趙佳悅

（山西能源學院，山西 晉中 030600）

2018年6月21日，教育部部長陳寶生在新時代全國高等學校本科教育工作會議上第一次提出“金課”的概念，指出要提高當代大學生的學業(yè)挑戰(zhàn)度，合理增加課程難度，拓展課程深度，擴大課程的可選擇性，真正把“水課”轉變成有深度、有難度、有挑戰(zhàn)度的“金課”。同年8月，教育部印發(fā)了《關于狠抓新時代全國高等學校本科教育工作會議精神落實的通知》（教高函〔2018〕8號），要求各高校淘汰“水課”、打造“金課”，切實提高課程教學質量[1]。2019年6月1日，山西省33所本科高校參加了山西省教育廳主辦的山西省高?！敖鹫n”建設研討會[2]。金課的提出無疑對我國高校培養(yǎng)新時代的人才提出了新的標準和要求，也為山西省高校教學改革指引了方向。

1 傳熱學的課程特點與教學現狀

傳熱學是研究由溫差引起的熱能傳遞規(guī)律的科學，其是當前能源與動力工程、建筑環(huán)境與設備工程、化工等許多工科專業(yè)的基礎技術課程[3-4]。傳熱學課程知識體系較復雜，教材中概念多、公式多，且公式推導中普遍運用微積分，難度較大。傳統(tǒng)的傳熱學課堂以“填鴨式”教學為主，存在課堂以教師為中心、教學目標無法直接衡量、缺少課堂評價反饋機制等一系列問題，造成了學生學習積極性不高、課程質量與人才培養(yǎng)目標不匹配的后果。

1.1 課堂以教師為中心

傳統(tǒng)課堂中，教師以書本內容為主，更多關注的是是否將知識、技能準確地講授，而忽略了課堂上最活躍、最復雜，也是最重要的元素之一——學生。于是整個課堂往往是教師在講臺上不斷地推導公式，闡述定理，而學生則處于被動接受知識的狀態(tài)，缺乏學習積極性[5]。

1.2 教學目標無法直接衡量

目前，傳熱學課程的教學目標大多無法進行直接考察，如第一章中緒論的教學目標一般定為了解傳熱學在中各個領域中的應用，理解導熱、對流換熱及熱輻射在一般情況下的傳熱量計算，掌握熱量傳遞的三種基本方式及傳熱過程的熱阻分析方法。這些目標的闡述幾乎全部使用內隱動詞，如了解、理解、掌握等，從這些詞僅僅可以得出知識點的重要程度，而沒有讓學生通過行動來描述對內容的掌握程度，即目標無法達到可測量或可觀察的效果。

1.3 缺少課堂評價反饋機制

傳統(tǒng)傳熱學課堂上有效的教學反饋很少。有些教學方法并不適合所教學生，但教師大多數情況下得不到及時反饋，于是無法做到持續(xù)提高教學質量。教學必須了解培養(yǎng)全面發(fā)展型人才的需要和學生的學習需求，結合具體的學習目標，并采用有效課堂評價反饋機制來保障教學質量的不斷提高。

2 BOPPPS教學模型的內涵

BOPPPS教學模型起源于加拿大，后來在北美眾多高校被廣泛使用，目前已在全球范圍內被推崇。BOPPPS教學模型根據人在課堂的注意力大約只能集中15min的規(guī)律，將課堂教學內容劃分為幾個15min的單元，并將教學環(huán)節(jié)分成導入（bridge in）、學習目標（learning objective）、前測（pre-assessment）、參與式學習（participatory learning）、后測（post-assessment）、總結（summary）六個部分，每個部分各自獨立，又互相連貫[6]。

（1）導入部分是為了幫助學生專注或連接即將介紹的內容。教師可以通過回顧之前所學的內容并過渡到新的內容上來，也可以講述一些與課堂內容有關的故事，或提出和主題相關聯的引導問題，使學生對教學內容產生強烈的興趣。（2）學習目標是指教學活動實施的方向和預期達到的效果，通常包括認知、情感和技能三個方面。一個規(guī)范的學習目標須包含四個要素，即對象（who）、行為（will do what）、條件（under what condition）和標準（how well），設定明確的學習目標有助于學生在學習過程中把握學習方向。（3）前測是對學生的知識基礎和能力進行摸底，可以通過提問、問卷調查或小測試等方式進行。前測能幫助教師調整教學進度和深度，同時也促進學生聚焦課堂目的，表達學習愿望。（4）參與式學習是指學生主動學習，教師參與學生的學習過程。此環(huán)節(jié)以學生為主體，教師為主導，以教師提問、學生討論、角色扮演等多種形式展開，使學生更好地理解所學內容。（5）后測是運用測驗和評價的方法來了解學生學到的內容，以及是否達到學習目標，有利于教師改進教學方法。（6）總結是對整堂課程內容的梳理和整合，并預告下堂課內容，起到承前啟后的作用。

BOPPPS教學模型真正關注學生的發(fā)展和需求，讓學生更好地參與學習，并及時獲取反饋信息，培養(yǎng)學生分析問題、解決問題的能力，這與“金課”的基本要求相符。BOPPPS教學模型提供的基本框架，不僅可以使教師合理安排教學內容，改變傳統(tǒng)課堂以教師為主體的師生關系，從而更有效地讓學生學習知識，還可以幫助教師及時評價學生的學習效果，改進教學方法。

3 基于BOPPPS模型的傳熱學課堂教學設計

以穩(wěn)態(tài)熱傳導中典型的一維穩(wěn)態(tài)導熱問題的分析解的內容為例，按照BOPPPS模型，可以將此節(jié)內容分為以15min為一個單元的三個授課單元，分別為通過平壁的導熱，通過圓筒壁的導熱，帶第二類、第三類邊界條件的一維導熱問題。以通過平壁的導熱為例，進行如下教學設計。

3.1 導入

首先對上一節(jié)——導熱問題的數學描寫中的內容進行回顧，讓學生寫出笛卡爾坐標系中三維非穩(wěn)態(tài)導熱微分方程的一般形式，以及不同條件下相應的簡化形式，作為本節(jié)的知識基礎。接著提出與生活或工程實際聯系緊密導熱問題，引起學生探究知識的興趣，如一塊鋼板上結了水垢和灰垢，會對鋼板的導熱性能產生怎樣的影響？爐墻平壁用兩層同樣厚度但導熱系數不同的保溫材料保溫，將導熱系數大的材料放在內側還是外側保溫效果好？

3.2 學習目標

學習目標是課堂教學中非常關鍵的部分，BOPPPS方法中的學習目標，而非教學目標，就是要讓學生清楚地知道通過學習平壁導熱要達成怎樣的目的，因而學習目標需要具有可觀察性或可測量性。該節(jié)學習目標如下：

（1）知識目標。能夠說明熱流量、熱阻和溫壓的物理意義。

（2）能力目標。能夠熟練運用通過單層平壁導熱的計算公式求解相關參數；能夠熟練使用熱阻法計算通過多層平壁的熱流量。

（3）素質目標。通過學習培養(yǎng)歸納總結問題、分析問題和解決問題和的能力；培養(yǎng)探究意識。

3.3 前測

根據之前所學和即將學習的內容，對學生進行如下提問：

請根據以下條件對笛卡爾坐標系下的三維非穩(wěn)態(tài)導熱微分方程進行化簡：（1）一維；（2）無內熱源；（3）常物性；（4）穩(wěn)態(tài)。

以上問題的解答如下：根據笛卡爾坐標系中三維非穩(wěn)態(tài)導熱微分方程的一般形式，即式（1），以及上述四個給定條件，可寫出方程的簡化結果，即式（2）[4]。

此問題一方面是為了了解學生對上一節(jié)重點內容的掌握情況，另一方面可以使學生過渡到該節(jié)內容的學習中來。一般情況下，大多數學生都能夠得出正確答案。

3.4 參與式學習

（1）通過單層平壁的導熱。首先讓學生寫出通過厚度為δ的無內熱源單層平壁的導熱微分方程，即前測部分簡化結果式（2）。假設平壁兩個側面面積均為A，兩表面溫度恒定，分別為t1、t2，如圖1所示?？梢砸龑W生寫出以下定解條件：x=0，t=t1；x=δ，t=t2。

圖1 通過平壁的導熱

根據微分方程和定解條件，解得溫度分布為：

再通過學生熟知的傅立葉定律，即可得出平壁導熱的計算公式：

接著通過讓學生自行將平壁導熱公式與電路中的歐姆定律進行類比，可以讓他們深刻理解熱阻的概念。在電學中，I=U/R，即過程中的轉移量=過程的動力/過程的阻力；同理，在平壁導熱中，式（5）可以改寫為：

式中：熱流量相當于歐姆定律中的I，為導熱過程中的轉移量；溫壓Δt為轉移過程中的動力，即有溫差才存在熱量的傳遞；分母為熱阻R，代表轉移過程中的阻力。

（2）通過多層平壁的導熱。以三層平壁為例來分析多層平壁導熱情況，假設各層平壁厚度為δ1、δ2、δ3，導熱系數為λ1、λ2、λ3，多層壁兩外表面的溫度t1、t2，現要確定通過平壁的熱流密度，如圖2所示。此時，可以引導學生應用熱阻串聯的方法，分組討論進行求解，并派出幾名代表展示結果。

圖2 三層平壁導熱

根據串聯熱阻疊加原則，三層壁的總熱阻表達式如下：

可得熱流密度計算公式：

以此類推，得出n層平壁的熱流密度計算公式：

回到前測的問題中，金屬表面結垢時，污垢的導熱系數一般較小，導致熱阻較大，使物體的導熱性能變差：而爐墻平壁用兩層同樣厚度但導熱系數不同的保溫材料保溫，根據式（9），無論將兩層保溫材料如何疊放，保溫效果都相同。

3.5 后測

利用隨堂練習方式，使學生通過相關題目加深印象；同時，提出課后思考題：冬天把毛衣穿在里邊還是秋衣穿在里邊更保暖（一般毛衣導熱系數小于秋衣），來引入下一單元通過圓筒壁導熱的內容。

3.6 總結

將知識點利用PPT展示進行總結，如圖3所示。這樣幫助學生理清知識點的內在聯系，通過知識點的生活應用以及工程實例，加強理論與實際的聯系，培養(yǎng)學生的工程意識。

4 結束語

圖3 知識點總結

綜上所述，在“金課”建設和教學改革的背景下，基于BOPPPS模型設計的傳熱學課堂教學過程，以教師為主導，以學生為主體，構建以知識、能力、素質培養(yǎng)為主的學習目標，通過引入實例來啟發(fā)學生思維，結合前測了解學生整體情況，引導學生真正參與學習，利用后測來評價目標達成度，運用課堂互動和及時反饋不斷改進教學內容和方法的舉措，在傳熱學課堂教學中取得了良好效果，為高校其他工程類課程的“金課”建設提供了參考。