浅谈素质教育与传热学教学改革
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作者: 张鹏 孙宝芝 杨龙滨 贾俊曦
摘要：《传热学》是能源动力类学科的专业理论主干课，具有十分重要的地位。结合高等教育中关于素质教育的理论，分析了《传热学》传统教学方式存在的问题，并根据笔者在教学改革中的具体实践，在课程结构优化、互动式教学模式、多媒体教学方式的应用及考核模式等方面提出了自己的看法。实践证明，新的教学方法更能满足当前教育发展和人才培养的需要。
关键词：素质教育 传热学 教学改革
《传热学》是研究具有温差情况下的热量传递规律的学科。它和《工程热力学》、《流体力学》都是能源、动力、化工和建环等学科的主干技术基础课，它们是进一步学习专业课的基础，是这些专业的支柱课程，因此学好此课程非常重要。
一、教学中存在的问题
1.课程结构
《传热学》作为一门应用性很强的基础课程，在引导出三种传热方式时涉及到了很多高等数学知识，同时由于这门学科的发展历史较长，内容多且散，各部分相对独立，连贯性差；图表和经验公式、半经验公式多，比较难于理解，学生掌握起来有比较大的困难。目前，我校热能与动力工程专业此课程的学时安排为56学时，其中授课48学时，实验8学时。应用传统的教学方法的效果是：教师对内容讲得很细，学习好的学生感觉许多的推导没必要，学习一般和差一些的学生感觉内容太多，学生普遍不知道该如何利用所学知识解决实际问题。这些都说明学生对整个课程的体系结构缺乏了解，只是“为考而学”而非“为用而学”，其结果就是学生缺乏分析和解决实际问题的能力。
2.教学模式
传统的以教师为中心的教学模式重视知识的传授，在很大程度上不要求学生的主动参与，教师与学生之间的互动是单向的，仅仅是教师问学生答。
在传统的教学质量观念中，需要教师能够按照教学大纲对所要求的内容进行系统的讲解，使学生接受知识的思路比较清晰、完整，学生不用过多地看书就可以获得完整的课程知识体系，一本记录详尽的学生课堂笔记本身就像一本教科书的纲要，学生接受这些知识的过程显得相对轻松、容易理解。无论是管理者还是学生，一般都认为这样的教师就是一名优秀的教师。但是，这种教学方法仍然属于“灌输式”教学，学生接受的信息只是来源于教师的灌输，而非自己对知识的探求。这样的教学方法显然难以满足在传授知识的过程中培养学生的独立分析、解决问题的能力这一课堂教学的目的，更难以达到高等教育培养高素质人才的宗旨。
3.多媒体应用
多媒体教学是将文字、图形、动画、视频、声音等多种信息加工组成在一起来向学生呈现信息的一种教学手段，是教学改革的主流，它具有信息量大，传播速度快、直观效果强等特点，可以大大提高单位时间内学生掌握知识的效率。教育部[2001]4号文件中要求：“国家重点建设的高等学校所开设的必修课程，使用多媒体授课的课时比例应达到30%以上，其它高等学校应达到15%以上。”
近年来，随着高校教学条件的改善，多媒体教学（多数是PPT课件）在大学课堂教学中得到了广泛应用。但是在应用多媒体方式授课的过程中也出现了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。也有人把部分PPT教学形象地比喻为“骗骗他”。其实，正确采用多媒体教学方法可能带来的好处是不言而喻的，但是部分教师的教育思想（理念）没有得到根本的转变，认识不到培养学生能力的重要性，没有把多媒体教学的优势真正用于自身的课堂教学当中，而仍然是围绕知识的传授来用新的工具实施传统教学。而且在实际教学过程中仅用多媒体教学，也会令学生往往只注重于多媒体上表达的信息，却忽略授课人口头表述的有用信息。
4.考核模式
这门课程在考试方面同样存在着相当大的问题。如果采用传统的闭卷考试方式，固然能引起学生的高度重视，复习时会认真推导公式，熟练掌握解题方法，但对《传热学》这类课程来说，经验公式多，准则多，学生经常问哪些需要背，哪个不用背，令老师很难处理，考核时不得不删除一些无法记忆的内容，这使考试的命题范围受到了很大限制。我们也曾经尝试过开卷考试方式，效果却是本应熟练掌握的基本概念和公式学生也不去记，都依赖考试时看书，进而影响学生在考试时的独立思考，遇到稍难问题便急于翻书寻找答案，每做一题都要花费大量时间。这样会进一步挫伤考生的自信心，从而形成恶性循环，使得开卷考试的结果令教师、学生都不满意。
以上所有问题，都与高校培养高素质人才的宗旨相违背。
二、教学改革中的实践
由于《传热学》传统教学方式中存在诸多问题，对《传热学》的教学改革也就不能仅仅针对这些弊病的其中之一，因此，在近几年的教学中，我校《传热学》课程组在优化课程结构、互动式教学模式、有限权限考试模式及网络模式下的多媒体应用等方面做了大量工作。
1.优化课程结构，增加自学项目
重视研究性学习、探究性学习、协作学习等现代教育理念在教学中的应用；根据课程内容和学生特征，对教学方法、教学手段和教学评价进行设计。
从课程内容的角度，将传热学涉及的三种不同的热量传递方式融合到一起，先简单介绍三种传热方式及传热过程，在绪论中通过生活实例引出导热、对流、辐射换热以及传热过程的基本概念，使学生对传热学有基本的了解；然后分不同传热机理深入介绍，讨论三种传热方式各自的基本规律；到课程教学的后半阶段再以换热器以及复合换热为对象，综合不同的传热方式对传热过程进行深入的探讨。这种在结构上对课程的优化，使学生能在更高的认知层面上进一步综合、灵活应用传热学的知识去解决问题。
适时地安排部分教学内容让学生自学，重视学生在学习过程中的主体地位。不是把他们单纯看作传授知识的对象，而是启发他们学习的自主性，给他们留下思维的空间，从而进一步培养其创造性思维能力。安排自主学习的内容通常为传热学的发展前沿内容，如微尺度传热，导热问题中的非傅立叶效应等。在教学过程中也穿插传热学在各个工程与技术领域中应用的概况及当前存在的问题等。鼓励学生立志钻研，对有争议的看法要作补充说明，从而引导学生不要“唯书唯上”，要敢于怀疑，敢于提出某些独创的见解，从而提高学生的创造思维能力，激发学生的学习主动性和进取精神。通过自学指导法，引导学生学会科学的学习方法，并在自学的过程中抓住重点内容，培养学生获取信息的能力。
2.互动式教学模式
依据教育学理论，开放互动式教学模式是一种开放与参与的教学模式。从心理学的角度，开放互动式教学模式遵循了内在激励的理论。它可使学习变得有欲望、有兴趣、有意义和有挑战性。
要进行互动式教学，教师进行课堂教学就不应该只顾自己唱“独角戏”。教师应导演好每一堂课，让学生也能直接参与到课堂教学活动中，使学生与老师共演“一出戏”，把课堂当作师生互动的舞台或平台。
以开放互动的方式开设专题讨论，是一种调动学生学习积极性和主动性的教学方式。它可以增进学生对所学知识的掌握与运用，及时补充、更新本领域的前沿动态和最新成果。专题讨论通常可由教师与学生共同设计和提出研究题目，学生自行分组组合成研究小组，根据各自的兴趣或研究方向自行设计和选择题目围绕相关主题，布置和开展专题讨论，增进师生之间讨论和互动，增强学术气氛，挖掘学生创新潜力和创新素质。
将互动的方式贯穿于教学的全过程，根据学生不愿自主发言、提问等现实情况，结合传热学课程的特点，我们在教学过程中拟定4个专题：材料导热系数的测量，对流传热的强化，换热器型式及其工程应用与太阳能的综合利用等，应用讨论式、研究式教学方法，使学生开展分组讨论，鼓励每组派代表以PPT的形式在全班汇报，并接受同学的提问。另外，对导热问题的数值计算部分，安排学生自行编程并上机计算，使学生所学的C语言等计算工具得以应用，锻炼学生的动手计算能力。这样，通过学生参与课堂教学比重的增加，使学生真正成为课程学习的主体。
3.多媒体教学手段的应用
人们在谈到多媒体教学时，普遍认为多媒体教学图文并茂、教学内容形象具体，可以大大激发学生的学习热情。但也应注意到，制作再好的多媒体课件毕竟也是虚拟的。实际上，多媒体并不仅仅意味着PPT和投影仪，它是借助多种辅助手段向学生讲述教学内容的一种方式，这种辅助手段所指的范围非常广泛，例如，能够应用实践手段来讲解的内容，就可以可采用实例教学。笔者在教学过程中，将一些常见的温度测量元件（热电偶、辐射测温仪等）带入教室让学生看；在介绍肋片导热时，将平时收集的一些带肋片的电子元件散热器给学生看；在讲到大容器沸腾时，在课堂上给学生演示壶中沸腾的过程，等等。
在课堂教学环节，针对本课程特点，大部分内容采用多媒体教学、传统板书教学和录像教学相结合的方式。导热微分方程的推导、对流换热问题的数学描述等涉及数学力学的有关理论推导知识，主要采用传统板书教学；肋片的导热、对流换热实验关联式、凝结与沸腾等内容采用PPT课件结合教具教学。此外，采用录像教学方式讲述太阳能利用、热管的应用等内容，加深学生对传热学在科技领域中应用的认识。
在课外，我们利用网络资源作为教学手段，开发了自己的《传热学》专题学习网站，将教学大纲、教案、上课录像、课后习题答案与解析、历年考研试题等链接在页面上，作为网站的最基本资源；设了一个师生论坛的栏目，所有学生都可以在论坛上发言，说出他们搞不清楚的问题，学生之间可以相互解答，同时请有经验的老师作为版主，对于大家讨论仍然没有结果的问题，版主会及时给予回答。无论是应届学习《传热学》的同学还是需要考研的往届同学都可以留言，我们一样给予答复。在论坛上我们针对不同的问题设置了不同的板块，例如疑难交流、学习心得、作业上传、老师点评、效果评价等等。通过这些不同的栏目来实现教师和学生在课堂教学以外的交流。
此外，我们还设置了在线测试系统，将各章的重点以检测题的形式放入所开发的试题库中。学生可以通过网页登陆进行随机选题，完成自己选中的题目，最终系统会给出成绩，判断学生对知识掌握的程度，以促进其更好的学习。
4.考核模式的变革
针对传热学的课程特点，我们开发了一种“有限权限”的考核模式。即在考试前一两天统一发一张盖有系办公章的32K草纸，允许学生在上面记录自己认为对答卷有帮助的任何内容，如公式、解题方法、重要结论等。在考试时，学生可携带这张纸进入考场。
这种考核办法促使学生在考前对课程内容进行认真总结、归纳和筛选，提取重点和难点。这样实际上就是最好的复习总结，学生能在深刻理解课程内容基础上，抽象出基本的、主要的东西记录在这页纸上，或是记录某些不必背的经验公式和经验系数，避免花费更多时间去背那些不应该背的东西，将更多的精力放在理解和运用所学的知识方法上，这样就克服了闭卷考试的弊病。由于允许携带的草纸只有32K，能写的内容有限，在考试时这一页草纸上没有的内容学生会开动脑筋独立思考，就不会像开卷考试那样依赖书本而耽误考试时间，所以这种方式又保留了闭卷考试的优点。
有几次考试后，我们还把学生总结的草纸收上来研究，从中看出大多数学生能够认真复习，总结归纳所学内容。通过这种考核方式，使学生们提高了自己总结归纳能力，学会了如何把书学“薄”。有的学生还在考试后说，记在纸上的内容在考试中用上的并不多，但消除了考前害怕自己记不住的心理压力。
在最终成绩的评定时，采用平时成绩加考试成绩的形式。平时的作业、表现占总成绩的20%，考试成绩占总成绩的80%，这又克服了学生考前突击的顽症。
三、结束语
《传热学》按上述方法改革后，教学过程更加完善合理。学生掌握了基本理论、基本计算方法，又满足了后续课程对传热学理论的基本要求，同时，学生在所学知识的实践、计算机应用等诸多方面都得到了综合锻炼，满足当前教育发展和人才培养的需要。
参考文献：
[1]杨世铭.传热学（第四版）[M].高等教育出版社，2006.
[2]刘彦丰.《传热学》课程课堂教学方法研究与探索 [J].中国电力教育，2008，（118）.
[3]郑南宁.把本科教育放在大学工作最根本的位置上[J].中国大学教育，2007，（9）.
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