以应用实践为导向的“传热学”课程专创融合教学改革研究*

张 庆，马尚尚，史洪伟，卓 馨，王红艳，王贵志

(宿州学院化学化工学院，安徽 宿州 234000)

传热学是研究各领域中热量传递规律的科学，其课程知识的应用涉及到多个工程技术领域。传热学课程是能源动力类本科专业及研究生专业的一门核心课程[1-2]，课程本身中的热传递内容宽泛复杂，传热理论基于多变的数学公式，要求学生在课程的学习中具有良好的数学功底，才能够加深对传热学基础理论的理解。在理论理解的基础之上，传热学课程配备了相应的实验课程，通过理论与实践结合促进学生对于传热现象的理解，加深对其背后的传热学基础知识的应用。这是目前国内传热学课程教学的共性教学模式[3-4]。

传热学课程因其热传递内容中热量传递计算复杂，热量传递模式组合多变，传热模式状态多样，使得学生本身的课程学习已颇有难度，虽然辅助了配套的实验课程，也只是加深了学生对于传热现象的直观感性体验，往往在课程学习测验之后很难对传热学知识有更深刻的理解。实质上，随着国家新型工业化发展与创新需求战略的实施，对于新工科的人才培养提出了更高的要求[5-6]，不能仅仅将所学课程知识停留在单纯的记忆以及粗略的理解程度，而是要求学生在深化理论知识的理解与掌握基础的实验测试方法的基础上，将双创教育深度融合进专业课程教育中，培养学生的创新意识、创业精神及创新创业能力，从而对学生的应用实践能力提出了更高的要求，要求高校构建新型技术人才的专创融合教育模式[7-8]。

传热学课程因其本身热传递知识的广泛存在，使得其能够在多个工程领域发挥作用。传热学课程中涉及的传热方式：热传导、热对流、热辐射，是多个工程技术领域的核心问题及难点，如化工、能源、冶金、陶瓷、航天航空、纺织等领域中，热传递问题均是其领域中发展的关键点[9]。在传热学课程的教学中将其与实践应用挂钩是发挥课程学习最大功用的教学模式。改变传统的理论学习加实验认知的教学模式，将实践应用环节融入传热学课程教学中是传热学教学改革的新方向，因此有必要探索新的以应用实践为导向的“传热学”课程专创融合教学改革。

1 传热学课程教学的主要困难与问题

传热学课程具备几个特点，即：理论概念多、理论深度大、理论公式繁复难度大，热传递知识抽象难理解等，而相应的课程教学课时难以满足课程内容的教学要求，需要掌握的传热知识与学生学习投入的时间与精力不匹配[10]。上述传热学课程的特点使得教师在教学中往往为完成课程进度将课程内容一股脑推进讲授，不能够匹配学生的理解消化进度，学生在课程学习中对课程内容笼统吸收，很难对传热知识有更进一步的深刻理解与吸收。这为教师授课带来了繁重的备课与讲授压力，同时学生很难对课程知识提起兴趣，进而很大程度影响了学生对传热学课程的学习，使得课程学习仅仅停留在肤浅的记忆与做题层面，而在学术研究及实习工作中很难将所学传热学知识应用到实践中，而科学研究与实习工作中对于传热学课程知识的实用操作要求程度较高，两者难以对接，大大降低了传热学课程的学习效果。如何将传热学课程教学与实践应用结合，达到最终学生“学以所用”的目标是课程教学团队面临的主要挑战。学生在实际传热学课程学习中存在以下几个难点。

1.1 非稳态热传导问题

在传热学课程的热传导知识点教学中，对于物体内部的温度场随时间变化的非稳态热传导问题，因其温度场求解中增加了一个时间变量，使得物体非稳态温度分布求解变得复杂。对于几类特殊非稳态问题可以进行简化求其分析解，如零维问题的分析法-集中参数法、非稳态导热正规状况阶段分析解的简化与半无限大物体的非稳态导热等。而不同分析求解的简化情况基于的条件不同，学生在非稳态热传导学习中很难进行区分，使得学生学习该部分知识点内容不明确。针对该部分知识学习难点，可结合实际问题进行讲解，如测量体温的水银温度计在测量时需要保持接触人体多长时间达到测试结果的稳定，这是一个可采用集中参数法进行求解的非稳态导热问题。又如某市地下管道需埋入地下多少距离以保证管道不会被冻坏，这可采用半无限大物体的非稳态导热模型进行解决。将繁复的非稳态导热与实际生活与工程案例结合在一起，能够让学生激发学习传热学的兴趣，同时能让其明确传热学知识如何进行应用。

1.2 对流传热问题

传热学中对流传热有大量与实际工程案例相关的实验关联式，但实验关联式繁多，应用有条件，关联式本身涉及如雷诺数、普朗特数及多个变量。学生在传热学学习中难以有直观的理解，冗长的实验关联式更是难以记忆。因此在对流传热的学习中应注重对流传热知识点与实验、实习与实践课程的结合，通过实验课程了解对流传热的影响因素，通过实践课程来运用所学习的对流传热关联式用于解决实际的工程项目，让其在解决实际工程案例中获得学习传热学对流传热知识的满足感。

1.3 传热过程分析与换热器的热计算问题

在综合学习了传热学中的热传导与对流传热等知识后，学生应具备对实际传热过程能够建立模型，明确其传热过程包括哪些环节，能将传热学知识用于实际化工生产中换热器的设计计算，而在实际学习中，学会对该部分内容重要性认识不足，对传热学知识的综合分析运用能力不足。造成学生该部分知识点学习不清晰的原因可能是学生对所学知识如何用于工程问题分析不清楚，因此应将该部分内容与实践课程联系在一起，配合以相关解决实际工程问题的分析软件进行学习，将所学传热知识与软件操作课程结合在一起，达到学以致用的目的，能够更深一步的加强学生对于该部分知识点的理解。

2 传热学课程专创融合教学模式设计

2.1 专创融合教育机制协同

专创融合教育模式的新探索需要学校机制协同，高校应大战略上重视专创融合人才培育机制的建立。首先做好专创融合的发展方向定位，高校应结合自身所处地理位置的工程应用需求及自身高校定位，谋划课程的专创融合的发展定位，结合自身区域发展的方向，资源优势及人才需求把握课程专创融合的方向，使得课程建设及人才培育能辐射周边经济发展。二是做好专创融合课程构建的管理机制，做好课程专创融合的配套建设，需要提供相应的政策及配套设施以辅助课程建设的需求，积极搭建与有工程需求及科学研究需求的机构建立联系渠道，将课程知识真正应用到工程实践及科学研究中。这些均需要学校配套相应的制度及资源平台搭建的指引与推动，如开设基于传热学的专创融合课程，将传热学课程教学与创新创业教育融合在一起，打造具有特色的传热学课程。

2.2 打造复合专创融合师资力量

专创融合课程的建设需要不同环节的合理搭配构建，应建立一支复合的专创融合师资教学团队，教学队伍中不同的师资力量负责不同的教学环节，弥补单一师资教学带来的教学内容短板，如具备深厚理论教学功底的教师可能缺乏相应的创新意识，存在创业意识及经历不足，又或工程实践能力不足等问题。需要构建一支梯度的复合专创融合师资力量。如将企业工程师纳入专创融合课程教学中，企业工程师在工作中接触较多的工程设计问题，但其可能理论知识功底较薄弱，但可以提供丰富的工程案例作为课程教学内容，专门设置一定课时课程以某一具体工程项目为背景结合传热学课程进行分析教学，补充单一的理论教学带来的课程知识乏味的劣势，同时带动学生应用实践的兴趣，让学生感到学有所用，增加学生学习动力。

2.3 专创融合课程知识体系的构建

传热学课程知识复杂难度大，需要对课程知识讲授进行重新的评估划分，如传热学课程中基础的三种热传递：热传导、热对流与热辐射的基础理论知识应予以重点介绍，而课程中有相当一部分章节涉及到热传递的实验关联式的讲授，从具体实践应用为导向来看，其在工程应用中具有直接应用的价值，但是往往课堂教授中这部分知识关联式复杂多变，热传递环节组合多样，学生难以记忆，如过多将该部分知识在课堂中讲授，不仅占据学生大量的时间与经历，且学习之后难有深刻的理解。可将该部分知识与应用实践课程联系在一起，在课程讲授中配套实际工程案例，按小组划分，同时辅助应用软件实践，将应用软件实践课程与传热学课程进行对接，如将换热器设计软件HTRI与ASPEN EDR实际操作教授于同学，在解决实际工程问题中消化吸收该部分传热学知识。

图1 专创融合课程知识体系构建Fig.1 Knowledge system construction of specialized innovation integration course

2.4 创新实践辅助专创融合课程

图2 以应用实践为导向 “传热学”专创融合课程教学改革Fig.2 Innovative and integrated teaching reform of “heat transfer” course oriented by application practice

在传热学课程专创融合教学过程中，应辅助以相应的实习实践课时安排，可合理调整配套的实验课程课时，实验课程本身的教学过程多个实验具有重叠性，在了解几个实验基础上，其他的传热学实验具有相似的机理，将工业实习、课程设计与传热学课程有机融合，让学生真正了解工程应用中传热学知识的应用，将课程教学与日后实际的实习工作对接起来，让学生真正了解传热学知识的实际应用，同时企业与各机构能够招收到符合要求的应用型人才，为企业与社会创造实际价值，减轻企业与社会进一步人才培养的成本。同时鼓励学生积极参与创新创业实践比赛，在项目竞赛中实现传热学知识的进一步应用，培养其创新创业意识。

3 结 语

综合分析了传热学课程的重要应用地位，指出了传热学课程教学中的特点及困境。以应用实践为导向，培养具有创新型技术能力的卓越工程师人才，通过专创融合模式对接区域经济需求，探索传热学课程专创融合教学的新模式，建立专创融合教育机制协同、打造复合专创融合师资力量、专创融合课程知识体系的构建以及创新实践辅助专创融合课程的教学模式，为推动高校创新创业教育与专业教育融合教育模式提供借鉴。