传热学教学中的体会赵宇含

　　中图分类号：G424 文献标识码：A

　　Abstract Heat transfer is a very important professional basic course in Energy and Environmental Systems Engineering professional direction， but also a comprehensive interdisciplinary curriculum. From the characteristics of the course， combined heat transfer teaching experience， analyzes some problems existing in the teaching on how to mobilize the enthusiasm of students， improve teaching quality is discussed. Hope to provide some reference for other similar courses or professional education.

　　Key words heat transfer； teaching； Energy and Environmental Systems Engineering

　　0 引言

　　传热学主要研究热量传递的机理、规律、计算和测试方法等基础理论知识。传热现象与过程广泛存在于自然界和工农业生产、高新科技及交叉学科前沿的各个领域，在能源（包括常规能源、核能、可再生能源）、动力、制冷、化工、建筑环境、微电子、航空航天、微机电系统、新材料、纳米技术、军事科学与技术、生命科学与生物技术等领域中大量存在热质传递过程与热控技术问题。传热学是当今科学技术发展的最重要的技术基础之一。

　　目前，国内外高等学校都对该类课程给予了高度重视。传热学课程已经成为能源动力类、机械类与建工类等院系重要的平台课。传热学课程中除了介绍国内外成熟的定论以外，还要大量介绍国内外最新的有关研究成果。通过各环节的教学，应使学生获得热量传递规律的基础知识，具备分析工程传热问题的基本能力，掌握计算工程传热问题的基本方法及一定的实验技能，不仅为学生学习有关的专业课提供基本的理论知识，而且也为以后从事热能的合理利用、热工设备效能的提高及换热器的设计等方面的工作打下必要的基础。

　　1 传热学课程的特点

　　“传热学”课程从热量传递的三种基本方式入手，主要介绍热量传递的基本规律，为学习后续“供热工程”、“空气调节”、“制冷原理及设备”、“热源设备”、 “热泵技术”和“建筑节能技术”等课程提供必要的理论基础。“传热学”作为学科基础理论课，其牵扯的概念颇多，理论性很强。其中一些新的理论和新的概念对学生来说不易理解和掌握，增加了课程学习的难度。该课程（能源与环境系统工程专业）的知识模块顺序及对应的学时如下：热能传递基本方式及传热过程，4学时；导热基本定律，2学时；一维和多维稳态导热求解，2学时；非稳态导热，4学时；导热问题的数值解法，4学时；对流传热的理论基础，4学时；单相对流传热的实验关联式，4学时；相变对流传热，4学时；热辐射基本定律及物体的辐射特性，4学时；辐射换热的计算，4学时；传热过程分析与换热器热计算，4学时。

　　2 “传热学”教学中存在的问题

　　在教学过程中，学生普遍会反映“传热学”学习难度大。根据调查笔者认为难学的原因主要有以下几点：

　　（1）传热学本身内容涉及到的高等数学基础知识深而广，而且对传热的研究历史较长，前人总结了大量的概念、公式。例如在传热学的理论推导中经常用到微积分、泰勒展开、偏微分方程组的求解方法等。而且刚接触传热学的低年级学生在与高年级学生的交流中就会得到类似传热学特别难的印象，增加了畏难情绪。同时传热学内容分散，各主要部分相对独立。由于课时安排和教学大纲的限制，以学生为主体的研究性学习内容较少，以锻炼学生工程实践能力为目的的实验教学内容较少，使得学生缺乏分析和解决实际问题的能力。

　　（2）在对流传热内容的学习过程中，由于其牵扯到流体力学的纳维斯托克斯方程，而N-S方程本身就是流体力学学习的难点，所以大大增加了对流传热的复杂性。特别是关于湍流流态的对流传热和相变对流传热，目前还不能从理论上推导出实际情况下的努赛尔数计算公式，大部分都是使用经验关联式的状态。学生会感到难以理解。

　　（3）在传统的单向灌输式教学中，教师与学生之间的互动较少，很难激发学生的学习兴趣和独立分析解决问题的意愿。同时部分学生学习态度不够好，怕吃苦不努力，对新的课程未作预习，课后也没有独立完成作业和复习。学生对传热学的基本原理未能深刻理解，而是停留在机械记忆的层面上。

　　（4）期终考试采用传统的闭卷考核方法不够合理。为了应对考试，学生复习时认真推导公式，多做习题，但传热学这门课程的概念多、方程多、经验公式多，学生无法全部背出。对考试的命题范围有很大的限制。同时也不利于培养学生的独立思考能力，更无法对学生是否达到卓越工程师的要求进行考查。

　　3 教学方法的探讨

　　3.1 调动学生学习的积极性

　　兴趣是最好的老师，如果学生缺乏学习的兴趣，必将只能为了应付考试而机械记忆，更不可能做到运用学习的知识来解决实际中的问题。而调动学生的积极性，要从第一节课始，到最后一节课终。在一开始给学生介绍传热学这门课程时，可以通过图片展示传热学知识在传统工业、高新技术、节能环保和日常生活中的应用。在授课过程中，将授课内容与日常生活中的现象以及在建筑、冶金、化工、航天等行业的广泛应用结合起来。比如在讲授临界热绝缘直径内容时，先以生活中的现象为例，提问是不是冬天带上手套就一定能起到保暖的作用。再引申到在工业管道外部附加保温层是否就一定能达到保温的效果。学生通常都会想当然地认为是。这时以电线散热等实例说明附加保温层后散热量并不一定减少，甚至有时会起到增强散热的效果，这会大大激发学生的好奇心和探求原因的欲望。在明白了机理后，学生会深刻地理解和记忆能否保温还得看绝热层外径的大小，当绝热层外径小于临界热绝缘直径时起不到保温的作用，相反可以增强换热。再如对于能源与环境系统工程专业来说，空调系统中最重要的两个部件是蒸发器和冷凝器，都为相变对流换热器。其中蒸发器中制冷工质沸腾吸热，冷凝器中制冷工质凝结放热。其换热的机理都来自教材中相变对流传热章节。在该章节讲述之前，可以从学生们日常中经常接触的空调系统为引入点，提起学生的学习兴趣。这样能够激发学生的学习主动性与积极性，加深他们对知识的理解和掌握程度，增强他们分析问题和解决问题的能力，有利于他们学习能力的提高和创造性思维的培养。 　　3.2 优化组合教学方法和手段

　　教学方法是多种多样的，如发现式、启发式、提问式和讨论式等。不同课程采用的教学方法不同，即使是同一节课，也往往需要采用多种教学方法。同时在教学过程中采用现代化的电子技术和信息手段，包括光学媒体、音响媒体、计算机教学系统和各种教学软件的应用。这样可以使课堂教学包含更大的信息量，同时对实践教学的不足给予一定的补充。但要避免出现杨叔子院士列举的多媒体教学中多种错误形式和问题，如 ：“照屏宣科”、“人幕分离”、“对屏讲解”、“快速浏览”等。更不能将PPT变成“骗骗他”。

　　3.3 教学内容和实际实践相联系

　　在教材的选择上，本课程选用杨世铭、陶文铨所编的高等教育出版社的《传热学》（第四版），该书在内容上由浅入深，循序渐进，在介绍基础知识的同时，也积极反映了传热学发展的前沿知识，如纳米传热学的基本知识等。该教材包含典型的例题与习题，对较为复杂的实际问题进行了详尽的分析，十分接近工程实际。但随着传热技术的发展和其他学科之间的交叉程度大大提高，许多新的研究手段得以出现。传热技术的工程应用领域进一步扩大，也因此使得传热学的内涵得以丰富。随着能源学科和相关行业的发展，需要不断更新教学内容，使学生接收到最新的知识内容。因此在教学内容的选择上，适当删减了一些比较繁琐的数学推导内容，如非稳态导热中一维无限大平板分析解的推导过程。此外也增加了一些传热技术新发展的内容，如微尺度的传热等内容。同时在教学中要注重培养学生的工程观点以及工程实践能力。工科院校的教学必须注重学生工程实践意识的培养和工程设计能力的训练。

　　3.4 改进实验教学

　　传热学的实践性很强，像一些复杂的传热问题的规律都是通过实验总结提出。当前，我校传热学的实验教学上对学生的实践创新能力的锻炼还有所欠缺，比如课时安排较少，实验教学内容不够丰富，大部分内容依然是基于课堂所讲知识而进行的验证性实验。再如实验教学设备和仪器数量不多，往往多人一机，不少想体验实验过程提高动手能力的学生未能得偿所愿。因此，对于传热学教学十分重要的实验教学需要加以改进，除了巩固课堂授课的内容以外，还应该注意培养学生的实际动手能力、综合设计能力和总结归纳能力。传热学的课内实验可不仅仅局限于验证性实验，同时应增加开放性、综合性的实验内容。以期提高学生的综合分析能力和解决问题的能力。

　　3.5 改进考核模式，注重考查学生能力

　　针对闭卷考核方式的不足，同时避免开卷考试带来学生的惰性和依赖性，我们尝试在考核成绩的最终评定时，采用平时成绩加考试成绩的形式。平时的课堂表现、互动参与情况、作业占总成绩的30%，考试成绩占总成绩的70%。提高课堂互动讨论中的表现占平时成绩的比重，以促进学生的参与度。同时对试卷的命题范围可以尝试参考大学英语四、六级考试，即将试卷分为A、B两部分。其中A部分主要考核学生对基本概念、基本方程、基本原理的掌握情况，采用闭卷的方式要求学生在一定的时间内完成并上交；B部分主要考核学生应用传热规律解决实际问题的能力，主要是实验关联式的应用，采用开卷形式。

　　4 结语

　　如今的大学正处于一个快速变革和飞速发展的时期，在发展变化中搞好教学仍然是教师们的主要任务。传热学作为能源与环境系统工程专业重要的学科基础理论课程，其教学效果十分重要。在课堂教学仍然是培养大学生的主要途径的前提下，我们应激发学生的学习兴趣，以培养学生分析问题、解决问题的实际能力为主导思想，探索有效的教学方式和方法，提高教学质量和效率，顺利实现教学目标，使学生取得更好的学习效果。

　　基金项目：上海工程技术大学课程建设项目，传热学课程建设，k201201002

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