［摘 要］ 針對消防工程復合型人才培養(yǎng)目標，結合“傳熱學”課程知識結構特點，分析了目前西安科技大學消防工程專業(yè)“傳熱學”課程理論教學與實踐教學過程中存在的主要問題。為構建以學生為中心的課堂教學體系，激發(fā)學生“傳熱學”的學習興趣，從教學內(nèi)容、教學方法、實踐教學和考評方法四個方面提出教學改革主要內(nèi)容。通過教學實踐，有效提高了教學效果及質(zhì)量，鍛煉了學生應用傳熱學理論知識分析消防相關問題的能力，充分發(fā)揮了“傳熱學”作為消防工程專業(yè)基礎課的銜接作用，獲得了學生廣泛認可。

［關鍵詞］ 消防工程；傳熱學；課堂教學；改革

［基金項目］ 2022年度陜西省科技廳陜西省自然科學基礎研究計劃項目“煤顆粒尺度下聲傳播特性及溫度-聲速關聯(lián)機制”（2022JQ-408）

［作者簡介］ 于志金（1989—），男，黑龍江雙鴨山人，博士，西安科技大學安全科學與工程學院講師，主要從事消防工程專業(yè)研究。

［中圖分類號］ G642.0［文獻標識碼］ A［文章編號］ 1674-9324（2023）22-0058-04 ［收稿日期］ 2022-06-27

引言

消防工程是一門圍繞火災規(guī)律，學習火災防、控、滅理論和技術的綜合性學科，培養(yǎng)目標為從事消防研究、設計、評價及管理等社會消防技術服務的應用復合型人才，該專業(yè)畢業(yè)生須掌握防滅火科學的基本理論，熟悉國家消防安全法律法規(guī)、設計規(guī)范和標準［1］?！皞鳠釋W”是一門研究熱量傳遞規(guī)律的課程，由于火災的形成、發(fā)展和演化過程中均存在著復雜的熱量傳遞現(xiàn)象，所以“傳熱學”的基本原理和規(guī)律在消防工程領域有著非常廣泛的應用，這也正是目前國內(nèi)大部分開設消防工程專業(yè)的高等院校均將“傳熱學”作為本專業(yè)必修的基礎課之一的主要原因［2］。但“傳熱學”是一門理論性和應用性都很強的課程。在教學課時不斷被壓縮的情況下，如何科學地設置教學課程，激發(fā)學生對“傳熱學”的學習熱情，增強學生對所學知識的應用分析能力，已成為任課教師面臨的重要問題。很多學校的教師通過不斷更新教學理念和教學方法，開展了“傳熱學”課程教學模式的探索和優(yōu)化，取得了良好的效果［3-5］。本文結合西安科技大學消防工程專業(yè)“傳熱學”課程教學經(jīng)驗，對如何實施“傳熱學”課程教學改革，實現(xiàn)“傳熱學”課程專業(yè)銜接作用，分享了一些探索經(jīng)驗和實踐體會。

一、教學過程存在的問題

通過調(diào)研近幾年消防專業(yè)“傳熱學”課堂教學現(xiàn)狀，綜合教學督導專家、課程組、學生的反饋信息，發(fā)現(xiàn)了存在共性且較為突出的問題如下。

（一）學生數(shù)理基礎差異較大，“灌輸式”教學效果不盡如人意

對重要公式的推導是掌握傳熱學基本原理的基礎，更是準確理解工程實際應用問題中傳熱學現(xiàn)象的關鍵［4］。但學生存在數(shù)學基礎不扎實、微分方程與函數(shù)分析求解等理論計算困難的問題，只有通過教師細致地講解才能降低學生的理解難度。而這樣一來，有限的教學時間就會十分緊張，直接導致教師所講知識點缺少拓展，學生很難將理論知識與實際工程應用相聯(lián)系，造成專業(yè)基礎課與專業(yè)背景脫鉤。

（二）多媒體教學信息量大，學生流于形式，基礎不牢固

許多教師在課堂教學中引入了多媒體技術，配合實物展示或者模擬重現(xiàn)，給學生以直觀的學習體驗，促進學生對實際消防中存在的傳熱學原理的理解和消化，不僅提高了教學內(nèi)容的趣味性，而且激發(fā)了學生的學習熱情［5］。但限于課時和學習基礎，大部分內(nèi)容的作用僅限于展示，演示內(nèi)容與基礎理論的跨度過大，導致學生只是看個熱鬧，分析解決實際問題的能力并沒有得到提升。最終導致課程科普化，不利于學生構建完善的知識體系，影響了“傳熱學”在整個專業(yè)培養(yǎng)體系中的基礎作用。

（三）實驗教學形式單一，難以提高學生的學習主動性和創(chuàng)造性

實驗在“傳熱學”課程教學體系中占有重要地位，通過基礎實驗或科學實驗來驗證課本理論知識，是培養(yǎng)學生獨立思考和解決工程實際問題的主要手段。但在實踐環(huán)節(jié)，實驗課程多為演示性實驗，即教師演示，學生模仿。實驗教學存在缺少實驗場地、儀器設備不足的問題，學生參與度有限，其獨立思考的能力和動手能力并未真正得到鍛煉。而由于缺乏科學實驗研究，導致實驗教學質(zhì)量不高，無法讓學生將理論知識與工程實踐結合起來。

（四）考核方式與學習目標和培養(yǎng)目標不符

我校消防工程專業(yè)采用的考核方式為平時表現(xiàn)占30%、實驗占10%、期末閉卷考試占60%的評分標準［1］。其中，期末試卷題型和各知識點分布情況如表1所示。

在設計試卷時，對導熱的基本概念、規(guī)律及實際運用分析提出了較為全面的要求。而在對流和輻射部分，則更多要求學生掌握其熱量傳遞的基本方式及遵循規(guī)律，對分析處理能力和分析計算能力的要求相對較弱。2018—2020年兩個教學班學生的期末考試試卷得分統(tǒng)計如表2所示。

由表2可知，大部分學生期末試卷的得分在60～80分之間，得高分（大于90分）的學生較少，不及格的人數(shù)超過了總?cè)藬?shù)的13%。在具體題型的得分情況方面：名詞解釋、填空題、簡答題的平均得分率超過了80%，而計算題、分析題的得分率僅在40%～50%之間，說明學生對基礎理論知識的理解和對固定知識點的記憶情況較好，但涉及結合實際問題進行分析和知識點的靈活運用時，卻有明顯不足，很多學生在做計算題時不清楚運用什么理論，亂套公式的現(xiàn)象非常普遍。因此，現(xiàn)有的考核方式雖使學生重視課堂表現(xiàn)，但仍無法改變期末“一卷定終身”的現(xiàn)實，學生為了通過考試往往采用死記硬背、生搬硬套的方式，并未具備運用傳熱學原理分析解決實際工程中傳熱問題的能力，更難以將強化或削弱傳熱、溫度控制的基本理論和技術與消防工程專業(yè)知識相結合，由此可知，現(xiàn)有的考核方式與應用型人才的培養(yǎng)目標相悖。

二、教學模式改革與實踐

（一）前置理論教學，精煉教學重點內(nèi)容

理論教學，特別是熱量傳遞三種基本形式（熱傳導、熱對流和熱輻射）的基本定律和計算方法的掌握程度是決定學生能否掌握傳熱學知識、能否與工程領域相關內(nèi)容建立起聯(lián)系的關鍵。但在學時有限的情況下，在課上占用大塊時間來講解推導過程，容易造成知識面拓展不足，導致缺少引導學生理論聯(lián)系實際問題的過程。對此，可將理論教學窗口前置。首先，利用現(xiàn)有的網(wǎng)絡課程資源，如中國大學慕課（MOOC）、YY教育、雨課堂等，提前將課上所涉及的基本理論、概念、公式發(fā)布給學生，要求學生提前預習，鼓勵學生自主完成微分方程的推導過程。其次，利用雨課堂平臺，針對每節(jié)重要理論的推導過程，以判斷題的形式使學生明確理論學習中易忽視、易錯、難理解的環(huán)節(jié)，以此強化學生對核心知識點的理解，同時教師可以根據(jù)答題情況掌握學生對知識點的預習情況。在此基礎上，在課上鼓勵學生上講臺分享預習體會，以此達到增強學生課上參與度、提高學生主動學習的積極性的目的［6］。由于學生在課前完成了對基礎知識的學習，在課堂教學時，教師可以以消防專業(yè)領域工程實例為切入點，通過內(nèi)容精煉，重點講解如何應用所學理論，進而保證核心知識點和與專業(yè)結合度高的內(nèi)容有充裕的時間講深講透，比如與消防工程密切相關的復合傳熱、強制對流、隔熱板等知識點。

（二）突出消防工程背景，合理運用多媒體技術

多媒體教學可以將熱量傳遞過程中的抽象內(nèi)容進行動態(tài)演示，特別是對流傳熱邊界層、相變對流傳熱等復雜的現(xiàn)象，通過反復觀看物理圖景變化，加深學生對傳熱學本質(zhì)和規(guī)律的認識［5］。但較為廣泛的素材來源，導致這種多媒體瀏覽式教學與基礎理論、專業(yè)實踐脫節(jié)，或使學生難以消化，沒有達到多媒體教學應有的效果。因此，應實施定制化多媒體教學，圍繞現(xiàn)實消防場景，注重體現(xiàn)實景材料中涵蓋的傳熱學現(xiàn)象。采用課前布置作業(yè)的方式，讓學生熟悉多媒體材料，促進學生思考相關基礎理論知識并建立起專業(yè)聯(lián)系。課上，讓多媒體教學“慢下來”，更多地采用課堂互動的方式，讓學生上講臺，引導他們就某些消防領域的主題進行分析，提煉出相關的傳熱學問題，通過提出疑問增強對知識的理解和認識，從而促使學生結合專業(yè)背景形成符合教學大綱要求的傳熱學理論體系。

（三）開展項目式科研活動，強調(diào)理論與實踐結合

為了提高學生理論與實踐相結合的能力，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識和綜合素質(zhì)，在實踐教學活動中以項目式科研活動替代傳統(tǒng)的實驗模式。首先，開展專業(yè)研究性質(zhì)的實驗，由教師設置選題，選擇兼具應用性、工程性與理論性的專題。由3～4名學生組成研究小組，各科研小組根據(jù)學術興趣或?qū)I(yè)方向選擇題目，自主設計項目的組織、技術路線以及成果展現(xiàn)形式，教師全程參與，強調(diào)學習過程中的“實踐”，并給予必要的指導和建議。其次，要求學生完成20學時以上的計算機模擬訓練，結合Fluent、Comsol、FloTHERM等熱仿真軟件，進行傳熱學現(xiàn)象的數(shù)值分析。教師指導學生數(shù)值解法的基本原理、方法步驟及注意事項，使其自主完成建模、計算和結果處理。最后，鼓勵學生用“傳熱學”課程中的科研活動成果參與科研競賽，以賽促教，讓學生有目標地主動學習，并通過實踐體會如何將理論知識應用于實際工程［7］。通過科研式實踐教學，一方面，讓學生知道了所學的知識有什么用，能起到什么效果；另一方面，也提升了學生的創(chuàng)新思維能力和合作能力。

（四）創(chuàng)新教學考核體系，實施全過程的考試模式

課程考核是對教學理念、內(nèi)容和模式的直接反饋，也是對教學效果、學生課程掌握情況的檢驗。在新的考核體系中，綜合課堂表現(xiàn)、作業(yè)完成質(zhì)量、科研實踐訓練情況、期末考試成績來檢驗學生的學習效果。在課堂表現(xiàn)和作業(yè)完成質(zhì)量方面，重點關注學生課前的預習情況，通過隨機抽取的方式，要求學生在學期內(nèi)至少上一次講臺作為某一知識點的主講人，教師結合學生對知識點的掌握情況、學習的主動性與積極性、出勤率等指標進行綜合評分，此部分成績占總成績的30%?？蒲袑嵺`訓練則更多關注學生對所學知識的運用能力和分析、解決問題的能力，實施全過程考核，由過程綜合表現(xiàn)和作品完成情況兩部分組成。過程綜合表現(xiàn)由任課教師依據(jù)學生完成訓練的情況評定，此部分成績占總成績的20%；作品考評采用“專家組打分+研究小組互評”的方式，專家組由課程組任課教師組成，主要把握項目的基礎理論應用情況和技術路線，互評則把部分考評的主動權還給學生，鼓勵學生在考評中相互學習、共同探索，此部分成績占總成績的20%。期末考試采用開卷的形式，主要設置綜合類分析題，試卷內(nèi)容注重傳熱學知識在消防工程專業(yè)的滲透，要求學生選用正確的理論和公式來分析解決問題，此部分成績占總成績的30%。

三、改革實施效果

通過近一年的課程考評結果來看，在“傳熱學”課程教學中采取調(diào)整課堂教學重心、前置理論教學、加強課前預習、增加科研式實踐、采用全過程考核模式等措施后，學生課上學習的主動性明顯提高，形成了廣泛思考、互動交流的良好學習氛圍，扭轉(zhuǎn)了以往學生對“傳熱學”課程枯燥、抽象的印象。同時，培養(yǎng)了學生理論聯(lián)系實際的能力，使學生在明確傳熱學理論知識的前提下，主動聯(lián)系專業(yè)背景，思考如何解決傳熱學的實際問題，真正做到引導學生明確應該學習什么、為什么要學、怎么學，取得了良好的教學效果。2021年采用新的考核方式后，學生的“傳熱學”課程成績與前三年相比，優(yōu)秀率（大于90分）達到了21%，低于70分的比例不到10%，教學效果取得了明顯提升。

結語

“傳熱學”作為消防工程專業(yè)的一門重要專業(yè)基礎課程，其教學效果直接影響學生對傳熱學問題的理解和創(chuàng)新思維的培養(yǎng)。因此，結合課程特點，堅持理論結合實踐，改革優(yōu)化教學模式，使“傳熱學”課程的教與學都變得富有吸引力，這樣不僅有助于強化學生的理論知識，還能夠提高其解決專業(yè)問題的能力及綜合素質(zhì)，對培養(yǎng)消防工程應用型人才具有重要作用。

參考文獻

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［3］祝百茹，宋洋，董澤，等.“三結合”教學模式在傳熱學教學中的應用［J］.教育教學論壇，2018（4）：194-195.

［4］高虹，包道日娜.傳熱學課程中實驗與理論教學高效結合的探索［J］.教育教學論壇，2020（34）：205-206.

［5］羅清海，綦春明，柳建祥，等.基于信息和多媒體技術的傳熱學實驗教學改革［J］.實驗技術與管理，2010，27（11）：107-110.

［6］楊昆，王嘉冰.“以學生為中心”的傳熱學教學研究［J］.化工高等教育，2016，33（6）：74-77.

［7］曲明璐，王麗慧.基于工程人才培養(yǎng)的傳熱學教學改革策略［J］.西部素質(zhì)教育，2017，3（21）：143.

Teaching Reform and Application of Heat Transfer Course for Fire Engineering Major

YU Zhi-jin

（College of Safety Science and Engineering， Xian University of Science and Technology， Xian， Shaanxi 710054， China）

Abstract： According to the training goal of fire engineering application compound talents， combined with the knowledge structure and curriculum characteristics of heat transfer， the main problems existing in the classroom teaching and practice teaching of “heat transfer” in fire engineering specialty of Xian University of Science and Technology were analyzed. In order to construct a student-centered classroom teaching system and stimulate students interest in heat transfer， the main contents of teaching reform are proposed from four aspects： teaching contents， teaching methods， practical teaching and evaluation methods. The teaching results and quality have been effectively improved through teaching practice， the ability of students to apply the theoretical knowledge of heat transfer to analyze fire-related problems has been better educated ， and the role of “heat transfer” as the basic course of fire engineering major has been brought into full play， which is widely accepted by students.

Key words： fire engineering; heat transfer; classroom teaching; reform