安全工程傳熱學(xué)課程教學(xué)的思考
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【摘要】“工程傳熱學(xué)”作為安全工程的必修主干專業(yè)基礎(chǔ)課程，該課程對(duì)理論性、實(shí)踐性要求較強(qiáng)，本文分析了該課程教學(xué)體系的現(xiàn)狀，針對(duì)性的提出了增強(qiáng)教師工程熱物理知識(shí)體系，采用熱工數(shù)值模擬教學(xué)和將課本主要知識(shí)點(diǎn)融入現(xiàn)場科研項(xiàng)目的教學(xué)方式，適當(dāng)增加教學(xué)和實(shí)驗(yàn)課時(shí)等改進(jìn)措施。并建立長效的教學(xué)跟蹤反饋機(jī)制，及時(shí)針對(duì)課程教學(xué)過程中的“教課、學(xué)習(xí)、運(yùn)用、創(chuàng)新”等內(nèi)容進(jìn)行反饋考核和改進(jìn)提高。
【關(guān)鍵詞】工程傳熱學(xué)；安全工程；教學(xué)改革；跟蹤反饋機(jī)制
1專業(yè)定位及課程教學(xué)目標(biāo)
安全工程專業(yè)分為工業(yè)安全技術(shù)及管理方向和煤礦安全技術(shù)及管理方向[1]。工業(yè)安全技術(shù)是培養(yǎng)熟悉安全科學(xué)基礎(chǔ)理論，掌握事故傷害及職業(yè)病危害預(yù)防控制基本知識(shí)和技能，具備運(yùn)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(yù)防職業(yè)病的基本知識(shí)和能力，在各級(jí)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(xué)研究機(jī)構(gòu)、安全評(píng)價(jià)和職業(yè)衛(wèi)生評(píng)價(jià)機(jī)構(gòu)、安全培訓(xùn)機(jī)構(gòu)、勞動(dòng)社會(huì)保障部門、工會(huì)組織勞動(dòng)保護(hù)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(shù)研究和產(chǎn)品開發(fā)、安全工程設(shè)計(jì)、認(rèn)證評(píng)價(jià)和咨詢、安全培訓(xùn)等工作，富有創(chuàng)新精神的應(yīng)用型專門人才[2]；煤礦安全技術(shù)及管理是培養(yǎng)熟悉煤礦安全技術(shù)及工程基本理論，掌握煤礦安全預(yù)測(cè)、分析、檢測(cè)技術(shù)和災(zāi)害預(yù)防措施編制等知識(shí)和技能，具備一定的礦井通風(fēng)和安全工程設(shè)計(jì)、礦井災(zāi)害預(yù)防技術(shù)，安全檢測(cè)與監(jiān)控、安全監(jiān)察與管理等能力，在各級(jí)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(zāi)害事故預(yù)防與控制、安全工程設(shè)計(jì)、安全培訓(xùn)等工作的高級(jí)工程技術(shù)與管理人才[3]。為了較好的實(shí)現(xiàn)專業(yè)分方向和培養(yǎng)目標(biāo)，國內(nèi)絕大多數(shù)高校安全工程專業(yè)都將“工程傳熱學(xué)”作為專業(yè)基礎(chǔ)課。熱現(xiàn)象的有關(guān)知識(shí)是現(xiàn)代工程技術(shù)人才必備的技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)，是21世紀(jì)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(xué)目標(biāo)是學(xué)生通過本課程的學(xué)習(xí)，掌握并正確運(yùn)用熱能傳遞的規(guī)律；培養(yǎng)學(xué)生的工程意識(shí)，并提高學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際、分析問題、解決問題的能力，但是目前該課程教學(xué)過程中還有一些環(huán)節(jié)值得去完善。
2課程教學(xué)現(xiàn)狀
2.1師資力量
《工程傳熱學(xué)》是安全工程專業(yè)的必修主干專業(yè)基礎(chǔ)課程，本課程對(duì)于本專業(yè)學(xué)生能否打好基礎(chǔ)至關(guān)重要，但是在教學(xué)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(xué)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(lǐng)域的安全方向，對(duì)于《工程傳熱學(xué)》課程的理解不夠，但是本課程涉及較多熱力學(xué)基礎(chǔ)、導(dǎo)熱、對(duì)流換熱等知識(shí)，對(duì)授課老師的工程傳熱學(xué)知識(shí)儲(chǔ)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(lǐng)學(xué)生較好的了解本門課程、拓寬學(xué)生的思維、加深學(xué)生對(duì)于課程的理解，從而導(dǎo)致學(xué)生感到課程乏味，影響聽課質(zhì)量。從學(xué)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(xué)生學(xué)習(xí)的熱情，另外，授課老師沒有從安全工程角度講解教學(xué)內(nèi)容，讓學(xué)生誤以為熱學(xué)基礎(chǔ)內(nèi)容與安全工程專業(yè)關(guān)聯(lián)不大，對(duì)于以后就業(yè)并無幫助，導(dǎo)致出現(xiàn)實(shí)際操作時(shí)動(dòng)手能力不強(qiáng)。
2.2教學(xué)模式
本課程的教學(xué)模式主要以傳授書本知識(shí)為主，以教師為核心，講解幻燈片為教學(xué)手段。課堂缺乏師生互動(dòng)，老師在講臺(tái)上講解，學(xué)生被動(dòng)聽課，缺乏對(duì)課堂內(nèi)容的思考，久而久之，學(xué)生會(huì)失去學(xué)習(xí)這門課程的熱情，最后導(dǎo)致教學(xué)質(zhì)量不高。工程傳熱學(xué)是一門理論性很強(qiáng)的學(xué)科，課堂上迫于課時(shí)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(jìn)行展示，又以較快的速度進(jìn)行講解，使得學(xué)生難以深刻理解書本內(nèi)容。另一方面，工程傳熱學(xué)不僅要求學(xué)生理解書中的重要概念及公式，還要求學(xué)生熟悉熱工設(shè)備的原理及操作，能進(jìn)行簡單的數(shù)據(jù)分析計(jì)算，因此本學(xué)科需要學(xué)生將理論與實(shí)踐相結(jié)合進(jìn)行學(xué)習(xí)。
2.3教學(xué)課時(shí)安排
為了適應(yīng)21世紀(jì)人才培養(yǎng)的需要，學(xué)生學(xué)習(xí)知識(shí)應(yīng)該更為廣泛，在課程種類不斷增加的同時(shí)，減少了單門課程的課時(shí)，本次課程一共有32個(gè)課時(shí)，分為理論教學(xué)（28課時(shí)）以及實(shí)驗(yàn)教學(xué)（4課時(shí)），在教學(xué)內(nèi)容沒變的前提下，壓縮了老師的教學(xué)時(shí)間，增加了老師的教學(xué)難度，導(dǎo)致學(xué)生不能完全掌握本門課程知識(shí)。工程傳熱學(xué)的學(xué)習(xí)既需要理論基礎(chǔ)的學(xué)習(xí)，也需要實(shí)際動(dòng)手實(shí)踐操作，大部分設(shè)有安全工程專業(yè)的有關(guān)院校，會(huì)為學(xué)生安排與專業(yè)有關(guān)的實(shí)驗(yàn)課，但由于實(shí)驗(yàn)教學(xué)課時(shí)安排較少，學(xué)生實(shí)際操作機(jī)會(huì)并不多，難以鞏固所學(xué)知識(shí)，降低了實(shí)際教學(xué)質(zhì)量。
3針對(duì)性改進(jìn)措施
3.1增強(qiáng)本課程師資力量的培訓(xùn)
首先，需要增強(qiáng)現(xiàn)有老師工程熱物理基礎(chǔ)知識(shí)體系，學(xué)科應(yīng)當(dāng)資助教師參加一些關(guān)于工程熱物理課程教學(xué)的學(xué)術(shù)交流會(huì)議，相互交流學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)；其次，學(xué)院可以組織教師去熱工設(shè)備企業(yè)掛職鍛煉，參與現(xiàn)場科技攻關(guān)項(xiàng)目，增強(qiáng)授課教師的實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)，更有利于實(shí)驗(yàn)教學(xué)；再者，應(yīng)當(dāng)建立動(dòng)態(tài)的教學(xué)模式，聘任企業(yè)有工作經(jīng)驗(yàn)的工程師作為課程實(shí)驗(yàn)、操作的校外指導(dǎo)老師，有利于提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量。
3.2更新教學(xué)方式
第一，授課老師可以結(jié)合安全工程領(lǐng)域的重點(diǎn)實(shí)例，從安全的角度，以安全工程學(xué)科科學(xué)研究為背景，講解工程熱力學(xué)與傳熱學(xué)的重要性，讓學(xué)生體會(huì)到本門課程與自身專業(yè)息息相關(guān)，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步了解本門課程；第二，工程傳熱學(xué)作為一門理論與實(shí)踐相結(jié)合的課程，學(xué)生不僅需要掌握書本知識(shí)，還需要?jiǎng)邮植僮鬟M(jìn)一步鞏固知識(shí)[8]。學(xué)院可以舉辦與工程傳熱學(xué)有關(guān)的科技比賽，讓學(xué)生在參加比賽的過程中，自己動(dòng)手操作，自主查閱相關(guān)資料，在創(chuàng)新的過程中鞏固了相關(guān)知識(shí)、鍛煉了自己；第三，隨著計(jì)算機(jī)行業(yè)的迅速發(fā)展以及算法的進(jìn)步，數(shù)值模擬在應(yīng)用性、高效性、精確性有了很大的提升[9]，因此建議在教學(xué)過程中加入數(shù)值模擬的手段，以傳熱學(xué)為例，老師在課前建立反映熱量傳遞本質(zhì)的數(shù)學(xué)模型，通過一種計(jì)算方法，在課上向?qū)W生進(jìn)行演示熱量傳遞的各種現(xiàn)象及細(xì)節(jié)，如平壁的穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱、圓筒壁的穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱、非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱等，通過最直觀、最簡單的方式為學(xué)生展示溫度隨時(shí)間變化的導(dǎo)熱過程，讓學(xué)生深刻理解知識(shí)；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(xué)生為主體，在老師的引導(dǎo)下，用課堂上所學(xué)的知識(shí)進(jìn)行集中討論、解決在安全工程領(lǐng)域的一些實(shí)例問題，課堂上的討論學(xué)習(xí)，加上課后的主動(dòng)探索、自主學(xué)習(xí)，加深學(xué)生對(duì)于知識(shí)的理解。
3.3增加教學(xué)和實(shí)驗(yàn)課時(shí)
建議將課程改為56個(gè)教學(xué)課時(shí)、8個(gè)實(shí)驗(yàn)課時(shí)，這樣的安排有利于學(xué)生深入學(xué)習(xí)。另外，本課程所用教材將工程熱力學(xué)與傳熱學(xué)分開，一定程度上降低了學(xué)生學(xué)習(xí)工程傳熱學(xué)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(guān)知識(shí)，注重培養(yǎng)學(xué)生的工程素養(yǎng)，讓學(xué)生能學(xué)有所獲。許多開設(shè)工程傳熱學(xué)課程的高等院校都面臨著試驗(yàn)器具缺少的問題。因此，建議學(xué)院需要經(jīng)常更新專業(yè)設(shè)備，并注意保養(yǎng)，為在校學(xué)生創(chuàng)造良好的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，與此同時(shí)，健全實(shí)驗(yàn)教學(xué)的考核標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)學(xué)生的預(yù)習(xí)效果、到勤情況、實(shí)驗(yàn)完成程度進(jìn)行評(píng)分，讓學(xué)生重視起來，達(dá)到提高學(xué)生專業(yè)素養(yǎng)的最終目的。
4教學(xué)跟蹤反饋機(jī)制
4.1教學(xué)評(píng)價(jià)
2015年11~12月期間，湖南科技大學(xué)安全工程系組織對(duì)該門課程的教學(xué)質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)，采用的形式包括督導(dǎo)聽課、教師互評(píng)、學(xué)生網(wǎng)上測(cè)評(píng)、學(xué)生填寫課程評(píng)價(jià)表、座談會(huì)等。同時(shí)，通過考試成績、基本教學(xué)文件檢查和試卷分析評(píng)價(jià)課程目標(biāo)達(dá)成情況。評(píng)價(jià)結(jié)果如下：（1）督導(dǎo)聽課反饋：任課教師備課認(rèn)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(diǎn)突出，條例清楚，能夠結(jié)合實(shí)際深入淺出地分析講解問題。但是與學(xué)生缺乏互動(dòng)，應(yīng)該讓學(xué)生多參與教學(xué)內(nèi)容，并加強(qiáng)板書教學(xué)的輔助作用；（2）學(xué)生座談會(huì)和學(xué)生填寫《湖南科技大學(xué)課堂教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)表》反饋：老師備課充分，講課時(shí)精神飽滿、認(rèn)真，有熱情，講課內(nèi)容豐富，重點(diǎn)突出，層次分明，理論聯(lián)系實(shí)際。同時(shí)，對(duì)學(xué)生要求嚴(yán)格，并能啟發(fā)學(xué)生思維。由于該課程理論性較強(qiáng)，建議增設(shè)一些互動(dòng)環(huán)節(jié)，提高學(xué)生學(xué)習(xí)積極性；（3）教師互評(píng)反饋：任課教師授課重點(diǎn)突出、教學(xué)內(nèi)容充實(shí)，教學(xué)過程設(shè)計(jì)安排合理，教學(xué)手段使用恰當(dāng)。但對(duì)教材內(nèi)容適當(dāng)拓展不夠，需要根據(jù)學(xué)科發(fā)展，補(bǔ)充新內(nèi)容。
4.2教學(xué)改進(jìn)
針對(duì)督導(dǎo)、專業(yè)教師和學(xué)生提出的問題，由教學(xué)副院長直接向任課教師進(jìn)行了反饋，建議任課教師在課堂上能增加與學(xué)生的互動(dòng)環(huán)節(jié)，提高學(xué)生課程學(xué)習(xí)的積極性；同時(shí)，應(yīng)對(duì)教材內(nèi)容適當(dāng)拓展，加強(qiáng)應(yīng)用方面介紹。在課程考核方面，應(yīng)更加注重對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)過程的評(píng)價(jià)。2016年秋季，任課教師在“工程傳熱學(xué)”課程的授課過程中，充分考慮上述相關(guān)意見，進(jìn)行了一系列綜合改革：（1）對(duì)教學(xué)內(nèi)容適當(dāng)拓寬，結(jié)合學(xué)科發(fā)展和專業(yè)特色，增加計(jì)算流體力學(xué)、數(shù)值傳熱學(xué)及煤礦瓦斯利用等相關(guān)知識(shí)，并將理論知識(shí)與現(xiàn)場實(shí)踐相結(jié)合，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生分析問題和解決問題的能力：（2）增加了課程綜合訓(xùn)練，任課教師給出具體的現(xiàn)場工程資料，學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際，激發(fā)學(xué)生采用熱力學(xué)第一定律、卡諾定律等課程所學(xué)的相關(guān)理論解決工程實(shí)際問題，做到學(xué)以致用和學(xué)有所用；（3）組織學(xué)習(xí)興趣小組，并布置課程相關(guān)的研究課題，要求學(xué)生進(jìn)行匯報(bào)并答辯，增加學(xué)生課堂參與度；（4）進(jìn)行課程考核改革，將課程綜合訓(xùn)練成績和課題匯報(bào)答辯成績計(jì)入學(xué)生的期末總成績中，實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)過程的有效評(píng)價(jià)。通過評(píng)價(jià)反饋與改進(jìn)后，學(xué)校督導(dǎo)反映教師授課效果好，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性，學(xué)生能夠?qū)⑺鶎W(xué)知識(shí)與實(shí)際相結(jié)合，改革效果明顯；學(xué)生反饋老師互動(dòng)性強(qiáng)，能夠聯(lián)系學(xué)科的新思想、新概念和新成果，學(xué)生學(xué)習(xí)積極性高，課堂氣氛活躍。
5結(jié)論
“工程傳熱學(xué)”作為安全工程的必修主干專業(yè)基礎(chǔ)課程，該課程對(duì)理論性、實(shí)踐性要求較強(qiáng)，分析了該課程教學(xué)體系中的師資配置、教學(xué)模式、教學(xué)課時(shí)安排等三個(gè)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(shí)結(jié)構(gòu)、現(xiàn)有教學(xué)管理動(dòng)態(tài)響應(yīng)管理體制等客觀現(xiàn)實(shí)，針對(duì)性的提出了增強(qiáng)教師工程熱物理知識(shí)體系，采用熱工數(shù)值模擬教學(xué)和將課本主要知識(shí)點(diǎn)融入現(xiàn)場科研項(xiàng)目的教學(xué)方式，適當(dāng)增加教學(xué)和實(shí)驗(yàn)課時(shí)等改進(jìn)措施。最后，采用建立長效的教學(xué)跟蹤反饋機(jī)制這一動(dòng)態(tài)教學(xué)質(zhì)量效果管理模式，及時(shí)針對(duì)課程教學(xué)過程中的“教課、學(xué)習(xí)、運(yùn)用、創(chuàng)新”等內(nèi)容進(jìn)行了反饋考核和改進(jìn)提高，學(xué)生取得了較好的學(xué)習(xí)效果，對(duì)于其他課程教學(xué)具有一定的參考意義。
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作者:魯義 施式亮 陳立 田兆君 單位:湖南科技大學(xué)資源環(huán)境與安全工程學(xué)院 煤礦安全開采湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 南方煤礦瓦斯與頂板災(zāi)害預(yù)防控制安全生產(chǎn)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室
