项目式教学在《传热学》中的探索与实践

刘娟，王堃，孔松涛，蔡萍

（重庆科技学院 机械与动力工程学院，重庆）

随着社会的发展和教育水平的提高，当前工科教学脱离实际，国内高等工程教育矛盾日益激化。2017年2 月，高教司发布了《教育部高等教育司关于开展新工科研究与实践的通知》，其中明确指出推进新工科的建设与发展，加快实现我国从工程教育大国走向工程教育强国。

一 研究背景及意义

大约在上世纪30 年代，传热学（heattransfer）形成了独立的学科。传热学是热科学的重要组成部分，同时也是研究不同温度的物体或同一物体的不同部分之间的热量传递规律的学科。它主要讨论以导热、对流和辐射3 种基本传热方式为基础的准平衡过程的系统。传热是常见的自然现象，并存在于工程技术领域的各个方面[2]。传热学因此成为许多工程类学科专业的重要技术基础课程。它是一门实践性很强的课程，是许多工科专业重要的主干课程。因此，如何更好地实施《传热学》教学，已经是当前各相关工科类高校面临的难题之一。本文针对《传热学》中多层圆筒壁的导热问题，采用项目式教学方法进行具体分析，以实现教学课程的改革[1]。

二 《传热学》传统教学存在的问题

（一） 传热学课程比较抽象

传热学教材涉及比较广，概念比较抽象，学生被动地接受教师讲解的知识，造成的结果是，学生自主性学习不强，不利于学生知识的学习；同时，也阻碍了学生创造力的提高，思维受到了限制，想象力缺乏，课堂气氛低沉，不利于课程的学习。

（二） 学生实践能力比较差

部分高校由于仪器设备比较少，学生仅仅单纯学习了理论知识，但是实践操作却涉及较少，远远不能满足提高学生实践能力、就业能力和创业能力的需要。没有真正将理论知识和工程实践结合起来。结果导致学生学习的真正能够应用于工作的知识很少，毕业后要进行很长时间的培训才能达到工作的要求[2]。

（三） 课程公式多、理论性强

《传热学》具有较强工程实际应用背景，是偏重数学理论、比较抽象的应用学科。课程中包含许多用导数、偏导数、积分等数学语言推导热现象规律的内容，公式繁杂冗长，这就要求学生不仅具有扎实的数学基础，而且具有不怕困难、坚持不懈、刻苦钻研的精神。面对这些数学公式、图表时，学生不能深刻理解它们同工程实际之间存在的联系，更不要说进行更深一步地学习，这就大大地降低了学生自主性学习的积极性，教学效果比较差。

基于上述存在的问题，为了提高“传热学”的课堂教学效果，本文提出将项目式教学方法应用于传热学的教学中，以此来实现应用性人才培养的目标。

三 项目式教学的优势

项目式教学，简称PBL（Project- based Learning），是一种内在的激励手段。它主要依托实际问题，通过项目的整个实施过程，使学生能自主性地掌握理论知识和实践技能的教学方法。“项目式教学”的先驱是皮亚杰，主要思想为建构主义，随后哈佛大学加德纳提出了多元智能理论、行动导向教学理论等，这些都是项目式教学的理论依据。它的核心理念强调主体是“学生”，主导是“教师”，背景是“实际工程”，媒介是“项目”，通过项目的实施与目标的达成提高学生的主观学习能力。与传统的教学方法相比较，项目式教学融合了工、学结合的教育思想，着重培养了学生运用已有的知识、技能及主动学习来解决实际工程问题的能力，有利于学生整合已有知识并构建新的知识体系[3]。

项目式教学主要应用于实践性、应用性、工程性比较强的课程。因此，项目式教学方法同时对教师和学生提出了更多的要求。

首先，在项目设计环节上，对教师的要求有：①要掌握丰富的专业知识；②具备基于该课程知识体系的工程实践技能；③在真实性、系统化和探究开放性的前提下，可以灵活构建实践项目。

其次，在项目实施环节上，要求教师开展以项目问题为导向，启发学生应用已掌握的知识及通过各种方式查找与项目有关的各方面知识，并对这些知识进行整合。同时，整个过程学生参与其中，学会自主性思考，自发动手实践，逐渐培养学生的自我学习意识，可以提高对《传热学》学习的主动性和积极性[4]。

最后，学生可以构建起新的知识体系，具备发现问题、分析问题和解决问题的能力。

项目式教学的优势在于：

1.它注重真实场景下的、以明确目标为导向的活动，因此课堂是一种积极高效率的活动；

2.它倡导以教师教学为主导，以学生学习为主体的教学活动，这样老师以组织者、引导者等身份出现，学生的学习变为一种主动提高能力的过程；

3.学生在参与教师设计的任务活动中可以发现问题，解决问题，归纳总结以及感受成功；

4.体现以人为本的教育理念，注重素食教育。在项目式教学过程中，引导学生发挥其主体作用，通过各种手段调动学生的学习热情，激发其创新意识，培养学生的创新能力和综合素质。

5.项目式教学的最大特点是采用理论和实践相结合的方式来塑造社会型人才，发挥每个个体的优势，最终培养出“零培训”的人才。

为了更好实施应用性人才培养目标，将项目式教学方法用于开展《传热学》课程改革。这将有利于提出项目式教学的阶段目标，同时更好地服务社会。

四 项目式教学在传热学中的实施

在实施《传热学》多层圆筒壁导热教学的过程中，老师主动引导学生，通过实际工程项目，鼓励学生独立思考，充分调动学生的学习积极性[5]。

（一） 教师介绍项目概况

以车用CNG 气瓶蒸汽冲洗过程中传热为例，对气瓶的结构如内胆为钢质材料，外敷缠绕层及树脂构成复合材料层。该项目是一个典型的多层圆筒壁导热模型。在气瓶内部蒸汽对流换热条件和气瓶外壁面自然对流条件已知的情况下，要求学生对气瓶温度场进行计算。进而获取复合材料层温度场，最后根据该温度场，判断检测过程是否满足气瓶检测规范中复合材料层温度不能超过65℃的要求。

（二） 项目设计及实施

在气瓶热物性和边界条件已知情况下，要求学生根据《传热学》中的导热方程章节和其他资料，进行学习研究，撰写相关计算过程及结果报告，并与老师进行交流。根据相关建议，讨论后完善报告。

在实施过程中，学生以小组形式独立实施任务。

（三） 项目总结

学生实现任务后，教师在课堂上进行总结，并要求学生对报告内容进行对比分析[6]。

综上所述，通过车用CNG 气瓶导热过程计算，实现了理论知识和项目的结合，激发了学生的学习兴趣。但是在实施过程中存在以下问题：本次项目制教学占用课时远超过正常授课课时，针对这一问题，可考虑部分工作在课下进行，如学生撰写相关计算过程及结果报告等工作；项目制教学中的项目要选择得当，如果过于复杂或偏离教材理论内容，将导致部分学生失去耐心和兴趣；少部分学生存在偷懒、抄袭现象。

五 结语

综上所述，通过对《传热学》实施项目式教学方法可以引导学生自主性学习、思考、解决问题，从而激发了学生主动获取知识的兴趣。同时，该方法与理论相结合，培养学生学习的主动性和积极性，提高了实践能力、创新能力及综合素质，为学生今后直接融入社会奠定了良好的基础。