汪健生　王迅　安青松

[摘 要]傳熱學是能源與動力工程專業(yè)最重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程之一，在學生專業(yè)學習中占有極其重要的地位。為適應能源與動力工業(yè)快速發(fā)展以及國際競爭的需求，機械工程學院能源與動力工程專業(yè)開展了該課程的教學改革。教學團隊根據(jù)傳熱學課程的特點，引入國際先進教學模式并加以吸收，提出以工程實際項目為導向的項目制課程教學模式，在與生產(chǎn)企業(yè)加深合作和培養(yǎng)人才等方面進行了探索。教學改革結(jié)果表明：項目制教學模式可以有效激發(fā)學生學習興趣，提高學生分析問題、解決問題的能力，并有助于提高學生的工程創(chuàng)新實踐能力以及國際視野。

[關(guān)鍵詞]傳熱學 項目制教學模式 工程教育 綜合素質(zhì)

[中圖分類號] G642 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2015）05-0153-03

一、引言

傳熱學是能源與動力工程專業(yè)中的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，它是研究熱量傳遞基本規(guī)律的學科，同時具有非常廣泛的工程應用背景。該課程同時是本專業(yè)或相關(guān)專業(yè)學生進行后繼專業(yè)課程學習所必需的重要基礎(chǔ)課程，在工程領(lǐng)域中，它也是工程技術(shù)人員必備的專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)知識之一。該課程具有理論性強、與流體力學理論知識密切相關(guān)的特點，具體表現(xiàn)為：知識點多且較為散，經(jīng)驗與半經(jīng)驗公式較多。長期以來， 傳熱學課程的“教”與“學”存在著較大的難度。

傳統(tǒng)的教學模式以教師授課為中心，注重基礎(chǔ)理論知識的傳授與講解。由于我國傳統(tǒng)教育的特點，這樣的教學方式在某種程度上對學生主動參與并無特殊要求，教師與學生間交流則多數(shù)限于你問我答的方式，這種偏單向的教學模式對性格外向、學習主動性強的學生益處較多，但對大多數(shù)學生，尤其是學習主動性較差、性格偏內(nèi)向的學生，則效果較差。此外，在課程教學過程中，教師往往花費大量時間和精力介紹傳熱學的基本原理并進行相關(guān)公式推導，套用公式解題，學生并不能真正了解傳熱學的工程應用背景和意義，長此以往，容易使學生失去學習熱情。基于這種傳統(tǒng)的教學方式下，學生所接受的理論知識絕大部分來源于授課教師的灌輸，而非學生自身出于對知識的渴求探索所得。

此外，以往傳熱學課程考試采用閉卷考試形式。閉卷考試方式可以促使學生系統(tǒng)復習所學知識，授課教師也可通過考試了解學生對理論知識的掌握情況，分析教學中出現(xiàn)的問題，并加以修正。但由于傳熱學課程中所涉及的經(jīng)驗公式多、圖表多，在很大程度上限制了考試的命題內(nèi)容與范圍。如采用開卷考試方式，則容易造成學生不注意平時學習，本應熟練掌握的基本概念和公式學生不去記憶，都依賴考試時看書的不良習慣。同時，傳統(tǒng)考試方式的目的是為了考查學生對理論知識的掌握，是對理想情況的分析、計算，試題與實際情況存在著一定差距。特別是對于像傳熱學這類工程性很強的課程，現(xiàn)有考試方式很難反映出學生解決實際問題的能力。

各國高等工程教育的創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式既有相似點也有各自的獨特性，在教育國際化的大背景下，各國工程教育的創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式有許多相同之處，如：健全人才培養(yǎng)制度，有利于保證了各項教育措施的落實；樹立正確的人才培養(yǎng)目標，既重視知識學習，又注重能力培養(yǎng)，提高學生綜合素質(zhì)；注重學生的個性化和發(fā)掘問題等能力的培養(yǎng)；強調(diào)培養(yǎng)獨立思考能力、創(chuàng)造能力、交流能力、合作能力，增強學生對未來科技與經(jīng)濟發(fā)展的適應性和靈活性。[1]

因此，傳統(tǒng)的教學方法難以使得培養(yǎng)的大部分學生具有獨立分析、解決問題的能力，更難以達到“國際化、高素質(zhì)、創(chuàng)新型”人才的培養(yǎng)目標。

針對以上存在問題，參考美國MIT大學生科研項目計劃（UROP）[2]，我們將工程實際中與傳熱學相關(guān)的問題列為課程項目，在熱能學科中組建了傳熱學課程改革教學團隊，針對課程特點，開展傳熱學課程教學模式改革。

二、改革方案

借鑒德、法等國強調(diào)專業(yè)型工程人才的培養(yǎng)的專才型培養(yǎng)模式[3]；為了解決單向傳輸教學方式及傳統(tǒng)考試方式存在的問題，達到激發(fā)學生學習興趣，夯實傳熱學基礎(chǔ)理論知識，提高學生的綜合素質(zhì)，擴展國際視野的目的，傳熱學課程教學團隊設計了基礎(chǔ)教學—項目實施的教學模式。具體而言，就是課堂教學過程中由授課教師介紹傳熱學的基本概念、理論和原理與分析問題的方法；而項目實施則是與企業(yè)結(jié)合，針對企業(yè)的實際情況設計與傳熱學相關(guān)的項目，以班級為單位組建項目團隊。項目團隊設立總經(jīng)理、總工程師，并下設若干項目小組，各項目小組設項目經(jīng)理，負責組織本小組工作?？偨?jīng)理、總工程師負責各小組的協(xié)作和隊伍的運作。每個項目團隊配置1名研究生助教進行輔導，每個團隊成員獨立承擔一項研究內(nèi)容，并且與本組成員協(xié)調(diào)配合。項目進展及完成情況由考評小組進行評判，考評小組由教師及項目企業(yè)的相關(guān)工程技術(shù)人員組成。

項目設置兩個工作匯報總結(jié)節(jié)點，每個節(jié)點均有具體的計劃目標。在節(jié)點匯報中，考評小組對項目進展進行評估，節(jié)點匯報包括書面報告和口頭陳述兩種形式?？荚u小組根據(jù)學生實際完成情況給出項目成績，并與期末考試成績合計為傳熱學課程成績。

在新課程方式下，課程基礎(chǔ)理論教學與項目實施相互結(jié)合，相輔相融，共同促進，大大地調(diào)動了學生的學習熱情。課堂教學過程中，學生不再想怎樣學、為什么學、重點在哪里，在實際工程中如何應用，而是帶著項目中出現(xiàn)的問題學，為解決問題而學。授課教師則針對這些具體問題結(jié)合傳熱學理論進行講解，形成了教與學雙向互動的良好學習氛圍，有效地解決了知識單向灌輸教學模式普遍存在的問題。

由于傳熱學課堂理論教學與工程項目實施基本為同步進行，項目實施過程中學生經(jīng)常會遇到還沒有學習的傳熱學知識，由此促使學生們根據(jù)需要自學相關(guān)傳熱學知識，提高了學生的學習主動性，也開闊了視野，增強了解決實際問題的綜合能力。由于項目的選擇具有較大的開放性和包容性，即使是相同的問題，不同學生所提出的解決問題的方式、方法、所得結(jié)論也會有所不同。因此，這種方式最大限度地調(diào)動了學生學習的主動性，也滿足了不同層次學生的學習需求。此外，項目實施需要學生利用課堂所學知識解決工程實際問題，為學生提供了很好的理論聯(lián)系實際的機會。

改革后的傳熱學成績評定采用了筆試和項目完成情況綜合評定的方法。通過筆試，可以考查學生對傳熱學基本理論知識的掌握程度，而項目完成情況則考查學生對傳熱學理論知識的實際應用的綜合能力。二者進行綜合考慮，可以較為真實、準確地體現(xiàn)學生的理論知識和實際工作能力，這在傳統(tǒng)的考試方式中是無法體現(xiàn)的，這種考試方式也最大限度減少了“高分低能”學生出現(xiàn)的可能性。

三、教學效果

從2011年起，我們連續(xù)三年在能源與動力工程專業(yè)本科中進行了傳熱學課程改革，并取得了一些明顯的教學效果。

（一）強化了傳熱學基礎(chǔ)理論知識

在實際項目的牽引下，學生對傳熱學基礎(chǔ)理論知識的需求更加明確和迫切，學生的學習熱情和主動性提高，目的性增強，主動提問題的學生明顯增多，自學傳熱學的學生較以往有了大幅增加，形成了課堂教學與項目實施的良性互動。在課程結(jié)束后所進行的問卷調(diào)查的反饋意見中也反映了這種情況。比如：2008級學生提到“在做項目過程中，需要將基礎(chǔ)知識深入理解，對平時看書起到積極的促進作用”。2009級學生認為“做項目是在基礎(chǔ)知識掌握的基礎(chǔ)上而進行研究的，兩者是串聯(lián)，由淺至深的關(guān)系，而不是并聯(lián)分流的關(guān)系”。從筆試結(jié)果來看，多數(shù)學生掌握了傳熱學基本概念、原理，與課程改革前相比，不及格學生的人數(shù)減少。從項目實施來看，學生認識到做習題作業(yè)與解決工程實際問題間的聯(lián)系與區(qū)別。在項目實施過程中，通過對實際傳熱過程的分析，模型的建立，到解決問題，分析結(jié)果等一系列過程，使學生受到了真實的科研工作基本訓練。同時，學生也加深了對于項目所涉及的傳熱學理論知識的理解。一些學生還通過自學加深和拓展了課本中的傳熱學知識，如學生提出利用脈動熱管換熱器強化傳熱的方法，并建立了簡單的分析模型等。

（二）學生綜合素質(zhì)得以提高

傳熱學課程改革以項目問題為牽引，學生在完成項目過程中，經(jīng)歷了查閱文獻資料，確定問題，調(diào)研，學習基礎(chǔ)理論，擴展相關(guān)知識，建立數(shù)學物理模型，獲得初步數(shù)據(jù)，小組討論，提出創(chuàng)新思路，優(yōu)化設計結(jié)構(gòu)和項目整合、完善等過程，經(jīng)受了較完整的研發(fā)過程訓練。盡管一些學生提出的創(chuàng)新點比較幼稚，缺乏可操作性，但他們的創(chuàng)新意識是難能可貴的。所有這些對他們今后的事業(yè)發(fā)展將起到十分重要的作用。

在項目實施過程中，為了解決遇到的問題，學生利用業(yè)余時間，學習使用了Ansys、Matlab等工具軟件，學習了包括空調(diào)設計、控制技術(shù)等專業(yè)知識，并將其應用到項目實施中。通過節(jié)點匯報，培養(yǎng)了學生的表達能力、科技寫作能力，擴展了學生的知識結(jié)構(gòu)。

在項目實施中，我們始終與企業(yè)緊密聯(lián)系。通過組織學生到企業(yè)參觀，與項目涉及的企業(yè)相關(guān)工程技術(shù)人員進行座談，加深了學生對實際工程項目的認識與了解。在項目進行過程中，學生與企業(yè)教師之間的溝通（咨詢、指導等），保證了項目的順利完成。此外，通過與相關(guān)企業(yè)的聯(lián)系與接觸，學生對不同企業(yè)的企業(yè)精神、企業(yè)運行管理模式有了深入的了解。由于以班級為單位組成項目團隊共同完成一個項目，每位學生完成其中一個獨立的子項目，因此學生間的密切配合是完成項目的必要條件之一。項目實施過程中，學生也鍛煉了團隊協(xié)作能力，一些學生表現(xiàn)出較強的組織、策劃和協(xié)調(diào)能力。2014年3月，在天津舉行的教學成果鑒定會上，來自全國能源與動力工程專業(yè)教學指導委員會的領(lǐng)導專家對本專業(yè)教學模式改革給予了高度評價。

四、課程改革總結(jié)與認識

三年的傳熱學課程改革實踐取得了一定的成績，但仍然存在著一些問題，需要我們在今后的教學實踐中加以認真對待。由于教學計劃及課程時間安排的限制，傳熱學課堂理論教學與項目實施幾乎同時開始，同時結(jié)束，因此在項目實施過程中，一些子項目涉及的傳熱學知識可能在課堂教學中還未涉及，由此增加了學生的學習難度。如換熱器設計計算的子項目中，由于換熱器計算及設計是傳熱學課程中最后講解的內(nèi)容，從課程內(nèi)容間的銜接關(guān)系來看，也不可能將其前調(diào)。由此造成進行這類項目的學生任務量加大，需要自學的內(nèi)容較多，部分學生感覺吃力，負擔較重。今后項目設置中將根據(jù)課程進度合理安排項目內(nèi)容，盡量避免以上情況出現(xiàn)。

項目制課程改革，較好地將世界先進工程教育理念與我國學生的自身特點相結(jié)合，以項目為引領(lǐng)，激發(fā)了學生的學習熱情與創(chuàng)造力，為本專業(yè)工程教育改革進行了有益的探索。

[ 注 釋 ]

[1] 董曉梅.國外高等工程教育創(chuàng)新型人才培養(yǎng)模式及啟示[J].創(chuàng)新與創(chuàng)業(yè)教育，2010（6）.

[2] 教育部考試中心海外考試報名信息網(wǎng).麻省理工學院的學生科研項目UROP和IROP[EB / OL].（2010-11-11）[2011-05-02].http：//www.Etest.edu.cn / school / guide / us / 20101109 / 6893.html.

[3] 付靜.高等工程教育培養(yǎng)模式改革的研究[D].大連：大連理工大學碩士學位論文，2009.

[責任編輯：鐘 嵐]