内含的知识点搭建，这样建立起的案例库清晰且有条理。学生在课后或者期末复习时，可以根据案例的版块分布，回忆起对应知识点的内容和注意事项。

3.多元化案例。针对传热学理论知识较枯燥的特点，可以适当设置背景类案例[ 12 ]，如科学家的人物生平，缓解学习理论知识时的沉闷氛围。针对传热学“理论强、难记忆”的特点，可以采取讨论、实操、讲授等模式与案例教学相结合的方法。对于传热学数值计算部分的难点，可以设计偏应用类的案例，使学生在具体计算中暴露出“纸上谈兵”时容易被忽略的知识点，加强学生分析解决问题的能力。总之，针对案例不能采用拿来主义，要注意其适用性，即案例与教学内容是否匹配，应寻找或设计多元化的案例。

4.其他。针对专业基础课“启后”的特殊作用，案例需要尽可能勾连到未来即将学习的课程或者实际工程应用、工程设备，以减少后续学习或就业时的陌生感[ 13 ]。

多采用与专业课有“桥梁”联系的案例。比如，在讲授平壁导热问题时，可以建筑墙体的导热过程为例，与“建筑节能”课程相联系;在讲授对流换热时，可以锅炉的对流管束为例，与“锅炉原理”及“热力发电厂”课程相联系;在讲授沸腾换热和凝结换热理论时，可以制冷系统中的制冷工质的沸腾吸热和凝结放热为例，与“制冷技术”课程相联系;在讲授辐射换热时，可以太阳能集热器、地板辐射供暖等为例，与“太阳能应用技术”和“热泵技术”课程相联系。

此外，介绍最新的科研成果、创新技术，并以案例的形式与知识结合，让学生了解理论的应用方向和前沿的科技动向。

三、传热学课程中案例的选择与应用

（一）教学案例的选择原则

案例运用的成功与否，关系到能否激发学生对本专业的学习兴趣、加深学生对知识点的掌握、提高学生的思辨能力及发散能力、搭建理论教学与实践的桥梁，以及课堂上的授课效果和学生的参与程度等。案例的选择有以下几点原则[ 14-16 ]可供參考：

1.生动、形象、有趣。所选案例应尽可能有一定的趣味性，这样才能吸引学生的兴趣，调动学生的注意力，引导学生思考并参与讨论。

2.难度适宜。选择案例时，应关注到教学对象的学习基础和能力的差异，确定一个可以被大部分学生理解的、适中的难度层次。既不可太过司空见惯，这样会降低学生解决问题的成就感，且无法让学生深刻记住;也不可太难于分析，这样会使学生产生畏难情绪，放弃思考。

3.一致贴合。案例教学本质上是为了教学质量服务的。所选案例要能与教学内容的知识引入、概念分析、计算过程、要点难点等方面一一对应，才能体现其对教学质量的贡献。如果仅仅因为新奇或是为了吸引注意力而跑了题，这是舍本逐末，会让学生对所学知识点更加困惑，令其知识体系变得混乱。

4.贴近生活与工程。在教学案例的选择中，采用与生活或工程实践贴近的案例，可以帮助学生更好地理解、吸收和拓展所讲的知识点。贴近生活的案例可以减少知识的陌生感;贴近工程的案例，使学生了解理论知识的应用方向，产生专业认同感和成就感。目的都是增强学生对传热学更深层次的知识进一步探索的欲望。

5.典型性。案例在精不在多。在学时受限的情况下，尽量选择少且精的案例，反映教学的核心内容，做到不浪费课堂的每一分钟。其次，学生的注意力和记忆力是一定的，过多的案例也会消耗学生的精力。

6.时效性。案例的选择不是一劳永逸的过程，教师需要及时地进行案例更新，跟上时代的要求并能够反映当前的实际，不可一成不变。

7.延展性。延展性是指根据案例提出的问题是一环套一环的，可以由一个知识点引发出多个知识点，并串联在一起，这有利于帮助学生在解决问题的过程中，梳理不同知识的联系，构建自己的知识体系。

（二）教学案例的功能化应用

根据教学案例起到的作用不同，可以分为四种类型：辅助型案例、巩固型案例、突破型案例和拓展型案例，分别对应着教学内容的由浅入深。简单的教学内容适宜选择辅助型案例和巩固型案例;对于教学内容中的重点、难点，宜选择突破型案例和拓展型案例。

1.辅助型案例。辅助型案例，是对教学内容起辅助效果的案例。通过这类案例引起学生对课程内容的好奇心，激发其学习兴趣，或令学生感到将要学习的知识的实用性，缩短理论知识与工程实践的距离。比如，学习导热时，引入日常生活中烤箱的隔热手套、杯垫、锅垫、北方坐在热炕上取暖等习以为常的例子，增加学生的熟悉感，感受到知识的实用性。

2.巩固型案例。在教学过程中巩固型案例用于巩固重要知识点，加深学生对知识点的掌握，提高学生分析、解决实际问题的能力。比如，学习到圆筒壁导热规律时，可以用“秋衣和风衣，哪个穿在里面更保暖？”的案例来巩固该知识点的内容。利用圆筒壁导热知识分析计算后会发现，秋衣外穿反而更保暖，这个结论与日常生活常识相违背，会给学生留下深刻的印象，从而加深对圆筒壁导热知识的理解和巩固。此时需要向学生指出，只计算导热热流不够严谨，还应该考虑到人体与环境之间的对流换热和辐射换热。在学习对流和辐射换热章节时，重新将这个案例进行讨论，看看会不会得出不同的结论。

3.突破型案例。教学过程中应用突破型案例使学生打破惯性思维和既定经验，获得意想不到的结论，培养学生的思辨能力和创新思维。比如，学习大容器内饱和沸腾曲线时，可针对这样一个案例进行讨论：两滴完全相同的水滴在大气压下分别滴在表面温度为120℃和400℃的铁板上，那么滴在哪块铁板上的水滴先被烧干？依据生活常识，同学们都会得出温度越高的铁板越容易使水滴烧干的结论，而事实恰恰相反。根据大容器饱和沸腾曲线，前者表面发生的是核态沸腾，后者发生膜态沸腾，虽然核态沸腾传热温差小，但表面传热系数大，从而使表面热流大于后者，导致滴在120℃铁板上的水先被烧干。

4.拓展型案例。拓展型案例是所学知识的延伸性内容，通过将最新知识引入到教学中，介绍最新的科研成果，和学生分享书本以外的知识性信息与动态，拓宽学生的视野、扩大学生的知识面。如随着微纳技术的发展，微尺度传热学逐渐兴起，其研究的是尺度极限微型化情况下的传热学规律;目前相变储能材料的研究进展;应用于航天技术领域的隔热瓦;低温热传感技术等等[ 17，18 ]。

四、结语

目前，案例教学法已经大范围应用在人文社科类专业，成为课堂教学方法中相当热门的选择之一，但在理工科专业的教学中应用还不是很广泛。本文将案例教学法灵活运用于传热学课程中，依据传热学课程特点和教学目标的不同，对案例进行合理选择和优化，降低学习理论知识的枯燥性，增加课堂教学的趣味，激发学生的学习兴趣，有效解决学生对定律或公式难理解、易遗忘、不深入等问题，搭建理论知识与工程实践之间的桥梁，提高学生分析解决实际工程中传热问题的能力，更好地培养专业基础扎实的应用型工程技术人才。

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Abstract： The course of Heat Transfer is characterized by many formulas and it is very theoretical and inseparable from engineering practice. Through the skillful application of case teaching to Heat Transfer teaching， and the reasonable selection and optimization of teaching cases， the classroom teaching effect is improved effectively， the bridge between theory teaching and practice is built， and students' innovative thinking and ability to analyze and solve practical problems are cultivated.

Key words： case teaching; Heat Transfer; teaching effect