化工原理传热单元解题推理型微课的设计与制作

郭 芳 陈慕华 许俊强

(1.重庆理工大学化学化工学院 重庆 400050；2.南京林业大学化学工程学院 江苏南京 210037）

一、化工原理“传热单元”微课建设的意义

化工原理是化工类及相近专业的一门主干课，是基础课与专业课的桥梁。主要研究各种“化工单元操作”(流体流动、传热、蒸发、蒸馏、吸收、干燥、结晶、萃取等)的基本原理、典型设备构造及操作特性、过程和设备的设计与计算、设备的选择与改造等。教学特点是强调工程观点，重视理论和实际相结合，培养和提高学生认识问题、分析问题及解决问题的能力[1]。化工生产中的很多过程和单元操作，都需要进行加热和冷却。蒸发、蒸馏、干燥等单元操作中，也同样需要向相关设备输入或输出热。传热过程普遍地存在于化工生产中，且具有极其重要的作用，因此，在化工原理课程理论及实践教学中是非常重要的章节[2]。

在理论教学中，对于传热单元，学生需要掌握的知识目标主要有以下三点：(1) 掌握传热过程的基本概念及原理；(2)掌握传热过程中热量衡算、总传热速率方程的计算及应用；(3)掌握间壁式换热的过程及特点和典型的管壳式换热器的结构特征。面对有限的学时，大容量的课程内容，微课以其“短、小、精、趣”的特征，远程网络学习的形式，打破了传统教学模式在空间和时间上对“教”与“学”的限制[3]。借助现代信息技术和互联网的便利，以微视频为载体，将传热的基本原理及概念结合形象具体的生活生产的实例，将传热设备结构特征以生动灵活的动画模拟，将传热的应用及计算进行启发推理演示。学生的兴趣性、关注度和理解力都会增强，从而达到积极、自主、自助的学习，体现以“学”为主的教学理念。

二、传热单元微课的设计思路

微课服务对象主要是学生，而学生对微课的接受程度与教师在微课中的教学设计有些密切关系[4]。笔者根据教学目标和教学内容，传热单元的教学要求对于学生是比较统一的，可归纳如下：(1) 培养学生理解和掌握换热设备特性和基础知识，并能提升学生解决传热过程中的设计型或操作型计算问题的能力；(2) 培养学生熟练掌握求解传热量、传热面积、平均温度差、总传热系数及流体管程流通面积的方法；(3) 培养学生举一反三、准确分析的能力，从而提高解题效率及准确性。(4)为后续课程设计及实验的学习环节对传热单元操作的理解和综合应用打好基础。微课的设计需要契合学生要求，围绕教学要求，以构建多类型微课为思路，将两者的多样性和统一性相结合。对于前三种要求，可以在微课中从生活实例或实验演示视频出发引出工程实例，将传热原理与设备结构及应用相结合，引导和启发学生去思考，加深学生对传热过程的概念。对于第四种要求，在突出课程基础性和应用性的同时，以经典例题出发，不仅将传热相关的知识点进行系统化归纳，更传授各题型的具体解题方法与技巧，使学生形成完整的知识体系链，能有效激发学生学习兴趣和参与度。

三、传热单元解题推理型微课的制作

（一）构建解题推理型微课的目的

热量衡算是工科学生的基本功，而传热计算解题的关键是总传热速率方程的应用，这需要结合考虑换热器的结构特性。换热器种类繁多，单就常用的管壳式换热器也结构不一，各有特点，对计算过程造成影响，这就要求学生对换热设备有充分的认识和把控。这样才能在掌握传热原理的基础上灵活、熟练地运用该章节的多个知识点。而从一个典型习题出发帮助学生复习巩固所学知识是十分具体形象的，也是非常必要。因此考虑构建解题推理型微课。

（二）解题推理型微课的教学过程设计

这类微课的教学目标是在传热章节主体教学内容完成的基础上，围绕本章的重点与难点（如总传热速率方程中传热量Q，总传热系数K，管内对流传热系数αi的求解；管壳式换热器的结构特点与管内流体流速u求解及换热器的传热面积S及管程流通面积A的关联等），通过一道综合性强的典型习题对重要知识点进行重点总结概括，对疑惑难理解的问题层层引导启发，对易混淆出错的地方给予分类归纳，集中纠错。制作时，微课的内容及时间分配可做如下安排：

（三）解题推理型微课的录制手段及优点

解题推理型微课可以采用虚拟演播室及软件合成的方式进行录制，ppt内容与设备动画切换播放，教师临场与旁白相结合。授课形式可融合启发式、疑问式及纠错式，ppt的内容组织可融合知识点、典型例题、总结。在同步解题与详实演示的过程中，微课画面的灵动和形象比抽象的文字和公式更有助于学生的理解和掌握。

四、结束语

在化工原理传热单元操作的“教”与“学”的过程中，引入微课向学生多层面展示化工原理教学内容的多样性。在分析教学要求与学生要求的基础上，构建多类型的微课，增强学生对传热单元知识点的兴趣性、关注度和理解力。其中解题推理型微课，将传热的基础知识点和设备结构特性通过经典例题的讲解进行系统化巩固复习，并进一步传授相关题型的具体解题方法与技巧，使学生形成完整的知识体系链，提高传热章节的教学质量。