新能源科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè)熱工類(lèi)課程的教學(xué)模式研究

（南京林業(yè)大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇 南京 210037）

摘要：《工程熱力學(xué)》和《傳熱學(xué)》是為新能源科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè)學(xué)生開(kāi)設(shè)的兩門(mén)專(zhuān)業(yè)必修課，也是該專(zhuān)業(yè)大學(xué)生所必須掌握的熱工類(lèi)課程。該課程具有知識(shí)豐富、專(zhuān)業(yè)性強(qiáng)、課時(shí)多等特點(diǎn)。在《工程熱力學(xué)》和《傳熱學(xué)》課程教學(xué)中，大學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)是很重要的一環(huán)。本文對(duì)該課程的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和考核方式等方面進(jìn)行了探討，并對(duì)大學(xué)生創(chuàng)新精神與創(chuàng)新思維的培養(yǎng)進(jìn)行了研究。

關(guān)鍵詞：工程熱力學(xué)；傳熱學(xué)；新能源；教學(xué)

中圖分類(lèi)號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2016）52-0176-02

能源是現(xiàn)代社會(huì)賴(lài)以生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，是國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的先決條件。新能源專(zhuān)業(yè)的畢業(yè)生，肩負(fù)著為國(guó)家能源發(fā)展貢獻(xiàn)力量的重要責(zé)任。為達(dá)到培養(yǎng)專(zhuān)業(yè)知識(shí)面廣、基本功扎實(shí)和創(chuàng)新能力強(qiáng)的本科人才的目標(biāo)，作為新能源專(zhuān)業(yè)非常重要的必修課——《工程熱力學(xué)》和《傳熱學(xué)》的課程設(shè)計(jì)和教學(xué)方法探索就顯得尤為重要[1，2]。此前的相關(guān)文獻(xiàn)中報(bào)道了《工程熱力學(xué)》和《傳熱學(xué)》教學(xué)的優(yōu)秀經(jīng)驗(yàn)[3-6]。本文在此教學(xué)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，對(duì)熱工課程的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法進(jìn)行優(yōu)化和探索，以更好地提高學(xué)生的創(chuàng)新精神和創(chuàng)新思維。

一、教學(xué)內(nèi)容的優(yōu)化

教學(xué)內(nèi)容的優(yōu)化和精選是教學(xué)改革的關(guān)鍵。作為專(zhuān)業(yè)必修課，在學(xué)時(shí)有限的情況下，如何最大程度地講授最有價(jià)值的知識(shí)點(diǎn)成為教學(xué)的關(guān)鍵。

熱工類(lèi)課程由《工程熱力學(xué)》和《傳熱學(xué)》兩門(mén)課組成。《工程熱力學(xué)》按熱力學(xué)基本概念、熱力學(xué)第一定律、理想氣體的性質(zhì)與過(guò)程、熱力學(xué)第二定律與熵、氣體動(dòng)力循環(huán)、水蒸氣、蒸汽動(dòng)力循環(huán)、制冷循環(huán)、理想混合氣體和濕空氣、實(shí)際氣體的性質(zhì)等內(nèi)容分為若干章節(jié)；《傳熱學(xué)》按照傳熱基本概念、穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)、非穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)、對(duì)流換熱、熱輻射及輻射換熱、傳熱過(guò)程與換熱器等分為若干章節(jié)。由于新能源科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè)屬于新興產(chǎn)業(yè)專(zhuān)業(yè)，學(xué)科領(lǐng)域廣泛，涉及能源類(lèi)（如生物質(zhì)能、太陽(yáng)能、風(fēng)能）、化工類(lèi)（如基礎(chǔ)化學(xué)、物理化學(xué)、新能源材料）、力學(xué)類(lèi)（如工程力學(xué)、流體力學(xué)）等多門(mén)課程和領(lǐng)域。

在實(shí)際的教學(xué)過(guò)程中，教學(xué)內(nèi)容必須有所側(cè)重，應(yīng)充分考慮到不與新能源科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè)開(kāi)設(shè)的其他相關(guān)課程的知識(shí)點(diǎn)產(chǎn)生重復(fù)。另外由于《工程熱力學(xué)》和《傳熱學(xué)》課程難度較大，在教學(xué)過(guò)程中要講清課程中的要點(diǎn)和基礎(chǔ)知識(shí)。可以以“基本原理—公式推導(dǎo)—影響因素—實(shí)際應(yīng)用”為主線(xiàn)介紹該課的有關(guān)知識(shí)，建立每章知識(shí)結(jié)構(gòu)圖，讓學(xué)生清楚該門(mén)課程的知識(shí)體系結(jié)構(gòu)。對(duì)重點(diǎn)的熱力學(xué)第一和第二定律進(jìn)行原理介紹，仔細(xì)推導(dǎo)相關(guān)公式，讓學(xué)生夯實(shí)基礎(chǔ)，使學(xué)生在進(jìn)一步的學(xué)習(xí)中不會(huì)混淆概念，相對(duì)輕松地應(yīng)對(duì)課程。此外，注重理論與實(shí)踐相結(jié)合，例如介紹空調(diào)在夏天與冬天的工作原理、冰箱開(kāi)門(mén)對(duì)室內(nèi)的影響，積極引導(dǎo)學(xué)生利用熱力學(xué)定律進(jìn)行分析，增加課程的趣味性以提高學(xué)生的創(chuàng)新能力。通過(guò)優(yōu)選教學(xué)內(nèi)容，使教學(xué)內(nèi)容始終能反映本學(xué)科的專(zhuān)業(yè)特點(diǎn)和學(xué)術(shù)水平，加強(qiáng)學(xué)生對(duì)后續(xù)專(zhuān)業(yè)方向的把握。

二、教學(xué)方法的探索

（一）以創(chuàng)新性地教帶動(dòng)創(chuàng)新性地學(xué)

科學(xué)技術(shù)是第一生產(chǎn)力。要想發(fā)展經(jīng)濟(jì)，需要加大科研力度、提高科技含量。這已被證明是一種行之有效的道路。與此對(duì)應(yīng)的是，要促進(jìn)教學(xué)質(zhì)量、提高教學(xué)效率，必須加大教學(xué)與科研的力度、提高教學(xué)與科研互動(dòng)水平。在當(dāng)今大力發(fā)展科學(xué)技術(shù)的大背景下，如何提高身為未來(lái)科學(xué)技術(shù)發(fā)展主力軍的大學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和創(chuàng)新能力，成為目前高校教學(xué)的難題和重點(diǎn)。傳統(tǒng)的直白講課和搜集各種習(xí)題以供學(xué)生練習(xí)只會(huì)讓課程變得生硬和枯燥，導(dǎo)致學(xué)生的學(xué)習(xí)效率和學(xué)習(xí)熱情越來(lái)越低，甚至出現(xiàn)了普遍的抄襲作業(yè)和遲到早退等不良現(xiàn)象。為了改變這些不良現(xiàn)象，就需要在教學(xué)手段上進(jìn)行創(chuàng)新。教師通過(guò)對(duì)平時(shí)科研工作成果的再學(xué)習(xí)，并結(jié)合對(duì)教材的研究，創(chuàng)造性地運(yùn)用某些方法，使學(xué)生對(duì)重要問(wèn)題達(dá)到本質(zhì)上的領(lǐng)悟。在這種途徑中，教師的創(chuàng)新思維方式以及從中體現(xiàn)的一言一行，讓學(xué)生耳濡目染、潛移默化，對(duì)帶動(dòng)學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)新學(xué)習(xí)、開(kāi)發(fā)創(chuàng)新思維起到積極的作用。

例如，在進(jìn)行《傳熱學(xué)》教學(xué)時(shí)，學(xué)生往往對(duì)傳熱的基本概念，尤其是二維與三維的導(dǎo)熱理論及方程很難理解。一般地教學(xué)方式是，教師在黑板上進(jìn)行微觀(guān)導(dǎo)熱原理推導(dǎo)，得出一維傅里葉導(dǎo)熱定律和二維三維傅里葉導(dǎo)熱定律，并給出幾個(gè)常用的導(dǎo)熱方程。這種教學(xué)方式中，推導(dǎo)過(guò)程比較晦澀，給出的方程也較為難懂，學(xué)生們很可能只會(huì)死記硬背，不能靈活運(yùn)用。針對(duì)以上問(wèn)題，筆者建議將導(dǎo)熱理論與生活問(wèn)題相結(jié)合，或者采取數(shù)學(xué)建模的方法，將導(dǎo)熱方程與實(shí)踐相結(jié)合，選取最適合該問(wèn)題的模型，以達(dá)到課程有趣生動(dòng)、富有創(chuàng)新性，激發(fā)學(xué)生們的創(chuàng)新思維。以創(chuàng)新性地“教”帶動(dòng)創(chuàng)新性地“學(xué)”，學(xué)生收獲的不僅僅是知識(shí)點(diǎn)，更是如何去發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題的實(shí)際能力，為以后在新能源科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域的探索中打下良好基礎(chǔ)。

（二）板書(shū)教學(xué)與多媒體輔助教學(xué)相結(jié)合

多媒體技術(shù)以其圖文并茂、聲像俱佳、動(dòng)靜皆宜的呈現(xiàn)使課堂教學(xué)達(dá)到了全新的境界。在《傳熱學(xué)》的講授中，一維的傳熱理論和公式很好理解和應(yīng)用，但二維與三維牽扯到微觀(guān)傳熱理論，以至于推導(dǎo)過(guò)程較為復(fù)雜，傳熱方程較為抽象難懂。因此需要教師精心準(zhǔn)備多媒體課件，通過(guò)動(dòng)態(tài)描繪各向同性材料的微觀(guān)傳熱過(guò)程，讓學(xué)生理解不同形狀材料在具有不同位置的熱源時(shí)如何進(jìn)行熱傳導(dǎo)。通過(guò)繪制動(dòng)態(tài)的卡諾循環(huán)過(guò)程，使學(xué)生深入理解熱力學(xué)第二定律，并理解第二類(lèi)永動(dòng)機(jī)無(wú)法制成的原因。同時(shí)需要注意的是，對(duì)于工程熱力學(xué)和傳熱學(xué)，由于信息量大、內(nèi)容廣，過(guò)多地依賴(lài)多媒體教學(xué)可能會(huì)讓學(xué)生在短時(shí)間內(nèi)難以消化，因此在教學(xué)中對(duì)于難度較大的基礎(chǔ)理論部分和原理的學(xué)習(xí)，板書(shū)不可缺少，使學(xué)生能夠有充分時(shí)間緊跟老師的思維去理解每一個(gè)知識(shí)點(diǎn)。

（三）課程教學(xué)與科研活動(dòng)相結(jié)合

教師可以將全班學(xué)生分為若干調(diào)研小組，每五個(gè)人為一組，選擇新能源與熱工基礎(chǔ)理論相結(jié)合的課題，通過(guò)查找國(guó)內(nèi)外科技文獻(xiàn)，調(diào)研總結(jié)新能源專(zhuān)業(yè)前沿知識(shí)，形成調(diào)研報(bào)告，鍛煉學(xué)生閱讀科技文獻(xiàn)的能力，提前為畢業(yè)設(shè)計(jì)的開(kāi)展奠定基礎(chǔ)。各小組也可以參與指導(dǎo)教師的科研項(xiàng)目，在實(shí)驗(yàn)室做一些力所能及的科研活動(dòng)，并通過(guò)文獻(xiàn)調(diào)研，形成工程熱力學(xué)和傳熱學(xué)知識(shí)系統(tǒng)。課程結(jié)束時(shí)，各小組以PPT形式向全班同學(xué)作匯報(bào)，授課老師根據(jù)報(bào)告提出問(wèn)題，該組同學(xué)進(jìn)行即時(shí)答辯，考查學(xué)生對(duì)相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的掌握情況。

三、課程考核方式的探索

工程熱力學(xué)和傳熱學(xué)覆蓋面廣、知識(shí)點(diǎn)多，應(yīng)該采取靈活多樣的考核辦法。在成績(jī)的評(píng)定方式上，可以設(shè)定了四項(xiàng)考核內(nèi)容，第一部分是學(xué)生考勤、課堂互動(dòng)表現(xiàn)和課堂筆記，通過(guò)此部分的考核，提高學(xué)生的聽(tīng)課注意力，鍛煉學(xué)生提煉課程重點(diǎn)內(nèi)容的能力；第二部分是根據(jù)每個(gè)小組的調(diào)研報(bào)告、PPT展示、答辯情況打分，鍛煉學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作能力、口頭表達(dá)能力和應(yīng)變能力；第三部分是每節(jié)課結(jié)束前的思考題，采取加分方式，鼓勵(lì)學(xué)生積極思考；第四部分是傳統(tǒng)的期末考試，考試內(nèi)容為課程講授的基本內(nèi)容，專(zhuān)業(yè)性強(qiáng)的理論部分強(qiáng)調(diào)定性了解，讓學(xué)生對(duì)熱工基礎(chǔ)有個(gè)整體的認(rèn)識(shí)。

隨著新能源科學(xué)領(lǐng)域的不斷發(fā)展，熱工基礎(chǔ)理論散發(fā)出強(qiáng)大的活力。根據(jù)新能源科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè)特點(diǎn)，教師還需要在教學(xué)過(guò)程中，不斷探索教學(xué)方法和考核方式，不斷優(yōu)化課程內(nèi)容，提升教學(xué)質(zhì)量，使課程教學(xué)體系更加科學(xué)合理，更好地適應(yīng)社會(huì)對(duì)新能源科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè)人才的需求。

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