“卓越計劃”創(chuàng)新模式的工程熱力學(xué)課程教學(xué)改革與實踐

張宏遠(yuǎn)　陳克　岳峰麗　吳凈

[摘 要]以教育部卓越工程師教育培訓(xùn)計劃為平臺，以培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力和工程實踐能力為目標(biāo)，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和教學(xué)手段幾個方面對能源與動力工程專業(yè)工程熱力學(xué)課程教學(xué)方法進(jìn)行了改革。實踐證明，教學(xué)改革提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，有效培養(yǎng)了學(xué)生的專業(yè)知識、創(chuàng)新能力、工程意識和科研素質(zhì)，并為相關(guān)專業(yè)的卓越計劃的實施提供了有益的借鑒。

[關(guān)鍵詞]卓越計劃；創(chuàng)新；工程熱力學(xué)；教學(xué)改革

[中圖分類號] G642 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A [文章編號] 2095-3437（2016）07-0155-02

卓越工程師教育培訓(xùn)計劃是教育部于2010年開始實施的高等工程教育改革措施，是貫徹《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010-2020年）》和《國家中長期人才發(fā)展規(guī)劃綱要（2010-2020年）》的一項重要改革項目。[1]“十二五”期間國家實施“本科教學(xué)工程”，已將大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練作為主要建設(shè)內(nèi)容，大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃（以下簡稱“大創(chuàng)計劃”）包括創(chuàng)新訓(xùn)練項目、創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項目和創(chuàng)業(yè)實踐項目三類。該計劃具有綜合性、自主性、創(chuàng)新性、實踐性等特點(diǎn)，能夠激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，促進(jìn)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，并帶動課程內(nèi)容、教學(xué)方式方法的改革和創(chuàng)新。實施大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃是創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式的重要途徑，是培養(yǎng)大學(xué)生創(chuàng)新意識和能力的有效手段，是提高人才培養(yǎng)質(zhì)量的務(wù)實舉措。[2]

沈陽理工大學(xué)于2011年9月正式入選教育部第二批國家卓越工程師教育培訓(xùn)計劃實施高校，能源與動力工程專業(yè)正式列入沈陽理工大學(xué)卓越工程師培訓(xùn)計劃和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)計劃專業(yè)。工程熱力學(xué)課程作為能源與動力工程專業(yè)的一門重要專業(yè)基礎(chǔ)課，是能源與動力工程專業(yè)的必修主干課。工程熱力學(xué)是研究熱能有效利用以及熱能與其已能量轉(zhuǎn)換規(guī)律的科學(xué)。本課程不僅為學(xué)生學(xué)習(xí)有關(guān)內(nèi)燃機(jī)方面的專業(yè)課程提供必要的基礎(chǔ)理論知識，也為從事相關(guān)專業(yè)技術(shù)工作和科學(xué)研究工作提供重要的理論基礎(chǔ)。通過學(xué)習(xí)本課程，學(xué)生應(yīng)掌握熱力學(xué)的基本規(guī)律，并能正確運(yùn)用這些規(guī)律進(jìn)行熱工過程和熱力循環(huán)分析。本課程同時還能培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)抽象、邏輯思維能力。工程熱力學(xué)是能源與動力工程專業(yè)學(xué)生首先接觸的專業(yè)課程，其課程概念復(fù)雜抽象，公式適用的范圍不一，內(nèi)容繁多且聯(lián)系工程實際廣泛，這些都給學(xué)生學(xué)習(xí)該門課程來帶困難。目前，從對工程熱力學(xué)課程的教學(xué)反來看，教師不好教，學(xué)生不容易理解。隨著國家和學(xué)校對卓越工程師教育培訓(xùn)計劃的實施，從專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)和定位上也對課程教學(xué)提出了新的要求?？紤]到以上因素，我們對工程熱力學(xué)課程從以下幾方面進(jìn)行了改革。

一、教學(xué)內(nèi)容改革

（一）確立實踐創(chuàng)新型教學(xué)目標(biāo)

工程熱力學(xué)課堂的教學(xué)重點(diǎn)在“工程”，在以往的教學(xué)目標(biāo)設(shè)計中，都是重理論輕實踐，大量的學(xué)時都用在了公式的推導(dǎo)和計算中，對學(xué)生的工程實踐能力和創(chuàng)新能力培養(yǎng)不夠。在卓越工程師教育培訓(xùn)計劃和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃的指導(dǎo)下，將每一章的教學(xué)目標(biāo)分解為基本目標(biāo)和重點(diǎn)目標(biāo)?；灸繕?biāo)是在課堂上通過講解使所有學(xué)生都能理解接受的基本知識、基本理論和基本應(yīng)用。重點(diǎn)目標(biāo)是通過課下組織的工程實踐活動和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)小組，將課堂所學(xué)的知識應(yīng)用到工程實踐和創(chuàng)新中去，以培養(yǎng)學(xué)生的工程實踐能力和創(chuàng)新能力。

（二）強(qiáng)化專業(yè)方向，優(yōu)化課程內(nèi)容

2012年教育部在新版高校本科專業(yè)目錄中，調(diào)整熱能與動力工程為能源與動力工程。能源與動力工程致力于傳統(tǒng)能源的利用及新能源的開發(fā)利用，專業(yè)方向包括熱能動力及控制工程方向、熱力發(fā)動機(jī)及汽車工程方向、制冷低溫工程與流體機(jī)械方向和水利水電動力工程方向等。沈陽理工大學(xué)能源與動力工程專業(yè)為車用內(nèi)燃機(jī)方向，在有限的學(xué)時下，在保證學(xué)科基本理論體系系統(tǒng)性和完整性的前提下，優(yōu)化課程內(nèi)容，強(qiáng)化專業(yè)所需內(nèi)容。例如，基本理論方面，重點(diǎn)講解理想氣體的性質(zhì)和熱力過程；基本理論的應(yīng)用方面，詳細(xì)講解活塞式內(nèi)燃機(jī)的循環(huán)，并對燃?xì)廨啓C(jī)裝置循環(huán)、蒸汽動力循環(huán)和制冷循環(huán)做介紹。

（三）注重理論聯(lián)系實際

在教學(xué)過程中，注重將實際生活中與熱力學(xué)相關(guān)的問題引入到課程中，通過課程所學(xué)的知識來解釋發(fā)生在身邊的事和物。在講解的過程中讓學(xué)生明白，通過工程熱力學(xué)課程所學(xué)的知識可以解決本專業(yè)所涉及的實際專業(yè)問題，提高學(xué)生對課程重要性的認(rèn)識。

二、教學(xué)方法改革

（一）啟發(fā)式+對比式教學(xué)

啟發(fā)式教學(xué)是指教師在教學(xué)過程中根據(jù)教學(xué)任務(wù)和學(xué)習(xí)的客觀規(guī)律，從學(xué)生的實際出發(fā)，采用多種方式，以啟發(fā)學(xué)生的思維為核心，調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和積極性，促使他們學(xué)習(xí)的一種教學(xué)指導(dǎo)思想。啟發(fā)式教學(xué)的關(guān)鍵在于設(shè)置問題情境。在講解熱力學(xué)第一定律基本能量方程式時，我們分別以門窗關(guān)閉房間內(nèi)的空調(diào)和冰箱為例，啟發(fā)學(xué)生利用基本能量方程式來解決判斷實際問題；以人吃飯、工作和變胖（瘦）與基本能量方程式做對比分析，加深學(xué)生對該方程的理解。

（二）注意工程實踐和創(chuàng)新意識的建立和培養(yǎng)

為了培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，構(gòu)建理論教學(xué)和實踐環(huán)節(jié)相結(jié)合的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育培養(yǎng)體系，在課程教學(xué)中引導(dǎo)學(xué)生用工程熱力學(xué)知識來解釋生活中的現(xiàn)象，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行獨(dú)立思考，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考和解決問題的能力，注重學(xué)生工程實踐和創(chuàng)新意識的培養(yǎng)。

（三）積極開展課外創(chuàng)新訓(xùn)練

鼓勵學(xué)生開展創(chuàng)新訓(xùn)練小組，讓學(xué)生通過所學(xué)到的工程熱力學(xué)的知識，自己完成創(chuàng)新設(shè)計作品，或者根據(jù)教師給定的方向，申請校級及以上級別的大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項目，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。在實踐環(huán)節(jié)上，結(jié)合挑戰(zhàn)杯、汽車創(chuàng)新設(shè)計大賽、機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計大賽、大學(xué)生創(chuàng)業(yè)創(chuàng)新訓(xùn)練等，鍛煉學(xué)生分析問題、解決問題的能力，鼓勵學(xué)生采用發(fā)散性思維來思考問題。

三、教學(xué)手段改革

（一）多媒體教學(xué)

在傳統(tǒng)板書教學(xué)的基礎(chǔ)上，將多媒體技術(shù)引入教學(xué)中。多媒體技術(shù)實現(xiàn)了文字、圖片和動畫等信息的融合，使教學(xué)內(nèi)容能更加生動地展示給學(xué)生，以增加學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

（二）虛擬仿真演示平臺

在多媒體教學(xué)的基礎(chǔ)上制作了工程熱力學(xué)虛擬仿真演示平臺來輔助教學(xué)。例如，在講解熱能和機(jī)械能相互轉(zhuǎn)換過程時，先用虛擬仿真演示平臺以動畫的方式演示內(nèi)燃機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)、蒸汽動力裝置、壓氣機(jī)和壓縮制冷裝置的工作原理，然后再分析其熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的過程，以提高學(xué)生的注意力，激發(fā)學(xué)生的興趣。在虛擬仿真演示平臺上還集成了常用的工質(zhì)的熱力學(xué)參數(shù)和熱力性質(zhì)表、濕空氣的焓濕圖、水蒸氣的焓熵圖等，并能夠?qū)崿F(xiàn)常用工質(zhì)的熱力學(xué)參數(shù)的快速查詢。

（三）網(wǎng)絡(luò)教學(xué)

課堂教學(xué)迫使學(xué)生在有限的時間內(nèi)接受大量的教學(xué)信息，部分學(xué)生因各人能力的原因不能夠充分消化所學(xué)內(nèi)容。網(wǎng)絡(luò)教學(xué)提供了多種方式進(jìn)行師生互動，能提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。從網(wǎng)絡(luò)平臺可以下載教學(xué)課件、參考書、習(xí)題庫等資料，學(xué)生可以利用課余時間學(xué)習(xí)；在線測試等相關(guān)功能可讓教師及時了學(xué)生學(xué)習(xí)的掌握程度，提高學(xué)生成績。

搭建課程的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)實施平臺，將課程每一章的教學(xué)目標(biāo)、知識內(nèi)容、學(xué)習(xí)指南、案例、練習(xí)、拓展學(xué)習(xí)和在線測試等諸多教學(xué)要求固化在網(wǎng)絡(luò)教學(xué)實施平臺中，為教師提供教學(xué)助手和工具，給學(xué)生提供探究平臺，變封閉式課堂為開放式課堂，引入外部教學(xué)能量和教學(xué)資源。

（四）建立并及時更新課程的資料庫

工程熱力學(xué)課程是一門實踐性比較強(qiáng)的課程，其中的很多理論目前都已經(jīng)用于實際產(chǎn)品。因此在一些課程內(nèi)容中可引入一些實際應(yīng)用例子進(jìn)行介紹，以加深學(xué)生對知識的理解。同時，課后也要以布置學(xué)生收集工程力學(xué)應(yīng)用的新技術(shù)，分析其所應(yīng)用的理論，提交報告，并將其作為成績考核的一部分，以這樣的方式來激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力和理論聯(lián)系實際的能力。

四、課程改革實踐效果

（一）學(xué)習(xí)成績

改革后學(xué)生對基本概念和基本理論的理解較好，特別是對實際應(yīng)用計算題解答比改革前有大幅度改善。

（二）創(chuàng)新能力

學(xué)生參加挑戰(zhàn)杯、汽車創(chuàng)新設(shè)計大賽、機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計大賽獲獎和獲批大學(xué)生創(chuàng)業(yè)創(chuàng)新訓(xùn)練等項目的數(shù)量和等級都有所增加，并有多人發(fā)表論文，獲得專利。

五、結(jié)束語

工程熱力學(xué)是能源與動力工程專業(yè)的一門經(jīng)典課程，為培養(yǎng)學(xué)生工程實踐能力和創(chuàng)新能力提供重要的基礎(chǔ)知識。結(jié)合教育部卓越工程師教育培訓(xùn)計劃和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃，通過工程熱力學(xué)課程教學(xué)改革，提高了學(xué)生的工程實踐能力和創(chuàng)新能力。這不僅使能源與動力工程專業(yè)的學(xué)生受益，對于在新版教學(xué)計劃中新開設(shè)熱工基礎(chǔ)課程的車輛工程和裝甲車輛工程專業(yè)的學(xué)生也可以從中受益。

[ 參 考 文 獻(xiàn) ]

[1] 林健.面向“卓越工程師”培養(yǎng)的課程體系和教學(xué)內(nèi)容改革[J].高等工程教育研究，2011（5）：1-9.

[2] 匡德舜，陳禹娜，于旭蓉.大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃培養(yǎng)模式探究[J].中國教育技術(shù)裝備，2014（10）：132-134.

[3] 祝立萍，錢付平，陳光，黃志甲.工程熱力學(xué)課程教學(xué)改革與實踐[J].安徽工業(yè)大學(xué)學(xué)報（社會科學(xué)版），2012（1）：116-117.

[4] 譚羽飛.運(yùn)用遷移規(guī)律進(jìn)行《工程熱力學(xué)》教學(xué)改革的實踐[J].黑龍江高教研究，2002（6）：61-62.

[5] 裘薇，朱群志，沈坤全，張莉. “工程熱力學(xué)”課程教學(xué)改革研究[J].中國電力教育，2012（21）：62-63.

[責(zé)任編輯：陳 明]