張姝　支艷

[摘 要]“傳熱學(xué)”是建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專業(yè)重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程之一。隨著現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，多媒體技術(shù)在“傳熱學(xué)”課程教學(xué)中發(fā)揮出越來越重要的作用。[3]引用直觀生動(dòng)的圖片、動(dòng)畫、視頻、仿真進(jìn)行授課，可以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高課堂教學(xué)效率，改善課堂教學(xué)效果。但多媒體教學(xué)只是幫助“傳熱學(xué)”課程教學(xué)的手段之一，要真正實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)優(yōu)秀工程人才的目標(biāo)，“傳熱學(xué)”課程的授課教師還需要以教授知識(shí)、培養(yǎng)能力和提高素質(zhì)等方面為切入點(diǎn)，充分發(fā)揮學(xué)生的積極性與主動(dòng)性，注重培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題的能力，積極轉(zhuǎn)變教學(xué)思想，努力探索行之有效的教學(xué)方法，不斷推進(jìn)教學(xué)改革創(chuàng)新。

[關(guān)鍵詞]傳熱學(xué) 多媒體 教學(xué)方法

[中圖分類號(hào)] G423.07 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 2095-3437（2015）03-0118-02

“傳熱學(xué)”是研究由溫差引起的熱能傳遞規(guī)律的科學(xué)，在現(xiàn)代各個(gè)生產(chǎn)領(lǐng)域中所遇到的大多數(shù)技術(shù)問題，乃至自然界中的許多現(xiàn)象都與熱量的傳遞有關(guān)，而且?guī)缀跞魏我环N形式的能量最終都是以熱能的形式耗散于環(huán)境及宇宙之中，因此“傳熱學(xué)”是能源、動(dòng)力和土建等大多數(shù)工科專業(yè)的一門重要的技術(shù)基礎(chǔ)課程，也是當(dāng)今科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域發(fā)展最重要的技術(shù)基礎(chǔ)之一。能否學(xué)好這門課程不僅影響學(xué)生對(duì)后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)，還影響學(xué)生在未來工作中解決實(shí)際傳熱問題的能力。目前東北石油大學(xué)建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專業(yè)“傳熱學(xué)”課程計(jì)劃學(xué)時(shí)為64學(xué)時(shí)，其中理論課56學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)課8學(xué)時(shí)?！皞鳠釋W(xué)”課程具有內(nèi)容廣、習(xí)題多、難度大的特點(diǎn)，如何在較少課時(shí)下，改進(jìn)教學(xué)方式，提高教學(xué)效果，培養(yǎng)高素質(zhì)工程人才是當(dāng)前傳熱學(xué)教學(xué)中面臨的主要問題。[1]筆者結(jié)合在“傳熱學(xué)”實(shí)際教學(xué)中的探索和實(shí)踐，淺談教學(xué)改革的幾點(diǎn)看法。

一、教學(xué)存在的問題

“傳熱學(xué)”在我校有20多年的教學(xué)歷史，多年來一直采用板書授課，板書授課有利于學(xué)生跟隨教師的思路，但隨著現(xiàn)代“傳熱學(xué)”課程信息量的不斷增大，對(duì)學(xué)生綜合素質(zhì)培養(yǎng)能力的要求越來越高，單純板書授課已經(jīng)不能滿足教學(xué)需要。在板書基礎(chǔ)上增加多媒體教學(xué)手段，可以大大節(jié)約課堂上書寫公式、圖形、習(xí)題所占用的時(shí)間，克服手繪圖形的不準(zhǔn)確和不美觀問題，通過動(dòng)畫形象直觀地演示傳熱過程。

“傳熱學(xué)”與多學(xué)科交叉內(nèi)容日益增多，新版本教材增加了大量專業(yè)前沿中的傳熱問題，一成不變的教學(xué)內(nèi)容不能滿足專業(yè)發(fā)展的需要，教師應(yīng)及時(shí)更新教學(xué)內(nèi)容，增加對(duì)專業(yè)新領(lǐng)域中傳熱問題的介紹。在授課中，講課內(nèi)容不宜貪多。簡(jiǎn)單問題講得過細(xì)，學(xué)生會(huì)感覺講課啰嗦、浪費(fèi)時(shí)間；難點(diǎn)問題講得過細(xì)，學(xué)生會(huì)感覺困難重重，失去興趣。因此，教師應(yīng)根據(jù)學(xué)生的實(shí)際情況安排教學(xué)內(nèi)容，力求重點(diǎn)突出。

傳統(tǒng)的灌輸式教學(xué)，課堂上幾乎全部由教師講解，而學(xué)生只是被動(dòng)地聽課。對(duì)于典型例題，也多數(shù)是由教師自問自答，直接教給學(xué)生做題的方法和步驟，雖然看似教師講課熟練，學(xué)生聽課輕松，但這種教學(xué)方式學(xué)生不動(dòng)腦筋，不能培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立分析和解決問題的能力。

在考試方面，我?！皞鳠釋W(xué)”課程總成績(jī)是由考卷成績(jī)（占75%）、實(shí)驗(yàn)課（占15%）、平時(shí)成績(jī)（占10%）構(gòu)成的。平時(shí)成績(jī)根據(jù)出勤情況、課堂測(cè)驗(yàn)和作業(yè)成績(jī)來評(píng)定。從分?jǐn)?shù)構(gòu)成上來看，成績(jī)主要取決于考卷成績(jī)，平時(shí)成績(jī)所占比例較小。為突出素質(zhì)教育，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)學(xué)生平時(shí)學(xué)習(xí)質(zhì)量的監(jiān)控，增加平時(shí)成績(jī)比例。

二、教學(xué)資源庫建設(shè)

（一）動(dòng)畫演示實(shí)驗(yàn)

實(shí)踐教學(xué)是“傳熱學(xué)”課程教學(xué)的重要環(huán)節(jié)，通常實(shí)驗(yàn)演示在教學(xué)中受到時(shí)間、場(chǎng)地等諸多限制，制作Flash實(shí)驗(yàn)演示課件，可以生動(dòng)直觀地對(duì)實(shí)驗(yàn)操作過程進(jìn)行演示，通過網(wǎng)絡(luò)共享更加便于學(xué)生預(yù)習(xí)和復(fù)習(xí)。例如：準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)法材料導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)定、氣流橫掠管管外放熱系數(shù)測(cè)定、鉑絲表面黑度測(cè)定和換熱器傳熱系數(shù)測(cè)定等。

（二）虛擬實(shí)驗(yàn)

借助Matlab語言或CFD軟件開發(fā)“傳熱學(xué)”虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，通過計(jì)算機(jī)數(shù)值計(jì)算和圖像顯示，對(duì)系統(tǒng)傳熱現(xiàn)象進(jìn)行求解分析。例如：不同邊界條件下多維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱、集中參數(shù)法、導(dǎo)熱數(shù)值解、外掠平板、豎壁自然對(duì)流、輻射角系數(shù)、換熱器傳熱過程等內(nèi)容都可采用虛擬實(shí)驗(yàn)進(jìn)行輔助教學(xué)。講解導(dǎo)熱數(shù)值解部分時(shí)，利用CFD軟件對(duì)研究對(duì)象進(jìn)行網(wǎng)格劃分，然后建立節(jié)點(diǎn)方程，設(shè)定迭代初值，運(yùn)用CFD軟件進(jìn)行計(jì)算，最后對(duì)迭代計(jì)算的斂散性進(jìn)行分析。網(wǎng)格劃分后的圖形以及計(jì)算得到的溫度場(chǎng)通過CFD軟件可以直觀立體地展現(xiàn)給學(xué)生，學(xué)生也可以自己操作軟件，設(shè)定不同的定解條件進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)，這種教學(xué)方式不僅激發(fā)了學(xué)生對(duì)“傳熱學(xué)”學(xué)習(xí)的興趣，更加深了學(xué)生對(duì)導(dǎo)熱過程的理解。

（三）視頻和圖片素材

圍繞教學(xué)內(nèi)容收集照片、圖片、視頻，并制作一些有特色的動(dòng)畫素材，將這些運(yùn)用于授課過程中就能把沉悶、死板的課堂氣氛轉(zhuǎn)變得活躍、充滿生氣，學(xué)生會(huì)自動(dòng)參與課堂的教學(xué)活動(dòng)中，積極配合教師，回答或提出問題，大大提高了課堂教學(xué)效果。利用分解動(dòng)畫可以有效突破“傳熱學(xué)”教學(xué)難點(diǎn)，例如通過肋片的導(dǎo)熱、典型形狀多維非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱、大容器沸騰傳熱，多表面系統(tǒng)的輻射傳熱、換熱器平均溫差，等等。多媒體素材可以形象、生動(dòng)而又清晰地向?qū)W生展示出復(fù)雜問題的溫度分布及傳熱過程，使學(xué)生建立起空間概念，加強(qiáng)了對(duì)問題的理解。

三、課堂教學(xué)方法改革

（一）互動(dòng)教學(xué)提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣

要想使學(xué)生學(xué)好“傳熱學(xué)”課程，首先應(yīng)該提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，將課堂教學(xué)的主體由教師轉(zhuǎn)移到學(xué)生。做好教學(xué)“互動(dòng)”，課堂教學(xué)活動(dòng)不僅是一種認(rèn)知過程，更是一種師生、生生之間的交互過程，只有學(xué)生的真正參與，才會(huì)提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，使其變被動(dòng)為主動(dòng)。因此，可選擇學(xué)生在生活中熟知的傳熱現(xiàn)象作為范例，創(chuàng)造逼真的教學(xué)情景，使學(xué)生感受到傳熱學(xué)領(lǐng)域就在自己的身邊，進(jìn)而增強(qiáng)學(xué)習(xí)“傳熱學(xué)”的興趣；可采用提問式、啟發(fā)式、討論式等多種形式的教學(xué)方法，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的自覺性，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。例如：在講解“傳熱學(xué)”緒論中的三種熱量傳遞方式時(shí)，首先給出一些生活中的傳熱現(xiàn)象讓學(xué)生思考，如為什么夏天穿淺顏色衣服，冬天穿深色衣服；為什么冬夏相同室溫下，人們夏天穿T恤，冬天卻穿毛衣；熱水瓶為什么可以保溫；鋁水壺為什么不能干燒；冬季室外摸鐵和摸木頭感覺有什么不同，等等。讓學(xué)生分析這些現(xiàn)象產(chǎn)生的原因，并舉出他們所知道的與傳熱相關(guān)的例子，這樣順其自然地就將導(dǎo)熱、對(duì)流和輻射內(nèi)容引出來。教師用理論知識(shí)對(duì)上述傳熱現(xiàn)象進(jìn)行總結(jié)，加深了學(xué)生對(duì)三種傳熱方式的理解。用“提問式”引起學(xué)生的注意，使學(xué)生集中精力聽課，再利用“啟發(fā)式”激發(fā)學(xué)生思考，發(fā)揮想象力，這樣就會(huì)充分地調(diào)動(dòng)起學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性。

（二）教學(xué)內(nèi)容與學(xué)科專業(yè)有機(jī)結(jié)合

近幾十年，科學(xué)技術(shù)在世界范圍內(nèi)有了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，“傳熱學(xué)”的研究?jī)?nèi)容也有了很大的變化與進(jìn)步，因此，授課時(shí)教師在講授教材內(nèi)容的同時(shí)應(yīng)與相關(guān)專業(yè)的前沿學(xué)術(shù)動(dòng)態(tài)有機(jī)結(jié)合，這樣可以拓寬學(xué)生視野，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，讓他們學(xué)習(xí)如何利用理論知識(shí)解決本專業(yè)的實(shí)際問題。例如：針對(duì)建環(huán)的學(xué)生，在導(dǎo)熱換熱部分，增加新型散熱器、新型保溫墻體、冷熱橋問題的講解。在對(duì)流換熱部分，增加納米流體、風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)、地源熱泵、相變蓄熱墻體的講解。在輻射換熱部分，增加太陽能集熱器、輻射供暖、輻射制冷的講解。在傳熱過程部分，增加空調(diào)除霜、節(jié)能冷卻塔、新型換熱器的講解。

（三）培養(yǎng)學(xué)生的工程觀念以及工程實(shí)踐能力

樹立工程觀念，重視工程教育是“傳熱學(xué)”教學(xué)改革的首要任務(wù)。為此，在“傳熱學(xué)”的教學(xué)中引入先進(jìn)的CDIO教育培養(yǎng)理念，按照先基礎(chǔ)、后綜合、再創(chuàng)新的思路安排課程內(nèi)容，增加了接近工程實(shí)際的專業(yè)應(yīng)用案例，注重對(duì)復(fù)雜傳熱過程的分析，鼓勵(lì)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)、主動(dòng)實(shí)踐，強(qiáng)化對(duì)學(xué)生分析能力、創(chuàng)新精神和合作意識(shí)的培養(yǎng)。[2]例如：在每個(gè)章節(jié)內(nèi)容講完后，將學(xué)生分成幾組，以大作業(yè)的形式給學(xué)生布置應(yīng)用例題，讓每組學(xué)生按照三步來完成：傳熱分析、傳熱計(jì)算、強(qiáng)化或削弱傳熱的措施。然后在課堂上組織學(xué)生展開分析和討論，鼓勵(lì)學(xué)生提出新的設(shè)計(jì)構(gòu)想，最后由教師評(píng)分和小組互相評(píng)分。這種以學(xué)生為主體的啟發(fā)式教學(xué)方式不僅增強(qiáng)了學(xué)生分析問題和解決問題的能力，還培養(yǎng)了學(xué)生的工程實(shí)踐意識(shí)，收到了很好的效果。

四、結(jié)語

隨著現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，多媒體技術(shù)在“傳熱學(xué)”課程教學(xué)中發(fā)揮出越來越重要的作用。[3]引用直觀生動(dòng)的圖片、動(dòng)畫、視頻、仿真進(jìn)行授課，可以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高課堂教學(xué)效率，改善課堂教學(xué)效果。但多媒體教學(xué)只是幫助“傳熱學(xué)”課程教學(xué)的手段之一，要真正實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)優(yōu)秀工程人才的目標(biāo)，“傳熱學(xué)”課程的授課教師還需要以教授知識(shí)、培養(yǎng)能力和提高素質(zhì)等方面為切入點(diǎn)，充分發(fā)揮學(xué)生的積極性與主動(dòng)性，注重培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題的能力，積極轉(zhuǎn)變教學(xué)思想，努力探索行之有效的教學(xué)方法，不斷推進(jìn)教學(xué)改革創(chuàng)新。

[ 注 釋 ]

[1] 何雅玲，陶文銓.對(duì)我國(guó)熱工基礎(chǔ)課程發(fā)展的一些思考[J].中國(guó)大學(xué)教學(xué)，2007（3）：12-15.

[2] 左遠(yuǎn)志，蔣潤(rùn)花，楊小平.以創(chuàng)新設(shè)計(jì)為導(dǎo)向的CDIO工程教育培養(yǎng)模式[J].東莞理工學(xué)院學(xué)報(bào)，2010（3）：118-122.

[3] 蔣建波.大學(xué)生評(píng)價(jià)教師多媒體教學(xué)效果研究[D].上海：華東師范大學(xué)，2007.

[責(zé)任編輯：覃侶冰]