工程熱力學(xué)課程改革方法探討

楊修飛

摘 要 以建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專業(yè)的工程熱力學(xué)課程為例，從課程的作用和地位、教材的選擇、師資隊(duì)伍的培養(yǎng)、教學(xué)方法的改革等方面提出一些改革和實(shí)踐的方法，提高本課程的教學(xué)質(zhì)量。同時(shí)也適應(yīng)洛陽理工學(xué)院建設(shè)河南省示范性應(yīng)用技術(shù)本科院校的發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞 建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程 工程熱力學(xué) 改革 示范性應(yīng)用技術(shù)本科院校

建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專業(yè)名稱[1]分別經(jīng)歷了20世紀(jì)50年代在“老八校”設(shè)立的供熱、供煤氣及通風(fēng)專業(yè)，70年代后期更名為供熱通風(fēng)與空調(diào)工程，1987年專業(yè)目錄調(diào)整為供熱、供燃?xì)馔L(fēng)及空調(diào)工程與城市燃?xì)夤こ虄蓚€(gè)專業(yè)，1998年又將兩專業(yè)合并更名為建筑環(huán)境與設(shè)備工程，2012年將專業(yè)拓展口徑調(diào)整為建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程（簡(jiǎn)稱“建環(huán)”）。該專業(yè)所涵蓋的口徑越來越寬，這就要求既有的工程熱力學(xué)傳統(tǒng)的教學(xué)方法要與最新的專業(yè)要求（即：厚基礎(chǔ)、寬口徑、能力強(qiáng)、素質(zhì)高）[2]相適應(yīng)。本文基于洛陽理工學(xué)院建設(shè)河南省示范性應(yīng)用技術(shù)本科院校為方向，提出為建設(shè)應(yīng)用型本科院校如何進(jìn)行建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專業(yè)的工程熱力學(xué)課程的改革。

1 課程的地位與作用

截至2017年底，開設(shè)建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專業(yè)的院校：大陸本科院校有186所（1998年有68所）、香港有4所（香港理工大學(xué)、香港城市大學(xué)、香港大學(xué)、香港科技大學(xué)），其中通過專業(yè)評(píng)估的院校有39所。我校非“211”、“985”院校，要?jiǎng)?chuàng)辦獨(dú)具特色的區(qū)域性知名應(yīng)用型大學(xué)面臨重大的挑戰(zhàn)，目前我校建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專業(yè)正在進(jìn)行河南省普通高等學(xué)校本科專業(yè)評(píng)估，該課程更應(yīng)該獨(dú)具應(yīng)用型教學(xué)模式才能經(jīng)受住嚴(yán)格的考驗(yàn)。工程熱力學(xué)、傳熱學(xué)、流體力學(xué)、建筑環(huán)境學(xué)作為建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專業(yè)的四大專業(yè)基礎(chǔ)課，足以看出本課程的在該專業(yè)地位。

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和生活日益改善，我們每天都在面臨工程熱力學(xué)的問題，比如：發(fā)動(dòng)汽車時(shí)內(nèi)燃機(jī)的工作、廚房中電冰箱的工作、空調(diào)的使用、打氣筒的使用等生活中方方面面都與工程熱力學(xué)有關(guān)。該課程的作用能夠解決生活中很多的常見問題和現(xiàn)象。

2 課程的現(xiàn)狀及存在的問題

工程熱力學(xué)課程具有定義多、專業(yè)術(shù)語多、復(fù)雜的計(jì)算公式多，計(jì)算量大、結(jié)合工程背景強(qiáng)、系統(tǒng)性強(qiáng)、科學(xué)抽象多等特點(diǎn)，[3]使眾多教師如何講授該門課程成為了捉襟見肘的難題。

（1）從學(xué)生期末考試成績(jī)來看，本門課的不及格率明顯高于其他課程，而且很多學(xué)生即使考了高分，也是依靠老師“劃重點(diǎn)”以及期末考試前最后幾天對(duì)“重點(diǎn)”的突擊強(qiáng)化記憶來應(yīng)付考試，說明學(xué)生對(duì)該課程的理解存在很大障礙。

（2）從學(xué)生學(xué)習(xí)后續(xù)課程反映來看，學(xué)生普遍反映該課程與后續(xù)課程聯(lián)系很密切，但在學(xué)習(xí)本門課程的時(shí)候沒有目的性，不知道哪些內(nèi)容在今后專業(yè)課學(xué)習(xí)的時(shí)候有用，同時(shí)學(xué)生發(fā)現(xiàn)在學(xué)習(xí)專業(yè)課的時(shí)候很多知識(shí)點(diǎn)是重復(fù)講述的內(nèi)容，課程間存在交叉內(nèi)容太多。

（3）從學(xué)生考研結(jié)果來看，該門課程的考試結(jié)果分?jǐn)?shù)都不錯(cuò)，原因有三：①學(xué)生系統(tǒng)的精讀了教輔資料；②考研院校每年考試內(nèi)容考點(diǎn)重復(fù)率高；③學(xué)生經(jīng)過大量的題海戰(zhàn)術(shù)的鍛煉，說明經(jīng)過努力仔細(xì)的學(xué)習(xí)是可以學(xué)好本門課程的。

（4）從教師教授本門課程的感受來看，絕大部分教師都沒有工程背景，很難每個(gè)知識(shí)點(diǎn)都一一列舉相關(guān)的工程背景；僅用傳統(tǒng)的“滿堂灌”、“填鴨式”教學(xué)方法很難提高學(xué)生的積極性和興趣；同時(shí)對(duì)于本校學(xué)生，教師們發(fā)現(xiàn)“90后”學(xué)生對(duì)于高等數(shù)學(xué)的認(rèn)識(shí)度太淺，掛科率高，大部分人的高等數(shù)學(xué)基礎(chǔ)差，無形間又增加了該課程的授課難度；傳統(tǒng)的教學(xué)手段（多媒體+板書）不足以講授和考查本課程的精髓；課程的考核方式太為單一，如何實(shí)現(xiàn)過程管理是今后改革的方向。

3 課程改革方法與實(shí)踐

3.1 教材的選用

經(jīng)過專業(yè)熱工課題組的反復(fù)討論和學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)先后邀請(qǐng)建筑權(quán)威出版社來我校做書展以及指派專業(yè)教師參加教材研討會(huì)，最終該課程選用建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程學(xué)科專業(yè)指導(dǎo)委員會(huì)推薦教材[4]由中國建筑工業(yè)出版社出版廉樂明教授團(tuán)隊(duì)編寫的工程熱力學(xué)（第五版），同時(shí)考慮到學(xué)生課下復(fù)習(xí)及考研情況，推薦學(xué)生使用的輔導(dǎo)資料有：高等教育出版社出版沈維道主編的工程熱力學(xué)（第五版）和童鈞耕主編的《工程熱力學(xué)學(xué)習(xí)輔導(dǎo)與習(xí)題解答》（第三版）以及西安交通大學(xué)出版史出版何雅玲主編的《工程熱力學(xué)精要分析及典型題精解》。

3.2 教材內(nèi)容的調(diào)整

我校正處于向應(yīng)用型本科院校轉(zhuǎn)型的階段，對(duì)所有課程向應(yīng)用型轉(zhuǎn)型做了課時(shí)調(diào)整，本課程從原來的56課時(shí)削減至48課時(shí)。本專業(yè)教研室所有專業(yè)課教師開專業(yè)教研會(huì)討論各門課程間的交叉性，避免講授的重復(fù)，同時(shí)綜合后續(xù)課程的需要以及涵蓋考研和考注冊(cè)證的知識(shí)點(diǎn)確定講授的內(nèi)容，合理編排講授順序和刪減教材內(nèi)容，突出重點(diǎn)，以夠用實(shí)用為主。例如：將第三章熱力學(xué)第一定律放在第二章氣體的熱力性質(zhì)前面；將第七章水蒸氣放在第五章熱力學(xué)第二定律前面；刪減第十二章制冷循環(huán)和第十三章溶液熱力學(xué)基礎(chǔ)。

3.3 師資隊(duì)伍的培養(yǎng)

為提高教師的工程背景和實(shí)踐經(jīng)歷，我校指派專業(yè)教師進(jìn)行全脫產(chǎn)社會(huì)實(shí)踐掛職鍛煉，本專業(yè)教師到實(shí)踐基地掛職半年以上。目前與我校合作的該專業(yè)的實(shí)踐基地有：中機(jī)十院、中機(jī)四院、洛陽有色金屬加工設(shè)計(jì)研究院、河南智博建筑設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司。今后陸續(xù)增加與施工企業(yè)的交流與合作。專業(yè)教師參加全國高校教師網(wǎng)絡(luò)培訓(xùn)，學(xué)習(xí)和借鑒一流院校的教學(xué)手段和方法。學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)為各專業(yè)設(shè)置專業(yè)導(dǎo)師和年級(jí)導(dǎo)師，督促學(xué)生重視公共基礎(chǔ)課的學(xué)習(xí)，針對(duì)本門課程來講，特別重視高等數(shù)學(xué)和大學(xué)物理的學(xué)習(xí)，打好學(xué)專業(yè)基礎(chǔ)課的基礎(chǔ)。

3.4 教學(xué)方法和手段的改革

愛因斯坦曾說過：“興趣是最好的老師”。如何提高學(xué)生的興趣是教學(xué)方法和手段改革的根本。近幾年來，我校為追求高質(zhì)量高素質(zhì)的優(yōu)秀畢業(yè)生，建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專業(yè)招生數(shù)量逐年遞減，即：2012級(jí)四個(gè)班120人，2013級(jí)四個(gè)班113人，2014級(jí)三個(gè)班78人，2015級(jí)三個(gè)班81人，2016級(jí)兩個(gè)班55人，2017級(jí)兩個(gè)班59人。學(xué)生年齡層次也逐漸從“90后”向“00后”過渡。了解學(xué)生的興趣愛好是提高學(xué)習(xí)興趣的關(guān)鍵所在。這兩代人生活在伴隨著信息時(shí)代智能化時(shí)代成長(zhǎng)，對(duì)電子軟件類特別感興趣，①我們大膽嘗試以微信客戶端為其中一種教學(xué)手段，讓學(xué)生關(guān)注學(xué)堂在線，可以免費(fèi)觀看名校名師的最新慕課或者精品課程。②利用翻轉(zhuǎn)校園APP進(jìn)行課堂隨機(jī)測(cè)驗(yàn)，可以隨時(shí)統(tǒng)計(jì)學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)掌握的情況，進(jìn)而讓教師把握學(xué)生存在的難點(diǎn)問題，實(shí)現(xiàn)過程管理，同時(shí)學(xué)生可以通過該APP對(duì)教師進(jìn)行評(píng)價(jià)，實(shí)現(xiàn)雙方互評(píng)。

轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的教學(xué)方法，不再以教師為主體，在2014級(jí)嘗試讓學(xué)生分組，每組組員各有分工，課程內(nèi)容由每組學(xué)生代表來講授，教師在講臺(tái)下聽講，發(fā)現(xiàn)學(xué)生講的錯(cuò)誤之處和講不出的難點(diǎn)，教師加以糾正和總結(jié)。學(xué)生為準(zhǔn)備所講內(nèi)容必定仔細(xì)研讀，從而讓學(xué)生具備“會(huì)學(xué)”和鍛煉上臺(tái)演講的能力。

在教學(xué)手段上，采用圖文并茂的課件，搜集相關(guān)工程知名廠家產(chǎn)品視頻或廣告，制作相關(guān)的FLASH動(dòng)畫，讓學(xué)生更加深刻的認(rèn)識(shí)所學(xué)知識(shí)點(diǎn)在工程中的應(yīng)用。

組織學(xué)生參加本專業(yè)競(jìng)賽、學(xué)校挑戰(zhàn)杯大學(xué)生科技制作、撰寫專業(yè)論文等多方面手段，讓學(xué)生清楚認(rèn)識(shí)到工程熱力學(xué)在多方面的應(yīng)用性和重要性。

授課時(shí)多以簡(jiǎn)單樸實(shí)的語言和例子來引導(dǎo)學(xué)生的積極性，例如：講壓力和速度的關(guān)系時(shí)，舉例向兩張平行的紙中間使勁吹氣，紙張是分開還是靠攏？從高速的火車上向窗外扔紙片為什么扔不出去？

該課程公式概念多，單純講公式概念或者計(jì)算比較枯燥，但講授解決工程問題的方法和途徑，學(xué)生比較感興趣，例如：提高卡諾循環(huán)效率的兩種途徑；使未飽和水達(dá)到飽和的兩種途徑，等。同時(shí)教會(huì)學(xué)生如何掌握計(jì)算技巧和假設(shè)理想化模型，例如：凡是見到壓力表讀數(shù)即為相對(duì)壓力；凡是對(duì)工程結(jié)果影響不到5%的因素都可以忽略不計(jì)；現(xiàn)實(shí)中不存在理想氣體和可逆過程，但可以假設(shè)為理想化進(jìn)行計(jì)算，最后將數(shù)值加以修正。

4 結(jié)語

本文通過教材的選用、教學(xué)內(nèi)容的調(diào)整、師資隊(duì)伍的培養(yǎng)以及教學(xué)方法和手段的改革等方面對(duì)工程熱力學(xué)課程的改革方法進(jìn)行了探討，筆者根據(jù)多年來建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專業(yè)該課程的教學(xué)方法的改革和嘗試，探討如何向應(yīng)用型大學(xué)轉(zhuǎn)變的教學(xué)改革方法。

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