楊會(huì) 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(xué)課程教學(xué)為例，探討CDIO模式下學(xué)生學(xué)習(xí)傳熱學(xué)課程的現(xiàn)狀。從課程教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段、實(shí)驗(yàn)方式、課程評(píng)價(jià)等方面提出激發(fā)學(xué)生興趣，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，提升學(xué)生動(dòng)手能力和實(shí)際解決問題能力的教學(xué)改革方法。

關(guān)鍵詞：CDIO;傳熱學(xué);教學(xué)改革

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

CDIO工程教育模式是近年來國(guó)際工程教育改革的最新成果。CDIO代表構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)和運(yùn)作，將工程畢業(yè)生的能力分為工程基礎(chǔ)知識(shí)、個(gè)人能力、人際團(tuán)隊(duì)能力和工程系統(tǒng)能力四個(gè)層面，大綱要求以綜合的培養(yǎng)方式使學(xué)生在這四個(gè)層面達(dá)到預(yù)定目標(biāo)。傳熱學(xué)課程是能源類專業(yè)一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程，是學(xué)習(xí)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(shí)點(diǎn)多、具有較強(qiáng)的理論性且實(shí)際工程應(yīng)用面廣，這對(duì)學(xué)生應(yīng)用理論知識(shí)分析和解決實(shí)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(xué)課程教學(xué)改革與實(shí)踐成果，就如何提高傳熱學(xué)實(shí)際教學(xué)效果提出一些經(jīng)驗(yàn)。

一、傳熱學(xué)課程特點(diǎn)及教學(xué)現(xiàn)狀

（一）課程特點(diǎn)與地位

作為能源與動(dòng)力工程專業(yè)一門主要的專業(yè)基礎(chǔ)課程，傳熱學(xué)課程是學(xué)習(xí)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(xué)科，在科學(xué)技術(shù)各個(gè)領(lǐng)域中都有十分廣泛的應(yīng)用，如強(qiáng)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(qiáng)化傳熱可縮小制冷空調(diào)設(shè)備的尺寸，降低系統(tǒng)運(yùn)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(duì)我國(guó)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(xué)現(xiàn)狀

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

2.教學(xué)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(xué)素材豐富教學(xué)內(nèi)容。相比傳熱的黑板教學(xué)方式，多媒體教學(xué)手段確實(shí)表現(xiàn)出良好的教學(xué)效果。但教學(xué)過程仍表現(xiàn)為教師講、學(xué)生聽的老模式，教學(xué)過程與工程實(shí)景聯(lián)系不夠緊密。學(xué)生主動(dòng)性、創(chuàng)新性仍達(dá)不到CDIO模式培養(yǎng)學(xué)生工程能力的要求。

3.實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)脫離實(shí)際，缺乏創(chuàng)新性。傳熱學(xué)課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)多為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)和演示性實(shí)驗(yàn)，教師講解相關(guān)實(shí)驗(yàn)原理、操作方法，學(xué)生不需要?jiǎng)幽X，只需按照教師的講解及要求按圖索驥進(jìn)行實(shí)驗(yàn)并完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。這種按部就班的實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程，難以達(dá)到啟發(fā)學(xué)生思維，培養(yǎng)其動(dòng)手設(shè)計(jì)和獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ哪康摹?/p>

4.成績(jī)?cè)u(píng)價(jià)方式單一。傳熱學(xué)課程多采用的是期末閉卷考試的考核方式，最終成績(jī)給定綜合平時(shí)成績(jī)和期末考試成績(jī)，以學(xué)生掌握基本理論知識(shí)的程度作為唯一評(píng)價(jià)指標(biāo)，缺乏知識(shí)綜合應(yīng)用和工程實(shí)踐能力的考核，未體現(xiàn)出學(xué)生應(yīng)用理論知識(shí)分析解決工程實(shí)際問題的能力。傳熱學(xué)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(xué)課程教學(xué)改革建議

1.建立豐富的工程項(xiàng)目教學(xué)資源庫(kù)。課堂教學(xué)要注重可視化教學(xué)素材的使用，在PPT中多插入動(dòng)態(tài)圖片、實(shí)景拍攝圖片及傳熱過程Flash視頻。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)，采用虛擬實(shí)驗(yàn)與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)相關(guān)結(jié)合的方式，實(shí)驗(yàn)前學(xué)生通過網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)觀看實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，熟悉實(shí)驗(yàn)操作流程及注意事項(xiàng)。如換熱器換熱系數(shù)測(cè)定、穩(wěn)態(tài)法測(cè)量材料的導(dǎo)熱系數(shù)等，將傳統(tǒng)的課堂教學(xué)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(shí)驗(yàn)平臺(tái)也是一種有效的教學(xué)資源開發(fā)途徑，通過數(shù)值計(jì)算對(duì)傳統(tǒng)的導(dǎo)熱問題進(jìn)行求解，如平板導(dǎo)熱、外掠平板換熱、多排管束換熱器流場(chǎng)及溫度場(chǎng)分布、狹小腔室自然對(duì)流、換熱器強(qiáng)化傳熱等。對(duì)于簡(jiǎn)單的傳熱問題，可讓學(xué)生操作Fluent進(jìn)行傳熱仿真，有利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。而對(duì)于一些復(fù)雜傳熱問題，教師通過Fluent仿真可實(shí)現(xiàn)傳熱過程的可視化，可彌補(bǔ)三維仿真動(dòng)畫信息不足的問題。

2.以項(xiàng)目案例導(dǎo)入教學(xué)內(nèi)容。在傳熱學(xué)課程教學(xué)中，不僅要求學(xué)生系統(tǒng)地學(xué)習(xí)傳熱學(xué)基本理論知識(shí)，更重要的是培養(yǎng)學(xué)生靈活應(yīng)用課堂所學(xué)傳熱理論知識(shí)去分析和解決實(shí)際工程中具體復(fù)雜的傳熱問題，這是CDIO理念所倡導(dǎo)的構(gòu)思設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)和運(yùn)作的人才培養(yǎng)的核心思想。因此，建議教學(xué)過程宜采用“問題導(dǎo)入”、“問題分析”、“解決途徑”、“所需知識(shí)”和“內(nèi)容學(xué)習(xí)”等的教學(xué)組織流程。因此，教師應(yīng)善于利用項(xiàng)目教學(xué)資源庫(kù)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(shí)。如能在課堂上實(shí)現(xiàn)的傳熱過程，教師應(yīng)積極創(chuàng)造實(shí)際的傳熱情景讓學(xué)生親身感受，如讓學(xué)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(jìn)行互動(dòng)討論。這樣就順其自然地將傳熱學(xué)中熱傳導(dǎo)、熱對(duì)流和熱輻射課程內(nèi)容引出來，從而有效加深學(xué)生對(duì)熱量傳遞的三本基本方式的理解和實(shí)際工程問題的解決能力，符合CDIO理念倡導(dǎo)工程情景教育。

目前，傳熱學(xué)研究發(fā)展日新月異，授課時(shí)教師應(yīng)注重將書本基礎(chǔ)知識(shí)與傳熱學(xué)前沿科技相結(jié)合，如超極速傳熱、微納米傳熱、微尺度熱運(yùn)輸?shù)?，以拓寬學(xué)生的視野，提高學(xué)生的興趣。此外，在傳熱學(xué)的教學(xué)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(xué)中增加工程案例，鼓勵(lì)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)、主動(dòng)創(chuàng)新，注意培養(yǎng)學(xué)生分析能力、創(chuàng)新思維、合作意識(shí)，如可對(duì)學(xué)生進(jìn)行分組，每組分配不同的實(shí)際工程案例，組內(nèi)進(jìn)行協(xié)調(diào)分工共同完成一個(gè)工程，最后匯總做成PPT匯報(bào)，并由教師和其他小組共同打分。這種以學(xué)生為主的課堂教學(xué)方式，不僅提升了學(xué)生獨(dú)立思考、創(chuàng)新和團(tuán)隊(duì)合作的素質(zhì)，還提高了學(xué)生運(yùn)用課本基礎(chǔ)知識(shí)分析和解決實(shí)際工程難題的能力。

3.采用知識(shí)與能力相結(jié)合的考核方式。課程考核是測(cè)試學(xué)生學(xué)習(xí)知識(shí)與培養(yǎng)能力的基本手段，是教學(xué)過程的重要環(huán)節(jié)。合理的考核方式有利于學(xué)生培養(yǎng)正確的學(xué)習(xí)方法，達(dá)到課程教學(xué)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(shí)學(xué)生依賴于課本和教師考前復(fù)習(xí)，因而達(dá)不到較好教學(xué)目的。根據(jù)21世紀(jì)對(duì)創(chuàng)新應(yīng)用型工程人才的要求，傳熱學(xué)課程考核應(yīng)包括自主學(xué)習(xí)能力、實(shí)踐創(chuàng)新能力、綜合能力。因此，傳熱學(xué)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(gè)學(xué)期的多指標(biāo)綜合考核方式，傳熱學(xué)課程總評(píng)成績(jī)包含：平時(shí)成績(jī)、實(shí)驗(yàn)實(shí)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(shí)成績(jī)包含課堂出勤、課后作業(yè);實(shí)驗(yàn)實(shí)踐包含實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)時(shí)的表現(xiàn)及實(shí)驗(yàn)報(bào)告;模擬工程以小組為單位分工合作，課堂匯報(bào)PPT，綜合評(píng)定成績(jī);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(xué)生個(gè)性，培養(yǎng)創(chuàng)新素養(yǎng)，提升團(tuán)隊(duì)合作能力，從而提高學(xué)生的綜合素質(zhì)。

三、總結(jié)

本文對(duì)能源類專業(yè)傳熱學(xué)課程教學(xué)特點(diǎn)和教學(xué)實(shí)踐中學(xué)生反饋的問題做了探討，從教學(xué)資源庫(kù)、教學(xué)理念及方法改革、改進(jìn)考核等方面提出一些可供參考的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)。然而，CDIO教育理念是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，具體教學(xué)方案需結(jié)合課程內(nèi)容特點(diǎn)和專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)來組織實(shí)施，且需在教學(xué)實(shí)踐中不斷修正和加以完善。

參考文獻(xiàn)：

[1]顧學(xué)雍.聯(lián)結(jié)理論與實(shí)踐的CDIO.清華大學(xué)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(guó)遠(yuǎn)程教育，2008，（14）：64-67.

[3]王碩旺，洪成文.CDIO：美國(guó)麻省理工學(xué)院工程教育的經(jīng)典模式——基于對(duì)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(xué)[M].北京：高等教育出版社，2006.

[5]紀(jì)軍，劉濤，張興，等.熱質(zhì)理論及其應(yīng)用研究進(jìn)展[J].中國(guó)科學(xué)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