楊會 莊光亮 朱輝

摘要：本文以能源類應(yīng)用型本科專業(yè)的傳熱學課程教學為例，探討CDIO模式下學生學習傳熱學課程的現(xiàn)狀。從課程教學內(nèi)容、教學手段、實驗方式、課程評價等方面提出激發(fā)學生興趣，調(diào)動學生學習積極性，提升學生動手能力和實際解決問題能力的教學改革方法。

關(guān)鍵詞：CDIO;傳熱學;教學改革

中圖分類號：G642.0 ? ? 文獻標志碼：A ? ? 文章編號：1674-9324（2016）43-0118-02

CDIO工程教育模式是近年來國際工程教育改革的最新成果。CDIO代表構(gòu)思、設(shè)計、實現(xiàn)和運作，將工程畢業(yè)生的能力分為工程基礎(chǔ)知識、個人能力、人際團隊能力和工程系統(tǒng)能力四個層面，大綱要求以綜合的培養(yǎng)方式使學生在這四個層面達到預(yù)定目標。傳熱學課程是能源類專業(yè)一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程，是學習后續(xù)相關(guān)專業(yè)課程的核心基礎(chǔ)。該課程內(nèi)容知識點多、具有較強的理論性且實際工程應(yīng)用面廣，這對學生應(yīng)用理論知識分析和解決實際問題的能力提出了很高的要求。本文結(jié)合我校近年來基于CDIO工程教育模式的傳熱學課程教學改革與實踐成果，就如何提高傳熱學實際教學效果提出一些經(jīng)驗。

一、傳熱學課程特點及教學現(xiàn)狀

（一）課程特點與地位

作為能源與動力工程專業(yè)一門主要的專業(yè)基礎(chǔ)課程，傳熱學課程是學習后續(xù)相關(guān)專業(yè)課程核心基礎(chǔ)。本課程是研究不同溫度的物體或同一物體的不同部分之間熱量傳遞規(guī)律的學科，在科學技術(shù)各個領(lǐng)域中都有十分廣泛的應(yīng)用，如強化傳熱、削弱傳熱（熱絕緣）和溫度控。在制冷空調(diào)領(lǐng)域，通過強化傳熱可縮小制冷空調(diào)設(shè)備的尺寸，降低系統(tǒng)運行能耗。在能源輸送和利用環(huán)節(jié)中通過削弱傳熱則可減少散熱損失或降低冷量損失，對我國能源可持續(xù)發(fā)展有著重要意義。此外，在溫度控制方面，與傳熱直接相關(guān)的是電子元器件的冷卻問題。

（二）教學現(xiàn)狀

1.教學內(nèi)容與工程實際脫節(jié)。傳熱學是一門應(yīng)用性很強的專業(yè)基礎(chǔ)課程，在學習過程需要高等數(shù)學微積分知識，且內(nèi)容廣泛，圖表、經(jīng)驗公式多，學生掌握起來比較困難?，F(xiàn)行的教材，雖包含20世紀后半葉的研究成果，但很大程度上仍保留了上世紀傳統(tǒng)的課程內(nèi)容體系，內(nèi)容變化不大，靈活性不足，學生缺乏自主研究性學習和訓練，未體現(xiàn)出CDIO模式培養(yǎng)計劃中的基本要求，與生產(chǎn)實際要求的能力培訓仍存在一定的差距。

2.教學方法及手段單一。近年來，隨著多媒體技術(shù)的發(fā)展，很多教師采用多媒體授課，積極引入圖片、視頻等教學素材豐富教學內(nèi)容。相比傳熱的黑板教學方式，多媒體教學手段確實表現(xiàn)出良好的教學效果。但教學過程仍表現(xiàn)為教師講、學生聽的老模式，教學過程與工程實景聯(lián)系不夠緊密。學生主動性、創(chuàng)新性仍達不到CDIO模式培養(yǎng)學生工程能力的要求。

3.實踐教學環(huán)節(jié)脫離實際，缺乏創(chuàng)新性。傳熱學課程實驗教學多為驗證性實驗和演示性實驗，教師講解相關(guān)實驗原理、操作方法，學生不需要動腦，只需按照教師的講解及要求按圖索驥進行實驗并完成實驗報告。這種按部就班的實驗教學過程，難以達到啟發(fā)學生思維，培養(yǎng)其動手設(shè)計和獨立完成實驗?zāi)芰Φ哪康摹?/p>

4.成績評價方式單一。傳熱學課程多采用的是期末閉卷考試的考核方式，最終成績給定綜合平時成績和期末考試成績，以學生掌握基本理論知識的程度作為唯一評價指標，缺乏知識綜合應(yīng)用和工程實踐能力的考核，未體現(xiàn)出學生應(yīng)用理論知識分析解決工程實際問題的能力。傳熱學課程重理論、輕應(yīng)用的考核方式，與CDIO模式培養(yǎng)工程型、應(yīng)用型人才的理念不符。

二、傳熱學課程教學改革建議

1.建立豐富的工程項目教學資源庫。課堂教學要注重可視化教學素材的使用，在PPT中多插入動態(tài)圖片、實景拍攝圖片及傳熱過程Flash視頻。在實驗教學環(huán)節(jié)，采用虛擬實驗與現(xiàn)場實驗相關(guān)結(jié)合的方式，實驗前學生通過網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗平臺觀看實驗內(nèi)容，熟悉實驗操作流程及注意事項。如換熱器換熱系數(shù)測定、穩(wěn)態(tài)法測量材料的導熱系數(shù)等，將傳統(tǒng)的課堂教學形象化，增加趣味性和啟迪性，以培養(yǎng)符合CDIO工程教育理念的創(chuàng)新性、工程型、應(yīng)用型人才。此外，通過Fluent開發(fā)虛擬實驗平臺也是一種有效的教學資源開發(fā)途徑，通過數(shù)值計算對傳統(tǒng)的導熱問題進行求解，如平板導熱、外掠平板換熱、多排管束換熱器流場及溫度場分布、狹小腔室自然對流、換熱器強化傳熱等。對于簡單的傳熱問題，可讓學生操作Fluent進行傳熱仿真，有利于激發(fā)學生的學習興趣。而對于一些復雜傳熱問題，教師通過Fluent仿真可實現(xiàn)傳熱過程的可視化，可彌補三維仿真動畫信息不足的問題。

2.以項目案例導入教學內(nèi)容。在傳熱學課程教學中，不僅要求學生系統(tǒng)地學習傳熱學基本理論知識，更重要的是培養(yǎng)學生靈活應(yīng)用課堂所學傳熱理論知識去分析和解決實際工程中具體復雜的傳熱問題，這是CDIO理念所倡導的構(gòu)思設(shè)計實現(xiàn)和運作的人才培養(yǎng)的核心思想。因此，建議教學過程宜采用“問題導入”、“問題分析”、“解決途徑”、“所需知識”和“內(nèi)容學習”等的教學組織流程。因此，教師應(yīng)善于利用項目教學資源庫中傳熱案例，由淺而深地剖析其中涉及的傳熱問題，不斷提出解決問題所需掌握的知識。如能在課堂上實現(xiàn)的傳熱過程，教師應(yīng)積極創(chuàng)造實際的傳熱情景讓學生親身感受，如讓學生赤腳踩在木質(zhì)地板和地板磚上感受冷熱程度，然后提出問題進行互動討論。這樣就順其自然地將傳熱學中熱傳導、熱對流和熱輻射課程內(nèi)容引出來，從而有效加深學生對熱量傳遞的三本基本方式的理解和實際工程問題的解決能力，符合CDIO理念倡導工程情景教育。

目前，傳熱學研究發(fā)展日新月異，授課時教師應(yīng)注重將書本基礎(chǔ)知識與傳熱學前沿科技相結(jié)合，如超極速傳熱、微納米傳熱、微尺度熱運輸?shù)?，以拓寬學生的視野，提高學生的興趣。此外，在傳熱學的教學中引入“先基礎(chǔ)，后綜合，再創(chuàng)新”的CDIO教育培養(yǎng)理念，教學中增加工程案例，鼓勵學生主動學習、主動創(chuàng)新，注意培養(yǎng)學生分析能力、創(chuàng)新思維、合作意識，如可對學生進行分組，每組分配不同的實際工程案例，組內(nèi)進行協(xié)調(diào)分工共同完成一個工程，最后匯總做成PPT匯報，并由教師和其他小組共同打分。這種以學生為主的課堂教學方式，不僅提升了學生獨立思考、創(chuàng)新和團隊合作的素質(zhì)，還提高了學生運用課本基礎(chǔ)知識分析和解決實際工程難題的能力。

3.采用知識與能力相結(jié)合的考核方式。課程考核是測試學生學習知識與培養(yǎng)能力的基本手段，是教學過程的重要環(huán)節(jié)。合理的考核方式有利于學生培養(yǎng)正確的學習方法，達到課程教學的理想效果。傳統(tǒng)的期末考試不管是閉卷考試還是開卷考試，考試時學生依賴于課本和教師考前復習，因而達不到較好教學目的。根據(jù)21世紀對創(chuàng)新應(yīng)用型工程人才的要求，傳熱學課程考核應(yīng)包括自主學習能力、實踐創(chuàng)新能力、綜合能力。因此，傳熱學考核必須摒棄傳統(tǒng)的“一考定終身”的期末卷面考核方式，采用持續(xù)整個學期的多指標綜合考核方式，傳熱學課程總評成績包含：平時成績、實驗實踐、模擬工程和期末考試等四部分構(gòu)成。各部分可按一定比例來分配，其中平時成績包含課堂出勤、課后作業(yè);實驗實踐包含實驗實訓時的表現(xiàn)及實驗報告;模擬工程以小組為單位分工合作，課堂匯報PPT，綜合評定成績;期末考試采取閉卷考試，考察課程基本理論、基本方法。這種綜合考核方式可充分發(fā)展學生個性，培養(yǎng)創(chuàng)新素養(yǎng)，提升團隊合作能力，從而提高學生的綜合素質(zhì)。

三、總結(jié)

本文對能源類專業(yè)傳熱學課程教學特點和教學實踐中學生反饋的問題做了探討，從教學資源庫、教學理念及方法改革、改進考核等方面提出一些可供參考的教學經(jīng)驗。然而，CDIO教育理念是一個復雜的系統(tǒng)工程，具體教學方案需結(jié)合課程內(nèi)容特點和專業(yè)人才培養(yǎng)目標來組織實施，且需在教學實踐中不斷修正和加以完善。

參考文獻：

[1]顧學雍.聯(lián)結(jié)理論與實踐的CDIO.清華大學創(chuàng)新性工程教育的探索[J].高等工程教育研究，2009，1（1）：11-23.

[2]劉增輝.CDIO——顛覆性的工科教育模式改革[J].中國遠程教育，2008，（14）：64-67.

[3]王碩旺，洪成文.CDIO：美國麻省理工學院工程教育的經(jīng)典模式——基于對CDIO課程大綱的解讀[J].理工高教研究，2009，28（4）：116-119.

[4]楊世銘，陶文銓.傳熱學[M].北京：高等教育出版社，2006.

[5]紀軍，劉濤，張興，等.熱質(zhì)理論及其應(yīng)用研究進展[J].中國科學基金，2014，（6）：446-454.

Curriculum Teaching Reform Based on CDIO Mode of Heat Transfer and Explored

YANG Hui，ZHUANG Guang-liang，ZHU Hui

（Guilin Aerospace Industry College School of Energy and Building Environment， Guilin，guangxi 541004，China）

Abstract：In this paper，the course of Heating Transfer held in Guilin Aerospace University was took an example for studying the teaching processes based on CDIO，and the studentscurrent learning situation and some problems appeared during the teaching in this course were discussed. Some valuable suggestion on the design and reformation in teaching content，some methods in theory teaching and experiment and the instruction appraisal system were presented for developing students' interests in leaning heating transfer，and improving their abilities in actual operation and the solution of practical engineering problems in future teaching.

Key words：CDIO;Heating transfer;teaching reform