基于问题驱动的教学法在“传热学”课程中的探索

叶会文

绵阳城市学院 四川绵阳 621000

一、概述

随着时代的进步，网络和信息技术的飞速发展，无论是学生还是教师都处于这样一个不断变化的环境中，大家获取信息的渠道变得更加多元化，目前，教育新理念和新技术不断被提出，对于应用型人才的迫切需求，这些变化也带来新要求和新挑战，高校对于学生的教育和培养，也在不断地探索、改革和完善[1]。

传热学是一门研究热量传递规律的科学，可以解决实际工程中的增强传热、削弱传热和温度控制等相关问题，它是建筑环境与能源应用工程专业的一门必修专业基础课[2，3]。在整个知识结构中起着桥梁的连接作用[4]，正是由于新技术的发展，所以对于本专业所培养的学生也提出了更高的要求。为了更好地引导学生，近年来，许多教师都在不断地思考和探索采用怎样的教学方式会更好。

问题驱动是一种基于问题的教学方法，与其他教学方法不同的是，它以问题作为切入，以学生为主体，引导学生围绕问题去寻找解决方法的一种学习方式，对激发学生的学习兴趣，引导学生结合所学知识去分析解决问题，进一步培养学生对工程实际问题的探究精神和创新精神有积极的作用[5]。有效的教学需要多样化的教学方法进行配合才能达到更好的教学效果，因此本研究以传热学为例，基于问题驱动的教学法进行探索。

二、传热学的教学现状

(一)课程特点

传热学是以高等数学为基础，以微积分为工具的一门课程，作为专业基础课程它的理论性强，概念繁多，部分内容具有一定的抽象性。同时，课程所包含的计算式较多，对应于每一种传热方式都有许多相关的计算式，需要在分析问题时进行选择，同时还涉及大量公式推导，计算过程繁杂，往往还会应用到较深的数理基础知识。但是，这门课程确实应用广泛，无论是生活中还是工程上都能找到许多传热问题，简单来说，凡是有温度变化的情况都会有传热现象的发生，所以与之相关的学科也较多，并且随着新技术的发展，传热学这门课程在相关应用领域也在不断扩展。

(二)教学中存在的问题

虽然不断地在进行教学改革，但是对于以传热学为例的专业基础课仍然以线下课堂教学为主，教师对于相关的理论进行讲解，利用PPT与板书相结合的形式进行公式推演，然后进行例题的练习和讲解，最后以闭卷考试的形式作为考核。同时由于培养方案的调整，课时少内容多，所以课程的节奏也相应调整，结合课程的特点和学生的反馈发现这样的方式难以激发学生的学习兴趣，导致课堂氛围并不活跃，学生往往处于被动接受的状态。另外在实验课程方面，本校配套的相关课程实验目前只有三个，所以学生的实践操作机会也较少。

(三)学生心理分析

为了更好地了解学生的情况，在最近两学期完成传热学教学后，向学生发放与传热学课程相关的调查问卷，结合学生平时学习情况、作业情况、调查问卷以及期末考试反馈来看，学生在学习的过程中，一开始确实具有较强的主观能动性和对传热学课程的兴趣，对于课堂讲解中提到的内容能够有一定理解，但是随着概念和计算式的增加，所分析问题的难度增加，问题逐渐产生。这些问题包括了：概念理解上产生混淆，面对需要分析解决的问题时，特别是有一定难度的问题，发现自己不能正确解答，从而出现一些焦虑的情绪，如果一直无法解决，下次再看到相关的问题就会进一步产生畏难的情绪，不知道从何入手，特别是面对繁杂的公式，不知道选择哪个合适，逐渐转化成对相关学习内容的抵触。当这些问题产生后，一开始还能强制自己去学习，但是随着相同情况增多，所带来的结果是学习积极性降低，逐渐失去主观能动性和学习的兴趣。这些问题的逐渐积累，最后导致学生不愿意学习这门课程。

三、基于问题驱动的教学法在课程教学中的探索

通过对于传热学教学现状的分析，为了更好地展开教学和对学生的引导，引入问题驱动的教学方法，在教学过程中，将相关问题的设置按照情景式问题、探究式问题、设疑式问题等三个方面展开，三类问题的分别设置在不同的教学阶段，与教学内容相融合，问题的难度也采用循序渐进的形式，其教学模式如图1所示。

图1 “问题驱动”教学模式的探究示意图

(一)情景式问题驱动

情景式教学在课堂教学中是教师常用的教学方法，往往在课程导入的环节使用较多，通过情景的创设，特别是在生活中、工程实际中以及当下的网络热门话题中找到合适的切入点，可以在一定程度上引起学生的兴趣和注意，同时也将课程内容与实际相结合。而情景式问题驱动，是提取与之相关的传热学问题，在创设情景的同时也能够让学生思考起来，能够更好地减少学习内容的抽象性，对学生起到一定的启发作用，问题驱动也会比单纯的情景设置对学生有更好的引导，增加学生对本节内容的兴趣。比如从冬奥会开幕式各国的羽绒服展开，提出为什么穿羽绒服能起到保温的作用？再在此基础上对于导热系数进行讲解；在讲到肋片的时候，提出为什么在冬季时，人体的脸部中耳朵和鼻子会更冷一些？类比到设备中增强传热的方法。

在教学过程中，同样结合问题展开，长时间知识输入会让学生产生困倦，所以设置一些问题，能够有效地引起学生关注，根据问题的难易，采取学生独立思考或者小组讨论的模式展开，这时学生能够直接运用刚刚所学的新知识，通过问题的刺激去思考、分析和整理，同时也能够及时得到学生对这部分内容的反馈，了解学生的掌握情况，从而有利于教学进度的调整，发现学生在理解上存在的问题，对学生分析和解决问题的能力进行初步的培养。

(二)探究式问题驱动

具有探究性的问题对学生的理解能力、分析和解决问题的能力能够进一步培养，对学生思维和创新能力来说也能够起到有效的作用。传热学的许多理论被应用到实际中，并且在不同的工程领域都能够找到相关的研究成果，以探究性的问题展开，向学生介绍传热学的一些研究成果，比如相变纳米流体[6]、石墨烯微通道换热设备[7]、相变材料在建筑节能中的应用[8]等，将知识点和实际相结合，同时也能够拓展学生的视野，对创新思维进一步培养。

通过相关科技成果的铺垫，设置探究式问题的小组任务，为学生提供一些和传热学有关的主题，同时也引导学生通过查阅资料自己确定主题。通过小组合作查阅相关文献资料，再通过小组主题分享，进行思维的碰撞，学生对于传热学能够有更深的认识和理解，同时了解到更多与传热学有关的研究以及解决相关问题的思路和方法。该部分内容作为平时成绩的一部分，由教师评分和学生的互评打分两部分组成，也让这个部分的反馈更加客观。

(三)设疑式问题驱动

在教学过程中，往往是教师来提出问题，但是教师引导学生提问其实更重要，在学习的过程中，能够提出问题，说明前面相关的问题设置已经引起了学生更多的思考，引导学生结合所学知识去分析解决问题，与此同时进一步鼓励学生去探索，让学生能够真正动起来，利用实验室的相关设备进行与传热学有关的实验，参与到相关研究中。

四、激发学生学习兴趣，建立信心，获得满足感

图2 教学过程中目标与作业任务建立示意图

(一)建立明确的学习目标

除了在教学方法上的思考与探索，还应该关注学生的心理，基于学生的调查问卷的反馈，为了避免学生在学习过程中没有学习方向，导致动力不足和失去学习兴趣，在每个章节开始前就说明该章节需要掌握的内容以及能够解决的实际问题，确定大的学习目标，然后在每一节课正式进入课程之前，向学生说明本小节需要掌握的内容，建立小的学习目标，让学生能够有一个非常明确的学习方向，这个学习目标可以是个人的，也可以是学习小组一起来完成的，有了明确的学习目标，就会在学习过程中产生积极的学习兴趣。

(二)合适的难度设置，建立学习的信心和满足感

为了激发学生学习兴趣和树立学生学习课程的信心，除了在前面提到基于问题驱动展开教学的方式以外，还应该注重配套作业练习的设置。当面对的练习任务太难时，学生会产生畏难情绪，这样的结果会导致很多学生直接放弃，所以在作业任务安排的时候也应该注重循序渐进，由浅入深，逐渐增加难度，合适的难度在作业任务上的体现主要以：随堂测试——章节作业——阶段性测试等三个部分展开。

1.随堂测试

随堂测试是在课堂讲解过程中，配套的问题练习，选择一些简单的练习，在书上就能很快找到答案的问题，学生听完讲解就能够完成。这个阶段学生才开始学习和接触这门课程，通过这些简单的问题作为随堂测试，能够让学生获取学习之初的满足感，并对自己产生认可，建立一定的学习热情和信心，有助于产生持续学习的动力。

2.章节作业

章节作业是由小节作业和章节作业两部分组成，分别是在完成本节和本章的课程内容之后再完成的，这部分作业任务在随堂测试的基础上增加了一定难度，小节作业主要是对于相关知识点的初步运用，利用基础概念和基础计算式就能够完成，而章节作业又比小节作业增加了难度，需要学生对于知识点进一步的消化理解，主要是增加了计算式的选择和计算难度。这样的设置，能够让学生慢慢适应，也逐步地在解决问题，进一步维持学习的动力。

3.阶段性测试

第三部分就是阶段性测试，主要以板块来划分，对于传热学来说，就是导热、对流和辐射来划分阶段，这部分任务囊括了章节作业的难度，并在这个基础上多了一些扩展，让学生在完成的同时也能够往探究的方向进行展开，让学生能够去查阅相关的资料，逐步建立良好的学习习惯，促进学生自主学习能力的培养。

通过这三个阶段的建立，对于大部分学生来说能够完成相关的课程内容，对于小部分学生也起到了问题驱动的目的，明确目标后开始积极思考。

结语

为了使学生能够更好地掌握传热学等课程的理论基础和原理，剖析了传热学的课程特点和在教学过程中存在的问题，并结合调查问卷对学生的心理进行了分析，结合课程的实际应用，进行了基于问题驱动的教学法在传热学教学过程中的探索，沿着建立明确的学习目标，提出不同的问题进行互动以及布置难度系数不同的作业任务，逐步建立良好的学习习惯，对学生自主学习能力的培养能够起到良好作用。