摘要：“传热学与工程热力学”是能源动力类专业的核心基础课程。教学设计是教师开展教学法研究、提高课堂教学效果的重要手段。对该课程进行了整体教学设计，包括基本描述、教学定位、课堂教学、实验环节、考试环节等方面。
关键词：教学设计；教学方法；课堂教学；多媒体教学；实验教学
作者简介：韩东太（1972-），男，河南平顶山人，中国矿业大学电力工程学院，副教授；何光艳（1973-），男，四川达州人，中国矿业大学电力工程学院，副教授。（江苏 徐州 221116）
基金项目：本文系中国矿业大学“传热学精品课程建设”基金资助的研究成果。
中图分类号：G642.3 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2011）12-0185-02
一、基本描述
二、教学定位
传热学与工程热力学（热工学）是讨论热工转换、热能的合理利用和热量传递规律的科学。该课程内涵丰富、概念抽象、公式数量多、联系工程实际范围广，是安全工程与消防工程专业四年制本科一门重要的专业基础课。安全与消防专业所研究解决的问题，如采暖、空调、通风、热源、冷源以及建筑物和矿井下的温度、湿度等问题的调节与控制都要以热力学和传热学物理模型研究为基础。因此学生掌握“传热学与工程热力学”课程的基本理论直接影响其专业水平，对今后从事科学研究、工程应用及管理都非常重要。
传热学与工程热力学具有百年历史，目前全国约有30多个专业开设该课程，同型专业开设“传热学与工程热力学”课程的目的是一致的：即应用热力学和传热学的基本概念、基本定律和工质的热力性质对各种类型热工设备或热力系统的热工过程进行分析计算，以寻求提高热能利用率的最佳途径。消防与安全专业的研究对象主要是热能的直接利用，其中涉及到湿空气等工质的热力性质以及热功转换知识；本课程的教学定位是基础科学理论与工程实际之间的桥梁，着重培养学生应用基础知识的能力和工程实践的素养，为后续专业课的学习奠定坚实的理论基础。
三、课程内容实质
工程热力学部分是关于热现象的宏观理论，研究的方法是宏观的，它以归纳无数事实所得到的热力学第一定律、热力学第二定律作为推理基础，通过研究对象的基本参数、导出参数和热力学行为，对宏观现象和热力过程进行分析研究，同时以基本定律为依据，探讨各种热力过程的特性，达到提高热能利用率和热功转换效率的最终目的，其主要特点是理论-实验-工程应用互相印证，结论真实可信。其中基础理论部分占65%，工程应用部分占35%。传热学介绍了掌握热量传递的基本规律以及导热、对流、凝结、沸腾和辐射传热过程的基本方法，进而列举了工程传热问题建模、问题求解的基本方法和传热学的应用领域与特点。
鉴于上述特点，在教学中要始终抓住热力学两大定律和传热的三种基本规律这两条主线，使学生通过对本课程的学习掌握热力学基本定理的本质及其数学表达式，并能正确运用这些规律进行各种热工过程和热力循环的分析计算，培养学生具备分析和处理热工问题的抽象能力和逻辑思维能力，在计算技能和实践技能方面也使学生得到一定的训练。
当今世界开发与环保、发展与节能的矛盾日益突出，因此在教学中还要始终围绕节能减排这条主线，大力提倡高碳能源高效利用、低碳排放，为未来打造一个低碳节能的环保型社会。
四、教学方法设计
1.总体思路
（1）以热力学和传热学基础理论为主线，以建筑、矿井热能直接利用为主，能量转换为辅，主要论述质量迁移、能量交换与物质状态或物态变化的关系，探讨提高热能利用率及节能的基本途径。
（2）教学中深入研究各知识点产生的背景，将各章节用一条主线穿起来，避免对各知识点的孤立讲授。
（3）强调教学目的既要为后续专业课服务，搭建学习桥梁，更要为学生发展的潜力服务，培养学生分析问题和解决问题的实际能力，让学生眼光放远、层次更高、后劲十足。
（4）教学中穿插日常生活中的一些实际应用案例，提高学生学习的兴趣和积极性。此外，要特别注意将习题难度控制在适当的水平上。
2.课堂教学
笔者结合长期的教学实践经验，在内容选择上注意做到“提高起点，重心后移”。首先，围绕热能的传递、转换和利用提出了热工理论的基本概念、基本定律及热工问题分析计算的基本方法，并对能量传递、转换和利用过程中的环境问题给予一定的重视；其次，力求做到在正确阐述传统经典内容的基础上适当引进现代热工科技的新成果。同时注意选编适量密切联系我国工程实际的例题、思考题及习题，以培养学生的工程意识，提高学生分析、解决实际问题的能力。讲好此课，要做到以下几点：
（1）讲好绪论课，激发学生的学习兴趣。通过观看结合工程实际的录像，直观、形象地讲解热力学和传热学的发展史、主要研究对象以及热力学在供热通风空调与消防工程的主要应用，介绍矿井井下空调的工程示例，使学生对课程有大致的了解，同时要强调本课程在能源动力类学科的基础地位和专业知识架构体系中的地位和作用以及我国以煤炭为主要能源的现状和与发达国家的差距，培养学生强烈的责任感和求知欲。
（2）突出新旧知识间的共同点。课程中的有些教学内容非常重要，在大学物理中的热学部分已经出现过，在这门课程中又重新出现，但绝不是简单的重复，而是从工程应用的角度来论述和深化。在教学活动中，新知识的学习常常受到与其相类似的旧知识的干扰，要采用对比的教学方法，帮助学生找出二者之间的区别并划清两种类似知识的界限，使学生对立地建立起新知识中的概念，对新旧学习内容进行概括，找出其共同的本质。
（3）采用启发交流式教学。为活跃课堂气氛，启发学生的思维，课堂上要注意适时地采用交互式教学方式，提出一些问题，启发学生一起思考。教师要注意引导重点、把握方向，避免分散注意力，要有的放矢，因此每节课教师都要明确提出教学目的、基本要求、重点和难点，课堂结束前要有简短小结，并布置思考题和习题。
（4）多媒体辅助教学。传热学与工程热力学作为一门专业基础课程，大部分内容是理论公式以及复杂的计算，比较晦涩难懂，理解起来比较抽象。而利用多媒体既可以节省教师大量的体力劳动，又可以用图形、文字、声音动画等元素来丰富教学内容，使课堂教学变得生动、具体。运用多媒体进行课堂教学时还应当注意以下几点：1）教师在课堂教学中的主导作用。多媒体教学容量大，画面丰富，多方位刺激学生的各种感官，容易造成学生注意力偏离教学重点，因此要在课堂中适时穿插适当的讲解、提问和点评，并留给学生思考问题的时间。2）要正确处理多媒体授课内容与教材的关系。多媒体授课内容的编写不是教材内容简单的“翻版”，而是按知识体系的相关性，按层次组合，使知识体系“脉络”清楚，充分体现多媒体的优越性。3）要注意增强交互和反馈。多媒体教学的突出特点就是具有交互性，要精心设计多媒体教学内容的交互性能，增强学生的参与意识，提高学习的主动性。4）合理控制多媒体播放速度。语频要多缓少急，重点叙述要有重复。
五、实验教学设计
专业课课堂教学环节和实验教学环节之间是平等关系，二者是相对独立、相互依存又相互促进的一个整体。学生培养的质量好坏与专业实验教学环节有着紧密的联系。
1.优化实验内容
传热学与工程热力学实验的目的是验证热学的基本理论，加深对热工学知识的理解，使学生掌握热工学的基本实验方法和测量手段，培养利用实验研究热学问题的能力；熟悉常见的热工仪表，学会操作，增强动手能力。该门课在课程培养大纲中共有8个学时，4个专题实验。而传热学和工程热力学单独设置课程时各有4个专题实验，一共8个实验，这就存在一个优化和整合的问题。因此，本着从传热学与工程热力学内在联系规律出发，结合实验室的现有条件，将工程热力学与传热学各自的实验融为一体，合并成综合实验，基本做法是将演示型实验和验证型实验合并成两个综合型实验；余下两个实验开发成设计型专题实验，由教师、实验员共同拟订多个实验题目，供学生自主选题进行实验。通过专题实验，培养学生的创新思维和实际科研的能力。
2.规范实验环节
实验前，要求学生认真预习实验指导书，知道实验的目的和需要测试的数据，弄清实验原理，了解实验所用的仪器和设备，熟悉其工作原理和操作方法；实验时，务必要集中精力，认真测定每一个数据，确保数据的准确，要认真记录数据并进行核查。实验报告要按要求编写，内容齐全，文字通顺，绘图规范，格式符合规定。实验报告按统一格式，采用统一封面和报告纸，报告内容应包括实验名称、目的、内容、原理和基本理论、实验设备及仪器（名称、规格或型号）、实验系统示意图、实验步骤、记录、数据处理、实验结果分析；任课教师对实验报告要认真批阅，最后要给出评定成绩，并签名及日期，教学结束后将实验总分并入课程总成绩，比例约占15%。
3.结合开发实验室建设，鼓励大学生进行研究型实验
为深化教学改革和推进实验室开放，强化大学生的实践动手能力和创新能力培养，学校设立了“中国矿业大学实验室开放基金”，资助大学生进行科学研究，结合课堂教学，鼓励学生自主选题，并加强指导，在课余时间对学生开放，极大激发了学生的学习热情。目前已经开发的实验有：“管内外强制对流数值模拟研究”、“基于空气冷却器管外对流传热实验”、“基于水的管内旋流发生器传热实验”、“毛细管网换热器强化传热实验”、“空调热水器设计”、“热工学虚拟实验”等。
六、试卷设计
期末考试采用题库命题，根据教学大纲要求将多种题型有机结合起来，充分应用是非题和多项选择题，帮助学生提高夯实基础知识。考试题大体分5种类型，重点考查学生对基本概念、基本方法、基本技术的掌握和综合应用。
（1）概念型题：重点考查学生对基本概念的掌握程度，引导学生对基本概念的深入理解。
（2）证明型题：考查学生综合运用所学知识、论证有关结论的能力，意在培养工科学生必备的逻辑分析和思维能力的基本素质。
（3）分析简述型题：考查学生根据所学的基础理论灵活运用工程语言、准确全面的叙述能力。
（4）做图型题：考查学生灵活运用工程图形语言准确或定性描述基本理论及工程现象的能力。
（5）计算型题：这是考题设计的重点。作为工程技术人员，工程计算是不可缺少的基本素质。正确的思维方式、综合分析的能力、简洁的计算方法、准确的计算结果在这类考题中可以得到充分的检验。
七、结论
专业课教学设计的构建是一个系统工程，论文从六个核心环节精心设计，力求达到整体优化，最终以提高教学质量为终极目的。在论文的研究成果指导下，通过教学实践，“工程热力学”已入选中国矿业大学“精品课程”，目前正在积极申报省级“精品课程”。同时需要说明的是，教学设计不是一个“静态”的概念，它应该跟随时代潮流，与时俱进，体现在教学内容的更新（教材的更新，双语原版教材的使用）、教学方法的更新（多媒体教学及课件的更新），因材施教，从而实现学习的主动性和创造性。
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（责任编辑：王祝萍）