趙薇 崔鵬

摘要：傳熱學(xué)是建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專業(yè)的主干專業(yè)基礎(chǔ)課程。以遼寧工業(yè)大學(xué)為例，通過分析傳熱學(xué)在專業(yè)培養(yǎng)方案中的定位、與其他課程的關(guān)系重點(diǎn)討論了課程建設(shè)和啟發(fā)式教學(xué)、案例教學(xué)、實(shí)踐教學(xué)等教學(xué)方法改革的具體措施。

關(guān)鍵詞：傳熱學(xué);教學(xué)改革;課程建設(shè);創(chuàng)新能力

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-0079（2014）33-0071-02

面對(duì)社會(huì)對(duì)人才培養(yǎng)的需求，2012年普通高等學(xué)校本科專業(yè)目錄將建筑環(huán)境與設(shè)備工程專業(yè)、建筑智能設(shè)施（部分）、建筑節(jié)能技術(shù)與工程三個(gè)專業(yè)合并，調(diào)整為建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專業(yè)[1]。建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專業(yè)是工學(xué)土木類4個(gè)本科專業(yè)之一，與土木工程、建筑學(xué)、環(huán)境科學(xué)與工程、能源與動(dòng)力工程等專業(yè)交叉，專業(yè)范圍擴(kuò)展為建筑環(huán)境控制、城市燃?xì)鈶?yīng)用、建筑節(jié)能、建筑設(shè)施智能技術(shù)等領(lǐng)域。

在“重基礎(chǔ)、寬口徑”的形勢(shì)下，夯實(shí)基礎(chǔ)、凝練特色、優(yōu)化課程體系成為專業(yè)教學(xué)改革的核心問題之一。遼寧工業(yè)大學(xué)建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專業(yè)作為遼寧省普通高校本科重點(diǎn)支持專業(yè)，經(jīng)過多年的發(fā)展，形成了“夯實(shí)專業(yè)基礎(chǔ)、強(qiáng)化工程實(shí)踐、注重創(chuàng)新、培養(yǎng)專業(yè)素質(zhì)高和實(shí)踐能力強(qiáng)的應(yīng)用型工程技術(shù)人才”的專業(yè)特色。筆者所在的傳熱學(xué)課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)在課程內(nèi)容體系、教學(xué)方法改革等方面不斷探索、實(shí)踐。本文以遼寧工業(yè)大學(xué)建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專業(yè)為例，從傳熱學(xué)的課程定位出發(fā)對(duì)課程內(nèi)容優(yōu)化、案例分析的運(yùn)用、新成果的吸納、師資力量建設(shè)以及教學(xué)方法改革措施等進(jìn)行探討。

一、課程描述

1.在培養(yǎng)方案中的定位

傳熱學(xué)是建筑環(huán)境與能源工程專業(yè)的一門主干專業(yè)基礎(chǔ)課[2]，它建立在專業(yè)基礎(chǔ)課工程熱力學(xué)、流體力學(xué)之上，主要講述建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專業(yè)所涵蓋的暖通空調(diào)、供熱工程、制冷技術(shù)、鍋爐房工藝與設(shè)備等工程技術(shù)中共同的熱量傳遞規(guī)律的科學(xué)。學(xué)生通過傳熱學(xué)課程的學(xué)習(xí)，可獲得熱量傳遞的基本理論、基本知識(shí)和基本技能以及傳熱計(jì)算的基本方法，培養(yǎng)學(xué)生的思維能力、分析和解決實(shí)際工程問題的能力，為學(xué)習(xí)后續(xù)課程打下必要的基礎(chǔ)，并通過設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)、實(shí)習(xí)等實(shí)踐教學(xué)的配合，掌握熱工設(shè)備設(shè)計(jì)、提高能效等基本理論和方法，形成初步的工程實(shí)踐能力。

2.與其他課程的關(guān)系

如果把本科生專業(yè)知識(shí)體系構(gòu)建過程比作是教學(xué)生如何建造房子的過程[3]，那么基礎(chǔ)課和專業(yè)基礎(chǔ)課是教會(huì)學(xué)生如何打造房子基礎(chǔ)的過程，專業(yè)課就是教會(huì)學(xué)生如何在基礎(chǔ)上建造各種房子的過程。傳熱學(xué)作為一門核心的專業(yè)基礎(chǔ)課，其本質(zhì)是一門科學(xué)，內(nèi)容相對(duì)穩(wěn)定，每一個(gè)進(jìn)步都會(huì)帶來技術(shù)上質(zhì)的變化。剖析傳熱學(xué)課程與其他課程之間的關(guān)系，探討教學(xué)與學(xué)生認(rèn)知過程的契合，是提高教學(xué)質(zhì)量的基礎(chǔ)。

（1）與流體力學(xué)和工程熱力學(xué)課程的關(guān)系。流體力學(xué)和工程熱力學(xué)是傳熱學(xué)的先修課程。學(xué)生通過課程的學(xué)習(xí)掌握熱現(xiàn)象中物質(zhì)能量平衡的關(guān)系及流體流動(dòng)過程的力學(xué)性質(zhì)和邊界特點(diǎn)。通過基本概念、基本理論和實(shí)際應(yīng)用，為學(xué)生進(jìn)入建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專業(yè)課學(xué)習(xí)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)知識(shí)。同時(shí)，積極引導(dǎo)學(xué)生對(duì)物理概念、物理現(xiàn)象本質(zhì)的理解，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)的思維方法。

（2）與暖通空調(diào)、熱質(zhì)交換原理與設(shè)備、供熱工程、制冷技術(shù)、鍋爐房工藝與設(shè)備等專業(yè)課的關(guān)系。這五門課程的共性問題包括熱量傳遞過程、換熱設(shè)備的類型及適用范圍、換熱器的設(shè)計(jì)計(jì)算與校核計(jì)算、換熱過程的強(qiáng)化與削弱等，上述理論知識(shí)均涵蓋在傳熱學(xué)的教學(xué)內(nèi)容中。在傳熱學(xué)教學(xué)過程中，應(yīng)概述其基本理論在其他專業(yè)課中的應(yīng)用，并結(jié)合相關(guān)專業(yè)工程實(shí)例掌握傳熱學(xué)的基本理論，幫助學(xué)生正確理解傳熱學(xué)在專業(yè)課學(xué)習(xí)中的重要性。

（3）與認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)和生產(chǎn)實(shí)習(xí)的關(guān)系。傳熱學(xué)課堂教學(xué)安排在認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)實(shí)踐環(huán)節(jié)與生產(chǎn)實(shí)習(xí)實(shí)踐環(huán)節(jié)之間。認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)環(huán)節(jié)幫助學(xué)生認(rèn)識(shí)各類換熱器的形式和功能，生產(chǎn)實(shí)習(xí)環(huán)節(jié)安排冷熱源系統(tǒng)中換熱器運(yùn)行調(diào)試的相關(guān)內(nèi)容，幫助學(xué)生鞏固課程所學(xué)的理論知識(shí)，并將理論與實(shí)踐相結(jié)合。

（4）與課程設(shè)計(jì)和畢業(yè)設(shè)計(jì)的關(guān)系。傳熱學(xué)為課程設(shè)計(jì)和畢業(yè)設(shè)計(jì)實(shí)踐環(huán)節(jié)提供圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱計(jì)算及各類換熱器（如散熱器、地埋管換熱器、空氣處理機(jī)組、一次網(wǎng)/二次網(wǎng)換熱器、蒸發(fā)器、冷凝器、余熱回收裝置等）設(shè)計(jì)計(jì)算的基本理論和基本方法。通過實(shí)際工程案例的引入，使學(xué)生體會(huì)相關(guān)理論和方法的應(yīng)用過程，幫助學(xué)生初步形成分析、計(jì)算與解決工程問題的能力。

二、課程建設(shè)

在專業(yè)課程體系建設(shè)中，如果每門課都片面強(qiáng)調(diào)自身科學(xué)的、系統(tǒng)的、完整的、嚴(yán)密的體系，勢(shì)必引起專業(yè)培養(yǎng)方案學(xué)時(shí)的不適當(dāng)膨脹。因此，將整個(gè)專業(yè)知識(shí)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成為一個(gè)科學(xué)的、系統(tǒng)的、完整的、嚴(yán)密的體系，所涉及的課程服從整個(gè)體系的需要，可以使每門課程在專業(yè)知識(shí)結(jié)構(gòu)中起到恰如其分的作用。在上述思想的指導(dǎo)下，圍繞傳熱學(xué)課程建設(shè)提出了如下措施：

1.突出建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專業(yè)中傳熱學(xué)共性的提煉

在緒論部分引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)傳熱學(xué)的任務(wù)、基本要求及在專業(yè)學(xué)習(xí)中的重要性。通過對(duì)傳熱學(xué)功能與作用的闡述，幫助學(xué)生在專業(yè)知識(shí)體系中恰當(dāng)定位。傳熱學(xué)作為具有百年歷史的經(jīng)典學(xué)科，內(nèi)容極其豐富，也早已自成體系，核心理論包括傳熱的三大基本理論模塊——導(dǎo)熱、對(duì)流和輻射，外延理論模塊包括凝結(jié)、沸騰和質(zhì)交換。課程理論性和邏輯性強(qiáng)，符合學(xué)生學(xué)習(xí)活動(dòng)的心理邏輯。根據(jù)上述特點(diǎn)，以能量守恒定律為主線，串聯(lián)起導(dǎo)熱、對(duì)流和輻射三個(gè)理論模塊，適當(dāng)涉及到凝結(jié)、沸騰和質(zhì)交換等相關(guān)外延理論模塊。按照熱量傳遞機(jī)理、傳熱過程計(jì)算方法、增強(qiáng)或削弱傳熱措施等方面歸納三類基本傳熱方式的共同性與區(qū)別，以及在建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程領(lǐng)域的典型應(yīng)用。

2.提高案例分析在課程內(nèi)容中的比重

傳熱學(xué)理論分析較多，公式復(fù)雜且難以理解，因此在理論教學(xué)中通過典型案例來揭示抽象理論更容易被學(xué)生接受?？梢酝ㄟ^授課中案例導(dǎo)入、小結(jié)中典型案例分析應(yīng)用以及布置大作業(yè)等不同的方式開展，使學(xué)生深入理解基本概念、原理，并學(xué)習(xí)如何利用課程理論與方法解決實(shí)際工程問題。

3.適時(shí)吸納本學(xué)科的創(chuàng)新成果

隨著傳熱學(xué)學(xué)科的不斷發(fā)展，許多新成果不斷被應(yīng)用于建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程領(lǐng)域，這些新的知識(shí)也逐漸被引入到傳熱學(xué)教學(xué)中。例如微尺度傳熱學(xué)、生物傳熱學(xué)，以及螺旋折流板、雙斜內(nèi)肋管、微肋管等新型換熱設(shè)備。對(duì)于本科學(xué)生而言，對(duì)這些新概念、新現(xiàn)象、新設(shè)備的認(rèn)識(shí)和理解有時(shí)是比較困難的，但與專業(yè)應(yīng)用關(guān)聯(lián)起來可以有效拓展學(xué)生的視野，助力創(chuàng)新性人才培養(yǎng)。

4.加強(qiáng)教師知識(shí)和能力

通過學(xué)習(xí)和研討，讓相關(guān)教師具備堅(jiān)實(shí)的傳熱學(xué)、工程熱力學(xué)、流體力學(xué)理論基礎(chǔ);具有專業(yè)全局觀念，了解專業(yè)人才培養(yǎng)模式與規(guī)格要求，清楚專業(yè)課程體系及各門課程、各實(shí)踐環(huán)節(jié)在人才培養(yǎng)方面的作用，掌握所承擔(dān)的課程與其他課程或教學(xué)環(huán)節(jié)的銜接關(guān)系;具有豐富的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，理解工程實(shí)踐對(duì)人才能力的需求;了解學(xué)科前沿和發(fā)展動(dòng)態(tài)，具有工程新技術(shù)研發(fā)能力。

三、課程教學(xué)方法改革

以突出學(xué)生主體性和專業(yè)學(xué)習(xí)的實(shí)用性為原則，在傳熱學(xué)授課過程中綜合運(yùn)用了啟發(fā)式教學(xué)、案例教學(xué)等方法，旨在激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、提高教學(xué)效果。

1.啟發(fā)式教學(xué)

改變傳統(tǒng)專業(yè)基礎(chǔ)課面面俱到的灌輸式教學(xué)方法，轉(zhuǎn)向適合學(xué)生認(rèn)知過程的啟發(fā)式教學(xué)方法。從基本概念到原理運(yùn)用再到技術(shù)分析，層層遞進(jìn)，由教師引導(dǎo)學(xué)生一起去思考、分析和討論問題，讓學(xué)生在主動(dòng)思考中掌握新知識(shí)，同時(shí)鍛煉運(yùn)用知識(shí)的能力。下面以傳熱學(xué)中“導(dǎo)熱微分方程”一講為例進(jìn)行分析。

該講包含大量的偏微分方程，內(nèi)容抽象，教師在講授時(shí)將重點(diǎn)放在分析導(dǎo)熱微分方程及其各項(xiàng)的物理意義、推導(dǎo)的理論基礎(chǔ)、如何簡(jiǎn)化與應(yīng)用等方面。結(jié)合本專業(yè)典型的墻體導(dǎo)熱過程，提出工程應(yīng)用問題，即“如何計(jì)算在溫差作用下由分子熱運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的熱量傳遞”;引出解決方法，即“物理模型—數(shù)學(xué)模型—求解”求解數(shù)學(xué)物理問題的一般方法和應(yīng)用“能量守恒定律與傅里葉導(dǎo)熱定律”的基本原理;闡述導(dǎo)熱微分方程推導(dǎo)過程，剖析各項(xiàng)物理意義，例如“為熱擴(kuò)散項(xiàng)，表征的是單位時(shí)間內(nèi)從x方向?qū)肱c導(dǎo)出微元體的凈熱量”;導(dǎo)熱微分方程的應(yīng)用，設(shè)定不同的墻體導(dǎo)熱工程情景與學(xué)生討論方程的簡(jiǎn)化條件，例如“導(dǎo)熱系數(shù)是定值、無內(nèi)熱源、穩(wěn)態(tài)”等等，啟發(fā)學(xué)生建立導(dǎo)熱微分方程的簡(jiǎn)化形式與高等數(shù)學(xué)中Poisson方程、Fourier方程、Laplace方程等的聯(lián)系。

用這樣一種啟發(fā)式教學(xué)方法，使學(xué)生不僅理解了教材中理論性極強(qiáng)的推導(dǎo)過程，還能夠使學(xué)生清楚為什么導(dǎo)熱微分方程會(huì)有非穩(wěn)態(tài)項(xiàng)、擴(kuò)散項(xiàng)、源項(xiàng)以及什么時(shí)候可以省略，同時(shí)引導(dǎo)學(xué)生利用高等數(shù)學(xué)中的相關(guān)知識(shí)求解簡(jiǎn)單的導(dǎo)熱微分方程。這樣，教學(xué)過程不只是簡(jiǎn)單地教材重現(xiàn)，而是教材的導(dǎo)讀與深化。教材是從抽象的概念和原理入門，再落實(shí)到實(shí)際應(yīng)用;而教學(xué)要從實(shí)際問題出發(fā)，引出解決問題的方法，逐步掌握正確的概念和原理，進(jìn)而形成普適性的抽象理念，二者的思路方向是相反的。

2.案例教學(xué)

傳熱學(xué)是一門與工程實(shí)踐緊密聯(lián)系的科學(xué)，有許多從生產(chǎn)實(shí)際中抽象簡(jiǎn)化出來的案例。案例教學(xué)可以從兩個(gè)角度進(jìn)行，一方面以案例為切入點(diǎn)，引出相關(guān)的概念、原理、技術(shù)等，可使教學(xué)內(nèi)容更容易被學(xué)生接受，例如在“非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱”一講中可選擇高溫鐵錠退火的案例;另一方面以根據(jù)實(shí)際案例分析講解例題，展示給學(xué)生如何利用概念、原理、技術(shù)等解決實(shí)際問題，做到“授人以漁”。例如在“多層平壁導(dǎo)熱”一講中可選擇外墻外保溫系統(tǒng)傳熱系數(shù)計(jì)算及優(yōu)化為案例。通過案例教學(xué)幫助學(xué)生舉一反三、觸類旁通，在有限的學(xué)時(shí)內(nèi)達(dá)到較好的教學(xué)效果。

3.實(shí)踐教學(xué)

實(shí)踐教學(xué)是知識(shí)傳授、創(chuàng)新能力培養(yǎng)的重要載體[4]，也是傳熱學(xué)教學(xué)的重要組成部分。傳熱學(xué)中的實(shí)踐教學(xué)主要體現(xiàn)在專業(yè)實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)三個(gè)環(huán)節(jié)。通過縝密的設(shè)計(jì)，建立三者之間的有機(jī)聯(lián)系，減少部分驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)和重復(fù)內(nèi)容，適當(dāng)增加創(chuàng)新性能力培養(yǎng)的相關(guān)內(nèi)容，使學(xué)生盡快將專業(yè)知識(shí)應(yīng)用與轉(zhuǎn)化。安排必修實(shí)驗(yàn)教學(xué)8學(xué)時(shí)，其中基本型實(shí)驗(yàn)4學(xué)時(shí)、綜合型實(shí)驗(yàn)4學(xué)時(shí)，開設(shè)選修創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)4個(gè)。供熱工程、制冷技術(shù)、暖通空調(diào)、鍋爐房工藝及設(shè)備等課程設(shè)計(jì)及畢業(yè)設(shè)計(jì)中涵蓋了維護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱計(jì)算、各類換熱器選型計(jì)算等。此外，鼓勵(lì)學(xué)生參與專業(yè)教師的科研課題。通過產(chǎn)學(xué)研用的過程幫助學(xué)生完成感知、注意、記憶、理解、實(shí)踐、創(chuàng)新的學(xué)習(xí)過程。

4.考核機(jī)制

課程的考核機(jī)制與課程理念是一致的，我們要考查的是學(xué)生對(duì)基本原理、概念和方法的掌握程度，而不是考查學(xué)生的計(jì)算能力。單一的閉卷考試模式已不適用，通過彈性的、多樣的考核方式才能全面考查學(xué)生對(duì)概念的理解程度和分析問題的能力。筆者將傳熱學(xué)考核分為閉卷考試（60%）、實(shí)踐環(huán)節(jié)（20%）、大作業(yè)（10%）和研究性學(xué)習(xí)（10%）四個(gè)部分。閉卷考試主要用于考查學(xué)生對(duì)課程的基本概念、基本理論和基本規(guī)律等基礎(chǔ)知識(shí)的掌握程度，題目主要包括選擇題、名詞解釋、簡(jiǎn)答題、計(jì)算題等，特別注意避免大段背書、背公式的情況。實(shí)踐環(huán)節(jié)主要用于考查學(xué)生的動(dòng)手能力、數(shù)據(jù)處理能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力等，通過專業(yè)實(shí)驗(yàn)操作及實(shí)驗(yàn)報(bào)告質(zhì)量確定。大作業(yè)是案例教學(xué)的一部分，通過設(shè)計(jì)作業(yè)內(nèi)容不僅訓(xùn)練學(xué)生對(duì)知識(shí)的運(yùn)用熟練程度，還要訓(xùn)練學(xué)生的獨(dú)立思考能力。研究性學(xué)習(xí)包括選修創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)、參與科研課題等形式，將其納入到考核內(nèi)容中來，可以調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性和主觀能動(dòng)性，為創(chuàng)新能力的培養(yǎng)提供平臺(tái)。

5.雙語教學(xué)

雙語教學(xué)外語教學(xué)與學(xué)科內(nèi)容相結(jié)合的體現(xiàn)，順應(yīng)高等教育國(guó)際化的需求。主講教師國(guó)際化的教育背景為雙語教學(xué)提供了條件。根據(jù)課程的內(nèi)容、難易程度等因素，筆者選擇了“緒論”、“太陽輻射”兩講開展了雙語教學(xué)。學(xué)生對(duì)該教學(xué)方式比較認(rèn)可，認(rèn)為有利于理解專業(yè)術(shù)語、有利于國(guó)際交流和繼續(xù)深造、學(xué)習(xí)有挑戰(zhàn)性、課堂氣氛活躍等，希望增加雙語學(xué)習(xí)的機(jī)會(huì)。

四、結(jié)語

傳熱學(xué)是建筑環(huán)境與能源工程專業(yè)專業(yè)基礎(chǔ)課的一枚基石，是學(xué)生解決工程實(shí)際問題的知識(shí)源泉。隨著學(xué)科的不斷發(fā)展、專業(yè)方向的不斷調(diào)整，社會(huì)對(duì)專業(yè)人才需求的不斷變化，類似傳熱學(xué)這樣的專業(yè)基礎(chǔ)課程的教學(xué)改革勢(shì)在必行。只有在課程建設(shè)與教學(xué)方法改革的實(shí)踐中不斷摸索、研究和總結(jié)，才能使教學(xué)體系更科學(xué)、結(jié)構(gòu)更合理，不斷提高學(xué)生的基礎(chǔ)知識(shí)儲(chǔ)備水平，增強(qiáng)學(xué)生解決專業(yè)實(shí)踐問題的能力，進(jìn)而滿足社會(huì)對(duì)人才培養(yǎng)質(zhì)量的要求。

參考文獻(xiàn)：

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（責(zé)任編輯：王祝萍）