工程认证背景下机械类专业“传热学”课程教学的探索与改革

张彭岗 张墨 唐爱坤

摘要：本文根据工程认证计划对学生的培养要求和目标，分析了机械类专业“传热学”课程教学的现状和不足，通过修订培养计划，针对“传热学”教学内容、教学手段、考核方式等方面提出了课程改革的一些措施。结果认为对“传热学”应设置合适的学时，调整教学内容与学生的工程实践能力相匹配，注重培养学生分析和解决工程问题的能力，科学施教，不断推动机械类专业传热学教学的改革和发展。

关键词：工程认证;传热学;教学改革

中图分类号：G642.0     文献标志码：A     文章编号：1674-9324（2016）40-0119-02

《华盛顿协议》是世界上最具影响力的国际本科工程学位互认协议，该协议是国际工程界对工科毕业生和工程师职业能力公认的权威要求[1]。2013年6月，中国成为该协议的第21个预备成员国，这必将对我国工程教育改革与发展产生深远影响。中国工程认证协会制订了与国际标准紧密对接的认证标准，并陆续在机械、计算机、化工与制药、电气信息等14个专业类开展了认证工作[2]。“传热学”既是能源动力类专业的技术基础课，也是与各工程领域关系密切相关的专业课程，它植根于工程实际，也必将服务于工程实际[3]。作为工程认证专业之一，江苏大学（以下简称“我校”）机械设计制造及自动化专业学生必须要学习“传热学”。传统的“传热学”课程体系及教学模式与工程认证的培养目的和教学需要还存在一定的差距。为了配合工程认证的标准，我校传热学课题组就工程认证的需求，针对机械专业班级的“传热学”教学，修订了教学大纲，并在实际的教学过程中紧扣工程认证的大背景做了一些工作。本文从“传热学”的课程特点出发，结合笔者在机械类班级课堂的教学实践和教学体会，对工程认证背景下“传热学”课程的教学改革进行了探讨和总结。

一、工程认证背景下机械类专业“传热学”教学中存在的主要问题

1.课时设置与课程特点、教学目标的矛盾。我校机械专业的“传热学”课程总学时仅为30学时，其中实验为4个学时，考试为2个学时，真正用于教学的只有24个学时。“传热学”是一门发展中的应用性极强的专业基础课程，首先热传递现象的理论分析又涉及到许多数学理论与方法，经验公式较多，难于理解和记忆;其次“传热学”分成导热、对流和辐射三部分内容，这三部分内容有各自相对独立的定律和解决方法，系统性较差，基本概念和公式繁多，重点分散，在短时间内学生学习有一定的困难[4]。而工程认证要求培养目标多样性，以传热学为例，其支撑的毕业要求指标点为：指标点1，具有解决机械工程问题所需的数学与传热问题及其应用能力;指标点2，能够将数学、传热学基本原理运用于机械工程问题的表述;指标点3，能够对于传热学模型的正确性进行论证并求解。

2.学生基础知识与“传热学”课程特点的矛盾。“传热学”是学习“工程热力学”、“流体力学”等专业基础课后学习的课程。而机械专业的学生却没有这方面的基础训练，上课时一些必备的基础知识的缺乏导致上课难以接受。比如热力学第一定律是推导导热微分方程的理论基础、伯努利方程在对流换热微分方程组的应用等，学生在学习这些方程时，不能深刻理解与工程实际问题之间的必然联系，造成学习动力不足，学习兴趣降低等问题。

3.课堂教学及实验教学与工程能力培养的矛盾。传统“传热学”教学以教师讲解、学生照本操作的模式进行，而工程认证核心理念是以学生为中心和目标。工程认证“传热学”教学方法的改进必须和工程实践环节如实验室操作、企业实践等相结合，其目的是训练学生的工程意识和思维，培养学生理论结合工程实际的能力。同时，使学生能够接触机械行业的生产实际并了解其前沿发展趋势。但现实情况是，我校和有关换热器的企业合作不多，另外我校的实验教学仪器多年来没有进行更新，有部分实验设备相对比较陈旧，实验室仪器设备明显不足。

二、教学改革的措施与方法

1.对照《工程教育认证标准》，全面修订“传热学”培养计划。此认证标准给高校带来的变化就是要以学生为本，不断为工程教育改革而持续改进。工程认证所要求的OBE教育模式，一是要求教师在教育活动之前对学生达到的发展水平有清晰的认识，要用精细的“教学大纲”控制教学开展;二是要选择与教学目标类型一致的教学方法[2]。因此，我校传热学课题组重新修订了培养计划和教学大纲，教学中注重讲解定理基本假设和应用范围;求解习题强调参数的获取及多种计算方法的比较;最后增加了部分与工程实际相关的课后习题。教学改革核心的问题是教学内容的改革。针对毕业后我校机械专业学生具备机械设计制造基础知识与应用能力，从事机械制造领域内的设计制造这一目标，在讲清“传热学”物理概念的基础上，简化或省略与今后工作联系不大的理论和公式的推导过程。如稳态导热中，不详细推导导热微分方程的普适形式，只要求学生能对实际导热问题建立微分方程即可。针对肋片导热问题，重点放在让学生熟练掌握工程上不同形状肋片效率的查法。在非稳态导热中，简化诺谟图的理论推导过程，重点放在如何应用诺谟图来求解内阻不可忽略的非稳态导热问题。在对流换热中，只介绍对流换热微分方程组的建立思路，重点讲述各种实验关联式的具体应用和使用条件。在辐射换热中，增加了火焰辐射的内容，强化了机械专业学生工作后有可能接触的加热炉、锻造炉等加工工艺中涉及的辐射换热问题。

2.优化整合，发挥课题组整体优势。我校能源与动力工程学院工程热物理系成立了传热学课题组，组员7人，以多年教授“传热学”的退休老教师为顾问和指导，由课程负责人具体负责“传热学”的教学组织、课程的建设与管理工作，充分调动所有课题组的教师参与课程建设和教材建设的积极性。明确责任，将“传热学”的教学任务分解并落实到个人。每隔1～2个月的时间，课题组的人员进行教学研讨，交流教学体会。同时向学院建议加大支持力度，提高“传热学”课程在考核、个人定级及津贴等方面的分量，形成良性循环的激励机制。

3.加强实验室建设，培养学生自我提升能力。经过传热学课题组的申请和建议，我校能源与动力工程学院在经费有限的情况下，购置了新的实验设备，修缮了一批传统的实验设备，目前传热学实验室具有足够的实验器材能够给学生提供自主动手的机会，以前平均7～8人一组的实验现在减少到每组2～3人，可以保证每个学生有机会进行实际动手操作，提高了实际动手能力。另外，笔者可以就机械专业学生在今后工作中可能涉及的实际问题进行正确引导。比如测量型砂导热系数问题，在实际的教学过程中，笔者注重引导学生自己去思考，修改并改善圆球法测量型砂导热系数的实验方案。当学生提出其他的实验方案后，及时进行评价和讲评，提高了学生处理工程实际问题的能力。

4.注重引导，拓宽校外实习基地。机械设计及其自动化作为实践能力很强的专业，其实践教学的作用在于引导学生进行正确的专业实践认知。我校能源与动力工程学院与驻镇的有关企业建立了良好的合作关系，如江苏唯益换热器有限公司、镇江天鸿新能源有限公司等。我们定期带学生过去参观和实习，重点了解这些企业的换热器和散热器等产品设计、生产和组装过程，培养学生思考与动手能力。经过我校和企业之间的积极合作，为机械等专业的学生提供实习机会，提高了学生的工程实践能力。

5.充分发挥网络多媒体教学的优势。多媒体教学能够增加课堂教学的信息量，容易激发学生的主动性和积极性。针对机械专业，我校传热学课题组首先收集整理了大量的工程图片和工程录像，将这些资料和课本上的相关内容进行链接，提高了学生的兴趣和多媒体教学的授课质量。其次，我校传热学课题组目前正在建立传热学教学网站，每位老师负责一项内容，进行传热学网上教学视频的录制，充分满足了学生个性化学习的需要。下一步我们将及时更新网上教学资源，建立传热学网上辅导答疑系统，采用课堂教学与网络教学并举的方式，进一步提高传热学的教学质量。

6.构造合理的“传热学”质量考核标准。实践教学的质量是反应学生“工程实践能力水平”的关键，而传统的“传热学”质量考核体系很难真实反映学生的工程实践能力。笔者设置机械专业“传热学”课程的总评成绩=平时考核成绩×10%+实验成绩×10%+期末考试成绩×80%。平时考核主要以课堂表现和作业为主，实验成绩以实验报告和学生具体的动手能力为准，期末考试的题型包括填空题、简答分析题和计算题等，其中考核三种传热方式基础知识型题目占60%，考核针对三种传热方式在工程应用基础问题综合分析与验证的能力题目占40%。提交总评成绩后，针对工程认证的标准，针对每个毕业要求指标点，分项求各指标点对应的平均分，计算“传热学”对各指标点的评价值，从而获得“传热学”课程的达成度评价报告。从近两年的“传热学”教学结果分析来看，基本上达到了工程认证对机械专业学生学习“传热学”的要求和目标。

本文分析了我校机械类专业“传热学”教学的不足和现状，提出了教学改革的措施。笔者认为要实现工程认证对学生的培养要求和目标，必须对“传热学”设置合适的学时，调整教学内容与学生的工程实践能力相匹配，注重培养学生分析问题和解决问题的能力[5]，重新选用合适的热工基础教材，科学施教，不断推动机械类专业“传热学”教学的改革和发展。

参考文献：

[1]晋浩天.工程教育认证对我们意味着什么？[N].光明日报，2013-11-27.

[2]胡文龙.工程专业认证背景下的高校教师教学发展[J].高等工程教育研究，2015，（1）：73-78.

[3]刘爱萍.浅谈传热学课程的教学改革[J].中国电力教育，2002，（4）：73-76.

[4]齐晓霓，魏丽霞.机械大类专业“传热学”教学改革探讨[J].中国电力教育，2014，（2）：123-124.

[5]张姝，支艳.“传热学”课堂教学改革的探讨[J].大学教育，2015，（3）：118-119.