“传热学”课堂教学改革的探讨

[摘 要]“传热学”是建筑环境与能源应用工程专业重要的专业基础课程之一。随着现代计算机技术的飞速发展，多媒体技术在“传热学”课程教学中发挥出越来越重要的作用。[3]引用直观生动的图片、动画、视频、仿真进行授课，可以激发学生学习兴趣，提高课堂教学效率，改善课堂教学效果。但多媒体教学只是帮助“传热学”课程教学的手段之一，要真正实现培养优秀工程人才的目标，“传热学”课程的授课教师还需要以教授知识、培养能力和提高素质等方面为切入点，充分发挥学生的积极性与主动性，注重培养学生分析问题和解决问题的能力，积极转变教学思想，努力探索行之有效的教学方法，不断推进教学改革创新。

[关键词]传热学 多媒体 教学方法

“传热学”是研究由温差引起的热能传递规律的科学，在现代各个生产领域中所遇到的大多数技术问题，乃至自然界中的许多现象都与热量的传递有关，而且几乎任何一种形式的能量最终都是以热能的形式耗散于环境及宇宙之中，因此“传热学”是能源、动力和土建等大多数工科专业的一门重要的技术基础课程，也是当今科学技术领域发展最重要的技术基础之一。能否学好这门课程不仅影响学生对后续专业课程的学习，还影响学生在未来工作中解决实际传热问题的能力。目前东北石油大学建筑环境与能源应用工程专业“传热学”课程计划学时为64学时，其中理论课56学时，实验课8学时。“传热学”课程具有内容广、习题多、难度大的特点，如何在较少课时下，改进教学方式，提高教学效果，培养高素质工程人才是当前传热学教学中面临的主要问题。[1]笔者结合在“传热学”实际教学中的探索和实践，浅谈教学改革的几点看法。

一、教学存在的问题

“传热学”在我校有20多年的教学历史，多年来一直采用板书授课，板书授课有利于学生跟随教师的思路，但随着现代“传热学”课程信息量的不断增大，对学生综合素质培养能力的要求越来越高，单纯板书授课已经不能满足教学需要。在板书基础上增加多媒体教学手段，可以大大节约课堂上书写公式、图形、习题所占用的时间，克服手绘图形的不准确和不美观问题，通过动画形象直观地演示传热过程。

“传热学”与多学科交叉内容日益增多，新版本教材增加了大量专业前沿中的传热问题，一成不变的教学内容不能满足专业发展的需要，教师应及时更新教学内容，增加对专业新领域中传热问题的介绍。在授课中，讲课内容不宜贪多。简单问题讲得过细，学生会感觉讲课嗦、浪费时间；难点问题讲得过细，学生会感觉困难重重，失去兴趣。因此，教师应根据学生的实际情况安排教学内容，力求重点突出。

传统的灌输式教学，课堂上几乎全部由教师讲解，而学生只是被动地听课。对于典型例题，也多数是由教师自问自答，直接教给学生做题的方法和步骤，虽然看似教师讲课熟练，学生听课轻松，但这种教学方式学生不动脑筋，不能培养学生独立分析和解决问题的能力。

在考试方面，我校“传热学”课程总成绩是由考卷成绩（占75%）、实验课（占15%）、平时成绩（占10%）构成的。平时成绩根据出勤情况、课堂测验和作业成绩来评定。从分数构成上来看，成绩主要取决于考卷成绩，平时成绩所占比例较小。为突出素质教育，应加强对学生平时学习质量的监控，增加平时成绩比例。

二、教学资源库建设

（一）动画演示实验

实践教学是“传热学”，课程教学的重要环节，通常实验演示在教学中受到时间、场地等诸多限制，制作Flash实验演示课件，可以生动直观地对实验操作过程进行演示，通过网络共享更加便于学生预习和复习。例如：准稳态法材料导热系数测定、气流横掠管管外放热系数测定、铂丝表面黑度测定和换热器传热系数测定等。

（二）虚拟实验

借助Matlab语言或CFD软件开发“传热学”虚拟实验平台，通过计算机数值计算和图像显示，对系统传热现象进行求解分析。例如：不同边界条件下多维稳态导热、集中参数法、导热数值解、外掠平板、竖壁自然对流、辐射角系数、换热器传热过程等内容都可采用虚拟实验进行辅助教学。讲解导热数值解部分时，利用CFD软件对研究对象进行网格划分，然后建立节点方程，设定迭代初值，运用CFD软件进行计算，最后对迭代计算的敛散性进行分析。网格划分后的图形以及计算得到的温度场通过CFD软件可以直观立体地展现给学生，学生也可以自己操作软件，设定不同的定解条件进行模拟实验，这种教学方式不仅激发了学生对“传热学”学习的兴趣，更加深了学生对导热过程的理解。

（三）视频和图片素材

围绕教学内容收集照片、图片、视频，并制作一些有特色的动画素材，将这些运用于授课过程中就能把沉闷、死板的课堂气氛转变得活跃、充满生气，学生会自动参与课堂的 ☻教学活动中，积极配合教师，回答或提出问题，大大提高了课堂教学效果。利用分解动画可以有效突破“传热学”教学难点，例如通过肋片的导热、典型形状多维非稳态导热、大容器沸腾传热，多表面系统的辐射传热、换热器平均温差，等等。多媒体素材可以形象、生动而又清晰地向学生展示出复杂问题的温度分布及传热过程，使学生建立起空间概念，加强了对问题的理解。

三、课堂教学方法改革

（一）互动教学提高学生的学习兴趣

要想使学生学好“传热学”课程，首先应该提高学生的学习兴趣，将课堂教学的主体由教师转移到学生。做好教学“互动”，课堂教学活动不仅是一种认知过程，更是一种师生、生生之间的交互过程，只有学生的真正参与，才会提高学生学习的积极性，使其变被动为主动。因此，可选择学生在生活中熟知的传热现象作为范例，创造逼真的教学情景，使学生感受到传热学领域就在自己的身边，进而增强学习“传热学”的兴趣；可采用提问式、启发式、讨论式等多种形式的教学方法，调动学生学习的自觉性，激发学生的学习兴趣。例如：在讲解“传热学”绪论中的三种热量传递方式时，首先给出一些生活中的传热现象让学生思考，如为什么夏天穿浅颜色衣服，冬天穿深色衣服；为什么冬夏相同室温下，人们夏天穿T恤，冬天却穿毛衣；热水瓶为什么可以保温；铝水壶为什么不能干烧；冬季室外摸铁和摸木头感觉有什么不同，等等。让学生分析这些现象产生的原因，并举出他们所知道的与传热相关的例子，这样顺其自然地就将导热、对流和辐射内容引出来。教师用理论知识对上述传热现象进行总结，加深了学生对三种传热方式的理解。用“提问式”引起学生的注意，使学生集中精力听课，再利用“启发式”激发学生思考，发挥想象力，这样就会充分地调动起学生学习的积极性和主动性。

（二）教学内容与学科专业有机结合

近几十年，科学技术在世界范围内有了突飞猛进的发展，“传热学”的研究内容也有了很大的变化与进步，因此，授课时教师在讲授教材内容的同时应与相关专业的前沿学术动态有机结合，这样可以拓宽学生视野，提高学生学习兴趣，让他们学习如何利用理论知识解决本专业的实际问题。例如：针对建环的学生，在导热换热部分，增加新型散热器、新型保温墙体、冷热桥问题的讲解。在对流换热部分，增加纳米流体、风洞实验、地源热泵、相变蓄热墙体的讲解。在辐射换热部分，增加太阳能集热器、辐射供暖、辐射制冷的讲解。在传热过程部分，增加空调除霜、节能冷却塔、新型换热器的讲解。

（三）培养学生的工程观念以及工程实践能力

树立工程观念，重视工程教育是“传热学”教学改革的首要任务。为此，在“传热学”的教学中引入先进的CDIO教育培养理念，按照先基础、后综合、再创新的思路安排课程内容，增加了接近工程实际的专业应用案例，注重对复杂传热过程的分析，鼓励学生主动学习、主动实践，强化对学生分析能力、创新精神和合作意识的培养。[2]例如：在每个章节内容讲完后，将学生分成几组，以大作业的形式给学生布置应用例题，让每组学生按照三步来完成：传热分析、传热计算、强化或削弱传热的措施。然后在课堂上组织学生展开分析和讨论，鼓励学生提出新的设计构想，最后由教师评分和小组互相评分。这种以学生为主体的启发式教学方式不仅增强了学生分析问题和解决问题的能力，还培养了学生的工程实践意识，收到了很好的ค效果。

四、结语

随着现代计算机技术的飞速发展，多媒体技术在“传热学”课程教学中发挥出越来越重要的作用。[3]引用直观生动的图片、动画、视频、仿真进行授课，可以激发学生学习兴趣，提高课堂教学效率，改善课堂教学效果。但多媒体教学只是帮助“传热学”课程教学的手段之一，要真正实现培养优秀工程人才的目标，“传热学”课程的授ฝ课教师还需要以教授知识、培养能力和提高素质等方面为切入点，充分发挥学生的积极性与主动性，注重培养学生分析问题和解决问题的能力，积极转变教学思想，努力探索行之有效的教学方法，不断推进教学改革创新。

[ 注 释 ]

[3] 蒋建波.大学生评价教师多媒体教学效果研究[D].上海：华东师范大学，2007.