基于CDIO模式的传热学课程教学改革与探究

杨会 庄光亮 朱辉

摘要：本文以能源类应用型本科专业的传热学课程教学为例，探讨CDIO模式下学生学习传热学课程的现状。从课程教学内容、教学手段、实验方式、课程评价等方面提出激发学生兴趣，调动学生学习积极性，提升学生动手能力和实际解决问题能力的教学改革方法。

关键词：CDIO;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）43-0118-02

CDIO工程教育模式是近年来国际工程教育改革的最新成果。CDIO代表构思、设计、实现和运作，将工程毕业生的能力分为工程基础知识、个人能力、人際团队能力和工程系统能力四个层面，大纲要求以综合的培养方式使学生在这四个层面达到预定目标。传热学课程是能源类专业一门重要的专业基础课程，是学习后续相关专业课程的核心基础。该课程内容知识点多、具有较强的理论性且实际工程应用面广，这对学生应用理论知识分析和解决实际问题的能力提出了很高的要求。本文结合我校近年来基于CDIO工程教育模式的传热学课程教学改革与实践成果，就如何提高传热学实际教学效果提出一些经验。

一、传热学课程特点及教学现状

（一）课程特点与地位

作为能源与动力工程专业一门主要的专业基础课程，传热学课程是学习后续相关专业课程核心基础。本课程是研究不同温度的物体或同一物体的不同部分之间热量传递规律的学科，在科学技术各个领域中都有十分广泛的应用，如强化传热、削弱传热（热绝缘）和温度控。在制冷空调领域，通过强化传热可缩小制冷空调设备的尺寸，降低系统运行能耗。在能源输送和利用环节中通过削弱传热则可减少散热损失或降低冷量损失，对我国能源可持续发展有着重要意义。此外，在温度控制方面，与传热直接相关的是电子元器件的冷却问题。

（二）教学现状

1.教学内容与工程实际脱节。传热学是一门应用性很强的专业基础课程，在学习过程需要高等数学微积分知识，且内容广泛，图表、经验公式多，学生掌握起来比较困难。现行的教材，虽包含20世纪后半叶的研究成果，但很大程度上仍保留了上世纪传统的课程内容体系，内容变化不大，灵活性不足，学生缺乏自主研究性学习和训练，未体现出CDIO模式培养计划中的基本要求，与生产实际要求的能力培训仍存在一定的差距。

2.教学方法及手段单一。近年来，随着多媒体技术的发展，很多教师采用多媒体授课，积极引入图片、视频等教学素材丰富教学内容。相比传热的黑板教学方式，多媒体教学手段确实表现出良好的教学效果。但教学过程仍表现为教师讲、学生听的老模式，教学过程与工程实景联系不够紧密。学生主动性、创新性仍达不到CDIO模式培养学生工程能力的要求。

3.实践教学环节脱离实际，缺乏创新性。传热学课程实验教学多为验证性实验和演示性实验，教师讲解相关实验原理、操作方法，学生不需要动脑，只需按照教师的讲解及要求按图索骥进行实验并完成实验报告。这种按部就班的实验教学过程，难以达到启发学生思维，培养其动手设计和独立完成实验能力的目的。

4.成绩评价方式单一。传热学课程多采用的是期末闭卷考试的考核方式，最终成绩给定综合平时成绩和期末考试成绩，以学生掌握基本理论知识的程度作为唯一评价指标，缺乏知识综合应用和工程实践能力的考核，未体现出学生应用理论知识分析解决工程实际问题的能力。传热学课程重理论、轻应用的考核方式，与CDIO模式培养工程型、应用型人才的理念不符。

二、传热学课程教学改革建议

1.建立丰富的工程项目教学资源库。课堂教学要注重可视化教学素材的使用，在PPT中多插入动态图片、实景拍摄图片及传热过程Flash视频。在实验教学环节，采用虚拟实验与现场实验相关结合的方式，实验前学生通过网络虚拟实验平台观看实验内容，熟悉实验操作流程及注意事项。如换热器换热系数测定、稳态法测量材料的导热系数等，将传统的课堂教学形象化，增加趣味性和启迪性，以培养符合CDIO工程教育理念的创新性、工程型、应用型人才。此外，通过Fluent开发虚拟实验平台也是一种有效的教学资源开发途径，通过数值计算对传统的导热问题进行求解，如平板导热、外掠平板换热、多排管束换热器流场及温度场分布、狭小腔室自然对流、换热器强化传热等。对于简单的传热问题，可让学生操作Fluent进行传热仿真，有利于激发学生的学习兴趣。而对于一些复杂传热问题，教师通过Fluent仿真可实现传热过程的可视化，可弥补三维仿真动画信息不足的问题。

2.以项目案例导入教学内容。在传热学课程教学中，不仅要求学生系统地学习传热学基本理论知识，更重要的是培养学生灵活应用课堂所学传热理论知识去分析和解决实际工程中具体复杂的传热问题，这是CDIO理念所倡导的构思设计实现和运作的人才培养的核心思想。因此，建议教学过程宜采用“问题导入”、“问题分析”、“解决途径”、“所需知识”和“内容学习”等的教学组织流程。因此，教师应善于利用项目教学资源库中传热案例，由浅而深地剖析其中涉及的传热问题，不断提出解决问题所需掌握的知识。如能在课堂上实现的传热过程，教师应积极创造实际的传热情景让学生亲身感受，如让学生赤脚踩在木质地板和地板砖上感受冷热程度，然后提出问题进行互动讨论。这样就顺其自然地将传热学中热传导、热对流和热辐射课程内容引出来，从而有效加深学生对热量传递的三本基本方式的理解和实际工程问题的解决能力，符合CDIO理念倡导工程情景教育。

目前，传热学研究发展日新月异，授课时教师应注重将书本基础知识与传热学前沿科技相结合，如超极速传热、微纳米传热、微尺度热运输等，以拓宽学生的视野，提高学生的兴趣。此外，在传热学的教学中引入“先基础，后综合，再创新”的CDIO教育培养理念，教学中增加工程案例，鼓励学生主动学习、主动创新，注意培养学生分析能力、创新思维、合作意识，如可对学生进行分组，每组分配不同的实际工程案例，组内进行协调分工共同完成一个工程，最后汇总做成PPT汇报，并由教师和其他小组共同打分。这种以学生为主的课堂教学方式，不仅提升了学生独立思考、创新和团队合作的素质，还提高了学生运用课本基础知识分析和解决实际工程难题的能力。

3.采用知识与能力相结合的考核方式。课程考核是测试学生学习知识与培养能力的基本手段，是教学过程的重要环节。合理的考核方式有利于学生培养正确的学习方法，达到课程教学的理想效果。传统的期末考试不管是闭卷考试还是开卷考试，考试时学生依赖于课本和教师考前复习，因而达不到较好教学目的。根据21世纪对创新应用型工程人才的要求，传热学课程考核应包括自主学习能力、实践创新能力、综合能力。因此，传热学考核必须摒弃传统的“一考定终身”的期末卷面考核方式，采用持續整个学期的多指标综合考核方式，传热学课程总评成绩包含：平时成绩、实验实践、模拟工程和期末考试等四部分构成。各部分可按一定比例来分配，其中平时成绩包含课堂出勤、课后作业;实验实践包含实验实训时的表现及实验报告;模拟工程以小组为单位分工合作，课堂汇报PPT，综合评定成绩;期末考试采取闭卷考试，考察课程基本理论、基本方法。这种综合考核方式可充分发展学生个性，培养创新素养，提升团队合作能力，从而提高学生的综合素质。

三、总结

本文对能源类专业传热学课程教学特点和教学实践中学生反馈的问题做了探讨，从教学资源库、教学理念及方法改革、改进考核等方面提出一些可供参考的教学经验。然而，CDIO教育理念是一个复杂的系统工程，具体教学方案需结合课程内容特点和专业人才培养目标来组织实施，且需在教学实践中不断修正和加以完善。

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Curriculum Teaching Reform Based on CDIO Mode of Heat Transfer and Explored

YANG Hui，ZHUANG Guang-liang，ZHU Hui

（Guilin Aerospace Industry College School of Energy and Building Environment， Guilin，guangxi 541004，China）

Abstract：In this paper，the course of Heating Transfer held in Guilin Aerospace University was took an example for studying the teaching processes based on CDIO，and the studentscurrent learning situation and some problems appeared during the teaching in this course were discussed. Some valuable suggestion on the design and reformation in teaching content，some methods in theory teaching and experiment and the instruction appraisal system were presented for developing students' interests in leaning heating transfer，and improving their abilities in actual operation and the solution of practical engineering problems in future teaching.

Key words：CDIO;Heating transfer;teaching reform