新工科背景下新能源专业传热学教学模式探讨

谢新奇　赵鑫博　商佳棋　李双　陈颖　步红丽

【摘要】  传热学是新能源科学与工程专业的基础核心课程，旨在介绍传热学在常规能源与新能源典型工程技术领域的应用，为学生专业课学习打下基础。针对新能源专业的传热学教学痛点，探讨新工科背景下培养路径。以应用型本科院校人才培养计划为主体、以用人单位对应用型人才的需求为核心、以传热学在新能源领域中的广泛应用为目标，建立“三阶+三化+一中心”线上线下混合教学模式，为新能源专业的人才培养和课程教学提供参考。

【关键词】    新工科    新能源    传热学    教学模式

引言：

能源安全是关系国家经济社会发展的全局性问题，能源战略的成败，关乎国家民族命运。随着全球能源格局由传统化石能源向清洁高效能源的深刻转变，我国能源结构也正经历着前所未有的深层次变革，新能源在能源供给侧占有越来越重要的战略地位。新能源技术的加快建设将成为我国构建更加清洁低碳、安全高效的现代能源产业体系、实现“双碳”目标的重要基础。

数字技术为实现碳中和的目标开辟了新路径，它能够融合能源与环境实现创新，解决资源紧缺与需求不匹配的矛盾。数字通讯技术发展迅猛，能源系统的互联与优化依赖于人工智能、大数据等技术的创新。能源行业的数字化监控可以提高能源利用效率，转变能源消费理念，协调供给侧和需求侧。新兴数字技术的普及能够助力清洁能源利用，带动全球能源格局革命性、颠覆性调整。因此，加快建立与发展新能源科学与工程专业及学科，加快培养急需紧缺人才，破解新能源技术的共性和瓶颈技术难题，是推动我国能源产业高质量发展的迫切需要和战略选择。传热学作为新能源发展的基础学科，在能源生产消费、开放共享、灵活交易、协同发展等方面起到促进作用。

一、新能源专业人才培养

新能源科学与工程专业是一个多学科高度交叉融合的新兴专业，人才培养具有一定的挑战性，其课程体系必须充分考虑以学科交叉为指导思想。结合我国新工科建设和国际工程教育发展趋势，形成了一套完整的新能源科学与工程本科专业的培养模式。它具有多样化的应用背景、多维度的知识体系、多层次的专业构架等特征，涉及化学、物理学、动力工程、材料科学与工程、电气工程及其自动化、机械工程等众多学科。在多学科交叉融合的基础上，目前形成了自然科学基础课程群、工程基础课程群、专业基础课程群、风光能源课程群、其他新能源与储能课程群、能源互联网课程群、前沿講座课程群、实践环节课程群、素质拓展及个性化培养课程群等九大课程群，后续我们将努力加强完善产教融合支撑体系，进一步优化课程群体系，使之更完备、更科学、更加适应能源战略的需要。

通过课程体系引领新能源专业人才培养，使学生具备整合思维、工程推理和解决复杂工程问题的能力，适应社会经济发展需要，掌握新能源及可再生能源转换与应用的理论和知识，受到能源动力工程师的训练，具备较强的实践和创新能力，在风光互补等新能源领域从事设备制造与组装、发电系统运行监控、设备维护及技术管理等工作的应用型人才。千秋基业，人才为先。通过对新能源科学与工程专业需要掌握的基础知识、理论、方法进行科学的规划设计，汇聚学术声望高、专业理论水平扎实、实践教学经验丰富的精英师资队伍，努力培养新能源领域具有全球化视野的复合型人才。

从实践中来，到实践中去。新能源科学与工程这个新兴专业顺应能源革命的实践而生，也将在实践中不断丰富和发展，相应的人才培养模式也应该是开放式的、启发式的，需要在实践中不断发展和完善。科学思维的培养，创新火花的点燃，尤胜于具体知识点的传授。让学生发自内心地热爱新能源，是我们的初心和使命。

二、新能源专业传热学教学现状

宇宙中一切物质，无论是人、树木等生物体，还是尘土、冰川等非生物体，都具有一定的热能。物质具有热能多少的宏观表现就是其温度的高低。传热学研究在温差作用下热量传递规律及其应用，重点研究不同状态下传热模式和热量传递速率。[1]在能源动力、建筑环境、材料冶金、石油化工、机械制造、航空航天等工业中传热学发挥着重要作用;生物医学、电气电子、食品加工、轻工纺织、农业生产等领域也都涉及传热研究。

传热学主要研究两类问题：一是为了确定物体内部或空间区域中的温度分布，控制温度保证运行稳定，例如太阳能热发电系统的温度控制;二是为了确定传热过程中热量传递的速率，以及强化或削弱传热的技术途径，例如生物质气化炉的强化传热。学习传热学能使学生初步了解传热学在常规能源与新能源典型工程技术领域的应用，正确理解热传导、热对流、热辐射三种热量传递方式，采用能量守恒法分析传热问题，为以后专业课程的学习打下基础。

结合新能源专业培养目标，目前传热学教学痛点如下：第一，照搬或微调能动、建环等能源类专业的传热学教学大纲，甚至与不同专业的学生合班上课，教师讲授内容毫无变化，没有起到新能源专业基础课该有的作用;第二，由于新能源专业开设时间短，大多数传热学授课教师由其他专业教师代替，上课时较少融入新能源专业知识，没有搭建专业课学习的桥梁;第三，借鉴其他专业培养目标设置教学内容、学时和学分，缺乏经验指导，创新性不足，教学进程不合理。

三、新工科背景下新能源专业传热学教学的要求

“四新”建设是建设高等教育“质量中国”的战略一招、关键一招、创新一招，是高等教育人才培养的“中国方案”，是高等教育高质量发展的战略布局。新工科以“新的工科专业、工科的新要求”为内涵，注重深度交叉融合再出新，培养工科类专业紧缺人才。系统地开展以新能源专业为代表的新工科研究和实践，对于未来新能源产业和智慧能源经济需要的新工科人才培养具有重要意义。[2]

传热学课程需要新能源专业学生获得热量传递规律的基础知识，具备分析新能源工程中传热问题的基本能力，掌握计算新能源工程中传热问题的基本方法，具备解决热能产生、传递、转换、储存与利用中传热问题的能力，能够建立物理模型，提炼数学模型并进行数值计算。

传热学课程应以“四有”典型案例为载体。有人：教师自身为人师表和专业过硬;有料：工程实例复杂多样与时代接轨;有情：师生配合默契及分析过程有趣;有果：研究结果有用且解决问题有效。

传热学课程应以“四求”教学理念为目标。求真：引导学生追求真理和客观公正;求新：激发学生创新意识和善于探究;求深：鼓励学生深层思考和举一反三;求用：培养学生学以致用和实践能力。

传热学课程应以“三教育”为思政元素。科学精神教育：追求真理、批判质疑、探究创新;工程伦理教育：行为规范、公正客观、责任担当;实践能力教育：动手能力、团队协作、人际交往。

四、新能源专业传热学线上线下混合教学模式

以应用型本科院校人才培养计划为主体，以用人单位对应用型人才的需求为核心，以传热学在新能源领域中的广泛应用为目标，建立全周期学习支持、讨论互动与信息反馈的“三阶+三化+一中心”线上线下混合教学模式。

（一）三阶

学习追求由浅入深，由易到难。将不同维度的三个阶段融入新能源专业传热学教学。兴趣唤醒，激发求知欲，構建知识体系，提升能力，养成学习思维，实现阶梯式进步。

初阶，重在兴趣唤醒与知识体系构建。课前，通过线上资源展示一些生活中的传热现象以及工程实际中的例子引导学生预习，带动学生自主探索其中隐藏的传热学知识;课中，利用数字化资源展示传热学相关资料及视频，让传热学学习生动化、形象化;课后，线上布置一些延伸性、发散性的思考题，深化传热学习，完善思维体系。

中阶，强调自主学习与同伴互助交流。课中，通过线下分组讨论、互问互答、多媒体实例研讨等形式丰富传热学习过程，让每一个学生参与进来。采用同伴学习与互评、课堂互动任务点达成、思维导图绘制等形式进行评价。实施“翻转课堂”，以“学生分享为主，教师总结为辅”的教学模式，培养应用型“一材多用”的综合性人才。

高阶，实现技能实操与团队协作，进行思维延展。学生通过线下传热学课程设计和团队协作展示的形式完成创新实验与实践协作，再通过线上的方式提交文献检索与综述、任务核查与反思。[3]教师将传热学与新能源利用建立起纽带，为学生专业课的深度学习打好根基，如图1所示。

（二）三化

1. 互动参与化

课前：问题导向，教师针对传热知识点设置线上问题，要求学生带着问题进行学习，找出答案回到线下课堂讨论，鼓励学生提问，并完成线上前测。

课中：实例分析，唤醒兴趣，构建知识体系;线下生讲生评，创造互辩学习环境，促进深度学习;团队展示，培养学生协作、实践能力。

课后：发布线上后测、章节测试、作业与讨论，通过互评完成同伴学习;课后作业注重巩固反思，并回溯学习过程;提升学生的推理能力、互助学习能力和创新思维能力。

2.课程思政化

挖掘传热学与新能源联系中的思政元素。例如：将热能融合于新能源利用，培养可持续发展思想和节能意识;利用传热学理论知识解释生产生活中的传热现象;正确对待和处理实验数据，保证学术诚信;对余热废热的处理，要考虑环境、生态、安全等因素。

3.评价多元化

目前各高校传热学课程的考核方式多为期末考试占总成绩的70%-80%，实验、出勤、作业等占总成绩的20%-30%，这不利于全能型人才的培养。应用型人才有别于研究型人才，注重的是会应用，淡化理论性的推演过程，针对这样的人才需求，应打破传统的成绩考核方式，全方位多角度评价，[4]建立如图2的多元化评价机制。

（三）一中心

教育的主体是学生，新工科背景下新能源专业传热学教学模式应以学生为中心。

五、结束语

通过分析新能源专业传热学教学现状，深挖教学改革痛点。结合“四新”建设对高等教育的要求，对新能源专业传热学课程教学模式进行探索，形成了“三阶+三化+一中心”线上线下混合教学模式，符合当前疫情常态化的大背景。无论是理论教学还是实践教学，如何将新能源利用与传热学课程有机融合，是新时代高校师生需要深入探索和研究的重点。

作者单位：谢新奇    赵鑫博    商佳棋    李双    陈颖    步红丽    吉林建筑科技学院

参  考  文  献

[1]杨世铭，陶文铨.传热学[M].第五版，北京：高等教育出版社，2019.

[2]赵宇，肖进，陈磊，杜文汉，袁洪春，熊超.基于新工科背景下的新能源科学与工程专业传热学教学探讨[J].天工，2018（09）：29.

[3]商佳棋，李鹏飞，谢新奇，李双.新工科背景下新能源专业实践教学体系研究[J].四川建材，2022（02）：247-248.

[4]李双，王晨，刘婉婷，曹倩，张语.“互联网+”视域下的线上线下教学模式的构建与探索[J].中国新通信，2021，23（12）：164-165.