案例教學(xué)在行業(yè)類高校“傳熱學(xué)”中的實踐

張莉 姜未汀 任洪波 裘薇

摘要：針對當(dāng)前大學(xué)生普遍存在理論脫離實際的問題，結(jié)合課程教學(xué)內(nèi)容，將案例教學(xué)法引入到“傳熱學(xué)”課程的教學(xué)課堂中。文中從案例選擇的原則、案例的制作、案例的運(yùn)用和教學(xué)過程中的體會等多個方面闡述了將“案例”嵌入到電力行業(yè)類高?！皞鳠釋W(xué)”課程教學(xué)中的實踐過程。

關(guān)鍵詞：行業(yè)高校;傳熱學(xué);案例教學(xué);探討與實踐

中圖分類號：G642.0 ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? 文章編號：1674-9324（2015）45-0139-02

傳熱學(xué)是工程科學(xué)的重要領(lǐng)域之一，是理論與實踐結(jié)合十分密切的專業(yè)基礎(chǔ)課，課程修完后要求學(xué)生能夠運(yùn)用傳熱學(xué)理論分析計算實際的熱量傳遞過程，在大機(jī)械類專業(yè)本科生的培養(yǎng)中占有重要的地位。

上海電力學(xué)院是一所電力行業(yè)類高校，培養(yǎng)的“能源與動力工程”專業(yè)學(xué)生主要面對發(fā)電企業(yè)，而電力產(chǎn)生過程中的傳熱現(xiàn)象可以說無處不在，這就要求所培養(yǎng)的學(xué)生不僅要掌握傳熱學(xué)的基礎(chǔ)知識，而且要能將傳熱學(xué)知識電廠的實際現(xiàn)象相結(jié)合。

但是，作者在多年的實際教學(xué)過程中發(fā)現(xiàn)，學(xué)生在該課程的學(xué)習(xí)過程中比較迷茫，究其原因，是因為教材講授知識的思路多是先講述基本定律或方程，再描述從工程實踐中抽象出來的數(shù)學(xué)模型，然后運(yùn)用數(shù)學(xué)知識或引用經(jīng)驗公式加以求解。而該階段的學(xué)生還缺少對電力生產(chǎn)過程的感性知識，缺少對電力生產(chǎn)過程中涉及到的傳熱現(xiàn)象和傳熱設(shè)備的認(rèn)識和了解，因此普遍感覺“傳熱學(xué)”的理論知識和計算方法抽象，不易理解，較難將“傳熱學(xué)”課程與自己所學(xué)的專業(yè)切實地聯(lián)系起來。

近幾年，有些教育工作者結(jié)合自己的工作經(jīng)驗分享了授課中案例式教學(xué)的應(yīng)用心得[1-5]，這讓作者深受啟發(fā)，由此萌發(fā)出結(jié)合實際問題講授理論知識，圍繞日常生活案例以及與電廠聯(lián)系緊密的工程案例來組織教學(xué)的想法。為此作者所在的課程組結(jié)合多年的“傳熱學(xué)”教學(xué)經(jīng)驗，設(shè)計與編寫相關(guān)教學(xué)案例，將其運(yùn)用于課堂教學(xué)，取得了較好的課堂授課效果，為行業(yè)類高校課程教學(xué)的有效開展提供了有益的參考。

一、教學(xué)案例的制作

教學(xué)案例的搜集與制作是案例教學(xué)實施首當(dāng)其沖的第一個環(huán)節(jié)。案例準(zhǔn)備得恰當(dāng)、充分與否關(guān)系著案例教學(xué)的成敗。

1.教學(xué)案例的選擇原則：課程組通過深入研究教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)目標(biāo)，結(jié)合我?！澳茉磁c動力工程”專業(yè)主要培養(yǎng)“電力工程師”的人才培養(yǎng)目標(biāo)，首先確立了教學(xué)案例的選擇原則。

①教學(xué)案例要貼切、恰當(dāng)。案例教學(xué)法是一種教學(xué)方法，本質(zhì)上還是要服務(wù)于教學(xué)的。因此所選的案例要能反映教學(xué)內(nèi)容，不能“離題千里”，以免給學(xué)生造成知識體系的混亂。

②教學(xué)案例要生動、具有吸引力。所選的教學(xué)案例不能過于刻板，要具有一定的趣味性，這樣才能提起學(xué)生的興趣，調(diào)動學(xué)生的積極性，吸引他們參與和思考，讓學(xué)生真正掌握所學(xué)內(nèi)容。

③教學(xué)案例還要難易適度。所選的教學(xué)案例要充分考慮學(xué)生知識面和學(xué)習(xí)能力的差異，盡量不要選擇分析難度大的教學(xué)案例，不要讓學(xué)生產(chǎn)生畏難心理而達(dá)不到預(yù)期的教學(xué)效果。

④教學(xué)案例要貼近生活和電廠實際。講解知識點(diǎn)用到的案例應(yīng)盡可能是學(xué)生們耳熟能詳?shù)睦右栽黾影咐c學(xué)生的親近感，幫助學(xué)生消化、理解枯燥的知識;而在知識點(diǎn)應(yīng)用階段的案例應(yīng)盡可能的源于電力生產(chǎn)中的傳熱知識應(yīng)用，凸顯我們教學(xué)中的電力特色，讓學(xué)生明白如何“學(xué)以致用”。

2.教學(xué)案例的模塊化?！皞鳠釋W(xué)”課程內(nèi)容以能量守恒為基礎(chǔ)、以三種不同的熱量傳遞規(guī)律為主線，教學(xué)內(nèi)容主要包含熱傳導(dǎo)、對流換熱、輻射換熱和傳熱過程及換熱器四大模塊。依照上述原則，緊緊圍繞這四大模塊的知識點(diǎn)，分別制作了“傳熱現(xiàn)象”、“熱傳導(dǎo)”、“對流換熱”、“輻射換熱”、“換熱器”五個案例庫。而且每個案例庫又都是針對模塊中的各個知識點(diǎn)來建立的。另外，每個知識點(diǎn)都盡量尋找兩個以上的案例，每個案例都表明所對應(yīng)的知識點(diǎn)。建立起的模塊化案例庫清晰、明了，便于教師后期使用的便利化，便于加強(qiáng)學(xué)生對知識的鞏固。

3.教學(xué)案例的形式多樣化。根據(jù)課程知識點(diǎn)的特點(diǎn)不同，教學(xué)案例的組織還設(shè)計了多種形式。對于理解起來相對容易的知識點(diǎn)，采用“講授型”的形式;對于需要有一定應(yīng)用拓展的知識點(diǎn)，采用“討論型”的形式;而對于需要親自實踐才能較好掌握的知識點(diǎn)，則采用“參與完成型”的形式。各種形式的教學(xué)案例根據(jù)教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)時間適度組織。

二、案例教學(xué)的實施

案例教學(xué)是對常規(guī)教學(xué)方法的改進(jìn)，是一種以日常和工程案例為導(dǎo)向的教學(xué)方法。在案例教學(xué)的過程中，我們注意了與案例相配合的授課方法。

1.“點(diǎn)明式”教學(xué)方法。對于課程內(nèi)容中比較明朗的知識點(diǎn)，配合以“講授型”案例，采用直接明了的“點(diǎn)明式”教學(xué)方法，通過直接的描述將案例與知識點(diǎn)相結(jié)合。比如在講到多層圓管壁面導(dǎo)熱時，我們配合以凝汽器冷卻管污垢的清洗案例，讓同學(xué)們知道污垢積結(jié)就好比多了一層圓管壁，增加了一層圓管壁熱阻，不利于熱量的傳遞，制作的案例如下：

案例名稱：凝汽器冷卻管的污垢清洗案例（圓管壁導(dǎo)熱）

凝汽設(shè)備在汽輪機(jī)裝置的熱力循環(huán)中起到冷源的作用。凝汽器真空過低會嚴(yán)重影響電廠機(jī)組的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，而造成凝汽器真空過低其中一個重要原因就是凝汽器冷卻水管結(jié)垢。凝汽器的結(jié)垢對凝集器的性能影響較大，它不僅使汽機(jī)端差增大，而且使汽機(jī)真空度降低，排氣溫度升高，影響汽輪機(jī)的經(jīng)濟(jì)性和安全性?！?/p>

2.“提問式”教學(xué)方法。對于課程內(nèi)容中需要拓展的知識點(diǎn)，配合以“討論型”案例，通過“有的放矢”的提問，讓學(xué)生的認(rèn)知有一定的順序性和層次性，從而達(dá)到掌握所學(xué)知識的目的。比如在講到等截面直肋片在溫度計套管上的應(yīng)用時，設(shè)計啟發(fā)式的提問，逐步將問題深入化，引導(dǎo)學(xué)生將知識點(diǎn)拓展到應(yīng)用實例。制作的案例如下。

案例名稱：溫度計套管的熱分析（等截面直肋片導(dǎo)熱分析）（參考答案略）

提問1：溫度計套管如何使用？

提問2：溫度計套管的作用？

提問3：溫度計的讀數(shù)能否準(zhǔn)確地代表被測點(diǎn)處的溫度？

提問4：既然存在測量誤差，那誤差的原因是什么？

提問5：根據(jù)上面的分析，溫度計測量高溫流體和低溫流體時測得結(jié)果有什么不同？

3.“指導(dǎo)式”教學(xué)方法。對于課程內(nèi)容中需要切身實踐才能較好掌握的知識點(diǎn)，配合以“參與完成型”案例，教學(xué)活動采用老師指導(dǎo)、學(xué)生課外完成和課堂報告的形式完成。比如為了幫助學(xué)生初步掌握計算機(jī)求解傳熱問題的技能，提高學(xué)生應(yīng)用計算機(jī)解決工程實際問題的能力，課程組由易到難設(shè)計了一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱、二維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱和一維非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱三種題型供學(xué)生選作練習(xí)。教學(xué)活動中，教師首先在課堂上將導(dǎo)熱問題數(shù)值計算的問題分析、方程列出和離散、計算流程設(shè)計、計算程序編寫等步驟進(jìn)行講解和指導(dǎo)，并將計算任務(wù)布置給學(xué)生;然后同學(xué)自由結(jié)合，各自組成小組，再利用課外時間完成計算任務(wù);最后每一小組派出一位代表上臺講解計算思路，逐句分析計算程序，展示計算結(jié)果。

三、案例教學(xué)的效果與體會

本課程的案例工作從設(shè)想、組織到實施，歷經(jīng)兩年有余的時間。案例教學(xué)通過在我校的“熱能與動力工程”專業(yè)“卓越工程師”班的試點(diǎn)實施，取得了較好的效果，同學(xué)們普遍反映書本中的知識與日常生活和電廠實際聯(lián)系起來了，也學(xué)會了用“傳熱學(xué)”的眼光來發(fā)現(xiàn)周圍的世界，尤其在導(dǎo)熱問題的數(shù)值求解的案例教學(xué)中，同學(xué)們反映收獲最大，通過對活動的參加，同學(xué)們鞏固了編程語言的熟練度，訓(xùn)練了編程的設(shè)計能力，加深了對導(dǎo)熱問題的理解，增強(qiáng)了團(tuán)隊協(xié)作意識，鍛煉了口頭表達(dá)能力，受益匪淺。

在工作開展的過程中我們也深刻體會到案例教學(xué)是一項系統(tǒng)工程，它涉及到案例庫的制作、教學(xué)方法的設(shè)計、教學(xué)過程的實施、教學(xué)效果的總結(jié)等環(huán)節(jié)，每一個環(huán)節(jié)的工作狀況都會影響到案例教學(xué)的效果。與此同時，案例教學(xué)過程中除了涉及案例這一主要要素外，還涉及到其他兩個要素：教師、學(xué)生。這兩個要素也關(guān)乎著案例教學(xué)效果的好壞。對于教師來說，案例教學(xué)對教師提出了更高的要求，不僅要求教師對課程知識和專業(yè)知識具有很好的掌握，而且要求教師要具備組織、駕馭和協(xié)調(diào)的能力。對于學(xué)生來說，要求學(xué)生能夠給予積極的配合，從被動學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變成勤于思考、主動參與。此外，案例教學(xué)中的案例還應(yīng)在教學(xué)反饋中根據(jù)真實的教學(xué)不斷地進(jìn)行完善和更新。

四、結(jié)束語

案例教學(xué)法是現(xiàn)今大學(xué)教育中比較先進(jìn)的教學(xué)方法之一，其優(yōu)勢在于密切聯(lián)系實際，具有較強(qiáng)的針對性、目的性和實效性。案例教學(xué)法在電力行業(yè)類高校的“傳熱學(xué)”課程教學(xué)中的實施讓學(xué)生在學(xué)專業(yè)基礎(chǔ)知識的同時也接觸到了電廠中的傳熱現(xiàn)象，理論聯(lián)系實際，促進(jìn)了學(xué)生學(xué)業(yè)成績的提高，有利于高素質(zhì)人才的培養(yǎng)。但同時我們也認(rèn)識到案例也不是萬能的，如何將案例教學(xué)與傳統(tǒng)教學(xué)方法相融合，取得更好的教學(xué)效果，值得我們繼續(xù)深入研究與探索下去。

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