热质交换原理与设备课程教学反思与实践

［摘 要］ 热质交换原理与设备是建筑环境与能源应用工程专业重要的学科基础课程之一，具有联系基础课程与专业课程的桥梁与纽带作用，该课程教学具有知识面宽、受众广、引领示范性强等特点。对课程教学过程中存在的问题进行认真反思、分析，总结存在的问题，不断进行教学改革，创新教学设计，改进教学方法，以激发学生的学习兴趣，提高学生的创新及工程实践能力。另外，对热质交换原理与设备教学实施过程及教学效果评价进行总结，形成该课程教学新特色，以期为其他课程教学方式方法的改革和教学水平的提高提供参考。

［关键词］ 热质交换原理与设备；教学反思；教学设计；教学方法

［基金项目］ 2023年度甘肃省教育厅高校教师创新基金项目“相变蓄热技术在甘肃河西地区民用建筑供暖系统中的应用研究”（2023B-245）；2022年度教育部产学合作协同育人项目“建筑节能与绿色建筑教学实践基地建设”（220704225310815）

［作者简介］ 赵子琴（1975—），女，甘肃武山人，硕士，兰州工业学院土木工程学院副教授，主要从事建筑环境与能源应用工程研究。

［中图分类号］ G642.0 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 1674-9324（2024）28-0090-04 ［收稿日期］ 2023-05-03

引言

动量、热量及质量传递现象广泛存在于建筑环境与能源应用工程专业领域。热质交换原理与设备是建环专业的学科专业基础课程，以动量、能量及质量传递构成传输理论基础，重点研究在建筑环境与设备中热质交换原理及相应设备的热工计算方法，为学生了解热质传递规律、进一步学习创造良好的建筑室内环境奠定了基础［1］。

热质交换原理与设备课程的主要任务是开阔学生的科学视野，研究创造建筑室内环境所用的热质交换方法的基本特性和基本规律，将本专业相关的热质交换关联内容汇总、整合，让学生通过动量、热量和质量传输的统一传递过程在理论上学习及研究本专业工程实践中遇到的热质交换设备的设计计算方法、加工、运行管理等方面遇到的一些问题。课程涉及面广、理论性强，具有联系本专业基础课与专业课的桥梁作用：向上衔接“流体力学”“传热学”等基础课程基本知识，向下开启了“锅炉与锅炉房设备”“通风与空调工程”等专业核心课程相关内容。这不仅可使学生掌握相关的基础理论知识，而且可使学生能够将理论知识较好地应用于工程实践，培养学生理论联系实际的能力。

本文主要对热质交换原理与设备课程在教学过程中存在的问题进行反思、分析及总结，持续教学改革，从教学方法、教学设计改革创新等方面进行探讨，期望推进建筑环境与能源应用工程专业人才培养目标的实现，着力促进学生理论联系实际及创新能力的提升。

一、课程教学现状及存在的问题

兰州工业学院建环专业热质交换原理与设备课程的类型为专业学科基础课程，共32学时，其中理论30学时，实验2学时。课程教学安排在第六学期，此时学生已经学习和掌握了流体力学、工程热力学、传热学等相关基础知识，知识衔接较为合理，但课程涉及内容较多，牵涉本专业中诸如被处理对象的物理要求、热工性质与人体的需求，创造和控制被处理对象的人工环境所需要的冷源与热源的能源供给，高效经济地将所需要的能源输送至被处理对象的输配方式，实现创造和控制被处理对象的人工环境目标的能源转换设备等。因此，本课程内容涉及面广，具有专业基础课与专业技术课的知识过渡作用；同时，课程理论性强，理论与实际紧密相关，综合性高。

热质交换原理与设备课程涉及相关先修课程内容较多，且传质理论基础部分基本概念较多、内容较抽象［2-3］；对涉及本专业相关热质设备结构、原理的专业课程还未开设。这增加了该课程的学习难度。因此，学生难以很好地理解热质交换原理、设备结构特性等，进而导致学生的学习积极性不高，教学效果欠佳，未能很好地达到教学培养目标。

二、课程知识结构体系分析

热质交换原理与设备课程根据专业人才培养目标、教学大纲及生源、学生特点等因材施教，教材选用连之伟主编、中国建筑工业出版社的《热质交换原理与设备》。该书主要包括传热传质的理论基础、空气热湿处理的原理与方法、热质交换设备及其热工计算三大单元。

传热传质的理论基础建立在流体力学、传热学等相关知识基础之上，引入动量、热量及质量传递现象，包含传质的基本知识、传质问题的分析及设计计算。空气热湿处理的原理与方法包括空气热湿处理原理、途径及应用。热质交换设备及其热工计算包括热质交换设备的结构、工作原理及其基本的热工计算方法。课程着力于提升学生工程实际应用及科技创新能力，让学生掌握热质交换基础知识、专业基本理论知识、专业技能及工程创新实践综合应用等必备知识，达到知识目标、能力目标及素养目标的全面培养。

三、教学设计探索

（一）增强理论、实践与创新的融合并进

兰州工业学院建环专业人才培养目标注重学生对专业技术知识、科技创新及工程实践能力的掌握，毕业生要能够从事工业与民用建筑中环境控制技术领域的工作，具有暖通空调、燃气供应、建筑给排水等公共设施系统和建筑热能供应系统的设计、安装、调试、运行能力，以及理论知识、工程实践及科技创新能力。

实践教学是培养学生实践操作基本技能及解决工程实际问题的基本途径，在实验操作过程中，实验指导教师根据人才培养目标、教学大纲、实验教学目的，为学生提供实验操作的主要设备、仪器、仪表等，要求学生实验前预习实验指导书、课外查阅相关资料等，分组自行初步设计实验方案、实验步骤、数据处理等，以培养学生的自主学习和创新实践能力。另外，注重教学与科研相结合，教师将科研项目融入课堂教学或教学过程，激发学生的学习兴趣，开拓学生的学习视野，以学科竞赛为载体推动课程建设及教学设计，采用学分激励机制，指导学生借助“互联网+”大学生创新创业训练项目、大学生节能减排科技竞赛等相关学科竞赛开展相关教学实践，提升学生对课内知识的掌握水平和实践应用能力，构建课程知识传授与创新创业相结合的模式，培养学生的创新思维、创新意识及创新能力。在教学过程中，适时安排学生到校企合作单位实习实训，或邀请企业专业技术人员到学校做讲座，提升教师的教学科研能力，同时，深化、拓展学生对相关专业知识及专业前沿科技的了解，使其进一步明确就业及未来的发展方向。

（二）优化教学内容

课程教学过程注重教学内容与工程实践的紧密结合。其中，首堂课强调本课程在专业人才培养目标达成中的重要性，通过课程名称中“热质交换”字面含义，激发学生学习的积极性；同时，结合先修课程相关知识及生活、生产中涉及的热质交换现象，引出动量传递、热量传递及质量传递等的广泛性、重要性，使学生理解“三传”现象间的相似性、相关性，为课程后续教学做铺垫［4］。

课程知识结构由热质交换原理与热质交换设备两部分构成，在教学设计上，对涉及的基本概念、基本原理等概念通过类比、对比异同的方法进行整合与提炼特征。如传质部分采用传热与传质新旧知识类比，分析其异同点，将较难理解的知识点简单化，引导帮助学生理解。同时在教学过程中，设置一些与本课程相关的前沿热点问题，拓宽学生的视野，如在讲述传质内容时，可设置有关建筑材料VOC传质研究的综述题。

空气热湿处理的原理与方法可通过生活、生产实例介绍热质交换原理，使学生对其有初步的了解。通过湿空气焓湿图对空气热湿处理途径进行详细分析，使学生掌握空气热湿处理的途径。在讲述吸附、吸收处理空气的原理与方法时，将涉及温湿度独立调节系统的内容设置为讨论话题，探讨有关温湿度控制技术及温湿度独立调节空调系统的发展现状、研究进展及存在的突出问题等，安排学生搜集相关资料并开展专题讨论，以此培养学生文献查阅、分析问题的能力。

热质交换设备及其热工计算部分，通过图片、视频使学生了解相关设备结构及工作原理，在教学过程中通过案例引出问题，引导学生分组讨论确定问题的解决方法并进行求解，培养学生学以致用的工程实践能力，使其认识到相关专业知识的重要性，有效提高学生的社会责任感及职业荣誉感。

（三）优化课程成绩评定方式

课程成绩评定以考核学生能力培养目标的达成为主要目的，督促引导学生按时完成相关的学习内容，以达到既定的教学要求。课程注重教学过程各环节的考核，采取试卷、课堂考勤、课堂表现、课后作业及实验等形式；突出过程成绩，通过过程评价体现学生综合应用能力的培养，使评价结果更能真实地反映对课程目标和专业培养目标的达成情况。

在课程考核结束后，任课教师对课程考试试卷结果进行分析，从试题质量、学生解答中所反映的共性问题、基于学生解答情况反映学生在学习方面的问题、基于学生解答情况反映教师教学方面的问题等方面进行分析，给出拟采取的教学改进措施及建议。最后，任课教师对课程进行教学效果分析及总结，并在课程团队专题研讨会上进行讨论，以此给出合理化的建议，进一步完善、优化教学理念、教学方法、教学设计等。

四、教学方法探讨

（一）合理利用现代教学资源

以学生为中心，创新教学方法。传统的“灌输式”教学往往使学生处于被动接受知识的状态，学生缺乏自主学习、主动思考，教学效果欠佳。

为此，在教学实践过程中要充分利用中国大学MOOC、超星尔雅等网络课程平台及手机App等信息技术，通过提升教师的教学能力、创新能力，改变传统的“灌输”讲授模式，促进师生、学生间的互动交流，资源共享，优化教学设计及教学手段，真正体现线上线下混合式教学，做到课前、课中、课后的全过程沉浸式学习［5-6］。

（二）科学实施教学过程

在课前预习中，教师通过引导的方式要求学生预习易学易记的内容，如传质概论部分涉及的质量浓度、物质的量浓度、质量分数、摩尔分数、斐克定律等。为检测预习情况，教师可在课堂复习回顾阶段通过手机App在学习通平台随机选人或设置抢答，展现学生预习成效。

在课堂教学过程中，采用混合式教学，遵循讲清基本知识和原理、突出工程实践应用的原则，将工程实践中涉及的典型案例借助图片、视频等形式，使学生对相关知识有初步的了解，通过感性认识引出问题，师生一并探讨总结出解决方案，通过分析工程实例问题，培养学生解决工程实践问题的创新意识和创新能力［7］。尤其是首堂课，通过工程实例启发学生的学习兴趣，使学生了解该课程学习内容、学习方法、课程特点等［8］；根据生活、生产中存在的问题，分析解决问题的途径，并说明解决问题所需该课程的相关知识，使学生对课程学习目的及相关知识的应用有初步的认识。为调动学生学习的积极性、活跃课堂教学氛围，课堂中根据内容适时借助学习通以抢答、选人、主题讨论或问卷等形式由学生进行答题或分组讨论。

由于该课程理论性较强，涉及基本概念较多，因此，课后巩固复习阶段较为重要。教师应适当布置一些思考讨论话题或课后作业，作业主要内容以传热传质基本知识的掌握及理论知识在工程实际中应用的主观题为主，突出相关知识的综合应用和实践能力的提升，通过强化、拓展相关知识点，增强工程实践能力锻炼［9-10］。同时，为了促进教师与学生的交流，设置答疑环节，以便教师及时解答学生存在的困惑、疑难问题等，引导学生积极主动思考。课后作业通过学习通或超星尔雅平台发布，采用限时提交作业的方式，以督促、追踪学生学习进度。

五、教学效果分析评价

课程教学改革是循序渐进的过程，通过多年课程教学改革与实践，热质交换原理与设备课程教学取得了一定的成效：学生能够在课程平台认真预习，课堂授课过程中学生没有无故旷课现象，出勤率明显提高；学生能够积极主动参与教学活动，保质按时提交课后作业，对相关理论知识的掌握明显增强，学习成绩有所提高。

在教学过程中，学生积极参加各类科技创新与实践活动，近三年本专业学生在全国大学生毕业设计大赛、全国大学生节能减排与社会实践大赛、“挑战杯”全国大学生课外科技竞赛等重要赛事中荣获国家级二等奖1项，三等奖5项，省部级一等奖、二等奖各2项的好成绩。

结语

热质交换原理与设备课程是一门理论与实践性较强的课程。课程依据建筑环境与能源应用工程专业人才目标，结合教学大纲，从知识结构体系、教学内容设计、教学方法等方面进行探讨，突出以学生为中心的地位。在课程建设中持续强化科教结合、产教融合、协同育人，充分利用线上线下等多种教学手段，拓宽学生学习、创新渠道，积极调动学生学习的主动性、积极性，以提升学生的组织协调能力、分析研究问题能力及工程实践创新能力。