“传热学”课程教学方法分析与实践

摘要：“传热学”是能源动力类专业的主要专业基础课程，进行“传热学”课堂教学环节改革对提高学生实际应用水平和培养创新能力具有积极意义。分析了传统课堂教学中存在的问题，从多方面探讨和提出了适合创新型人才培养的课堂教学途径和方法，阐述了热能与动力等专业“传热学”教学实践的思路与具体实施方法，并进行实施，效果良好，可以对国内高校其他类似课程或专业的教学提供一些参考和借鉴。

关键词：传热学；教学改革；教学方法

作者简介：齐晓霓（1974-），女，山东临淄人，山东理工大学交通与车辆工程学院，讲师；刘永启（1965-），男，山东枣庄人，山东理工大学交通与车辆工程学院，教授。（山东 淄博 255049）

基金项目：本文系山东理工大学教学项目基金“传热学教学方法的研究与探索”（项目编号：112024）的研究成果。

中图分类号：G642.421 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）32-0091-02

“传热学”是高等学校能源动力类、化工制药类、航空航天类、机械类、环境与安全类等专业的主要专业基础课，其与“工程热力学”、“流体力学”一起被称作热工类专业的三大支柱，[1，2]由此可以看到这些课程在上面专业中占有非常重要的地位。只有认真掌握这三门课程，才有利于后面课程的学习和相关的工作研究，所以要求教师在实际教学过程中，运用新型教学方法，采取先进教学手段，保证教与学都能达到最佳目标。本文根据“传热学”的课程特点，依据笔者自己的教学经验，从课程定位、教学方法以及培养学生的实际应用水平和创新性思维等方面，针对教与学的过程中出现的问题及解决要点进行分析和探讨。

一、明确课程定位

传热学是研究具备温度差异时发生的热量传递规律和测试的科学。因为自然界和不同生产领域普遍存在着温度差异，所以传热现象非常广泛。传热学也普遍应用在现代科学技术当中，是能源动力、化工制药、机械、航空航天等领域的必备技术课程。具有很强的实践作用，在具体学习过程中要重视基本概念和基本理论的掌握。因此在教学中要重视理论与实践相结合，使学生学会分析问题和解决问题的思路和方法，提高工程分析的能力，注重学生能力的培养，提倡节约能源，让学生灵活运用各章的经验公式和通过图表进行计算的能力。同学们在传热学的学习过程中普遍存在的问题是学习时不觉得有多难，但处理具体问题时却感觉力不从心、无从下手。究其原因，传热学的理论推导较多，而且经验公式难以理解和记忆，做习题时学生难以下手。

在教学实践中，笔者发现并归纳出中学时学过的能量守恒原理作为一条横线贯穿着传热学计算问题的始终，能将复杂的问题简单化。以导热问题的数学描写为例来说明这种方法的思路，[3]在要研究的物体中任意去除一个微元平行六面体作为该微元体能量收支平衡的分析对象。假设物体中有内热源，它代表单位时间内单位体积中产生或消耗的热量，在空间三个坐标方向上，将任一方向上的热流量分解成x、y、z坐标轴方向的分热流量，对于微元体应用能量转化和守恒定律建立起能量平衡关系式，即导入微元体的总热流量+微元体内热源的生成热=导出微元体的总热流量+微元体热力学能的增量。将三个方向上的能量平衡关系式写出后，相加即可获得总的能量平衡关系式，然后将各项热量传递方式的表达式代入平衡关系中求解，该方程可以针对物体的边界条件用简单积分求解。无论使用导热微分方程式直接结合边界条件求解还是简单积分求解，通过上述两种方法的讲解，可以让学生思路清晰，处理实际问题时起到事半功倍之效。如果在实际问题中出现了更复杂的热传递问题，可以划分不同的单元，一个个解决。将这种能量守恒的思路融入整个教学过程中，可以使学生加深对各章节中定律的连贯理解，达到了相当好的教学效果。

二、优化教学内容，适应传热学技术发展

世界范围内科学技术的迅速发展和我国经济建设取得的显著成就都对“传热学”课程的发展产生了积极的影响。尽管传热学的基本规律并无变化，但是研究手段的发展和工程应用领域的扩大进一步丰富了传热学的内涵。与此同时，在我国加入世界贸易组织以后，关于高等教育的国际化与本土化已成为热门话题，部分国外优秀的原版教材被引进了大学讲台上。如何借鉴国外优秀教材，不断更新教学内容，让学生经常接触到本学科的前沿知识，成为“传热学”教学中的必要任务。传热学的发展日新月异，为了适应我国相关行业的发展，体现本学科的进展，要使学生学到最新的知识，必须不断更新教学内容，把最新的知识引入到教学中。因此在教学内容的选择上，删减了部分比较繁琐的数学推导内容，如一维无限大平板非稳态导热分析解的推导过程等；对于传统传热学中相对陈旧的内容也做了删减，包括管内湍流传热的齐德-泰特公式、米海耶夫公式、流体横掠管束的格里森公式等；增添了教材上没有涉及或涉及不深的有关传热学新技术的内容，如微纳米传热内容、强化单相对流换热的纵向涡方法。

向学生传授知识，同时也是培养学生分析问题、解决问题能力的过程。从人才培养的整体计划来看，培养能力是更为根本的任务，因此在教学过程中对这一任务做了很大的努力：在每一章节末增加了本章内容的应用部分，举例更为接近工程实际，需要学生应用更多知识进行综合分析；对例题进行讲解时更为注重较为复杂的实际问题的分析和讲授，对此类问题分层次进行剖析讲解；在每一章最后增加了小论文题目，在教学实践中组织学生撰写与课程学习内容相关的小论文，激发学生的学习兴趣，培养分析问题、解决问题的能力。

三、“传热学”教学中的教学方法分析

大部分高校教师的教学模式都已从“独角戏”式的填鸭式教学过渡到“教与学的互动阶段”，例如在课堂教学中不再是教师一人唱独角戏，而是采用提问回答式、小范围对话式、逻辑启发式等教学方式，因材施教，因人施教。随着教育改革的逐步深入，现代科技的发展对教学的影响越来越大，例如为了使教学过程信息量增大，生动形象，激发学生的学习兴趣，大学课堂中大部分课堂教学都采用多媒体教学。[4]那么，“传热学”采用多媒体教学是否能够达到预期的教学效果呢？“传热学”是以传导、对流、辐射和换热器四大内容去展开的。所以在教学中适当辅以多媒体课件有利于讲清有关现象的物理本质和基本原理。比如在介绍三种传热方式时用空调制冷过程、烧开水的过程等生动的动画，来说明热量传递的分类，就能使学生留下非常深刻的印象。肋片导热一节中，同学们对稳态下的肋片沿着热量传递方向的热量逐渐减少这一动画过程去分析问题时，很快就明白了肋片的导热实质与传统的一维稳态导热过程的差别。

但在实际教学中，运用多媒体课件教学并不是为了运用现代教学方法。那么运用多媒体课件是否可以收到良好的教学效果呢？笔者调查了很多学生，他们大多认为：“传热学”中的纯理论推导难度很大，如果仍然采用多媒体课件，很难留下较深的印象，无法真正领会推导过程，虽然多媒体课件信息量大，但不逐步推导，能接受的内容就会很少，收效甚微。所以“传热学”作为一门专业基础课程，如果在教学活动中运用多媒体，就要预先确定教学内容。在讲解基础理论时，要以板书为主。多媒体课件作为一种辅助手段，把抽象的事物用生动的语言和画面展现在学生面前，更加形象和具体，再列举一些生活当中的实际例子，可以使教学活动收到良好的效果。在讲解较为复杂的公式时，最好的办法是板书，再加上对学生的提问，可以调动学生的学习兴趣。把理论的讲解和生动形象的事物联系起来，有利于学生掌握。学生在学习过程中，对不易理解的内容要适当做些记录，不但可以调动学生的学习积极性，而且取得了良好的教学效果。

四、考试方法及成绩评定方法改革

为了考核学生解决实际问题的能力，调动学生的学习积极性，死记硬背的内容不列入考核范围。笔者在“传热学”的考核中也进行了改革。考试采用三种考核方式综合进行，这三种方式是闭卷、开卷和大作业。任课教师在进行课程考核时要出具两套试题：一套试题是开卷，主要目的是为了考核学生运用所学内容分析实际传热问题和解决实际传热问题的能力，并且在开卷试题中也要有考查学生创新能力和创造性思维的内容；另一套试题为闭卷试题，主要用于考查学生对课程的基本概念、基本理论和基本规律等基础知识的掌握程度，题目主要包括简答题、选择题、填空题、名词解释等。开卷试题和闭卷试题的考试时间和分值分别占总考试时间和分值的50%。开卷考试和闭卷考试在同一考场中先后进行。

学生的成绩评定方法由传统的考试成绩评定改为“考试成绩+实验成绩+平时成绩”综合评定。为了提高学生的学习积极性，并保证学生的大作业质量，提高学生参与课堂讨论和课堂讲授的能动性，任课老师在课程一开始就要在课堂上宣布最终成绩的评定方法：考试成绩占总成绩的60%；实验成绩占总成绩的10%；平时成绩考核根据课堂讨论情况、回答问题、大作业成绩综合评定，占总成绩的30%。

五、教学效果

1.课堂和实验课教学效果

通过一个学期的教学改革思路下的教学设计和教学实践，笔者发现学生在课堂上能够积极主动地思考和回答问题，对“传热学”的学习比往届学生兴趣更高，在任课教师的引导下能够主动思考解决传热学问题的流程，主动查阅笔者提供的参考书目并提出问题。在导热、对流及辐射换热的实验课上，大多数同学能够自发、独立、主动地完成三个基本实验，有些同学还与教师探讨更深入的实验验证分析解的问题，完成笔者布置的选做内容。

2.大作业反馈教学效果

由于学生较多，从120个学生中抽查了交上来的50份大作业，学生在选题上发挥了积极性和主观能动性，选题范围从生活实例到气候变化，再到工程实践，如天气现象谚语中蕴含的传热基理、太阳能利用，制冷系统中的传热学应用等，涉及到“传热学”各个章节的内容。大部分学生还通过查阅相关文献和主动思考，初步掌握了模型建立、数值模拟及结果分析并验证这一流程，得到了一次系统的科学分析方法训练。学生在查阅资料并完成大作业的过程中，不仅巩固了课堂上教授的基本内容，还自发引入其它课程或参考资料中的信息并将信息加工消化，例如进行传热过程分析的火用分析方法等。

总之，学生在学习过程中发挥了主体作用，提高了综合分析能力和创新能力。

六、结束语

总之，课程教学没有固定的模式，在实际教学中做到因人而异、因材施教是有一定难度的。作为教师，要不断应用新型教学方法，提高个人修养，制作丰富多彩的多媒体课件。要想使全部学生顺利完成学习任务，不但要适当运用多媒体课件辅助教学，还应经常和学生进行交流，有目的地指导学生，提高学生的学习兴趣，使全部学生感受到学习的乐趣，获得努力学习的动力。

参考文献：

[1]刘立平，师少鹏.传热学课程教学的改革探索[J].高等农业教育，

2004，（3）.

[2]刘晓慧.传热学课程内容分类教学法[J].建材高教理论与实践，

1996，（3）.

[3]涂虬.热平衡法在传热学教学中的应用[J].武钢职工大学学报，

2000，（1）.

[4]李敏，李湛.工程热力学与传热学多媒体应用分析[J].理工高教研究，2004，（2）.