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传热学课程教学改革
徐 青 凌长明
（广东海洋大学机械与动力工程学院, 广东 湛江 524025）
［摘 要］ 传热学是能源动力类专业的一门重要专业基础课程, 对学生专业课程的学习和应用能力的提高有着重要影响.针对传热学的课程特点和内容分布特色, 以具体案例的形式探索了不同教学方法和不同考核方式在传热学教学中的应用, 以达到激发学生学习兴趣, 培养学生创新能力, 提高课堂教学质量的目的.
［关键词］ 传热学； 教学方法； 课堂教学； 教学改革
［中图分类号］ G642.0 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 2095-3437 （2018） 10-0059-03
传热学是研究热量传递及其规律的一门学科, 是工程热物理的重要分支, 它与工程热力学和流体力学并称能源动力类专业的三大支柱.作为一门应用学科, 其在热能动力、 石油化工、 航空航天、 生物医学和建筑节能等领域得到了广泛应用.
传热学的教学不仅要为学生学习专业课提供基础理论知识, 还要培养学生分析、 解决问题的能力.但是传热学课程内容多并且不够连贯, 还存在大量经验参数和公式, 同时该课程需要较深、 较广的数学基础, 对学生的学习基础要求较高.现有的教学方法往往偏向于介绍原理、 推导公式, 再用公式解题.这种教学模式忽视了学生主动学习能力和创新能力的培养, 不利于锻炼学生应用传热学知识解决实际工程问题的能力［1］ .
本课题组在广东省教学改革项目和广东海洋大学教改课题 “应用科研案例教学法的热工基础教学改革研究” 项目的支持下, 为达到培养学生的主动学习能力、 工程应用能力和创新思维能力的目的, 在传热学课程的教学中采用相关科研工程案例引入法、 运用基本理论解决日常问题及分析比较法等对课程的教学过程进行了尝试, 同时对课程的考试方法进行了探索, 以期达到提高传热学课程教学效果的目的.
一、 日常生活问题讨论教学
教师的教与学生的学是互相促进的过程, 培养学生的自主学习能力, 是提高学生学习效果的有效途径.为了强调学生在学习过程中的自主学习能力, 在教学过程中应以学生为主体, 教师在课堂教学过程中以引导式教学为主.教师在课前收集与本节课程内容有关的日常实例, 加以组织, 让学生在课下通过学习小组提前思考和讨论, 激发学生课前预习的热情, 同时调动学生课堂学习的主动性和积极性.教师在课堂上从该问题入手,讲解基本理论, 给出解决问题的方法, 加深学生学习的印象.这种通过问题引出基本的理论, 再运用理论解决实际问题, 最后再升华到理论的教学方式激发了学生学习的主动性.比如在进行热量传递的基本方式介绍之前, 我们提出的问题是： 暖水瓶保温的原因是什么？这种日常生活中很明显的问题, 学生都懂得一些, 但上升到理论就很难说得全面.另外, 我们设置了小型实验模拟讲解, 比如将蜡烛加热盛水的纸杯, 问学生水是否能被烧开？纸杯有没有可能燃烧？通过这些日常问题, 激发学生的兴趣, 引发大家的讨论和思考, 这样的课堂教学效果明显得到提高.
本课程的教学内容较多, 概念、 原理和公式也多, 对于教学过程中不适合用日常生活实例引出的知识点和理论可以在教学过程中引入别的方式, 以达到好的教学效果.在教学过程中引入的问题, 首先要与教学内容相符合, 此外还要依托理论对实际问题进行提炼, 将基础知识和处理过程与方法结合在一起.有时候日常生活中看似比较普通的问题也可能包含着相当多的理论知识, 为达到好的教学效果, 我们需要在教学过程中适当引入.例如, 在相变对流传热过程中我们可以提出： 用多层蒸笼蒸馒头, 层与层之间用钢丝网隔开, 在有顶盖和无顶盖的情况下哪层馒头最先熟［2］ ？这是一个日常生活中常见的案例, 也是一个生活常识.学生在课前积极思考, 在课堂教学中提出对流换热机理的理论分析.通过理论学习分析强制对流与自然对流、 有相变与无相变对流换热的强弱问题.课前学生可能知道馒头有盖时上层、 无盖时下层会先熟, 但无法运用理论解释.经过理论学习和案例讨论后, 学生明确了从机理上强化换热的原则.课堂教学知识点与实际问题相结合, 加深了学生对基础知识的理解和掌握.
二、 科研案例教学
科研案例教学法是在案例教学法的基础上, 通过分析课程的特点和课程的教学现状, 在教学内容上尝试选用专业任课教师、 课题组以及其他一些可以借鉴的已完成的科研项目, 将这些科研项目应用到该课程的基础知识中, 通过将这些年的科研项目设计、 组织并呈现于课堂［3］ .我校能源与动力工程专业教师每年都承担或参与很多科研项目, 其中大多是国家级和省级科研项目,具有较高的科研水平和参考价值, 这些科研项目在实施的过程中不可避免地需要应用到专业知识.教师收集教研室历年来承接或参与的这些科研项目, 以及文献资料中可用于工科生传热学课程教学的科研案例, 根据教学内容和学生的兴趣特点, 对这些科研案例进行精心的概括、 组织, 以此作为教学案例呈现给学生.比如在讲解肋片的稳态导热时, 利用课题组所承担的航空发动机涡轮叶片尾缘扰流柱的流动和换热问题研究的科研项目, 分析肋片导热的机理和效率等.授课章节需选择代表本章重点的科研案例, 并针对专业特点做重点选择,让学生在具体的科研案例中牢固掌握该课程的理论知识, 加深对知识的理解.通过对这些案例的掌握到理论知识的应用来激发学生的学习兴趣, 培养学生的创新能力, 形成理论与实际相结合的教学方法.
教学案例引入的手段可以是文字描述, 也可以是多媒体或者图表等.教师将案例呈现后, 根据教学目标,在教学过程中来循序渐进地启发学生, 不断引导学生积极地进行思考； 课堂形式也可以灵活多变, 比如让学生组成多个小组, 每个小组合作分析和讨论案例中的各种问题, 探索解决问题的方法, 通过这样的方式培养学生应用理论知识解决实际问题的能力.
在案例教学环节同时引入学生参加节能减排大赛和大学生创新实验项目的内容, 利用学生自己的方案来分析如何结合理论知识解决实际问题的能力［4］ .这样的方式使学生觉得自己能更好地参与到学习之中, 这既加强了学生对理论知识的理解, 又增强了学生参与科研的热情, 很多学生由此爱上科研, 从而考取研究生, 为就业扩宽了渠道.
三、 工程案例教学
传热学课程是能源与动力工程专业的专业基础课,课程主要是为后续专业课的学习打下基础.课程本身虽然是专业基础课, 但也具有很多实践问题.我校能源与动力工程专业部分教师长期从事冷库设计、 空调设计安装和换热器改造等工程项目, 将这些工程实际项目归纳整理, 然后与课程知识对接, 可以使学生更好地体会到如何将理论知识应用于实际工程, 这扩宽了学生的视野, 消除了学生认为学习理论知识无用和不知如何用的想法, 激发了学生的学习兴趣, 强化了学生的工程观念［5］ .
另外, 能源与动力工程专业与学校周边的部分企业有紧密合作关系, 可聘请企业的工程师来结合生产实际进行学术交流.比如在专业认识实习环节、 课程设计环节和毕业设计环节等, 聘请企业高工共同指导学生, 将企业的生产实际带入教学过程之中.通过这种教学空间的拓展和延伸以及生产一线的工程实践, 可以增强学生的自主创新能力, 激发学生的学习兴趣, 丰富学生的专业前沿知识, 更好地实现学校与企业的对接, 加强校企合作； 同时, 学生也能够在毕业工作时加快向工程师的转变.
四、 比较分析法教学
比较分析法教学是教师常用的教学方法.比较分析法在巩固容易混淆的概念, 推进其不同应用时具有独特的优势［6］ .教学效果的好坏不仅仅要看教师的授课内容是否涵盖教学大纲, 也不单是看教师在教学过程中的态度是否认真, 还要看学生在整个课程的教学中的学习效果, 其对知识的掌握和理解是否达到要求.教师把相关联的知识点归纳总结, 然后进行比较分析, 通过比较让学生加深印象, 加强理解, 这达到了较好的学习效果.在对流换热章节, 我们可以把自然对流与无相变强制对流进行比较, 对流动的起因、 状态、 换热过程中的温度场和速度场的特性等进行比较, 从而让学生加深对知识点的理解, 达到提高教学效果的目的.另外, 可以对照分析相关的工程案例, 将理论学习与实际运用联系起来.
五、 改进考核方式
考试是检验学生学习效果的最好办法之一, 并且考试成绩也对学生的学习具有检查和激励作用.将考试融入学习的过程之中, 可以加强学生在考试和学习过程中的主体地位, 使考试成绩能更公正地反映出学生的知识水平和学习能力.为培养学生的积极性和主动性, 课程授课结束时教学团队的教师就给出题型, 比如名词解释、 判断、 简答题和计算题等, 让学生自己根据这些题型自行出题, 每人可出30道题, 能源与动力工程专业有6个班级180个人, 这相当于一个试题库.
这种针对自己出题的考试方法让学生感觉很新鲜,学生很愿意尝试.在实际操作过程中学生发现要想出好试题, 首先必须要掌握好每章的基础知识, 然后再归纳总结, 出题的过程是一个很好的自我复习的过程.同时每个学生所认为的每章的重点难点不一定相同, 这样学生就会仔细阅读课本, 并找出书中自己认为比较重点的内容进行出题.大量的这种题目汇总在一起, 涵盖了整本教材的重点难点, 并且这些是学生自己认为难以理解和不好掌握的知识点, 这更能起到让学生巩固、 理解和加深印象的作用.学生在出题过程中还会思考哪里是容易出错的, 哪里是大家都会的.在这样的模式下,大家对课程知识点的思考将得到进一步提升.出题形式的灵活多样, 也让学生复习的时候需要做到面面俱到, 很多教师可能没想到的问题学生都有可能在试题中体现出来.这样灵活的方式要求学生在复习的时候需要对整本书的知识点加以理解和掌握, 这样才能达到学习的目的.
另外, 学生所出的题目也可能存在错误, 或者由于每个人学习能力的不同, 试题的质量也不一样； 有的很简单, 这时候需要任课教师付出大量的工作来把好质量关, 对试题进行筛选.通过查看学生所出的试题, 教师可以了解大家哪些教学内容理解得较好, 哪些教学内容理解得不够好, 这样可以在将来的教学中加强对这部分内容的讲解.通过学生自己出题, 任课教师还可以了解学生的学习差异, 学习好的学生所出的题目都比较综合, 具有一定的难度, 对课本理解得较好, 再加上学生之间更能够清楚哪些知识点不容易掌握, 所以题目的难度、 综合性和创新性比较好.学习成绩普通的学生, 由于对知识的理解不够深入, 所出的题目很多都是简单明了的.任课教师根据学生所出题目的难易程度可以区分出哪些学生课堂和课后认真学习, 这可以作为给出平时成绩的依据之一.
另外, 还可以把历年来学生相对容易错的试题和知识涵盖面广的试题收集整理, 放进试题库, 不断完善试题库的内容.学生要想考出好的成绩, 就需要掌握试题库的内容, 这就要求大家同时要理解、 掌握其他同学所出的试题, 这样能提高学生的学习主动性和积极性.让学生自己出题自己考自己这种考核方式的转变, 可让学生加强学习, 更好地掌握知识； 教师也可通过分析学生的试题, 对教学过程进行思考, 针对试题库中所反映的问题进行教学的整改和完善.
六、 组织学生参与各类竞赛活动
结合大学生节能减排大赛、 制冷大赛和挑战杯竞赛等各类活动, 组织学生自由组成团队参与各类竞赛活动, 运用所学知识解决实际问题.在各类竞赛活动中,教师参与辅导学生, 实验室教师指导学生自己加工安装实验部件, 同时规范操作, 按工程实际指导学生实操技能, 提高学生的思考能力和动手能力.
通过参与各类竞赛活动, 学生有了自主学习的动力, 能自主查阅文献, 加深了对基础知识的理解, 理解了基础知识在实际的应用.同时, 这还激发了学生的科研兴趣, 学生的考研率也大幅增加, 学生在全国大学生节能减排大赛等各类竞赛中获得各类奖项多项.
七、 结语
传热学课程教学的教学理念应当是理论结合实践,同时注重思维创新, 并且鼓励科学探索.根据教学中的重点和难点应用不同的教学方法和教学方式, 将理论教学、 实验教学和工程实践紧密结合起来, 激发学生的学习兴趣, 使传热学的教与学都变得富有吸引力, 这样能够更好地培养学生的专业技能和创新能力, 提升学生的综合素质, 达到提高教学质量的目的.
教学改革论文范文结:
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