張亮 朱瑞紅 田林超 王華山 陳賀敏

[摘要]熱交換器原理及應(yīng)用課程是能源與動(dòng)力工程專業(yè)一門重要的專業(yè)課，但該課程的部分理論知識(shí)復(fù)雜、抽象，僅通過教師的課上講授學(xué)生難以理解。課題組將項(xiàng)目式教學(xué)模式引入該課程的教學(xué)過程以完善其教學(xué)方式和教學(xué)內(nèi)容，同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生主動(dòng)發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)與解決問題的能力，并以合理的方式對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果進(jìn)行考核。改革后的教學(xué)得到了學(xué)生的一致好評(píng)，通過分析7個(gè)方面、5個(gè)等級(jí)的教學(xué)質(zhì)量網(wǎng)上評(píng)價(jià)，發(fā)現(xiàn)學(xué)生的特別滿意率達(dá)63%、滿意率達(dá)到100%。

[關(guān)鍵詞]項(xiàng)目式教學(xué);課程改革;熱交換器原理及應(yīng)用

[中圖分類號(hào)]G420 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A [文章編號(hào)]2095-3437（2020）05-0059-03

一、熱交換器原理及應(yīng)用課程的特點(diǎn)與教學(xué)現(xiàn)狀

（一）熱交換器原理及應(yīng)用課程的特點(diǎn)

熱交換器原理及應(yīng)用課程是能源與動(dòng)力工程專業(yè)一門重要的專業(yè)課。該課程所涵蓋的知識(shí)可將鍋爐原理、熱力發(fā)電廠等專業(yè)課程中所涉及的換熱器方面的相關(guān)知識(shí)進(jìn)行縱向延伸，同時(shí)可使傳熱學(xué)、流體力學(xué)等專業(yè)基礎(chǔ)課程的抽象理論知識(shí)具體化、應(yīng)用化。通過該課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠了解3大熱交換器的換熱特點(diǎn)及應(yīng)用范圍，理解換熱器的傳熱有效度，掌握換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一般步驟。

（二）熱交換器原理及應(yīng)用課程的教學(xué)現(xiàn)狀

1.教學(xué)方式單一

該課程主要采用的教學(xué)方式為教室內(nèi)板書授課。該授課方式最大的特點(diǎn)：教師是整個(gè)教學(xué)過程的主體，將主要精力放在如何將專業(yè)知識(shí)傳遞給學(xué)生，整個(gè)教學(xué)過程的重點(diǎn)在于教師怎樣教，較少關(guān)注學(xué)生是否進(jìn)行了有效的學(xué)習(xí)。熱交換器原理及應(yīng)用課程所涉及的換熱器種類繁多，同時(shí)換熱器部分理論知識(shí)比較抽象，換熱過程所涉及的部件較多，整個(gè)換熱過程比較復(fù)雜，故單一的教學(xué)方式難以滿足學(xué)生學(xué)習(xí)的需要。

2.教學(xué)內(nèi)容與科技發(fā)展不同步

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷創(chuàng)新，大量的強(qiáng)化換熱方法可用于換熱器，如納米流體強(qiáng)化換熱、脈動(dòng)流場(chǎng)下流體的強(qiáng)化傳熱、往復(fù)運(yùn)動(dòng)條件下流體的傳熱特性、波壁管內(nèi)流體的強(qiáng)化換傳熱等，這就要求教師不斷更新知識(shí)，并對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行優(yōu)化。但是，這部分知識(shí)不能及時(shí)擴(kuò)充到正在應(yīng)用的教材中，使得教學(xué)內(nèi)容與當(dāng)今的科學(xué)技術(shù)發(fā)展有所脫節(jié)。

3.學(xué)生主動(dòng)發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)能力不足，不能學(xué)以致用

當(dāng)前學(xué)生的學(xué)習(xí)形式主要為被動(dòng)的接受學(xué)習(xí)，缺少主動(dòng)發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)方面的訓(xùn)練，造成學(xué)生主動(dòng)發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)能力不足。學(xué)生所學(xué)知識(shí)與生產(chǎn)實(shí)踐所需知識(shí)不能及時(shí)匹配，當(dāng)生產(chǎn)實(shí)踐中需要學(xué)生應(yīng)用相關(guān)知識(shí)解決問題時(shí)，學(xué)生往往感覺無(wú)從下手。

4.考核方式死板

當(dāng)前的課程成績(jī)主要由占較小比例的平時(shí)成績(jī)和實(shí)驗(yàn)成績(jī)（各占10%）以及占較大比例的卷面考試成績(jī)（80%）組成。平時(shí)成績(jī)的打分依據(jù)主要為學(xué)生的出勤率、學(xué)生的課上表現(xiàn)以及課后作業(yè)完成情況;卷面成績(jī)的打分依據(jù)為試題標(biāo)準(zhǔn)答案。僅靠上述3種考核方式來(lái)考查學(xué)生對(duì)這門課的掌握程度，得出的考核結(jié)果不夠全面也不夠客觀。比如有些卷面成績(jī)高的學(xué)生，解決實(shí)際問題的能力并不強(qiáng)，而有些卷面成績(jī)不高的學(xué)生，卻有較好的解決實(shí)際問題的能力。在生產(chǎn)實(shí)習(xí)過程中我們同樣發(fā)現(xiàn)，卷面成績(jī)與動(dòng)手能力沒有直接關(guān)系，經(jīng)常出現(xiàn)卷面成績(jī)好的學(xué)生動(dòng)手能力卻很差的情況。所以任課教師需要新的考核方式，令考核結(jié)果更加客觀。

二、項(xiàng)目式教學(xué)模式的引入對(duì)熱交換器原理及應(yīng)用課程教學(xué)的整體改善

（一）對(duì)教學(xué)方式的改善

項(xiàng)目式教學(xué)的引入改變了教室內(nèi)板書授課（總學(xué)時(shí)為48學(xué)時(shí)，板書授課占了42學(xué)時(shí)）為主的教學(xué)方式，將板書授課的48學(xué)時(shí)減少了12學(xué)時(shí)，并將這12學(xué)時(shí)中的4學(xué)時(shí)用于討論課，其余的8學(xué)時(shí)用于項(xiàng)目式教學(xué)。這種改變可使教師為整個(gè)教學(xué)過程主體朝著學(xué)生為學(xué)習(xí)主體的方向轉(zhuǎn)變。討論課的實(shí)施過程中，學(xué)生在教師的引導(dǎo)下自主查閱、收集、整理關(guān)于熱交換器原理及應(yīng)用方面的有用資料，主動(dòng)了解不同種類熱交換器的特點(diǎn)，理解換熱器部分理論知識(shí)以及簡(jiǎn)單的換熱過程。項(xiàng)目式教學(xué)的引入旨在培養(yǎng)學(xué)生主動(dòng)解決問題的能力，以下是討論課及項(xiàng)目式教學(xué)的具體實(shí)施過程。

（1）設(shè)置合適的開放性題目，讓學(xué)生從該范圍中選擇自己感興趣的題目。

（2）制訂討論課的具體實(shí)施方案。討論課采用學(xué)生講課的方式。師生若對(duì)學(xué)生講課內(nèi)容有疑問，可進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)提問，任課教師與其余小組根據(jù)該小組所做內(nèi)容與回答問題的情況進(jìn)行評(píng)價(jià)。

（3）制訂三級(jí)項(xiàng)目的具體實(shí)施方案。三級(jí)項(xiàng)目實(shí)施過程可分為3個(gè)階段。

第一階段：首先，學(xué)生課下查閱熱交換器參數(shù)及換熱規(guī)律的相關(guān)書籍，自行解決遇到的各種基礎(chǔ)問題。其次，假若關(guān)鍵問題不能解決，可以分3步走。第一步，小組成員問進(jìn)行討論。第二步，咨詢其他小組的同學(xué)。第三步，向任課教師請(qǐng)教。最后，完成三級(jí)項(xiàng)目計(jì)劃中的學(xué)習(xí)內(nèi)容。

第二階段：課上答辯。首先，每個(gè)小組派1名代表上臺(tái)對(duì)第一階段的整體內(nèi)容進(jìn)行講解。其次，其他小組學(xué)生對(duì)該組同學(xué)進(jìn)行提問，并根據(jù)所做內(nèi)容與回答問題的情況進(jìn)行評(píng)價(jià)。最后，任課教師對(duì)該小組所做內(nèi)容進(jìn)行評(píng)價(jià)。

第三階段：所有小組均上交1份修改完善后的三級(jí)項(xiàng)目任務(wù)書及PPT，教師根據(jù)任務(wù)書及PPT的整體質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)。

（4）制訂討論課和三級(jí)項(xiàng)目的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)和評(píng)分要求，采取學(xué)生組內(nèi)自評(píng)、組間互評(píng)與教師評(píng)分相結(jié)合的評(píng)價(jià)方式，教師與學(xué)生的評(píng)分各占50%。

（5）以熱交換器原理及應(yīng)用三級(jí)項(xiàng)目為基礎(chǔ)，將其中的優(yōu)秀項(xiàng)目進(jìn)行修改完善后推薦為大創(chuàng)活動(dòng)的項(xiàng)目。

（6）以熱交換器原理及應(yīng)用三級(jí)項(xiàng)目為基礎(chǔ)，將熱交換器傳熱特性與鍋爐設(shè)備的效率聯(lián)系起來(lái)，相關(guān)的計(jì)算結(jié)果可以以論文的形式展現(xiàn)出來(lái)。這樣既可提升學(xué)生論文寫作能力，又可提升學(xué)生科研創(chuàng)新成果的交流與展現(xiàn)能力。

項(xiàng)目式教學(xué)模式可提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的熱情，促進(jìn)學(xué)生將所學(xué)知識(shí)內(nèi)化，培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問題的能力，使得整個(gè)教學(xué)過程朝著有效教學(xué)的方向發(fā)展。

（二）對(duì)教學(xué)內(nèi)容的完善

項(xiàng)目式教學(xué)模式要求教師和學(xué)生主動(dòng)查閱、收集、整理?yè)Q熱器相關(guān)資料，在查詢資料過程中教師和學(xué)生可主動(dòng)了解換熱器原理及應(yīng)用方面的前沿性知識(shí)，如納米流體是如何強(qiáng)化換熱的，將納米流體用于強(qiáng)化換熱器的換熱有何利弊，外加擾動(dòng)流場(chǎng)如何用于換熱器的換熱，換熱器內(nèi)換熱管管型對(duì)換熱器綜合換熱效率的影響等，如此，部分前沿性知識(shí)就可比較自然地融入傳統(tǒng)教學(xué)內(nèi)容中。

（三）對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)能力提升效果的改善

項(xiàng)目式教學(xué)模式可以將學(xué)生的學(xué)習(xí)由被動(dòng)的接受學(xué)習(xí)變?yōu)橹鲃?dòng)的發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)。該教學(xué)模式還可引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題并在了解問題限制條件的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)相應(yīng)的解決策略，在實(shí)施解決方案的過程中不斷地反思、調(diào)整解決方案，最終培養(yǎng)學(xué)生用元認(rèn)知策略解決問題的能力。學(xué)生在元認(rèn)知策略的作用下，可將所學(xué)理論知識(shí)與生產(chǎn)實(shí)踐中的問題迅速匹配，以較快地提出問題最優(yōu)解決方案來(lái)解決生產(chǎn)實(shí)踐中的實(shí)際問題，達(dá)到學(xué)以致用的目的。通過項(xiàng)目式教學(xué)的不斷訓(xùn)練與強(qiáng)化，可培養(yǎng)學(xué)生以下能力。

（1）能夠運(yùn)用工程熱力學(xué)、傳熱學(xué)、流體力學(xué)及熵增原理的知識(shí)對(duì)能量轉(zhuǎn)換過程中能量的利用與損失以及對(duì)換熱設(shè)備的受力與變形進(jìn)行表述、建模和求解。

（2）能夠應(yīng)用熱力學(xué)、傳熱學(xué)和流體力學(xué)基本原理，使學(xué)生對(duì)熱交換器基本系統(tǒng)的構(gòu)成有進(jìn)一步的了解，為著重研究不同類型熱交換器的熱量傳遞提供理論基礎(chǔ)。

（3）具備工程應(yīng)用中各類換熱器的設(shè)計(jì)和校核計(jì)算能力，掌握換熱器的設(shè)計(jì)、選型、計(jì)算、優(yōu)化、日常維護(hù)等相關(guān)知識(shí)。

（4）能設(shè)計(jì)并實(shí)施與熱交換器相關(guān)的能量轉(zhuǎn)換規(guī)律測(cè)試實(shí)驗(yàn)，分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，驗(yàn)證或優(yōu)化模型參數(shù)，獲取有效結(jié)論。

（5）能應(yīng)用專業(yè)軟件模擬不同類型熱交換器內(nèi)的換熱過程，預(yù)測(cè)熱量傳遞效果，并了解模擬計(jì)算的局限性。

（6）能夠就熱交換器換熱過程中出現(xiàn)的問題與業(yè)界同行及社會(huì)公眾進(jìn)行有效溝通和交流，了解當(dāng)今國(guó)際先進(jìn)熱交換器的設(shè)計(jì)理念、發(fā)展趨勢(shì)以及所面臨的挑戰(zhàn)。

（四）對(duì)考核方式的完善

項(xiàng)目式教學(xué)的引入豐富了考核的內(nèi)容，課程由以往的卷面考試作為考核學(xué)生的主要形式改為由5大部分表現(xiàn)來(lái)綜合考核。這5大部分分別為平時(shí)表現(xiàn)、討論課、項(xiàng)目、實(shí)驗(yàn)和結(jié)課考試。

（1）平時(shí)表現(xiàn)：本門課程的所有環(huán)節(jié)均要求學(xué)生參與并簽到，不得缺勤。無(wú)故缺勤5次者，取消本門課程的考核資格。

（2）討論課及課程項(xiàng)目：要求學(xué)生根據(jù)討論以及項(xiàng)目題目分組查閱資料，歸納總結(jié)，撰寫報(bào)告，制作答辯PPT。討論課及課程項(xiàng)目采用抽簽的方式確定各小組的匯報(bào)人及其匯報(bào)順序。每位學(xué)生的討論課和課程項(xiàng)目成績(jī)由學(xué)生組間互評(píng)、組內(nèi)自評(píng)和教師評(píng)分3部分構(gòu)成。組間互評(píng)成績(jī)?yōu)槊總€(gè)組對(duì)除本組以外的其他小組所進(jìn)行的綜合評(píng)價(jià);組內(nèi)自評(píng)成績(jī)?cè)u(píng)分依據(jù)為每個(gè)組員在組內(nèi)的貢獻(xiàn);教師根據(jù)學(xué)生的資料查閱整理情況、PPT講解及回答問題情況、針對(duì)其余同學(xué)的提問參與交流情況來(lái)評(píng)分。討論課及課程項(xiàng)目成績(jī)分別占總成績(jī)的10%和30%。

（3）實(shí)驗(yàn)：要求學(xué)生認(rèn)真準(zhǔn)備，全程參與。實(shí)驗(yàn)過程中學(xué)生可重點(diǎn)關(guān)注項(xiàng)目式教學(xué)中的工程實(shí)踐問題，最后獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)并按時(shí)提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告。實(shí)驗(yàn)成績(jī)占總成績(jī)的10%。

（4）結(jié)課考試：為夯實(shí)理論基礎(chǔ)，提高學(xué)生解決問題的能力，結(jié)課考試的試卷客觀題（選擇、判斷、填空等）比例盡量控制在20%以內(nèi)。結(jié)課考試占總成績(jī)的50%。

（5）課程總成績(jī)不滿60分者，本課程考核為不合格。

跟以前的考核方式相比較，完善后的考核方式能得出更全面、更客觀的考核結(jié)果，對(duì)學(xué)生的評(píng)價(jià)更加公平、公正，同時(shí)各個(gè)教學(xué)階段的教學(xué)效果能得到較細(xì)致地反饋，便于教師了解學(xué)生是否進(jìn)行了有效學(xué)習(xí)，為其改進(jìn)教學(xué)提供重要參考，同時(shí)可為教育評(píng)價(jià)提供重要依據(jù)。

三、項(xiàng)目式教學(xué)的實(shí)施及其產(chǎn)生的初步效果

以2014級(jí)能源與動(dòng)力工程專業(yè)學(xué)生為研究對(duì)象，熱交換器原理及應(yīng)用課程在該年級(jí)首次實(shí)施項(xiàng)目式教學(xué)。實(shí)施項(xiàng)目式教學(xué)后，學(xué)生自主查閱文獻(xiàn)，解決工程實(shí)際問題的能力有了較大提高;部分學(xué)生可自行發(fā)現(xiàn)問題、設(shè)計(jì)問題，并親自動(dòng)手用合理的方法分析并解決問題;學(xué)生的創(chuàng)新能力有了較大提高，部分學(xué)生申請(qǐng)了實(shí)用新型專利。

基于熱交換器原理及應(yīng)用課程的項(xiàng)目式教學(xué)模式得到了學(xué)生的一致好評(píng)。學(xué)校通過教務(wù)處教學(xué)平臺(tái)對(duì)教師的教學(xué)效果從7個(gè)方面展開綜合評(píng)價(jià)，這7個(gè)方面分別是為人師表、尊重與幫助學(xué)生、課程組織與設(shè)計(jì)、講解與表達(dá)、體現(xiàn)以學(xué)生為主體的自主學(xué)習(xí)模式、課程教學(xué)過程的管理與考核以及學(xué)生相關(guān)知識(shí)、能力、思想方面的提高情況。學(xué)生通過網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)對(duì)這7個(gè)方面展開評(píng)價(jià)，每個(gè)方面的評(píng)價(jià)均分為5個(gè)等級(jí)即很滿意、滿意、基本滿意、不滿意、很不滿意，每個(gè)等級(jí)對(duì)應(yīng)的評(píng)價(jià)分值分別為4.8、4.3、3.8、3.3、2.8，算出每個(gè)小項(xiàng)的單項(xiàng)均值，然后對(duì)7大項(xiàng)進(jìn)行加權(quán)平均，計(jì)算出總的教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)結(jié)果，具體計(jì)算方法如表1所示：

通過熱交換器原理及應(yīng)用的網(wǎng)上評(píng)價(jià)結(jié)果可以看出，無(wú)不滿意的評(píng)價(jià)，基本滿意的學(xué)生比例占5%，很滿意及滿意的學(xué)生占95%，這從側(cè)面說(shuō)明了項(xiàng)目式教學(xué)模式的推行比較成功，教學(xué)效果得到了學(xué)生的一致好評(píng)。該課程在2017年春季學(xué)期獲得教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)網(wǎng)上評(píng)價(jià)第2名（38門課程參評(píng)），比2016年的同期網(wǎng)上評(píng)價(jià)的第19名（39門課程參評(píng)）上升了17個(gè)名次，被評(píng)為燕山大學(xué)優(yōu)秀課程。

四、結(jié)論

熱交換器原理及應(yīng)用課程教學(xué)實(shí)踐證明，開展項(xiàng)目式教學(xué)可改善該課程的教學(xué)方法，完善其教學(xué)內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生主動(dòng)發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)的能力，提高學(xué)生解決生產(chǎn)實(shí)際問題的能力與創(chuàng)新能力，完善對(duì)學(xué)生的考核方式，因此能得到學(xué)生的一致好評(píng)。