新工科背景下《传热学》双语课程教学探索与实践

王海 王军锋 康灿 王爽 唐爱坤 屈健

摘要：新工科建设引导高校学科交叉融合，深化工科专业人才培养模式改革，提升学生的国际化视野。《传热学》双语教学是高校加强新工科建设，培养国际一流人才的重要途径。该文从教材选取、教学模式、方法以及课程考核方式等方面探讨了《传热学》双语课程教学改进的实践方法以及如何获得良好授课效果，对于进一步开展新工科建设国际化教学改革提供有益参考。

关键词：新工科传热学双语教学教学模式

中图分类号：G642文献标识码：A        文章编号：1672-3791（2022）01（a）-0000-00

Research on Bilingual Teaching of Heat Transfer in Energy and Power Engineering under the Background of New Engineering

WANG Hai WANG JunfengKANG Can WANG Shuang TANG Aikun QU Jian

（School of Energy and Power Engineering， Jiangsu University， Zhenjiang， Jiangsu Province， 212013 China）

Abstract： The new engineering construction guides the interdisciplinary integration of colleges and universities， deepens the reform of talent training mode of engineering majors， and improves students' international vision. The bilingual teaching of heat transfer is the key to strengthen the construction of new engineering in colleges and universities and provides an important way to cultivate first class talents in the world. This paper discusses the practical methods of improving the bilingual teaching of heat transfer from the aspects of textbook selection， teaching mode， method and course assessment method， and how to obtain good teaching effect. It provides a useful reference for further carrying out the international teaching reform of new engineering construction.

Key Words： New engineering;  Heat transfer;  Bilingual teaching;  Mode of teaching

新工科建設，是我国为应对新一轮科技革命和产业变革的挑战，贯彻落实《中国制造2025》发展战略和《国家中长期人才发展规划纲要（2010—2020年）》，在“卓越工程师教育培养计划”基础上提出的一项重大教育改革行动计划。“复旦共识”“北京指南”和“天大行动”等相继出台为新工科建设指明了建设行动路线，明确了其发展内涵和特征。新理念，新要求，新途径，培养创新型、多元化、国际化卓越工程人才，是新工科建设培养满足社会特定需求新型人才的要求。新工科建设引导高校学科交叉融合，深化工科专业人才培养模式改革，提升学生的国际化视野和国际竞争能力。双语教学，将英语教学和工程类专业课程教学相结合，塑造学生良好的综合素质能力，是高校加强新工科建设的重要途径。

《传热学》是能源与动力工程专业的一门重要课程，多数理论公式推导、计算公式定律的专业用语直接或间接都是用英语表述，如：傅里叶导热定律（Fourier’s law）、斯忒藩-玻尔兹曼定律（Stephan-Boltzmann law）等，国外的传热学教学科研资源相对国内资料较为丰富。实施双语教学有助于学生熟悉本学科专业术语的英文表述，锻炼学生阅读英文科技文献、查阅英文文献资料的能力，为拓展学生的国际化视野，培养学生的国际交流能力奠定良好的基础。该文将从传热学的课程教学模式、考核方式和教学评估等方面进行相关讨论，探索新工科背景下传热学双语教学改革的新模式、新方法。

1《传热学》双语教材

适用的英文原版教材是学生适应双语教学的重要工具，教材的优劣关系到双语教学成果的好坏。目前《传热学》教学资源中，英文教材有多种版本，各版本的教材讲授侧重点不同。如：机械工业出版社J. P. Holman等[1]编著的《传热学》第10版，内容简洁明了，资料丰富，适合无基础或基础薄弱者学习。江苏大学能源与动力工程学院开设的《传热学》双语课程选用化学工业出版社F. P. Incropera等编著的《传热和传质基本原理》第六版，该教材体系完整，表达清晰，语言规范，结构安排紧凑，内容全面，是美国高校传热学课程的经典教材，同时参考美国John Wiley & Sons出版社的《Introduction to Heat Transfer》第五版和高等教育出版社的杨世铭和陶文铨院士[2]编著的《传热学》教材。选用教材与参考教材之间相互融合，让学生可以中英文对比学习，有效提高学生的学习效率，避免学生因不认识英文术语而转看中文书籍，达不到双语教学目的等问题。

2《传热学》双语课程教学现状

传热学是一门研究热量传递规律的一门学科，其主要内容包括热量传递的3种基本方式、稳态导热及非稳态导热、热量传递相关规律及应用，以及复合换热过程计算等部分。传热学课程经过多年的不断发展，交叉融汇了多种学科知识内容体系，如工程物理、高等数学、材料学等，内容独立性较强，但教材中有些经验公式和图表，过于复杂，难于理解和记忆，不利于学生对相关知识内容的学习与掌握。在讲授传热学双语课程中，大多数教师以传统的教学方法为主，即以教师为中心，学生被动式地接受书本知识。老师与学生之间缺乏课堂互动交流，往往以单向的随堂问答形式为主，学生课堂参与度较低，整体授课效果差强人意。在教学过程中，教师按照教学大纲讲解，学生在做笔记的同时，不经过思考和分析，被动式地接受知识，这种“填鸭式”的教学模式，学生获得的知识信息仅仅来自于教师，缺乏对新知识、新内容的探索。此外，多数学生抱着“为考试而学习”而非“为应用而学习”的态度来学习，导致学生在课程结束后仍然不知该如何利用所学知识去分析和解决工程实际问题。因此，按照传统的教学方法和模式难以满足培养学生的创新性、独立思考与解决问题的能力，更难以达到“新工科”背景下对高素质复合型人才培养的要求。

3教学模式与方法

《传热学》双语教学模式探索，以优化教学内容，加强实践环节教学，运用多媒体手段教学为主线，如图1所示。在不同层面，从不同角度多元激发学生的创新与实践活力，形成以教导学，以学促教，教学相长的教学模式。

3.1 优化教学内容

双语授课过程中最主要的環节是调动学生的上课积极性，增强学生的参与感。授课学生的英语水平不同，学生个体之间差异较大，有些学生英语基础较弱，对双语教学产生畏难情绪。对于一些难懂或者难理解的知识点，因看不懂英文解释，干脆放弃学习，此时双语教学对于该学生产生了相反作用，使学生产生厌学心理。教师在上课过程中，应及时把握学生的听课状况以及教学反馈，调整英文课件相关内容，对于学生难懂的知识点，及时备注中文解释，便于学生理解。对于繁琐的传热学公式推导过程和知识点相对陈旧的章节，在教学过程中做适当删减，减轻学生的负担。教学过程中注重对基本概念和理论和计算方法的讲解，通过课堂上互动式的讨论过程增加学生的学习兴趣与热情[3]。同时引入当前传热学研究的前沿科技和新技术，如与传热学相关的材料、化学、仿生学等学科交叉内容，又如两相及多相流中的复杂流动问题，微/纳尺度下传热过程强化，或者是5G数字通信中的电子冷却问题等，拓宽学生的学习视野，培养学习传热学的兴趣。对于一些基本的传热学英文专业术语及单词，可以帮助学生归纳总结，并形成单词手册，方便学生背诵记忆，有效降低学生阅读英文文献资料的难度。

3.2注重实验/实践环节教学

传热学是一门应用性较强的基础课程，开展相关实验可以加深学生对知识点的理解。实验/实践环节与理论知识相结合的教学模式，一方面学生通过动手实验，可以加强对基础理论知识理解和巩固。另一方面给学生搭建起理论知识与工程实际问题之间的桥梁，提升了学生创新思维和工程实践能力的培养。传热学课程实验通常多为验证性实验，主要围绕课堂讲授的基本概念、定理和计算公式等基础知识内容进行验证，如固体/液体导热系数的测定[4]、横掠单管强制对流换热系数的测定、膜状冷凝与滴状冷凝过程热通量的测定，以及热管的工作原理及其在工程技术中的应用等。实验内容与课堂讲授内容相辅相成，帮助学生对相关概念和理论进一步巩固、加深。同时结合新工科的背景和培养要求[5，6]，适当开展工程实践环节，使学生能够更好更快地融入到社会生产实践当中，培养学生解决工程实际问题的能力。在实践教学中，引入工程案例教学[7]，让学生分成科研小组或团队通过全面的调研和学习相关工程领域专业知识，加深对书本内容的理解，增加课程学习的趣味性和实用性[8]。例如，在讲解热管这一部分内容时，注重与工程实际相联系，以电脑中的芯片散热系统为切入点，向学生讲解热管的组成及工作原理，了解其在芯片散热中的作用，以此引导学生对相变传热知识的兴趣，帮助其更好地掌握沸腾和冷凝相关知识点。

3.3 加强多媒体教学

传热学同时是一门逻辑性较强的专业基础课，在讲课过程中需借助图像、视频或三维动画等形式解释理论知识，便于学生掌握和理解。在教学过程中，应加强运用多媒体手段，如结合商业软件COMSOL和FLUENT等，利用三维图像和虚拟仿真等方法，对流体流动过程中的流场、温度差进行讲解，利用不同的色彩表征温度分布和流速分布，便于学生对该部分知识点的掌握[9]。特别是在讲解非稳态温度场分布的时候，可以利用热成像系统，分析锅炉壁温传热过程中的各种影响因素，通过调整相关参数来观察其影响规律，从而使学生对于传热现象能够更好地理解与掌握。如果引入大量而且复杂公式，反而会使整个课堂变得枯燥。又如，在讲解边界层理论过程中，绕流物体的边界层发展及其分离过程以及与对流换热的关系等动态过程，可以通过软件3D Animation Viewer来制作小动画向学生展示，便于学生的理解和掌握，这种生动形象的展示，不仅提高了课堂教学的趣味性，也在很大程度上活跃了课堂气氛。此外，还可以借助网络课堂或者慕课资源，丰富教学课件，如选取美国MIT公开课中传热学部分章节片段，让学生开阔眼界，对知识点全面把握。课堂上例题讲解，尽量选用与工程实际相关的问题，提高学生兴趣的同时，帮助学生提高解决工程实际问题的能力。

4 课程考核和教学评估

《传热学》双语课程考核方式，采用课堂测验（Quiz）+课堂奖励分数（Bonus Points）+实验课（Experiments）+期末考试（Final Exam）的形式。其中，课程总成绩由卷面成绩（70%）、课堂测验成绩（10%）、实验课成绩（10%）、课堂奖励分数（10%）构成。从成绩构成来看，成绩主要取决于卷面成绩，课堂测验和课堂奖励分数主要起到检查学生课堂学习效果的作用。课堂测验可以反馈学生对课堂内容的掌握程度，便于教师对授课效果的把握，同时也可以了解学生课堂出勤情况。课堂奖励分数可以调动学生上课参与的积极性，让学生在课堂上对课堂习题或者课上提问问题充分掌握，鼓励学生用英语回答，培养学生的英语口语能力和问题概述能力。2019-2020第二学期学生获得课堂奖励分数的比例与前三个学期相比，比例得到大幅提高，学生课堂参与积极性得到提升。统计结果见表1。

期末考试采取中文题目和英文题目相互混合的形式，避免完全用英文题目对学生考察难度过大的状况。学生在作答时可以使用中文或者英文，提倡学生使用英文答题，如公式推导题型，鼓励学生用英文将推导方程和步骤有条理地作答，一方面便于学生对公式的理解与掌握，另一方面有利于培养学生英文科技论文撰写的能力。学期结束后，对双语课程的教学效果进行总结和评估，江苏大学利用期中和期末网络调查问卷以及教学班级班会评议等多种方式，全面调研学生的授课效果，对学生反映的教学不足之处要持续改进，不断完善传热学双语教学模式。经过两年多的双语教学实践，该教学模式和课程考核机制可有效提高学生的学习效率，学生对英文专业术语的掌握和撰写科技论文的能力得到提高，多名学生加入学院科研小组，并在国际学术期刊发表英文科技论文。

5结语

《传热学》是一门传统基础课程，在新工科背景下的传热学双语教学又是一门新课程，随着新工科建设的不断深入，社会对复合型工程科技人才要求的不断提高，教师应该及时调整《传热学》双语课程的教学方法和模式，把最新最前沿的教学资源融入到课程中，激发学生的学习热情，发挥学生的主观能动性。江苏大学经过多年的《传热学》双语教学实践，不断改进教学方法和模式，课堂教学效果显著，学生的双语课程学习效率得到有效提高。

参考文献

[1] J. P. Holman.传热学[M].马庆芳，译.北京：机械工业出版社，2015.

[2]  杨世铭，陶文铨. 传热学[M]. 4版. 北京：高等教育出版社，2006.

[3]  唐波. 传热学教学方法改进以及实践[J].教育教学论坛， 2018 （13）： 215-216.

[4] 吳里程， 康灿.传热学“五位一体”实验教学模式改革与实践[J].高等工程教育研究， 2019 （A1）： 240-242.

[5] 史波， 单勇， 张勃， 等.《传热学》双语教学的实践与思考[J]. 教育教学论坛， 2018 （30）： 188-189.

[6] 楚化强， 周勇， 陈光， 等.新工科背景下传热学课程改革探索与实践-MATLAB在传热学例题中的应用[J].高等工程教育研究，2019 （A1）： 28-29.

[7] 赵占勇， 李玉新， 梁敏洁， 等. 高校实验班传热学双语教学模式研究与实践[J].化工高等教育， 2018 （35）： 45-47.

[8]   谢冬平.中国高校本科教学改革组织自主性研究[D].武汉：华中科技大学， 2018.

[9] 单莎莎. 面向“中国制造2025”的高校工程类人才培养模式改革研究[D].武汉：武汉理工大学， 2017.