［摘 要］ 熱質(zhì)交換原理與設(shè)備是建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專業(yè)重要的學(xué)科基礎(chǔ)課程之一，具有聯(lián)系基礎(chǔ)課程與專業(yè)課程的橋梁與紐帶作用，該課程教學(xué)具有知識面寬、受眾廣、引領(lǐng)示范性強(qiáng)等特點(diǎn)。對課程教學(xué)過程中存在的問題進(jìn)行認(rèn)真反思、分析，總結(jié)存在的問題，不斷進(jìn)行教學(xué)改革，創(chuàng)新教學(xué)設(shè)計(jì)，改進(jìn)教學(xué)方法，以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生的創(chuàng)新及工程實(shí)踐能力。另外，對熱質(zhì)交換原理與設(shè)備教學(xué)實(shí)施過程及教學(xué)效果評價(jià)進(jìn)行總結(jié)，形成該課程教學(xué)新特色，以期為其他課程教學(xué)方式方法的改革和教學(xué)水平的提高提供參考。

［關(guān)鍵詞］ 熱質(zhì)交換原理與設(shè)備；教學(xué)反思；教學(xué)設(shè)計(jì)；教學(xué)方法

［基金項(xiàng)目］ 2023年度甘肅省教育廳高校教師創(chuàng)新基金項(xiàng)目“相變蓄熱技術(shù)在甘肅河西地區(qū)民用建筑供暖系統(tǒng)中的應(yīng)用研究”（2023B-245）；2022年度教育部產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人項(xiàng)目“建筑節(jié)能與綠色建筑教學(xué)實(shí)踐基地建設(shè)”（220704225310815）

［作者簡介］ 趙子琴（1975—），女，甘肅武山人，碩士，蘭州工業(yè)學(xué)院土木工程學(xué)院副教授，主要從事建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程研究。

［中圖分類號］ G642.0 ［文獻(xiàn)標(biāo)識碼］ A ［文章編號］ 1674-9324（2024）28-0090-04 ［收稿日期］ 2023-05-03

引言

動(dòng)量、熱量及質(zhì)量傳遞現(xiàn)象廣泛存在于建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專業(yè)領(lǐng)域。熱質(zhì)交換原理與設(shè)備是建環(huán)專業(yè)的學(xué)科專業(yè)基礎(chǔ)課程，以動(dòng)量、能量及質(zhì)量傳遞構(gòu)成傳輸理論基礎(chǔ)，重點(diǎn)研究在建筑環(huán)境與設(shè)備中熱質(zhì)交換原理及相應(yīng)設(shè)備的熱工計(jì)算方法，為學(xué)生了解熱質(zhì)傳遞規(guī)律、進(jìn)一步學(xué)習(xí)創(chuàng)造良好的建筑室內(nèi)環(huán)境奠定了基礎(chǔ)［1］。

熱質(zhì)交換原理與設(shè)備課程的主要任務(wù)是開闊學(xué)生的科學(xué)視野，研究創(chuàng)造建筑室內(nèi)環(huán)境所用的熱質(zhì)交換方法的基本特性和基本規(guī)律，將本專業(yè)相關(guān)的熱質(zhì)交換關(guān)聯(lián)內(nèi)容匯總、整合，讓學(xué)生通過動(dòng)量、熱量和質(zhì)量傳輸?shù)慕y(tǒng)一傳遞過程在理論上學(xué)習(xí)及研究本專業(yè)工程實(shí)踐中遇到的熱質(zhì)交換設(shè)備的設(shè)計(jì)計(jì)算方法、加工、運(yùn)行管理等方面遇到的一些問題。課程涉及面廣、理論性強(qiáng)，具有聯(lián)系本專業(yè)基礎(chǔ)課與專業(yè)課的橋梁作用：向上銜接“流體力學(xué)”“傳熱學(xué)”等基礎(chǔ)課程基本知識，向下開啟了“鍋爐與鍋爐房設(shè)備”“通風(fēng)與空調(diào)工程”等專業(yè)核心課程相關(guān)內(nèi)容。這不僅可使學(xué)生掌握相關(guān)的基礎(chǔ)理論知識，而且可使學(xué)生能夠?qū)⒗碚撝R較好地應(yīng)用于工程實(shí)踐，培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的能力。

本文主要對熱質(zhì)交換原理與設(shè)備課程在教學(xué)過程中存在的問題進(jìn)行反思、分析及總結(jié)，持續(xù)教學(xué)改革，從教學(xué)方法、教學(xué)設(shè)計(jì)改革創(chuàng)新等方面進(jìn)行探討，期望推進(jìn)建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，著力促進(jìn)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際及創(chuàng)新能力的提升。

一、課程教學(xué)現(xiàn)狀及存在的問題

蘭州工業(yè)學(xué)院建環(huán)專業(yè)熱質(zhì)交換原理與設(shè)備課程的類型為專業(yè)學(xué)科基礎(chǔ)課程，共32學(xué)時(shí)，其中理論30學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)2學(xué)時(shí)。課程教學(xué)安排在第六學(xué)期，此時(shí)學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)和掌握了流體力學(xué)、工程熱力學(xué)、傳熱學(xué)等相關(guān)基礎(chǔ)知識，知識銜接較為合理，但課程涉及內(nèi)容較多，牽涉本專業(yè)中諸如被處理對象的物理要求、熱工性質(zhì)與人體的需求，創(chuàng)造和控制被處理對象的人工環(huán)境所需要的冷源與熱源的能源供給，高效經(jīng)濟(jì)地將所需要的能源輸送至被處理對象的輸配方式，實(shí)現(xiàn)創(chuàng)造和控制被處理對象的人工環(huán)境目標(biāo)的能源轉(zhuǎn)換設(shè)備等。因此，本課程內(nèi)容涉及面廣，具有專業(yè)基礎(chǔ)課與專業(yè)技術(shù)課的知識過渡作用；同時(shí)，課程理論性強(qiáng)，理論與實(shí)際緊密相關(guān)，綜合性高。

熱質(zhì)交換原理與設(shè)備課程涉及相關(guān)先修課程內(nèi)容較多，且傳質(zhì)理論基礎(chǔ)部分基本概念較多、內(nèi)容較抽象［2-3］；對涉及本專業(yè)相關(guān)熱質(zhì)設(shè)備結(jié)構(gòu)、原理的專業(yè)課程還未開設(shè)。這增加了該課程的學(xué)習(xí)難度。因此，學(xué)生難以很好地理解熱質(zhì)交換原理、設(shè)備結(jié)構(gòu)特性等，進(jìn)而導(dǎo)致學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性不高，教學(xué)效果欠佳，未能很好地達(dá)到教學(xué)培養(yǎng)目標(biāo)。

二、課程知識結(jié)構(gòu)體系分析

熱質(zhì)交換原理與設(shè)備課程根據(jù)專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)、教學(xué)大綱及生源、學(xué)生特點(diǎn)等因材施教，教材選用連之偉主編、中國建筑工業(yè)出版社的《熱質(zhì)交換原理與設(shè)備》。該書主要包括傳熱傳質(zhì)的理論基礎(chǔ)、空氣熱濕處理的原理與方法、熱質(zhì)交換設(shè)備及其熱工計(jì)算三大單元。

傳熱傳質(zhì)的理論基礎(chǔ)建立在流體力學(xué)、傳熱學(xué)等相關(guān)知識基礎(chǔ)之上，引入動(dòng)量、熱量及質(zhì)量傳遞現(xiàn)象，包含傳質(zhì)的基本知識、傳質(zhì)問題的分析及設(shè)計(jì)計(jì)算。空氣熱濕處理的原理與方法包括空氣熱濕處理原理、途徑及應(yīng)用。熱質(zhì)交換設(shè)備及其熱工計(jì)算包括熱質(zhì)交換設(shè)備的結(jié)構(gòu)、工作原理及其基本的熱工計(jì)算方法。課程著力于提升學(xué)生工程實(shí)際應(yīng)用及科技創(chuàng)新能力，讓學(xué)生掌握熱質(zhì)交換基礎(chǔ)知識、專業(yè)基本理論知識、專業(yè)技能及工程創(chuàng)新實(shí)踐綜合應(yīng)用等必備知識，達(dá)到知識目標(biāo)、能力目標(biāo)及素養(yǎng)目標(biāo)的全面培養(yǎng)。

三、教學(xué)設(shè)計(jì)探索

（一）增強(qiáng)理論、實(shí)踐與創(chuàng)新的融合并進(jìn)

蘭州工業(yè)學(xué)院建環(huán)專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)注重學(xué)生對專業(yè)技術(shù)知識、科技創(chuàng)新及工程實(shí)踐能力的掌握，畢業(yè)生要能夠從事工業(yè)與民用建筑中環(huán)境控制技術(shù)領(lǐng)域的工作，具有暖通空調(diào)、燃?xì)夤?yīng)、建筑給排水等公共設(shè)施系統(tǒng)和建筑熱能供應(yīng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試、運(yùn)行能力，以及理論知識、工程實(shí)踐及科技創(chuàng)新能力。

實(shí)踐教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐操作基本技能及解決工程實(shí)際問題的基本途徑，在實(shí)驗(yàn)操作過程中，實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師根據(jù)人才培養(yǎng)目標(biāo)、教學(xué)大綱、實(shí)驗(yàn)教學(xué)目的，為學(xué)生提供實(shí)驗(yàn)操作的主要設(shè)備、儀器、儀表等，要求學(xué)生實(shí)驗(yàn)前預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書、課外查閱相關(guān)資料等，分組自行初步設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案、實(shí)驗(yàn)步驟、數(shù)據(jù)處理等，以培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)和創(chuàng)新實(shí)踐能力。另外，注重教學(xué)與科研相結(jié)合，教師將科研項(xiàng)目融入課堂教學(xué)或教學(xué)過程，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，開拓學(xué)生的學(xué)習(xí)視野，以學(xué)科競賽為載體推動(dòng)課程建設(shè)及教學(xué)設(shè)計(jì)，采用學(xué)分激勵(lì)機(jī)制，指導(dǎo)學(xué)生借助“互聯(lián)網(wǎng)+”大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項(xiàng)目、大學(xué)生節(jié)能減排科技競賽等相關(guān)學(xué)科競賽開展相關(guān)教學(xué)實(shí)踐，提升學(xué)生對課內(nèi)知識的掌握水平和實(shí)踐應(yīng)用能力，構(gòu)建課程知識傳授與創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)相結(jié)合的模式，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維、創(chuàng)新意識及創(chuàng)新能力。在教學(xué)過程中，適時(shí)安排學(xué)生到校企合作單位實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)，或邀請企業(yè)專業(yè)技術(shù)人員到學(xué)校做講座，提升教師的教學(xué)科研能力，同時(shí)，深化、拓展學(xué)生對相關(guān)專業(yè)知識及專業(yè)前沿科技的了解，使其進(jìn)一步明確就業(yè)及未來的發(fā)展方向。

（二）優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容

課程教學(xué)過程注重教學(xué)內(nèi)容與工程實(shí)踐的緊密結(jié)合。其中，首堂課強(qiáng)調(diào)本課程在專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)達(dá)成中的重要性，通過課程名稱中“熱質(zhì)交換”字面含義，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性；同時(shí)，結(jié)合先修課程相關(guān)知識及生活、生產(chǎn)中涉及的熱質(zhì)交換現(xiàn)象，引出動(dòng)量傳遞、熱量傳遞及質(zhì)量傳遞等的廣泛性、重要性，使學(xué)生理解“三傳”現(xiàn)象間的相似性、相關(guān)性，為課程后續(xù)教學(xué)做鋪墊［4］。

課程知識結(jié)構(gòu)由熱質(zhì)交換原理與熱質(zhì)交換設(shè)備兩部分構(gòu)成，在教學(xué)設(shè)計(jì)上，對涉及的基本概念、基本原理等概念通過類比、對比異同的方法進(jìn)行整合與提煉特征。如傳質(zhì)部分采用傳熱與傳質(zhì)新舊知識類比，分析其異同點(diǎn)，將較難理解的知識點(diǎn)簡單化，引導(dǎo)幫助學(xué)生理解。同時(shí)在教學(xué)過程中，設(shè)置一些與本課程相關(guān)的前沿?zé)狳c(diǎn)問題，拓寬學(xué)生的視野，如在講述傳質(zhì)內(nèi)容時(shí)，可設(shè)置有關(guān)建筑材料VOC傳質(zhì)研究的綜述題。

空氣熱濕處理的原理與方法可通過生活、生產(chǎn)實(shí)例介紹熱質(zhì)交換原理，使學(xué)生對其有初步的了解。通過濕空氣焓濕圖對空氣熱濕處理途徑進(jìn)行詳細(xì)分析，使學(xué)生掌握空氣熱濕處理的途徑。在講述吸附、吸收處理空氣的原理與方法時(shí)，將涉及溫濕度獨(dú)立調(diào)節(jié)系統(tǒng)的內(nèi)容設(shè)置為討論話題，探討有關(guān)溫濕度控制技術(shù)及溫濕度獨(dú)立調(diào)節(jié)空調(diào)系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀、研究進(jìn)展及存在的突出問題等，安排學(xué)生搜集相關(guān)資料并開展專題討論，以此培養(yǎng)學(xué)生文獻(xiàn)查閱、分析問題的能力。

熱質(zhì)交換設(shè)備及其熱工計(jì)算部分，通過圖片、視頻使學(xué)生了解相關(guān)設(shè)備結(jié)構(gòu)及工作原理，在教學(xué)過程中通過案例引出問題，引導(dǎo)學(xué)生分組討論確定問題的解決方法并進(jìn)行求解，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)以致用的工程實(shí)踐能力，使其認(rèn)識到相關(guān)專業(yè)知識的重要性，有效提高學(xué)生的社會(huì)責(zé)任感及職業(yè)榮譽(yù)感。

（三）優(yōu)化課程成績評定方式

課程成績評定以考核學(xué)生能力培養(yǎng)目標(biāo)的達(dá)成為主要目的，督促引導(dǎo)學(xué)生按時(shí)完成相關(guān)的學(xué)習(xí)內(nèi)容，以達(dá)到既定的教學(xué)要求。課程注重教學(xué)過程各環(huán)節(jié)的考核，采取試卷、課堂考勤、課堂表現(xiàn)、課后作業(yè)及實(shí)驗(yàn)等形式；突出過程成績，通過過程評價(jià)體現(xiàn)學(xué)生綜合應(yīng)用能力的培養(yǎng)，使評價(jià)結(jié)果更能真實(shí)地反映對課程目標(biāo)和專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)的達(dá)成情況。

在課程考核結(jié)束后，任課教師對課程考試試卷結(jié)果進(jìn)行分析，從試題質(zhì)量、學(xué)生解答中所反映的共性問題、基于學(xué)生解答情況反映學(xué)生在學(xué)習(xí)方面的問題、基于學(xué)生解答情況反映教師教學(xué)方面的問題等方面進(jìn)行分析，給出擬采取的教學(xué)改進(jìn)措施及建議。最后，任課教師對課程進(jìn)行教學(xué)效果分析及總結(jié)，并在課程團(tuán)隊(duì)專題研討會(huì)上進(jìn)行討論，以此給出合理化的建議，進(jìn)一步完善、優(yōu)化教學(xué)理念、教學(xué)方法、教學(xué)設(shè)計(jì)等。

四、教學(xué)方法探討

（一）合理利用現(xiàn)代教學(xué)資源

以學(xué)生為中心，創(chuàng)新教學(xué)方法。傳統(tǒng)的“灌輸式”教學(xué)往往使學(xué)生處于被動(dòng)接受知識的狀態(tài)，學(xué)生缺乏自主學(xué)習(xí)、主動(dòng)思考，教學(xué)效果欠佳。

為此，在教學(xué)實(shí)踐過程中要充分利用中國大學(xué)MOOC、超星爾雅等網(wǎng)絡(luò)課程平臺及手機(jī)App等信息技術(shù)，通過提升教師的教學(xué)能力、創(chuàng)新能力，改變傳統(tǒng)的“灌輸”講授模式，促進(jìn)師生、學(xué)生間的互動(dòng)交流，資源共享，優(yōu)化教學(xué)設(shè)計(jì)及教學(xué)手段，真正體現(xiàn)線上線下混合式教學(xué)，做到課前、課中、課后的全過程沉浸式學(xué)習(xí)［5-6］。

（二）科學(xué)實(shí)施教學(xué)過程

在課前預(yù)習(xí)中，教師通過引導(dǎo)的方式要求學(xué)生預(yù)習(xí)易學(xué)易記的內(nèi)容，如傳質(zhì)概論部分涉及的質(zhì)量濃度、物質(zhì)的量濃度、質(zhì)量分?jǐn)?shù)、摩爾分?jǐn)?shù)、斐克定律等。為檢測預(yù)習(xí)情況，教師可在課堂復(fù)習(xí)回顧階段通過手機(jī)App在學(xué)習(xí)通平臺隨機(jī)選人或設(shè)置搶答，展現(xiàn)學(xué)生預(yù)習(xí)成效。

在課堂教學(xué)過程中，采用混合式教學(xué)，遵循講清基本知識和原理、突出工程實(shí)踐應(yīng)用的原則，將工程實(shí)踐中涉及的典型案例借助圖片、視頻等形式，使學(xué)生對相關(guān)知識有初步的了解，通過感性認(rèn)識引出問題，師生一并探討總結(jié)出解決方案，通過分析工程實(shí)例問題，培養(yǎng)學(xué)生解決工程實(shí)踐問題的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力［7］。尤其是首堂課，通過工程實(shí)例啟發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生了解該課程學(xué)習(xí)內(nèi)容、學(xué)習(xí)方法、課程特點(diǎn)等［8］；根據(jù)生活、生產(chǎn)中存在的問題，分析解決問題的途徑，并說明解決問題所需該課程的相關(guān)知識，使學(xué)生對課程學(xué)習(xí)目的及相關(guān)知識的應(yīng)用有初步的認(rèn)識。為調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性、活躍課堂教學(xué)氛圍，課堂中根據(jù)內(nèi)容適時(shí)借助學(xué)習(xí)通以搶答、選人、主題討論或問卷等形式由學(xué)生進(jìn)行答題或分組討論。

由于該課程理論性較強(qiáng)，涉及基本概念較多，因此，課后鞏固復(fù)習(xí)階段較為重要。教師應(yīng)適當(dāng)布置一些思考討論話題或課后作業(yè)，作業(yè)主要內(nèi)容以傳熱傳質(zhì)基本知識的掌握及理論知識在工程實(shí)際中應(yīng)用的主觀題為主，突出相關(guān)知識的綜合應(yīng)用和實(shí)踐能力的提升，通過強(qiáng)化、拓展相關(guān)知識點(diǎn)，增強(qiáng)工程實(shí)踐能力鍛煉［9-10］。同時(shí)，為了促進(jìn)教師與學(xué)生的交流，設(shè)置答疑環(huán)節(jié)，以便教師及時(shí)解答學(xué)生存在的困惑、疑難問題等，引導(dǎo)學(xué)生積極主動(dòng)思考。課后作業(yè)通過學(xué)習(xí)通或超星爾雅平臺發(fā)布，采用限時(shí)提交作業(yè)的方式，以督促、追蹤學(xué)生學(xué)習(xí)進(jìn)度。

五、教學(xué)效果分析評價(jià)

課程教學(xué)改革是循序漸進(jìn)的過程，通過多年課程教學(xué)改革與實(shí)踐，熱質(zhì)交換原理與設(shè)備課程教學(xué)取得了一定的成效：學(xué)生能夠在課程平臺認(rèn)真預(yù)習(xí)，課堂授課過程中學(xué)生沒有無故曠課現(xiàn)象，出勤率明顯提高；學(xué)生能夠積極主動(dòng)參與教學(xué)活動(dòng)，保質(zhì)按時(shí)提交課后作業(yè)，對相關(guān)理論知識的掌握明顯增強(qiáng)，學(xué)習(xí)成績有所提高。

在教學(xué)過程中，學(xué)生積極參加各類科技創(chuàng)新與實(shí)踐活動(dòng)，近三年本專業(yè)學(xué)生在全國大學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)大賽、全國大學(xué)生節(jié)能減排與社會(huì)實(shí)踐大賽、“挑戰(zhàn)杯”全國大學(xué)生課外科技競賽等重要賽事中榮獲國家級二等獎(jiǎng)1項(xiàng)，三等獎(jiǎng)5項(xiàng)，省部級一等獎(jiǎng)、二等獎(jiǎng)各2項(xiàng)的好成績。

結(jié)語

熱質(zhì)交換原理與設(shè)備課程是一門理論與實(shí)踐性較強(qiáng)的課程。課程依據(jù)建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專業(yè)人才目標(biāo)，結(jié)合教學(xué)大綱，從知識結(jié)構(gòu)體系、教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)、教學(xué)方法等方面進(jìn)行探討，突出以學(xué)生為中心的地位。在課程建設(shè)中持續(xù)強(qiáng)化科教結(jié)合、產(chǎn)教融合、協(xié)同育人，充分利用線上線下等多種教學(xué)手段，拓寬學(xué)生學(xué)習(xí)、創(chuàng)新渠道，積極調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性、積極性，以提升學(xué)生的組織協(xié)調(diào)能力、分析研究問題能力及工程實(shí)踐創(chuàng)新能力。

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Reflection and Practice on the Teaching of Fundamentals and Equipment of Heat and Mass Transfer

ZHAO Zi-qin， YUAN Shang-ke， YAO Cheng-chun

（School of Civil Engineering， Lanzhou Institute of Technology， Lanzhou， Gansu 730050， China）

Abstract： Fundamentals and Equipment of Heat and Mass Transfer is one of the important basic courses in the field of architectural environment and equipment specialty， which plays a role of bridging basic courses and professional courses. The course teaching has the characteristics of wide specialty， wide audience and strong demonstration. In view of the problems existing in the course teaching， this paper makes a serious reflection， analysis and summary and puts forward the ideas of continuously carrying out teaching reform， innovating teaching design， improving teaching methods， to stimulate the students’ learning interest， improve their innovation and engineering practice ability. The teaching implementation process and the teaching results are summarized， forming new teaching features of this course and providing a certain basis and reference for the optimization of teaching methods in the future.

Key words： Fundamentals and Equipment of Heat and Mass Transfer; teaching reflections; teaching design; teaching methods