安全工程傳熱學課程教學的思考

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【摘要】“工程傳熱學”作為安全工程的必修主干專業(yè)基礎課程，該課程對理論性、實踐性要求較強，本文分析了該課程教學體系的現(xiàn)狀，針對性的提出了增強教師工程熱物理知識體系，采用熱工數(shù)值模擬教學和將課本主要知識點融入現(xiàn)場科研項目的教學方式，適當增加教學和實驗課時等改進措施。并建立長效的教學跟蹤反饋機制，及時針對課程教學過程中的“教課、學習、運用、創(chuàng)新”等內(nèi)容進行反饋考核和改進提高。

【關鍵詞】工程傳熱學；安全工程；教學改革；跟蹤反饋機制

1專業(yè)定位及課程教學目標

安全工程專業(yè)分為工業(yè)安全技術及管理方向和煤礦安全技術及管理方向[1]。工業(yè)安全技術是培養(yǎng)熟悉安全科學基礎理論，掌握事故傷害及職業(yè)病危害預防控制基本知識和技能，具備運用現(xiàn)代安全管理方法開展安全管理工作，控制職業(yè)危害、預防職業(yè)病的基本知識和能力，在各級政府安全生產(chǎn)監(jiān)督管理部門、建筑化工等工業(yè)企業(yè)安全生產(chǎn)管理部門、安全科學研究機構(gòu)、安全評價和職業(yè)衛(wèi)生評價機構(gòu)、安全培訓機構(gòu)、勞動社會保障部門、工會組織勞動保護部門等，從事安全生產(chǎn)監(jiān)督管理、職業(yè)病防控、安全技術研究和產(chǎn)品開發(fā)、安全工程設計、認證評價和咨詢、安全培訓等工作，富有創(chuàng)新精神的應用型專門人才[2]；煤礦安全技術及管理是培養(yǎng)熟悉煤礦安全技術及工程基本理論，掌握煤礦安全預測、分析、檢測技術和災害預防措施編制等知識和技能，具備一定的礦井通風和安全工程設計、礦井災害預防技術，安全檢測與監(jiān)控、安全監(jiān)察與管理等能力，在各級政府安全生產(chǎn)監(jiān)督管理部門、煤礦企業(yè)部門等，從事安全生產(chǎn)監(jiān)督管理、職業(yè)病防控、煤礦災害事故預防與控制、安全工程設計、安全培訓等工作的高級工程技術與管理人才[3]。為了較好的實現(xiàn)專業(yè)分方向和培養(yǎng)目標，國內(nèi)絕大多數(shù)高校安全工程專業(yè)都將“工程傳熱學”作為專業(yè)基礎課。熱現(xiàn)象的有關知識是現(xiàn)代工程技術人才必備的技術基礎知識，是21世紀工科各類專業(yè)人才工程素質(zhì)的重要組成部分[4-5]。該課程的教學目標是學生通過本課程的學習，掌握并正確運用熱能傳遞的規(guī)律；培養(yǎng)學生的工程意識，并提高學生理論聯(lián)系實際、分析問題、解決問題的能力，但是目前該課程教學過程中還有一些環(huán)節(jié)值得去完善。

2課程教學現(xiàn)狀

2.1師資力量

《工程傳熱學》是安全工程專業(yè)的必修主干專業(yè)基礎課程，本課程對于本專業(yè)學生能否打好基礎至關重要，但是在教學過程中還存在許多問題。從師資力量上看，安全工程專業(yè)類的師資來源國內(nèi)主要是分為三大塊，首先是來自于礦業(yè)類高等院校安全工程專業(yè)的博士，其次是來自于非煤礦山類安全工程專業(yè)的博士，還有就是來自于其它綜合性大學的公共安全和消防安全方向的博士[6]，這些老師研究更偏向于各自領域的安全方向，對于《工程傳熱學》課程的理解不夠，但是本課程涉及較多熱力學基礎、導熱、對流換熱等知識，對授課老師的工程傳熱學知識儲備要求較高。在專業(yè)老師理解不深的情況下，他們難以帶領學生較好的了解本門課程、拓寬學生的思維、加深學生對于課程的理解，從而導致學生感到課程乏味，影響聽課質(zhì)量。從學生的角度來說，單一的課堂模式[7]、單調(diào)的課堂內(nèi)容難以提起學生學習的熱情，另外，授課老師沒有從安全工程角度講解教學內(nèi)容，讓學生誤以為熱學基礎內(nèi)容與安全工程專業(yè)關聯(lián)不大，對于以后就業(yè)并無幫助，導致出現(xiàn)實際操作時動手能力不強。

2.2教學模式

本課程的教學模式主要以傳授書本知識為主，以教師為核心，講解幻燈片為教學手段。課堂缺乏師生互動，老師在講臺上講解，學生被動聽課，缺乏對課堂內(nèi)容的思考，久而久之，學生會失去學習這門課程的熱情，最后導致教學質(zhì)量不高。工程傳熱學是一門理論性很強的學科，課堂上迫于課時不夠的壓力，授課老師將晦澀難懂的公式及簡單的推理過程用幻燈片的形式進行展示，又以較快的速度進行講解，使得學生難以深刻理解書本內(nèi)容。另一方面，工程傳熱學不僅要求學生理解書中的重要概念及公式，還要求學生熟悉熱工設備的原理及操作，能進行簡單的數(shù)據(jù)分析計算，因此本學科需要學生將理論與實踐相結(jié)合進行學習。

2.3教學課時安排

為了適應21世紀人才培養(yǎng)的需要，學生學習知識應該更為廣泛，在課程種類不斷增加的同時，減少了單門課程的課時，本次課程一共有32個課時，分為理論教學（28課時）以及實驗教學（4課時），在教學內(nèi)容沒變的前提下，壓縮了老師的教學時間，增加了老師的教學難度，導致學生不能完全掌握本門課程知識。工程傳熱學的學習既需要理論基礎的學習，也需要實際動手實踐操作，大部分設有安全工程專業(yè)的有關院校，會為學生安排與專業(yè)有關的實驗課，但由于實驗教學課時安排較少，學生實際操作機會并不多，難以鞏固所學知識，降低了實際教學質(zhì)量。

3針對性改進措施

3.1增強本課程師資力量的培訓

首先，需要增強現(xiàn)有老師工程熱物理基礎知識體系，學科應當資助教師參加一些關于工程熱物理課程教學的學術交流會議，相互交流學習經(jīng)驗；其次，學院可以組織教師去熱工設備企業(yè)掛職鍛煉，參與現(xiàn)場科技攻關項目，增強授課教師的實際操作經(jīng)驗，更有利于實驗教學；再者，應當建立動態(tài)的教學模式，聘任企業(yè)有工作經(jīng)驗的工程師作為課程實驗、操作的校外指導老師，有利于提高實驗教學質(zhì)量。

3.2更新教學方式

第一，授課老師可以結(jié)合安全工程領域的重點實例，從安全的角度，以安全工程學科科學研究為背景，講解工程熱力學與傳熱學的重要性，讓學生體會到本門課程與自身專業(yè)息息相關，引導學生進一步了解本門課程；第二，工程傳熱學作為一門理論與實踐相結(jié)合的課程，學生不僅需要掌握書本知識，還需要動手操作進一步鞏固知識[8]。學院可以舉辦與工程傳熱學有關的科技比賽，讓學生在參加比賽的過程中，自己動手操作，自主查閱相關資料，在創(chuàng)新的過程中鞏固了相關知識、鍛煉了自己；第三，隨著計算機行業(yè)的迅速發(fā)展以及算法的進步，數(shù)值模擬在應用性、高效性、精確性有了很大的提升[9]，因此建議在教學過程中加入數(shù)值模擬的手段，以傳熱學為例，老師在課前建立反映熱量傳遞本質(zhì)的數(shù)學模型，通過一種計算方法，在課上向?qū)W生進行演示熱量傳遞的各種現(xiàn)象及細節(jié)，如平壁的穩(wěn)態(tài)導熱、圓筒壁的穩(wěn)態(tài)導熱、非穩(wěn)態(tài)導熱等，通過最直觀、最簡單的方式為學生展示溫度隨時間變化的導熱過程，讓學生深刻理解知識；第四，通過翻轉(zhuǎn)課堂[10]的形式，從以老師為主體轉(zhuǎn)變?yōu)橐詫W生為主體，在老師的引導下，用課堂上所學的知識進行集中討論、解決在安全工程領域的一些實例問題，課堂上的討論學習，加上課后的主動探索、自主學習，加深學生對于知識的理解。

3.3增加教學和實驗課時

建議將課程改為56個教學課時、8個實驗課時，這樣的安排有利于學生深入學習。另外，本課程所用教材將工程熱力學與傳熱學分開，一定程度上降低了學生學習工程傳熱學的連貫性，這就需要老師將兩部分內(nèi)容穿插在一起，緊密結(jié)合安全工程相關知識，注重培養(yǎng)學生的工程素養(yǎng)，讓學生能學有所獲。許多開設工程傳熱學課程的高等院校都面臨著試驗器具缺少的問題。因此，建議學院需要經(jīng)常更新專業(yè)設備，并注意保養(yǎng)，為在校學生創(chuàng)造良好的實驗環(huán)境，與此同時，健全實驗教學的考核標準，根據(jù)學生的預習效果、到勤情況、實驗完成程度進行評分，讓學生重視起來，達到提高學生專業(yè)素養(yǎng)的最終目的。

4教學跟蹤反饋機制

4.1教學評價

2015年11~12月期間，湖南科技大學安全工程系組織對該門課程的教學質(zhì)量進行評價，采用的形式包括督導聽課、教師互評、學生網(wǎng)上測評、學生填寫課程評價表、座談會等。同時，通過考試成績、基本教學文件檢查和試卷分析評價課程目標達成情況。評價結(jié)果如下：（1）督導聽課反饋：任課教師備課認真，課程內(nèi)容熟悉，能夠脫稿講授，課程內(nèi)容梳理好，講課重點突出，條例清楚，能夠結(jié)合實際深入淺出地分析講解問題。但是與學生缺乏互動，應該讓學生多參與教學內(nèi)容，并加強板書教學的輔助作用；（2）學生座談會和學生填寫《湖南科技大學課堂教學質(zhì)量評價表》反饋：老師備課充分，講課時精神飽滿、認真，有熱情，講課內(nèi)容豐富，重點突出，層次分明，理論聯(lián)系實際。同時，對學生要求嚴格，并能啟發(fā)學生思維。由于該課程理論性較強，建議增設一些互動環(huán)節(jié)，提高學生學習積極性；（3）教師互評反饋：任課教師授課重點突出、教學內(nèi)容充實，教學過程設計安排合理，教學手段使用恰當。但對教材內(nèi)容適當拓展不夠，需要根據(jù)學科發(fā)展，補充新內(nèi)容。

4.2教學改進

針對督導、專業(yè)教師和學生提出的問題，由教學副院長直接向任課教師進行了反饋，建議任課教師在課堂上能增加與學生的互動環(huán)節(jié)，提高學生課程學習的積極性；同時，應對教材內(nèi)容適當拓展，加強應用方面介紹。在課程考核方面，應更加注重對學生學習過程的評價。2016年秋季，任課教師在“工程傳熱學”課程的授課過程中，充分考慮上述相關意見，進行了一系列綜合改革：（1）對教學內(nèi)容適當拓寬，結(jié)合學科發(fā)展和專業(yè)特色，增加計算流體力學、數(shù)值傳熱學及煤礦瓦斯利用等相關知識，并將理論知識與現(xiàn)場實踐相結(jié)合，激發(fā)學生學習興趣，提高學生分析問題和解決問題的能力：（2）增加了課程綜合訓練，任課教師給出具體的現(xiàn)場工程資料，學生理論聯(lián)系實際，激發(fā)學生采用熱力學第一定律、卡諾定律等課程所學的相關理論解決工程實際問題，做到學以致用和學有所用；（3）組織學習興趣小組，并布置課程相關的研究課題，要求學生進行匯報并答辯，增加學生課堂參與度；（4）進行課程考核改革，將課程綜合訓練成績和課題匯報答辯成績計入學生的期末總成績中，實現(xiàn)對學生學習過程的有效評價。通過評價反饋與改進后，學校督導反映教師授課效果好，充分調(diào)動學生學習積極性和主動性，學生能夠?qū)⑺鶎W知識與實際相結(jié)合，改革效果明顯；學生反饋老師互動性強，能夠聯(lián)系學科的新思想、新概念和新成果，學生學習積極性高，課堂氣氛活躍。

5結(jié)論

“工程傳熱學”作為安全工程的必修主干專業(yè)基礎課程，該課程對理論性、實踐性要求較強，分析了該課程教學體系中的師資配置、教學模式、教學課時安排等三個方面目前存在的具體問題，結(jié)合安全工程專業(yè)定位、專業(yè)畢業(yè)生就業(yè)方向、教師來源知識結(jié)構(gòu)、現(xiàn)有教學管理動態(tài)響應管理體制等客觀現(xiàn)實，針對性的提出了增強教師工程熱物理知識體系，采用熱工數(shù)值模擬教學和將課本主要知識點融入現(xiàn)場科研項目的教學方式，適當增加教學和實驗課時等改進措施。最后，采用建立長效的教學跟蹤反饋機制這一動態(tài)教學質(zhì)量效果管理模式，及時針對課程教學過程中的“教課、學習、運用、創(chuàng)新”等內(nèi)容進行了反饋考核和改進提高，學生取得了較好的學習效果，對于其他課程教學具有一定的參考意義。

參考文獻

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作者:魯義 施式亮 陳立 田兆君 單位:湖南科技大學資源環(huán)境與安全工程學院 煤礦安全開采湖南省重點實驗室 南方煤礦瓦斯與頂板災害預防控制安全生產(chǎn)重點實驗室