［摘 要］ 針對消防工程復(fù)合型人才培養(yǎng)目標(biāo)，結(jié)合“傳熱學(xué)”課程知識結(jié)構(gòu)特點，分析了目前西安科技大學(xué)消防工程專業(yè)“傳熱學(xué)”課程理論教學(xué)與實踐教學(xué)過程中存在的主要問題。為構(gòu)建以學(xué)生為中心的課堂教學(xué)體系，激發(fā)學(xué)生“傳熱學(xué)”的學(xué)習(xí)興趣，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、實踐教學(xué)和考評方法四個方面提出教學(xué)改革主要內(nèi)容。通過教學(xué)實踐，有效提高了教學(xué)效果及質(zhì)量，鍛煉了學(xué)生應(yīng)用傳熱學(xué)理論知識分析消防相關(guān)問題的能力，充分發(fā)揮了“傳熱學(xué)”作為消防工程專業(yè)基礎(chǔ)課的銜接作用，獲得了學(xué)生廣泛認(rèn)可。

［關(guān)鍵詞］ 消防工程；傳熱學(xué)；課堂教學(xué)；改革

［基金項目］ 2022年度陜西省科技廳陜西省自然科學(xué)基礎(chǔ)研究計劃項目“煤顆粒尺度下聲傳播特性及溫度-聲速關(guān)聯(lián)機(jī)制”（2022JQ-408）

［作者簡介］ 于志金（1989—），男，黑龍江雙鴨山人，博士，西安科技大學(xué)安全科學(xué)與工程學(xué)院講師，主要從事消防工程專業(yè)研究。

［中圖分類號］ G642.0［文獻(xiàn)標(biāo)識碼］ A［文章編號］ 1674-9324（2023）22-0058-04 ［收稿日期］ 2022-06-27

引言

消防工程是一門圍繞火災(zāi)規(guī)律，學(xué)習(xí)火災(zāi)防、控、滅理論和技術(shù)的綜合性學(xué)科，培養(yǎng)目標(biāo)為從事消防研究、設(shè)計、評價及管理等社會消防技術(shù)服務(wù)的應(yīng)用復(fù)合型人才，該專業(yè)畢業(yè)生須掌握防滅火科學(xué)的基本理論，熟悉國家消防安全法律法規(guī)、設(shè)計規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)［1］?！皞鳠釋W(xué)”是一門研究熱量傳遞規(guī)律的課程，由于火災(zāi)的形成、發(fā)展和演化過程中均存在著復(fù)雜的熱量傳遞現(xiàn)象，所以“傳熱學(xué)”的基本原理和規(guī)律在消防工程領(lǐng)域有著非常廣泛的應(yīng)用，這也正是目前國內(nèi)大部分開設(shè)消防工程專業(yè)的高等院校均將“傳熱學(xué)”作為本專業(yè)必修的基礎(chǔ)課之一的主要原因［2］。但“傳熱學(xué)”是一門理論性和應(yīng)用性都很強(qiáng)的課程。在教學(xué)課時不斷被壓縮的情況下，如何科學(xué)地設(shè)置教學(xué)課程，激發(fā)學(xué)生對“傳熱學(xué)”的學(xué)習(xí)熱情，增強(qiáng)學(xué)生對所學(xué)知識的應(yīng)用分析能力，已成為任課教師面臨的重要問題。很多學(xué)校的教師通過不斷更新教學(xué)理念和教學(xué)方法，開展了“傳熱學(xué)”課程教學(xué)模式的探索和優(yōu)化，取得了良好的效果［3-5］。本文結(jié)合西安科技大學(xué)消防工程專業(yè)“傳熱學(xué)”課程教學(xué)經(jīng)驗，對如何實施“傳熱學(xué)”課程教學(xué)改革，實現(xiàn)“傳熱學(xué)”課程專業(yè)銜接作用，分享了一些探索經(jīng)驗和實踐體會。

一、教學(xué)過程存在的問題

通過調(diào)研近幾年消防專業(yè)“傳熱學(xué)”課堂教學(xué)現(xiàn)狀，綜合教學(xué)督導(dǎo)專家、課程組、學(xué)生的反饋信息，發(fā)現(xiàn)了存在共性且較為突出的問題如下。

（一）學(xué)生數(shù)理基礎(chǔ)差異較大，“灌輸式”教學(xué)效果不盡如人意

對重要公式的推導(dǎo)是掌握傳熱學(xué)基本原理的基礎(chǔ)，更是準(zhǔn)確理解工程實際應(yīng)用問題中傳熱學(xué)現(xiàn)象的關(guān)鍵［4］。但學(xué)生存在數(shù)學(xué)基礎(chǔ)不扎實、微分方程與函數(shù)分析求解等理論計算困難的問題，只有通過教師細(xì)致地講解才能降低學(xué)生的理解難度。而這樣一來，有限的教學(xué)時間就會十分緊張，直接導(dǎo)致教師所講知識點缺少拓展，學(xué)生很難將理論知識與實際工程應(yīng)用相聯(lián)系，造成專業(yè)基礎(chǔ)課與專業(yè)背景脫鉤。

（二）多媒體教學(xué)信息量大，學(xué)生流于形式，基礎(chǔ)不牢固

許多教師在課堂教學(xué)中引入了多媒體技術(shù)，配合實物展示或者模擬重現(xiàn)，給學(xué)生以直觀的學(xué)習(xí)體驗，促進(jìn)學(xué)生對實際消防中存在的傳熱學(xué)原理的理解和消化，不僅提高了教學(xué)內(nèi)容的趣味性，而且激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情［5］。但限于課時和學(xué)習(xí)基礎(chǔ)，大部分內(nèi)容的作用僅限于展示，演示內(nèi)容與基礎(chǔ)理論的跨度過大，導(dǎo)致學(xué)生只是看個熱鬧，分析解決實際問題的能力并沒有得到提升。最終導(dǎo)致課程科普化，不利于學(xué)生構(gòu)建完善的知識體系，影響了“傳熱學(xué)”在整個專業(yè)培養(yǎng)體系中的基礎(chǔ)作用。

（三）實驗教學(xué)形式單一，難以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性和創(chuàng)造性

實驗在“傳熱學(xué)”課程教學(xué)體系中占有重要地位，通過基礎(chǔ)實驗或科學(xué)實驗來驗證課本理論知識，是培養(yǎng)學(xué)生獨立思考和解決工程實際問題的主要手段。但在實踐環(huán)節(jié)，實驗課程多為演示性實驗，即教師演示，學(xué)生模仿。實驗教學(xué)存在缺少實驗場地、儀器設(shè)備不足的問題，學(xué)生參與度有限，其獨立思考的能力和動手能力并未真正得到鍛煉。而由于缺乏科學(xué)實驗研究，導(dǎo)致實驗教學(xué)質(zhì)量不高，無法讓學(xué)生將理論知識與工程實踐結(jié)合起來。

（四）考核方式與學(xué)習(xí)目標(biāo)和培養(yǎng)目標(biāo)不符

我校消防工程專業(yè)采用的考核方式為平時表現(xiàn)占30%、實驗占10%、期末閉卷考試占60%的評分標(biāo)準(zhǔn)［1］。其中，期末試卷題型和各知識點分布情況如表1所示。

在設(shè)計試卷時，對導(dǎo)熱的基本概念、規(guī)律及實際運用分析提出了較為全面的要求。而在對流和輻射部分，則更多要求學(xué)生掌握其熱量傳遞的基本方式及遵循規(guī)律，對分析處理能力和分析計算能力的要求相對較弱。2018—2020年兩個教學(xué)班學(xué)生的期末考試試卷得分統(tǒng)計如表2所示。

由表2可知，大部分學(xué)生期末試卷的得分在60～80分之間，得高分（大于90分）的學(xué)生較少，不及格的人數(shù)超過了總?cè)藬?shù)的13%。在具體題型的得分情況方面：名詞解釋、填空題、簡答題的平均得分率超過了80%，而計算題、分析題的得分率僅在40%～50%之間，說明學(xué)生對基礎(chǔ)理論知識的理解和對固定知識點的記憶情況較好，但涉及結(jié)合實際問題進(jìn)行分析和知識點的靈活運用時，卻有明顯不足，很多學(xué)生在做計算題時不清楚運用什么理論，亂套公式的現(xiàn)象非常普遍。因此，現(xiàn)有的考核方式雖使學(xué)生重視課堂表現(xiàn)，但仍無法改變期末“一卷定終身”的現(xiàn)實，學(xué)生為了通過考試往往采用死記硬背、生搬硬套的方式，并未具備運用傳熱學(xué)原理分析解決實際工程中傳熱問題的能力，更難以將強(qiáng)化或削弱傳熱、溫度控制的基本理論和技術(shù)與消防工程專業(yè)知識相結(jié)合，由此可知，現(xiàn)有的考核方式與應(yīng)用型人才的培養(yǎng)目標(biāo)相悖。

二、教學(xué)模式改革與實踐

（一）前置理論教學(xué)，精煉教學(xué)重點內(nèi)容

理論教學(xué)，特別是熱量傳遞三種基本形式（熱傳導(dǎo)、熱對流和熱輻射）的基本定律和計算方法的掌握程度是決定學(xué)生能否掌握傳熱學(xué)知識、能否與工程領(lǐng)域相關(guān)內(nèi)容建立起聯(lián)系的關(guān)鍵。但在學(xué)時有限的情況下，在課上占用大塊時間來講解推導(dǎo)過程，容易造成知識面拓展不足，導(dǎo)致缺少引導(dǎo)學(xué)生理論聯(lián)系實際問題的過程。對此，可將理論教學(xué)窗口前置。首先，利用現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)課程資源，如中國大學(xué)慕課（MOOC）、YY教育、雨課堂等，提前將課上所涉及的基本理論、概念、公式發(fā)布給學(xué)生，要求學(xué)生提前預(yù)習(xí)，鼓勵學(xué)生自主完成微分方程的推導(dǎo)過程。其次，利用雨課堂平臺，針對每節(jié)重要理論的推導(dǎo)過程，以判斷題的形式使學(xué)生明確理論學(xué)習(xí)中易忽視、易錯、難理解的環(huán)節(jié)，以此強(qiáng)化學(xué)生對核心知識點的理解，同時教師可以根據(jù)答題情況掌握學(xué)生對知識點的預(yù)習(xí)情況。在此基礎(chǔ)上，在課上鼓勵學(xué)生上講臺分享預(yù)習(xí)體會，以此達(dá)到增強(qiáng)學(xué)生課上參與度、提高學(xué)生主動學(xué)習(xí)的積極性的目的［6］。由于學(xué)生在課前完成了對基礎(chǔ)知識的學(xué)習(xí)，在課堂教學(xué)時，教師可以以消防專業(yè)領(lǐng)域工程實例為切入點，通過內(nèi)容精煉，重點講解如何應(yīng)用所學(xué)理論，進(jìn)而保證核心知識點和與專業(yè)結(jié)合度高的內(nèi)容有充裕的時間講深講透，比如與消防工程密切相關(guān)的復(fù)合傳熱、強(qiáng)制對流、隔熱板等知識點。

（二）突出消防工程背景，合理運用多媒體技術(shù)

多媒體教學(xué)可以將熱量傳遞過程中的抽象內(nèi)容進(jìn)行動態(tài)演示，特別是對流傳熱邊界層、相變對流傳熱等復(fù)雜的現(xiàn)象，通過反復(fù)觀看物理圖景變化，加深學(xué)生對傳熱學(xué)本質(zhì)和規(guī)律的認(rèn)識［5］。但較為廣泛的素材來源，導(dǎo)致這種多媒體瀏覽式教學(xué)與基礎(chǔ)理論、專業(yè)實踐脫節(jié)，或使學(xué)生難以消化，沒有達(dá)到多媒體教學(xué)應(yīng)有的效果。因此，應(yīng)實施定制化多媒體教學(xué)，圍繞現(xiàn)實消防場景，注重體現(xiàn)實景材料中涵蓋的傳熱學(xué)現(xiàn)象。采用課前布置作業(yè)的方式，讓學(xué)生熟悉多媒體材料，促進(jìn)學(xué)生思考相關(guān)基礎(chǔ)理論知識并建立起專業(yè)聯(lián)系。課上，讓多媒體教學(xué)“慢下來”，更多地采用課堂互動的方式，讓學(xué)生上講臺，引導(dǎo)他們就某些消防領(lǐng)域的主題進(jìn)行分析，提煉出相關(guān)的傳熱學(xué)問題，通過提出疑問增強(qiáng)對知識的理解和認(rèn)識，從而促使學(xué)生結(jié)合專業(yè)背景形成符合教學(xué)大綱要求的傳熱學(xué)理論體系。

（三）開展項目式科研活動，強(qiáng)調(diào)理論與實踐結(jié)合

為了提高學(xué)生理論與實踐相結(jié)合的能力，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識和綜合素質(zhì)，在實踐教學(xué)活動中以項目式科研活動替代傳統(tǒng)的實驗?zāi)Ｊ健Ｊ紫龋_展專業(yè)研究性質(zhì)的實驗，由教師設(shè)置選題，選擇兼具應(yīng)用性、工程性與理論性的專題。由3～4名學(xué)生組成研究小組，各科研小組根據(jù)學(xué)術(shù)興趣或?qū)I(yè)方向選擇題目，自主設(shè)計項目的組織、技術(shù)路線以及成果展現(xiàn)形式，教師全程參與，強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)過程中的“實踐”，并給予必要的指導(dǎo)和建議。其次，要求學(xué)生完成20學(xué)時以上的計算機(jī)模擬訓(xùn)練，結(jié)合Fluent、Comsol、FloTHERM等熱仿真軟件，進(jìn)行傳熱學(xué)現(xiàn)象的數(shù)值分析。教師指導(dǎo)學(xué)生數(shù)值解法的基本原理、方法步驟及注意事項，使其自主完成建模、計算和結(jié)果處理。最后，鼓勵學(xué)生用“傳熱學(xué)”課程中的科研活動成果參與科研競賽，以賽促教，讓學(xué)生有目標(biāo)地主動學(xué)習(xí)，并通過實踐體會如何將理論知識應(yīng)用于實際工程［7］。通過科研式實踐教學(xué)，一方面，讓學(xué)生知道了所學(xué)的知識有什么用，能起到什么效果；另一方面，也提升了學(xué)生的創(chuàng)新思維能力和合作能力。

（四）創(chuàng)新教學(xué)考核體系，實施全過程的考試模式

課程考核是對教學(xué)理念、內(nèi)容和模式的直接反饋，也是對教學(xué)效果、學(xué)生課程掌握情況的檢驗。在新的考核體系中，綜合課堂表現(xiàn)、作業(yè)完成質(zhì)量、科研實踐訓(xùn)練情況、期末考試成績來檢驗學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。在課堂表現(xiàn)和作業(yè)完成質(zhì)量方面，重點關(guān)注學(xué)生課前的預(yù)習(xí)情況，通過隨機(jī)抽取的方式，要求學(xué)生在學(xué)期內(nèi)至少上一次講臺作為某一知識點的主講人，教師結(jié)合學(xué)生對知識點的掌握情況、學(xué)習(xí)的主動性與積極性、出勤率等指標(biāo)進(jìn)行綜合評分，此部分成績占總成績的30%?？蒲袑嵺`訓(xùn)練則更多關(guān)注學(xué)生對所學(xué)知識的運用能力和分析、解決問題的能力，實施全過程考核，由過程綜合表現(xiàn)和作品完成情況兩部分組成。過程綜合表現(xiàn)由任課教師依據(jù)學(xué)生完成訓(xùn)練的情況評定，此部分成績占總成績的20%；作品考評采用“專家組打分+研究小組互評”的方式，專家組由課程組任課教師組成，主要把握項目的基礎(chǔ)理論應(yīng)用情況和技術(shù)路線，互評則把部分考評的主動權(quán)還給學(xué)生，鼓勵學(xué)生在考評中相互學(xué)習(xí)、共同探索，此部分成績占總成績的20%。期末考試采用開卷的形式，主要設(shè)置綜合類分析題，試卷內(nèi)容注重傳熱學(xué)知識在消防工程專業(yè)的滲透，要求學(xué)生選用正確的理論和公式來分析解決問題，此部分成績占總成績的30%。

三、改革實施效果

通過近一年的課程考評結(jié)果來看，在“傳熱學(xué)”課程教學(xué)中采取調(diào)整課堂教學(xué)重心、前置理論教學(xué)、加強(qiáng)課前預(yù)習(xí)、增加科研式實踐、采用全過程考核模式等措施后，學(xué)生課上學(xué)習(xí)的主動性明顯提高，形成了廣泛思考、互動交流的良好學(xué)習(xí)氛圍，扭轉(zhuǎn)了以往學(xué)生對“傳熱學(xué)”課程枯燥、抽象的印象。同時，培養(yǎng)了學(xué)生理論聯(lián)系實際的能力，使學(xué)生在明確傳熱學(xué)理論知識的前提下，主動聯(lián)系專業(yè)背景，思考如何解決傳熱學(xué)的實際問題，真正做到引導(dǎo)學(xué)生明確應(yīng)該學(xué)習(xí)什么、為什么要學(xué)、怎么學(xué)，取得了良好的教學(xué)效果。2021年采用新的考核方式后，學(xué)生的“傳熱學(xué)”課程成績與前三年相比，優(yōu)秀率（大于90分）達(dá)到了21%，低于70分的比例不到10%，教學(xué)效果取得了明顯提升。

結(jié)語

“傳熱學(xué)”作為消防工程專業(yè)的一門重要專業(yè)基礎(chǔ)課程，其教學(xué)效果直接影響學(xué)生對傳熱學(xué)問題的理解和創(chuàng)新思維的培養(yǎng)。因此，結(jié)合課程特點，堅持理論結(jié)合實踐，改革優(yōu)化教學(xué)模式，使“傳熱學(xué)”課程的教與學(xué)都變得富有吸引力，這樣不僅有助于強(qiáng)化學(xué)生的理論知識，還能夠提高其解決專業(yè)問題的能力及綜合素質(zhì)，對培養(yǎng)消防工程應(yīng)用型人才具有重要作用。

參考文獻(xiàn)

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［7］曲明璐，王麗慧.基于工程人才培養(yǎng)的傳熱學(xué)教學(xué)改革策略［J］.西部素質(zhì)教育，2017，3（21）：143.

Teaching Reform and Application of Heat Transfer Course for Fire Engineering Major

YU Zhi-jin

（College of Safety Science and Engineering， Xian University of Science and Technology， Xian， Shaanxi 710054， China）

Abstract： According to the training goal of fire engineering application compound talents， combined with the knowledge structure and curriculum characteristics of heat transfer， the main problems existing in the classroom teaching and practice teaching of “heat transfer” in fire engineering specialty of Xian University of Science and Technology were analyzed. In order to construct a student-centered classroom teaching system and stimulate students interest in heat transfer， the main contents of teaching reform are proposed from four aspects： teaching contents， teaching methods， practical teaching and evaluation methods. The teaching results and quality have been effectively improved through teaching practice， the ability of students to apply the theoretical knowledge of heat transfer to analyze fire-related problems has been better educated ， and the role of “heat transfer” as the basic course of fire engineering major has been brought into full play， which is widely accepted by students.

Key words： fire engineering; heat transfer; classroom teaching; reform