消防工程专业“传热学”课程教学模式改革探索与实践

［摘 要］ 針对消防工程复合型人才培养目标，结合“传热学”课程知识结构特点，分析了目前西安科技大学消防工程专业“传热学”课程理论教学与实践教学过程中存在的主要问题。为构建以学生为中心的课堂教学体系，激发学生“传热学”的学习兴趣，从教学内容、教学方法、实践教学和考评方法四个方面提出教学改革主要内容。通过教学实践，有效提高了教学效果及质量，锻炼了学生应用传热学理论知识分析消防相关问题的能力，充分发挥了“传热学”作为消防工程专业基础课的衔接作用，获得了学生广泛认可。

［关键词］ 消防工程；传热学；课堂教学；改革

［基金项目］ 2022年度陕西省科技厅陕西省自然科学基础研究计划项目“煤颗粒尺度下声传播特性及温度-声速关联机制”（2022JQ-408）

［作者简介］ 于志金（1989—），男，黑龙江双鸭山人，博士，西安科技大学安全科学与工程学院讲师，主要从事消防工程专业研究。

［中图分类号］ G642.0［文献标识码］ A［文章编号］ 1674-9324（2023）22-0058-04 ［收稿日期］ 2022-06-27

引言

消防工程是一门围绕火灾规律，学习火灾防、控、灭理论和技术的综合性学科，培养目标为从事消防研究、设计、评价及管理等社会消防技术服务的应用复合型人才，该专业毕业生须掌握防灭火科学的基本理论，熟悉国家消防安全法律法规、设计规范和标准［1］。“传热学”是一门研究热量传递规律的课程，由于火灾的形成、发展和演化过程中均存在着复杂的热量传递现象，所以“传热学”的基本原理和规律在消防工程领域有着非常广泛的应用，这也正是目前国内大部分开设消防工程专业的高等院校均将“传热学”作为本专业必修的基础课之一的主要原因［2］。但“传热学”是一门理论性和应用性都很强的课程。在教学课时不断被压缩的情况下，如何科学地设置教学课程，激发学生对“传热学”的学习热情，增强学生对所学知识的应用分析能力，已成为任课教师面临的重要问题。很多学校的教师通过不断更新教学理念和教学方法，开展了“传热学”课程教学模式的探索和优化，取得了良好的效果［3-5］。本文结合西安科技大学消防工程专业“传热学”课程教学经验，对如何实施“传热学”课程教学改革，实现“传热学”课程专业衔接作用，分享了一些探索经验和实践体会。

一、教学过程存在的问题

通过调研近几年消防专业“传热学”课堂教学现状，综合教学督导专家、课程组、学生的反馈信息，发现了存在共性且较为突出的问题如下。

（一）学生数理基础差异较大，“灌输式”教学效果不尽如人意

对重要公式的推导是掌握传热学基本原理的基础，更是准确理解工程实际应用问题中传热学现象的关键［4］。但学生存在数学基础不扎实、微分方程与函数分析求解等理论计算困难的问题，只有通过教师细致地讲解才能降低学生的理解难度。而这样一来，有限的教学时间就会十分紧张，直接导致教师所讲知识点缺少拓展，学生很难将理论知识与实际工程应用相联系，造成专业基础课与专业背景脱钩。

（二）多媒体教学信息量大，学生流于形式，基础不牢固

许多教师在课堂教学中引入了多媒体技术，配合实物展示或者模拟重现，给学生以直观的学习体验，促进学生对实际消防中存在的传热学原理的理解和消化，不仅提高了教学内容的趣味性，而且激发了学生的学习热情［5］。但限于课时和学习基础，大部分内容的作用仅限于展示，演示内容与基础理论的跨度过大，导致学生只是看个热闹，分析解决实际问题的能力并没有得到提升。最终导致课程科普化，不利于学生构建完善的知识体系，影响了“传热学”在整个专业培养体系中的基础作用。

（三）实验教学形式单一，难以提高学生的学习主动性和创造性

实验在“传热学”课程教学体系中占有重要地位，通过基础实验或科学实验来验证课本理论知识，是培养学生独立思考和解决工程实际问题的主要手段。但在实践环节，实验课程多为演示性实验，即教师演示，学生模仿。实验教学存在缺少实验场地、仪器设备不足的问题，学生参与度有限，其独立思考的能力和动手能力并未真正得到锻炼。而由于缺乏科学实验研究，导致实验教学质量不高，无法让学生将理论知识与工程实践结合起来。

（四）考核方式与学习目标和培养目标不符

我校消防工程专业采用的考核方式为平时表现占30%、实验占10%、期末闭卷考试占60%的评分标准［1］。其中，期末试卷题型和各知识点分布情况如表1所示。

在设计试卷时，对导热的基本概念、规律及实际运用分析提出了较为全面的要求。而在对流和辐射部分，则更多要求学生掌握其热量传递的基本方式及遵循规律，对分析处理能力和分析计算能力的要求相对较弱。2018—2020年两个教学班学生的期末考试试卷得分统计如表2所示。

由表2可知，大部分学生期末试卷的得分在60～80分之间，得高分（大于90分）的学生较少，不及格的人数超过了总人数的13%。在具体题型的得分情况方面：名词解释、填空题、简答题的平均得分率超过了80%，而计算题、分析题的得分率仅在40%～50%之间，说明学生对基础理论知识的理解和对固定知识点的记忆情况较好，但涉及结合实际问题进行分析和知识点的灵活运用时，却有明显不足，很多学生在做计算题时不清楚运用什么理论，乱套公式的现象非常普遍。因此，现有的考核方式虽使学生重视课堂表现，但仍无法改变期末“一卷定终身”的现实，学生为了通过考试往往采用死记硬背、生搬硬套的方式，并未具备运用传热学原理分析解决实际工程中传热问题的能力，更难以将强化或削弱传热、温度控制的基本理论和技术与消防工程专业知识相结合，由此可知，现有的考核方式与应用型人才的培养目标相悖。

二、教学模式改革与实践

（一）前置理论教学，精炼教学重点内容

理论教学，特别是热量传递三种基本形式（热传导、热对流和热辐射）的基本定律和计算方法的掌握程度是决定学生能否掌握传热学知识、能否与工程领域相关内容建立起联系的关键。但在学时有限的情况下，在课上占用大块时间来讲解推导过程，容易造成知识面拓展不足，导致缺少引导学生理论联系实际问题的过程。对此，可将理论教学窗口前置。首先，利用现有的网络课程资源，如中国大学慕课（MOOC）、YY教育、雨课堂等，提前将课上所涉及的基本理论、概念、公式发布给学生，要求学生提前预习，鼓励学生自主完成微分方程的推导过程。其次，利用雨课堂平台，针对每节重要理论的推导过程，以判断题的形式使学生明确理论学习中易忽视、易错、难理解的环节，以此强化学生对核心知识点的理解，同时教师可以根据答题情况掌握学生对知识点的预习情况。在此基础上，在课上鼓励学生上讲台分享预习体会，以此达到增强学生课上参与度、提高学生主动学习的积极性的目的［6］。由于学生在课前完成了对基础知识的学习，在课堂教学时，教师可以以消防专业领域工程实例为切入点，通过内容精炼，重点讲解如何应用所学理论，进而保证核心知识点和与专业结合度高的内容有充裕的时间讲深讲透，比如与消防工程密切相关的复合传热、强制对流、隔热板等知识点。

（二）突出消防工程背景，合理运用多媒体技术

多媒体教学可以将热量传递过程中的抽象内容进行动态演示，特别是对流传热边界层、相变对流传热等复杂的现象，通过反复观看物理图景变化，加深学生对传热学本质和规律的认识［5］。但较为广泛的素材来源，导致这种多媒体浏览式教学与基础理论、专业实践脱节，或使学生难以消化，没有达到多媒体教学应有的效果。因此，应實施定制化多媒体教学，围绕现实消防场景，注重体现实景材料中涵盖的传热学现象。采用课前布置作业的方式，让学生熟悉多媒体材料，促进学生思考相关基础理论知识并建立起专业联系。课上，让多媒体教学“慢下来”，更多地采用课堂互动的方式，让学生上讲台，引导他们就某些消防领域的主题进行分析，提炼出相关的传热学问题，通过提出疑问增强对知识的理解和认识，从而促使学生结合专业背景形成符合教学大纲要求的传热学理论体系。

（三）开展项目式科研活动，强调理论与实践结合

为了提高学生理论与实践相结合的能力，培养学生的创新意识和综合素质，在实践教学活动中以项目式科研活动替代传统的实验模式。首先，开展专业研究性质的实验，由教师设置选题，选择兼具应用性、工程性与理论性的专题。由3～4名学生组成研究小组，各科研小组根据学术兴趣或专业方向选择题目，自主设计项目的组织、技术路线以及成果展现形式，教师全程参与，强调学习过程中的“实践”，并给予必要的指导和建议。其次，要求学生完成20学时以上的计算机模拟训练，结合Fluent、Comsol、FloTHERM等热仿真软件，进行传热学现象的数值分析。教师指导学生数值解法的基本原理、方法步骤及注意事项，使其自主完成建模、计算和结果处理。最后，鼓励学生用“传热学”课程中的科研活动成果参与科研竞赛，以赛促教，让学生有目标地主动学习，并通过实践体会如何将理论知识应用于实际工程［7］。通过科研式实践教学，一方面，让学生知道了所学的知识有什么用，能起到什么效果；另一方面，也提升了学生的创新思维能力和合作能力。

（四）创新教学考核体系，实施全过程的考试模式

课程考核是对教学理念、内容和模式的直接反馈，也是对教学效果、学生课程掌握情况的检验。在新的考核体系中，综合课堂表现、作业完成质量、科研实践训练情况、期末考试成绩来检验学生的学习效果。在课堂表现和作业完成质量方面，重点关注学生课前的预习情况，通过随机抽取的方式，要求学生在学期内至少上一次讲台作为某一知识点的主讲人，教师结合学生对知识点的掌握情况、学习的主动性与积极性、出勤率等指标进行综合评分，此部分成绩占总成绩的30%。科研实践训练则更多关注学生对所学知识的运用能力和分析、解决问题的能力，实施全过程考核，由过程综合表现和作品完成情况两部分组成。过程综合表现由任课教师依据学生完成训练的情况评定，此部分成绩占总成绩的20%；作品考评采用“专家组打分+研究小组互评”的方式，专家组由课程组任课教师组成，主要把握项目的基础理论应用情况和技术路线，互评则把部分考评的主动权还给学生，鼓励学生在考评中相互学习、共同探索，此部分成绩占总成绩的20%。期末考试采用开卷的形式，主要设置综合类分析题，试卷内容注重传热学知识在消防工程专业的渗透，要求学生选用正确的理论和公式来分析解决问题，此部分成绩占总成绩的30%。

三、改革实施效果

通过近一年的课程考评结果来看，在“传热学”课程教学中采取调整课堂教学重心、前置理论教学、加强课前预习、增加科研式实践、采用全过程考核模式等措施后，学生课上学习的主动性明显提高，形成了广泛思考、互动交流的良好学习氛围，扭转了以往学生对“传热学”课程枯燥、抽象的印象。同时，培养了学生理论联系实际的能力，使学生在明确传热学理论知识的前提下，主动联系专业背景，思考如何解决传热学的实际问题，真正做到引导学生明确应该学习什么、为什么要学、怎么学，取得了良好的教学效果。2021年采用新的考核方式后，学生的“传热学”课程成绩与前三年相比，优秀率（大于90分）达到了21%，低于70分的比例不到10%，教学效果取得了明显提升。

结语

“传热学”作为消防工程专业的一门重要专业基础课程，其教学效果直接影响学生对传热学问题的理解和创新思维的培养。因此，结合课程特点，坚持理论结合实践，改革优化教学模式，使“传热学”课程的教与学都变得富有吸引力，这样不仅有助于强化学生的理论知识，还能够提高其解决专业问题的能力及综合素质，对培养消防工程应用型人才具有重要作用。

参考文献

［1］张京兆，吴奉亮，李莉，等.消防工程专业《传热学》教学方法改革［J］.教育教学论坛，2016（7）：87-88.

［2］徐青，凌长明.传热学课程教学改革的探索［J］.大学教育，2018（10）：59-61.

［3］祝百茹，宋洋，董泽，等.“三结合”教学模式在传热学教学中的应用［J］.教育教学论坛，2018（4）：194-195.

［4］高虹，包道日娜.传热学课程中实验与理论教学高效結合的探索［J］.教育教学论坛，2020（34）：205-206.

［5］罗清海，綦春明，柳建祥，等.基于信息和多媒体技术的传热学实验教学改革［J］.实验技术与管理，2010，27（11）：107-110.

［6］杨昆，王嘉冰.“以学生为中心”的传热学教学研究［J］.化工高等教育，2016，33（6）：74-77.

［7］曲明璐，王丽慧.基于工程人才培养的传热学教学改革策略［J］.西部素质教育，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