传热学课程研究性教学的探索与实践

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摘要：分析了传热学课程在传统教学中存在的问题，在研究性教学理念的指导下，以华北电力大学能源与动力工程专业的传热学课程教学为实践对象，明确了本课程在学生能力培养方面的目标，以实际工程问题和项目为线索对教学内容进行了重新整合，教学实践表明该教学模式可以有效的激发学生学习的主动性，促进学生对本课程核心知识的掌握，提高学生的相关专业技能和综合能力，达到了提高教学质量的目的。

关键词：传热学；研究性教学；教学方法；课程改革

中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）36-0120-02

传热学是研究由温差引起的热量传递规律的一门学科。由于传热学在科学技术领域的广泛应用，它已成为许多工科专业的一门基础技术课程。在华北电力大学（以下简称“我校”），传热学作为能源与动力工程（原热能与动力工程）及建筑环境与设备工程专业的核心专业基础课，其学时数为72学时，它不仅要为今后学习有关的后续课程打下理论基础，而且课程本身涉及的一些基本概念、原理和基本分析方法对于培养学生分析问题和解决问题的能力也十分重要。

像目前许多的大学课程一样，传统的传热学教学中存在着如下的问题：（1）教学目标过于重知识的传授，而忽视学生能力的培养。一般制定的教学大纲都是对课程知识点的要求，而没有明确课程在学生能力培养方面的要求。因此，教师在选择教学内容和教学方法上，也就主要围绕课程知识的传授而进行，特别是在教学学时限制的情况下，问题尤为突出；（2）教学内容多以学科体系为线索，内容过于理论化，很难与工程实际紧密结合；（3）教学方法多以教师为中心的讲授式，忽视学生在教学中的主体作用。课堂教学中基本上是教师的独自教授，学生在教学中基本处于被动和从属的位置。这种由教师主导的单向传播的方式使学生只能被动地学习知识，而难以发挥其学习的主动性，成了知识的“容器”。这种简单机械的学习无法培养学生的求知欲，反而消磨了他们原本的好奇心和求知欲。[1]

自2012年开始，我校传热学教学组的4位教师在传热学课程的教学上采用了研究性教学模式，学生主要是热能与动力工程专业的学生，含我校“卓越工程师教育培养”试点班的学生，每个教学班级的学生人数在30-50人之间，课程安排在学生的第五学期。现以2013-2014第一学期的传热学为例，介绍本课程的实践情况。

一、“传热学”课程的教学目标

按照研究性教学的理念，课程的教学目标是：课程教学不单是使学生更好的掌握系统的学科知识，而更重要的是使学生综合运用知识去发现、分析和解决问题，得到思维训练，学会知识的迁移或应用，真正学会学习，同时在以小组合作的研究中，学会与他人沟通交流的技能，形成健全的人格和丰富的思想[3]。它体现了教学目标从单一的知识传授到知识和能力并重的转变。

为此，本课程按照研究性教学的理念重新制定了本课程的教学目标。使学生：（1）系统了解传热学的基本概念、基本定律和知识框架；（2）能够正确判断一些实际问题中所存在的热量传递模式；（3）能够利用能量守恒的方法确定传热问题中各种热量传递之间的关系；（4）能够选择合适的计算方法或公式，对工程中典型的传热问题进行计算，并定性分析判断计算结果的合理性；（5）对一般的导热问题，能够建立其数学模型，并了解分析求解和数值求解的基本思路；（6）初步掌握有关传热的工程设计方法；（7）在计算机技能、合作能力、交流表达、学习能力等方面有所锻炼。

二、课程内容的整合

研究性教学的形式是多种多样的，教学内容的“问题性”是其研究性教学最突出特点。教学的过程是以围绕问题展开的教学过程，注重从问题开始而不是从结论开始，以探索学科知识的产生和发展规律为路径，以剖析工程原理的形成过程为载体，以分析、研究和解决工程实际和工程学科问题的过程为平台，以师生互动和同学合作为形式，将学习知识与研究问题相结合，使学生在学习学科知识、工程原理和思考、分析、探究问题的过程中获取、应用和更新知识，在解决问题的过程中培养和训练发现、研究和解决问题的能力，在合作学习和团队交流过程中形成和提高综合素质。

按照研究性教学的要求，对原有的教学内容调整为如下两部分。

1.基础传热学

将传热学中最基本的概念、理论和方法等提炼出来，形成传热学的主干知识，称之为基础传热学。主要内容包括：热量传递的机理和模式、能量守恒定律在分析传热现象中的应用、导热问题分类和导热基本定律、一维稳态导热分析解、非稳态导热的集总参数模型、对流传热的分类、边界层概念及其对流传热的研究方法、对流传热的特征数关联式、辐射的基本概念、两表面间的辐射传热计算、综合传热问题的分析等。[2]

2.主要的研究课题或项目

以工程实际问题为线索，整合部分教学内容，作为学生研究性学习的课题或项目。目前主要有如下几个问题：（1）平板式太阳能集热器的传热分析和计算；（2）套管式和管壳式换热器的热设计；（3）等截面直肋散热特性的研究，包括对其一维和二维模型的分析解和数值解；（4）高温金属件冷却过程温度场的研究，研究对象有大平板、长圆柱、球等典型一维几何形状的物体，研究方法包括集总参数模型、一维模型的分析解和数值解；（5）冬季房间热负荷计算的研究；（6）不可压流体外掠平板对流传热的研究，包括分析解、实验解。

三、具体的教学实践

1.教学安排

首先用20-24学时的时间进行基础传热学的教学，这一部分内容仍以教师教授式为主，这样可以让学生在较短的时间内对传热学的最基本的概念、理论和方法形成认知，这些内容也为学生开展研究性学习提供了必要的理论基础。

接下来32-36学时的时间，主要是以研究课题或项目为主线开展教学，教师给出每个课题的研究内容和时间计划，并对必要的方法给予讲解，学生以2-3人小组的形式自主开展学习研究。教师及时了解学生的进展和困难，适时进行反馈和指导，学生最终提交研究论文或项目报告，教师选择性地进行交流展示。表1给出了其中4个课题的具体教学安排。

2.课程的考核模式

由于课程的教学与以往发生了巨大的改变，因此课程的考核方式也必须进行调整，以起到激励学生的学习积极性，确保教学改革的成功。学生的成绩由期中考试、课题或项目的研究评价和期末考试三部分组成。在第一阶段学习完成后进行期中考试，其成绩占总成绩20%；课题或项目的研究评价包括学生学习的态度、课题的整体质量、个人在小组中的贡献等，这一部分占总成绩的20%；期末考试采用开卷的形式，其成绩占总成绩的60%。

四、取得的成效

经过2年多的教学改革实践，基本达到了预期效果，取得的成效主要体现在：

1.极大调动了学生的学习积极性，激发了学生的学习兴趣

在原来的教学中，总会有部分学生逃课，即使学生到课堂也不一定认真听讲，现在每个教师课堂的到课率都能达到96%以上，同学对课程的大作业（课题或项目）也表现了很大的热情。下面是部分同学的体会：“尤其是大作业，让我感觉很新鲜，很愿意去完成它。能够实实在在地去求解一个实际问题让我感觉很有成就感，这就叫学以致用吧。”“感觉是一种新的学习模式，从自己做的过程中思考，发现问题，解决问题，我觉得，这个过程是一种更大的收获。这种教学很容易引起我们学习的兴趣。”“我想之所以完成这种研究性学习的作业的感觉这么好，大概是因为我们从中感受到，用所学知识解决身边问题的惊喜，以及克服困难后的这种成就感。”

2.学生真正学到了知识、锻炼了能力

多数同学认为通过本课程的学习，真正学懂了该课程的核心知识体系，并从中锻炼了自己的多方面能力。下面也是部分同学的体会：“让我们能把遇到的实际问题进行科学分析然后简化求解，真正做到了学以致用，而不是单纯的只会解书上的习题而已。”“经过几次大作业的完成，自己收获颇丰，这是一直以来我在学习生活中少有的感觉……不但对传热学知识加深了理解，也真正提高了自己的学术写作和计算机编程能力。”

参考文献：

[1]孟凡.本科研究性教学的基本特征探析[J].煤炭高等教育，

2009，27（6）：31-33.

[2]林建.面向卓越工程师培养的研究性学习[J].高等教育研究，

2011，（6）：5-15.