热质交换原理与设备课程教学手段改革探索

王 健 于磊鑫

（沈阳城市建设学院市政与环境工程系，辽宁 沈阳 110167）

0 引言

热质交换原理与设备是建筑环境与能源应用专业在工程领域的一门重要课程，重点研究物质间动、热及质之间的传播现象，通过从传递规律的探讨中获得理论知识，以指导其在实际工程中的使用和实践。本课程特点是涉及范围广、理论知识强，公式量多且符号表示杂乱，因此学生刚开始接触和学习时，极容易感到枯燥乏味，课程学习效果较差。教师对课程内容进行授课时，通常列举发生在实际生活中的相关现象，并针对现象背后的理论知识进行剖析、归纳和总结。但是受传统教学手段限制，板书结合PPT形式无法使学生对相关设计及原理进行深入理解，不能够使学生实现举一反三的学习目标。因此，对于“线上”和“线下”相结合的混合式教学模式的提出及应用尤为重要。

1 教学手段现状及改革思路

1.1 教学现状

沈阳城市建设学院热质交换原理与设备的培养方案共设置四十八学时课程，其中包括实验两学时，理论学时四十六学时。授课对象为我校建环专业大三学生。热质交换原理的教学内容主要包括：传质现象简述、采用类比手法研究物质间动、热及质之间的传播现象、明确空气的热湿处理过程和方法、探讨吸附和吸收材料进行空气处理的理论方法；热质交换设备的教学内容主要包括几类主要热工计算，如间壁式热质交换设备、混合式热质交换设备、复合式热质交换设备等，实验教学内容为空气的热湿处理，主要强化学生的动手实践能力的培养。

以往授课以课堂教学为主，授课教师采用了板书+多媒体的教学手段，成绩考核由出勤、课堂笔记、课后作业、随堂测验、参考阅读课外书目情况等组成。平时成绩占20%、期末试卷考试占70%和实验成绩占10%共同组成。

目前存在的主要问题有：

（1）教学内容连续性较差。在教授热质交换原理部分过程中，课程中涉及的传质过程，与传热学和流体力学中的动量、热量传输过程类似，同时还存在着密切联系。因此学生对于传热学和流体力学的理解程度，直接影响对质量传递过程机理的理解。但是受疫情影响，我校18级同学们的专业前序课程传热学、流体力学课程在2020年春季完全是线上授课，使得同学们对知识的理解存在欠缺。因此，授课教师在2020年秋季的热质交换原理与设备课程的各种教学环节进展不连续，需要领着学生复习一下前续传热学以及流体力学课程内容，保证教学内容的连续性，否则，同学们对于传热学和流体力学的内容不懂，使得对于传质的内容也是一头雾水。

（2）考核方式单一。以往的考核方式从本质上看还是应试教育，考察的是学生对教材内容的掌握程度，不利于应用型人才的培养。

1.2 教学改革思路

综上所述，为提升学生的学习兴趣、学习主动性、学习自觉性，并就学生分析问题、解决问题能力的培养，同时有效提升教学质量，让学生真正具备创新的意识、理论与实践相结合的能力，需要从以下几个方面进行改革。

1.2.1 教学手段的改变

最近两年，由于疫情原因，及结合专业定位和学生的实际情况，教学模式的转变要紧紧围绕着应用型人才培养的方向和目标。为了改变传统教学过程中灌输式的教学方式，要让课堂活跃起来，各教师同行进行了大量的研究与实践，提出了很多新的教学手段和教学方法。针对本课程具有理论基础和工程应用密切结合的特点，在疫情期间本门课程教学模式提出了“线上”和“线下”相结合的教学，混合式教学将课堂教学的核心由课堂知识讲述转为学生自主学习，将以教师为教学的主体转换为学生。本模式既能展示教师的辅导作用，又能体现学生的主体地位，可以充分调动学生的学习热情和积极性。

1.2.2 教学内容重构

本课程所用的教材是连之伟主编第四版的《热质交换原理与设备》。教材主要分为热质交换原理和热质交换设备两部分。第一部分包括传质现象简述、采用类比手法研究物质间动、热及质之间的传播现象、明确空气的热湿处理过程和方法、探讨吸附和吸收材料进行空气处理的理论方法；第二部分主要包括几类主要热工计算，如间壁式热质交换设备、混合式热质交换设备、复合式热质交换设备等。以第四章空气的热湿处理为例，焓湿图的实践应用与湿空气物理性质与工程热力学中内容重复，主要由工程热力学课程细致讲述，需要带领同学们巩固复习前序课程；热质交换原理与设备中各类热交换设备的热工计算在本课程会主要讲解，为日后学习空调工程课程打下坚实的基础。本人在授课过程中结合学生的实际情况将教材的授课顺序进行了适当的调整。首先对传质理论基础、传热传质中分析计算问题的原理部分进行讲解；其次分开讲授空气热湿处理过程及应用，本部分中空气与固体表面之间热湿交换的热工计算以及间壁式热质交换设备的热工计算进行联合讲解。空气与水直接接触时的热湿交换热工计算、混合式热质交换设备的热工计算进行联合讲解；最后对吸附和吸收处理空气的原理与方法进行讲解。这样的划分主要是遵循了理论基础和工程应用的先后连续性，例如，把发生在空气与固体表面之间的热湿交换当作问题讲述和分析模型，从中得出的结论，可以在间壁式热质交换设备的热工计算中进行实际教学应用。同样热湿交换发生在空气与水直接接触过程中，如常规空调系统中冷却水系统，就是热质交换设备冷却塔热工计算的实际应用。在讲述上述热质交换设备时，为了让同学带着真实的技术练习，选取实际工程如沈阳市某办公楼项目作为教学内容，将该办公楼内各类空调设备的选型应用进行讲解，加强同学们对课程的理解。

1.3 教学方法改变及建立客观合理的考核方式

师生间勤交流常沟通，可以知晓学生对所讲内容的掌握情况，注意与学生建立融洽的师生关系，立足人才培养目标，从学生需求出发，遵循教育规律，以轻松和谐为宗旨，使学生对该门课程产生兴趣。针对部分学生存在学习主动性比较差的问题，要注重和他们的交流，培养他们学习的兴趣并及时在线上阶段完成相应的任务点。在考核方式上，将传统的平时成绩+期末成绩进行调整，除了在线下课堂教学中，将课堂讨论环节增加进来外，在课下，学生还可利用现代检索工具搜集资料，课上进行汇报，教师根据汇报情况进行打分并计入学生过程性成绩中，并将线上各位同学成绩、学习内容完成度及测验完成度进行测评，学生自主学习成绩占比增大。

2 课程设计实践

2.1 线上教学

通过对我校18级同学在2020年秋季学期对该门课程最后的成绩来看，学生的期末成绩并不理想，以此，在2021年秋季学期中对我校19级同学进行了教学手段及教学方法的改革。学生线上教学分两部分内容，一部分是学习通中任务点、随堂测验的完成，另一部分为课后作业及小结。此环节引入学习通上南京工业大学教师的教学示范包。为了保证学习通上的预习的质量，学习通中的视频任务点设置了闯关环节，以此监督学生们的学习动态；线上学习通内容主要包括基本概念及相关理论基础知识等。例如，在讲述传质的理论基础内容时，课前需要进行预习内容包括质量浓度、传质速率、传质通量等概念，并将该内容与前序课程化学进行对比论述等；讲解斐克定律的时候，课前预习内容包括流体力学中牛顿黏性定律、传热学中傅里叶导热定律等。课后作业主要以简答题的形式论述，比如水的蒸发凝结的质量扩散率，更加强调理论知识在实际问题中的应用。在讲述空气的热湿处理内容时，课前预习内容为处理空气的设备的复习以及焓湿图的复习，焓湿图是空气热湿处理途径的表现方式，对于焓湿图中每个点、每条线都需要熟练掌握。讲述三大类热质交换设备时，课前预习内容包括空气与固体表面之间、空气与水直接接触时的热湿交换过程等。此外，为了让学生对热质交换设备所在应用系统中的作用有所了解，课后作业主要以主观题的形式出现，更加强调理论知识在解决实际问题中对空调系统、采暖系统的应用。

2.2 线下教学

课堂教学中教师主要是以讨论、提问、解答为主，师生之间以互动的方式进行教学。需要教师根据学生课前在学习通上预习的内容，设置必要的随堂测验环节，进而保证课堂环节的正常进行。本课程在课堂教学中以学生常见的物理相态变化为主，通过物理变化和空气热湿处理设备的应用进行工程问题的分析讨论，积极的找到使问题简化的途径从而让学生更好地理解课程的内容。

传统灌输式授课模式学生上课缺乏主动思考，教学效果较差，本次教学最大的改变是课前积极预习并将教师学习通里布置的任务完成的同学，课堂上学生的活跃度高了，课堂上学生精神面貌大为改观，参与课堂教学的意识大幅提高，同时通过提前预习发现的问题也会在课上与教师进行积极沟通，提高了学生对听课率和记笔记率。这些状态的改变要求同学们具有较高的自学积极性并且必须要有自学能力，课堂上授课的流畅性取决于课前预习环节的效果，反过来，对授课教师的要求也越来越高。

3 课程思政建设

在2016年全国高校思政工作会议上，习近平总书记强调“要坚持把立德树人作为中心环节，把思想政治工作贯穿教育教学全过程，实现全程育人、全方位育人，努力开创我国高等教育事业发展新局面”。作为教师要在课堂中让学生提高思想政治方面理论，需要把思想政治教育与课程教学紧密联系在一起。热质交换原理与设备作为建环专业在工程领域中一门实践性极强的专业基础课，把授课内容与课程思政进行有序高效结合，值得任课教师进行好好思考。建环专业着重于培养复合型应用型人才，主要学习工业与民用建筑的供暖、通风与空调系统以及制冷系统，这些系统都围绕能源展开，建筑能耗中空调的能耗约占总能耗的一半，为了建设资源节约型、环境友好型社会，节约能耗受到国家相关主管部门的高度重视，成为我国目前改善经济结构、调整发展方式的重要突破口。随着节能工作循序渐进的推进，在建筑的整个生命周期，从规划、设计、建造和最终使用，不仅执行建筑节能标准，还要注重建筑内部各空调系统采用设备的精确选型，并加强建筑内用能设备的管理，提高暖通设备的运行效率，并且要积极使用可再生能源，通过本课程的讲解，给同学们建立积极选取利用可再生能源为燃料的高效率设备，确保在不影响建筑物使用功能和室内热湿环境的情况下，有效降低建筑能耗。践行习近平总书记强调的人与自然和谐共生的理念，实现中国梦第二个百年目标，即生态环境保护目标。

课程思政才刚刚起步，需要教师找到与本课程的相关联结合点最为关键。通过改变本课程的教学方法、教学手段等，提高同学们的综合素养，满足对应用型人才的培养。

4 结语

针对热质交换原理与设备课程涉及范围面广、理论知识强、内容抽象、学生学习理解困难等现状，本文从课程教学中存在的问题进行全面分析，提出了热质交换原理与设备课程的教学改革手段和方法，并在课程教学中进行了有效应用。经过一个学期的实践证明：“线上”+“线下”混合式教学方式可以有效调动学生学习的积极性，对学生的参与和理解能力提升效果显著。新型教学模式对培养适应社会发展，具备分析解决问题能力、创新能力和工程实践能力的应用型人才意义重大。