“工程熱力學(xué)與傳熱學(xué)”課程教學(xué)改革的探索與實(shí)踐

武和全 薛盈盈 胡宏偉

0 引言

“工程熱力學(xué)與傳熱學(xué)”是汽車(chē)服務(wù)工程、熱能與動(dòng)力工程等專業(yè)的必修課程。它是研究熱能與機(jī)械能相互轉(zhuǎn)換及熱量傳遞規(guī)律的一門(mén)學(xué)科。作為工科類的一門(mén)專業(yè)基礎(chǔ)課，“工程熱力學(xué)與傳熱學(xué)”課程教學(xué)歷史悠久，至今已有五十多年。然而該課程存在“理論性強(qiáng)”、“知識(shí)點(diǎn)多”、“難于理解”等特點(diǎn)，長(zhǎng)期困擾著廣大師生。因此對(duì)該課程進(jìn)行教學(xué)改革，探索提高“工程熱力學(xué)與傳熱學(xué)”課程教學(xué)質(zhì)量的方法是十分必要的。

1 課程特點(diǎn)及教學(xué)現(xiàn)狀

“工程熱力學(xué)與傳熱學(xué)”課程主要包括熱力學(xué)第一定律、熱力學(xué)第二定律、熱力過(guò)程計(jì)算、傳熱學(xué)的基本概念、換熱器熱計(jì)算等。由于該課程源于實(shí)際生活的總結(jié)，包括理論知識(shí)的推導(dǎo)及經(jīng)驗(yàn)公式的應(yīng)用，教學(xué)內(nèi)容需要聯(lián)系大學(xué)物理和高等數(shù)學(xué)等方面的知識(shí)，教學(xué)難度大，存在的主要問(wèn)題有：

1.1 課程總學(xué)時(shí)偏少

“工程熱力學(xué)與傳熱學(xué)”課程圍繞能量轉(zhuǎn)換與傳遞這一主線，是對(duì)工程熱力學(xué)與傳熱學(xué)兩個(gè)研究方向的綜合。其特點(diǎn)是涉及內(nèi)容廣，知識(shí)點(diǎn)多。然而，隨著社會(huì)的發(fā)展，教育思想、教育觀念在不斷變化著，大學(xué)階段開(kāi)設(shè)的課程越來(lái)越多，分配給每一門(mén)課程（特別是專業(yè)基礎(chǔ)課）的學(xué)時(shí)數(shù)不斷減少。①總學(xué)時(shí)數(shù)不斷減少與教學(xué)內(nèi)容不斷增加之間的矛盾，是“工程熱力學(xué)與傳熱學(xué)”授課教師面臨的一個(gè)重要矛盾。要繼續(xù)保持或提高該課程的教學(xué)質(zhì)量，就必須要調(diào)整教學(xué)大綱，改革教學(xué)方法，對(duì)授課內(nèi)容有所取舍，突出重點(diǎn)和難點(diǎn)。

1.2 實(shí)踐環(huán)節(jié)少

“工程熱力學(xué)與傳熱學(xué)”作為一門(mén)專業(yè)基礎(chǔ)課程，其知識(shí)點(diǎn)的歸納，大多是來(lái)源于人們對(duì)實(shí)踐知識(shí)的長(zhǎng)期積累和總結(jié)。因此該課程必須與實(shí)踐教學(xué)緊密結(jié)合起來(lái)。由于實(shí)驗(yàn)設(shè)備的有限性，而現(xiàn)有每個(gè)班級(jí)的人數(shù)眾多，必須分多個(gè)組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。這必然導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)課程時(shí)間過(guò)長(zhǎng)、教師的工作量過(guò)大等。因此為回避這些問(wèn)題，許多高校在講授專業(yè)基礎(chǔ)課實(shí)驗(yàn)時(shí)，往往采取集中統(tǒng)一安排實(shí)驗(yàn)的方式，且實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)占總學(xué)時(shí)的比例非常小。這樣實(shí)驗(yàn)課程與理論課程完全分開(kāi)，學(xué)生對(duì)于實(shí)驗(yàn)缺乏深刻的認(rèn)識(shí)，影響了他們對(duì)于理論知識(shí)的理解和消化。比如在講授穩(wěn)定流動(dòng)能量方程應(yīng)用領(lǐng)域的時(shí)候，需要做蒸汽輪機(jī)的熱交換、換熱器的熱交換、壓縮機(jī)的熱交換及噴管的流速試驗(yàn)等等，然后在部分高校中由于受到設(shè)備的限制等原因，往往只做其中一個(gè)實(shí)驗(yàn)，這大大影響了學(xué)生對(duì)知識(shí)的認(rèn)知度，不利于對(duì)穩(wěn)定流動(dòng)能量方程的理解。

1.3 學(xué)生積極性不高、缺少互動(dòng)

“工程熱力學(xué)與傳熱學(xué)”課程用到的理論知識(shí)多，內(nèi)容涉及面廣，不少章節(jié)還需要聯(lián)系“大學(xué)物理”等課程的知識(shí)，因此難度較大。學(xué)生需要花大量的經(jīng)歷去消化理解。而該課程還涉及一些復(fù)雜的計(jì)算公式（比如換熱器的熱計(jì)算），學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性差。授課教師的教學(xué)方法缺乏吸引力，一些專業(yè)基礎(chǔ)課教師為給學(xué)生們傳授更多的知識(shí)，甚至能講滿整節(jié)課，不給學(xué)生一點(diǎn)消化的時(shí)間。在師生交流方面、課程作業(yè)的修改反饋等方面，學(xué)生與教師缺乏良好的溝通，這些都降低了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

“工程熱力學(xué)與傳熱學(xué)”課程教學(xué)的最終目的是服務(wù)于社會(huì)。而社會(huì)在不斷發(fā)展著，這就要求“工程熱力學(xué)與傳熱學(xué)”課程的教學(xué)也需要與時(shí)俱進(jìn)，授課教師要有敏銳的觀察力，從培養(yǎng)高素質(zhì)人才的角度出發(fā)，對(duì)現(xiàn)有的“工程熱力學(xué)與傳熱學(xué)”課程進(jìn)行教學(xué)改革。

2 課程教學(xué)改革及教學(xué)方法探索

2.1 改革教學(xué)內(nèi)容

“工程熱力學(xué)與傳熱學(xué)”作為一門(mén)傳統(tǒng)課程，知識(shí)體系在不斷變化著，如果還把以前那些傳統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)換設(shè)備拿出來(lái)重點(diǎn)講，顯然是不能適應(yīng)新世紀(jì)人才培養(yǎng)需求的。那些過(guò)時(shí)的觀點(diǎn)和思想，不僅影響學(xué)生對(duì)最新領(lǐng)域知識(shí)的掌握，同時(shí)使學(xué)生對(duì)書(shū)本知識(shí)產(chǎn)生懷疑，嚴(yán)重影響其積極性。因此授課教師要對(duì)“工程熱力學(xué)與傳熱學(xué)”教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行更新，緊跟學(xué)科發(fā)展前沿。要綜合各個(gè)教材的優(yōu)缺點(diǎn)，對(duì)自己的教義進(jìn)行定期修改和完善。在教學(xué)中，要對(duì)教學(xué)內(nèi)容有所取舍，突出重點(diǎn)。這樣既減輕了學(xué)生負(fù)擔(dān)，又為教師節(jié)省了上課時(shí)間。

2.2 改善實(shí)驗(yàn)教學(xué)

“工程熱力學(xué)與傳熱學(xué)”理論知識(shí)較多，難于理解，因此通過(guò)實(shí)踐課程來(lái)加深理論知識(shí)的理解顯得尤為重要。學(xué)校應(yīng)充分認(rèn)識(shí)到實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重要性，增加對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)備的投入，調(diào)動(dòng)實(shí)驗(yàn)教師的積極性。實(shí)驗(yàn)教學(xué)應(yīng)更多地發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性，讓他們盡可能多的參與到實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)和分析之中，以提高其動(dòng)手能力。授課教師可開(kāi)設(shè)開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)、綜合性實(shí)驗(yàn)及對(duì)比試驗(yàn)，鼓勵(lì)學(xué)生自己動(dòng)手、獨(dú)立完成，以促進(jìn)知識(shí)的融會(huì)貫通。比如換熱器的設(shè)計(jì)，可以讓學(xué)生根據(jù)所學(xué)的傳熱學(xué)理論知識(shí)，自己動(dòng)手設(shè)計(jì)一些散熱片，并進(jìn)行熱計(jì)算，分析其散熱性能。

2.3 改進(jìn)教學(xué)手段

課程總學(xué)時(shí)的不斷減少，迫使授課教師必須要進(jìn)行教學(xué)改革。現(xiàn)代化的多媒體教學(xué)手段，可以在短時(shí)間內(nèi)傳遞更多的信息量。因此，教學(xué)手段改革目標(biāo)是將現(xiàn)代化的教學(xué)手段融合到的“工程熱力學(xué)與傳熱學(xué)”課程教學(xué)之中，實(shí)現(xiàn)與傳統(tǒng)教學(xué)的有機(jī)結(jié)合。例如，在緒論部分關(guān)于熱能的利用現(xiàn)狀就可以采用播放影片的方式來(lái)激發(fā)同學(xué)們的興趣。而在講授傳熱學(xué)中的計(jì)算公式時(shí)，可以將推導(dǎo)過(guò)程制成多媒體的形式，授課課時(shí)，教師只需在黑板板書(shū)推導(dǎo)思路，然后用多媒體PPT展示推導(dǎo)過(guò)程。這樣極大地節(jié)省了時(shí)間，而且有助于學(xué)生的理解。此外，還可以采用FLASH動(dòng)畫(huà)、影片等方式來(lái)激發(fā)學(xué)生的興趣，提高其學(xué)習(xí)的積極性。

2.4 加強(qiáng)師生互動(dòng)交流

提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和積極性，調(diào)動(dòng)學(xué)習(xí)氣氛。將互動(dòng)式教學(xué)方法②引入“工程熱力學(xué)與傳熱學(xué)”課程的教學(xué)中，使學(xué)生主動(dòng)思考問(wèn)題。在教學(xué)中促成授課教師和學(xué)生之間的相互交流和探討。比如講授熱力學(xué)第二定律的發(fā)展過(guò)程時(shí)，可以首先向?qū)W生提出問(wèn)題“是否所有滿足熱力學(xué)第一定律的自然現(xiàn)象都能夠?qū)崿F(xiàn)呢？”要求學(xué)生結(jié)合實(shí)際生活經(jīng)驗(yàn)，提出自己的觀點(diǎn)，并給出理由。然后將學(xué)生所總結(jié)的規(guī)律與熱力學(xué)第二定律進(jìn)行比較，找出差異。通過(guò)這種方式必然會(huì)使學(xué)生對(duì)熱力學(xué)第二定律的理解更加深刻。“提問(wèn)式”互動(dòng)，是實(shí)現(xiàn)師生交流的一種良好途徑?！肮こ虩崃W(xué)與傳熱學(xué)”授課教師宜更多地采用互動(dòng)交流的方式來(lái)傳授知識(shí)，從而提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。

3 結(jié)束語(yǔ)

“工程熱力學(xué)與傳熱學(xué)”課程教學(xué)改革需要授課教師需要克服重重困難，是一項(xiàng)漫長(zhǎng)的過(guò)程，離不開(kāi)教育系統(tǒng)各個(gè)部門(mén)的配合。通過(guò)改革教學(xué)內(nèi)容、改善實(shí)驗(yàn)教學(xué)、改進(jìn)教學(xué)手段、加強(qiáng)師生互動(dòng)交流等等，將知識(shí)教育與素質(zhì)教育結(jié)合起來(lái)，探索適應(yīng)該課程特點(diǎn)的教學(xué)方法，必將使課堂教學(xué)效果達(dá)到一個(gè)嶄新的水平，為培養(yǎng)新世紀(jì)高素質(zhì)人才奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

注釋

①顧祥紅,李宏,李曉穎.工程熱力學(xué)課程教學(xué)方法與手段的改革[J].大連民族學(xué)院學(xué)報(bào),2006(1).

②李春華,張小軼,王存新.生物物理課中“互動(dòng)式”教學(xué)方法初探[J].理工高教研究,2010(1):120-121.