工程教育認(rèn)證背景下的“熱工過(guò)程與設(shè)備”課程教學(xué)改革與探索

馬軍濤 陳希 高度

【摘 要】本文針對(duì)“熱工過(guò)程與設(shè)備”課程目前存在的問(wèn)題進(jìn)行了分析，并針對(duì)問(wèn)題提出了相應(yīng)的改革措施，為工程教育認(rèn)證背景下的課程改革提供了有價(jià)值的參考。

【關(guān)鍵詞】工程教育認(rèn)證;熱工過(guò)程與設(shè)備;教學(xué)改革;精品在線課程

中圖分類號(hào)： G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A文章編號(hào)： 2095-2457（2019）08-0053-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.08.021

【Abstract】In this paper， the existing problems of the course "Thermal Process and Equipment" are analyzed， and the corresponding reform measures are put forward to provide valuable reference for the curriculum reform under the background of engineering education certification.

【Key words】Engineering Education Certification; Thermal Process and Equipment; Teaching Reform; Quality Online Course

0 引言

材料類專業(yè)，包括材料科學(xué)與工程專業(yè)、冶金工程專業(yè)、金屬材料工程專業(yè)、無(wú)機(jī)非金屬材料工程專業(yè)、高分子材料與工程專業(yè)、復(fù)合材料與工程專業(yè)和材料物理專業(yè)等。其中，我校自2007年開設(shè)無(wú)機(jī)非金屬材料工程專業(yè)并成功招生，為國(guó)家培養(yǎng)具備無(wú)機(jī)非金屬材料科學(xué)與工程方面知識(shí)寬厚、能在材料科學(xué)與工程領(lǐng)域從事科學(xué)研究與教學(xué)、技術(shù)和產(chǎn)品開發(fā)等方面工作的高素質(zhì)復(fù)合型人才。根據(jù)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)要求，專業(yè)需設(shè)置數(shù)學(xué)與自然科學(xué)類、工程基礎(chǔ)類、專業(yè)基礎(chǔ)類、專業(yè)類、實(shí)踐環(huán)節(jié)、人文社會(huì)科學(xué)類通識(shí)教育六類課程，而“熱工過(guò)程與設(shè)備”課程屬于無(wú)機(jī)非金屬材料工程專業(yè)中極具特色的一門專業(yè)類課程。在工程教育認(rèn)證的通用標(biāo)準(zhǔn)中，復(fù)合專業(yè)畢業(yè)要求的工程基礎(chǔ)類課程、專業(yè)基礎(chǔ)類課程和專業(yè)類課程至少占總學(xué)分的30%，而專業(yè)類課程應(yīng)能體現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)能力的培養(yǎng)。

“熱工過(guò)程與設(shè)備”課程是無(wú)機(jī)非金屬材料工程專業(yè)的一門重要專業(yè)類課程，通過(guò)學(xué)習(xí)這門課程，學(xué)生能夠掌握熱工的基本原理和基礎(chǔ)知識(shí)，可根據(jù)不同的熱處理要求通過(guò)氣體力學(xué)、傳熱、燃燒等各方面的知識(shí)對(duì)窯爐進(jìn)行設(shè)計(jì)和改進(jìn)。本課程強(qiáng)調(diào)基礎(chǔ)性、科學(xué)性、先進(jìn)性、廣泛性和實(shí)用性，為不同無(wú)機(jī)非金屬材料的制備工藝提供理論基礎(chǔ)。目前來(lái)說(shuō)，相比于工程教育認(rèn)證的要求，本課程的教學(xué)方法、教材內(nèi)容以及配套的相關(guān)前沿知識(shí)理論還達(dá)不到要求，從而制約了學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力，限制了學(xué)生的培養(yǎng)質(zhì)量和就業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。本課程以工程教育認(rèn)證作為大背景，針對(duì)“熱工過(guò)程與設(shè)備”課程的教學(xué)進(jìn)行探討，針對(duì)其存在的問(wèn)題進(jìn)行分析和探索，從而對(duì)其進(jìn)行教學(xué)改革的嘗試。

1 本課程目前存在的問(wèn)題

相對(duì)于工程教育認(rèn)證的背景，目前“熱工過(guò)程與設(shè)備”課程尚存在的問(wèn)題有：

1.1 理論知識(shí)較多，實(shí)踐知識(shí)不足

“熱工過(guò)程與設(shè)備”一般在學(xué)生大三時(shí)開設(shè)，在學(xué)習(xí)了大部分工程基礎(chǔ)類和專業(yè)基礎(chǔ)類課程后學(xué)習(xí)，因此在學(xué)習(xí)中起到一定的銜接作用。相比于之前更偏向于理論理解和計(jì)算的物理化學(xué)、材料力學(xué)等課程，“熱工過(guò)程與設(shè)備”課程在理論學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上涉及了硅酸鹽工業(yè)中包括隧道窯、回轉(zhuǎn)窯等窯爐的學(xué)習(xí)。但相比于其他的專業(yè)類課程來(lái)說(shuō)，本課程仍將其重點(diǎn)放在理論的教學(xué)中，包括在本課程中占有較大比例的氣體力學(xué)和傳熱學(xué)，課程中不僅介紹了針對(duì)窯爐設(shè)計(jì)的兩氣體伯努利方程和三種不同的傳熱方式，同時(shí)也設(shè)計(jì)了不可壓縮氣體的流動(dòng)、流態(tài)化原理、不穩(wěn)定導(dǎo)熱等理論性更強(qiáng)的內(nèi)容。而對(duì)于實(shí)踐知識(shí)來(lái)說(shuō)，相比于混凝土學(xué)等課程，本課程開設(shè)課后實(shí)驗(yàn)和實(shí)習(xí)的難度響度較大，使學(xué)生在學(xué)習(xí)時(shí)完成理論計(jì)算后較少與窯爐設(shè)計(jì)進(jìn)行結(jié)合，影響了學(xué)生探索實(shí)踐知識(shí)學(xué)習(xí)的積極性。

1.2 課程學(xué)習(xí)難度與課時(shí)量不符

目前，根據(jù)工程教育認(rèn)證對(duì)無(wú)機(jī)非金屬材料工程專業(yè)的要求，針對(duì)本專業(yè)的課程進(jìn)行調(diào)整，熱工過(guò)程與設(shè)備的課程一般安排為32個(gè)學(xué)時(shí)。本專業(yè)使用教材為姜金寧主編《硅酸鹽工業(yè)熱工過(guò)程及設(shè)備》，冶金工業(yè)出版社出版。教材內(nèi)容相對(duì)較多，如果不分主次的給學(xué)生講授，則會(huì)有學(xué)時(shí)少而教學(xué)內(nèi)容多的矛盾，使得學(xué)生對(duì)大多數(shù)知識(shí)的理解不夠深刻。課程在理論學(xué)習(xí)方面有一定的難度，如要熟練掌握，需要花費(fèi)較多的課時(shí)。如何在有限的學(xué)時(shí)內(nèi)，針對(duì)課程的培養(yǎng)目標(biāo)，有選擇有重點(diǎn)的對(duì)學(xué)生進(jìn)行教學(xué)，目前還存在一定問(wèn)題。

1.3 課程培養(yǎng)目標(biāo)與學(xué)生就業(yè)的矛盾

隨著社會(huì)日新月異的發(fā)展，傳統(tǒng)硅酸鹽材料工業(yè)發(fā)展受到了較大的制約。在目前的就業(yè)形勢(shì)下，無(wú)機(jī)非金屬材料工程專業(yè)的本科生畢業(yè)后進(jìn)入水泥、陶瓷等傳統(tǒng)硅酸鹽行業(yè)工作的越來(lái)越少，更多從事了社會(huì)需求量更大的建筑工程、新材料行業(yè)或者選擇繼續(xù)深造。而熱工過(guò)程與設(shè)備課程主要針對(duì)傳統(tǒng)材料的制備開展，使學(xué)生在課程中難以提起學(xué)習(xí)的興趣。在工程教育認(rèn)證的理念中，重點(diǎn)是以學(xué)生為中心，其質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)核心就是畢業(yè)生的質(zhì)量，需要判斷學(xué)生畢業(yè)后是否符合社會(huì)需求。而如何在目前新的就業(yè)形勢(shì)下，進(jìn)一步豐富學(xué)生的知識(shí)結(jié)構(gòu)，提升學(xué)生培養(yǎng)質(zhì)量，目前仍需對(duì)該課程進(jìn)行進(jìn)一步的探索和改革。

2 課程改革措施探索

以工程教育改革認(rèn)證為基礎(chǔ)，綜合考慮學(xué)生的培養(yǎng)質(zhì)量，提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，從而滿足認(rèn)證對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)能力的要求，本文對(duì)“熱工過(guò)程與設(shè)備”課程提出改革措施如下：

2.1 課堂教學(xué)體系和方法的改進(jìn)

課堂講授是課程教學(xué)的重中之重，如何針對(duì)課堂講授進(jìn)行改進(jìn)，是培養(yǎng)學(xué)生興趣、提升教學(xué)質(zhì)量的關(guān)鍵所在。針對(duì)理論知識(shí)過(guò)于枯燥而造成學(xué)生學(xué)習(xí)動(dòng)力不足的問(wèn)題，本課程以現(xiàn)有教材為基礎(chǔ)，注重理論聯(lián)系實(shí)際。在課程教學(xué)中，由于絕大多數(shù)學(xué)生沒(méi)有實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對(duì)硅酸鹽工業(yè)窯爐沒(méi)有直觀的概念，在學(xué)習(xí)中感到困惑和難以理解，從而失去學(xué)習(xí)的興趣。因此，在課程教學(xué)中，應(yīng)以圖片或視頻等引入直觀的生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)概念，進(jìn)一步在實(shí)際工程中提出問(wèn)題，進(jìn)而對(duì)其進(jìn)行解決，在理論計(jì)算中盡量涉及到學(xué)生熟悉的概念來(lái)進(jìn)行授課。

2.2 豐富課程考核方法，在理論知識(shí)考核基礎(chǔ)上加強(qiáng)實(shí)踐知識(shí)考核

熱工過(guò)程與設(shè)備是本專業(yè)的一門專業(yè)類課程，而與其他專業(yè)課課程相比，本課程的考核基本集中于理論知識(shí)計(jì)算的考核中，而缺少對(duì)專業(yè)實(shí)踐知識(shí)的考核，從而使學(xué)生在學(xué)習(xí)中生搬硬套，陷入了簡(jiǎn)單的學(xué)習(xí)模式而對(duì)其專業(yè)知識(shí)知之甚少。比如混凝土學(xué)、硅酸鹽機(jī)械設(shè)備等課程，課程考核主要集中于對(duì)課程知識(shí)的理解以及與現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)的掛鉤，在掌握必要的計(jì)算基礎(chǔ)上，將更多的精力放在與現(xiàn)實(shí)相結(jié)合，與科研前沿相結(jié)合，從而將學(xué)習(xí)到的知識(shí)落到實(shí)處，更清晰的弄懂理論知識(shí)與工程實(shí)踐的聯(lián)系。

理論知識(shí)考核必不可少，并應(yīng)作為課程考核的重點(diǎn)。但在期末書面考試的基礎(chǔ)上，應(yīng)增加實(shí)踐知識(shí)考核的比例，將最終成績(jī)中加入課程論文、課外學(xué)習(xí)等內(nèi)容，一方面使學(xué)生更熟悉實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)，另一方面在寫論文的過(guò)程中對(duì)熱工過(guò)程與設(shè)備的發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行文獻(xiàn)和新聞?wù){(diào)研，進(jìn)一步了解本專業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀。

2.3 結(jié)合科研前沿進(jìn)行教學(xué)，摒棄教材中落后內(nèi)容

隨著硅酸鹽材料工業(yè)生產(chǎn)日新月異，傳統(tǒng)授課中沿襲教材知識(shí)講授，在理論授課之后按部就班讓學(xué)生學(xué)習(xí)立窯等生產(chǎn)設(shè)備。而在現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)中，水泥立窯早已被淘汰，水泥生產(chǎn)早已進(jìn)入回轉(zhuǎn)窯和預(yù)分解窯時(shí)代。同時(shí)，針對(duì)新的硅酸鹽工業(yè)設(shè)備中的改進(jìn)，新型懸浮預(yù)熱器、預(yù)分解爐等在教材中很難實(shí)現(xiàn)同步更新。這就需要授課教師緊跟時(shí)代前沿，在教學(xué)的同時(shí)對(duì)新技術(shù)進(jìn)行學(xué)習(xí)，對(duì)立窯等落后技術(shù)盡量壓縮其課時(shí)量，將更多的時(shí)間放在新技術(shù)新設(shè)備的學(xué)習(xí)中去。

另一方面，傳統(tǒng)硅酸鹽材料的生產(chǎn)只是本課程學(xué)習(xí)目的的一部分，熱工過(guò)程與設(shè)備并非僅僅局限于對(duì)學(xué)生就業(yè)影響越來(lái)越小的傳統(tǒng)行業(yè)。當(dāng)越來(lái)越多的新材料得到應(yīng)用，其大批量生產(chǎn)也很快提上日程，針對(duì)傳統(tǒng)硅酸鹽材料生產(chǎn)設(shè)備的改進(jìn)如何更有目的性，更需要本課程的專業(yè)知識(shí)。而對(duì)于社會(huì)急需的另一熱點(diǎn)——再生材料的應(yīng)用，例如利用水泥回轉(zhuǎn)窯協(xié)同處理城市生活垃圾，建筑垃圾進(jìn)行熱處理后制備再生砌塊，如何針對(duì)原有設(shè)備進(jìn)行改造，從而利用更少的資源而獲得最大效益，則應(yīng)該在課程中緊跟熱點(diǎn)，舉例說(shuō)明如何在科學(xué)研究和工程實(shí)際中合理使用本課程學(xué)習(xí)的知識(shí)。

2.4 建設(shè)精品在線開放課程，加強(qiáng)學(xué)生課后學(xué)習(xí)

為了促進(jìn)教育教學(xué)與現(xiàn)代信息技術(shù)的高度融合，加快課程資源信息網(wǎng)絡(luò)化建設(shè)步伐，在現(xiàn)代教育中，精品在線開放課程正在起著越來(lái)越重要的作用。精品在線開放課程根據(jù)預(yù)設(shè)的教學(xué)目標(biāo)、學(xué)科特點(diǎn)、學(xué)生認(rèn)知規(guī)律及教學(xué)方式開展，針對(duì)各模塊知識(shí)點(diǎn)或?qū)ｎ}設(shè)置內(nèi)嵌測(cè)試的作業(yè)題或討論題，以幫助學(xué)習(xí)者掌握學(xué)習(xí)內(nèi)容或測(cè)試學(xué)生學(xué)習(xí)效果。精品在線課程內(nèi)容豐富多樣，充分發(fā)揮信息技術(shù)優(yōu)化傳統(tǒng)教學(xué)的優(yōu)勢(shì)，力圖在學(xué)生課堂學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步加強(qiáng)提高。

本文作者在2018年申請(qǐng)了校級(jí)精品在線開放課程項(xiàng)目“熱工過(guò)程與設(shè)備”，配備有完善合理的教學(xué)團(tuán)隊(duì)，項(xiàng)目主持人和團(tuán)隊(duì)成員中有獲得國(guó)家和校級(jí)講課大賽獲獎(jiǎng)人員。項(xiàng)目進(jìn)行過(guò)程中對(duì)網(wǎng)絡(luò)精品課程進(jìn)行建設(shè)，學(xué)生可以從中進(jìn)行學(xué)習(xí)，在課堂上學(xué)有余力的學(xué)生也可以在網(wǎng)絡(luò)課程中進(jìn)行補(bǔ)充練習(xí)，從而進(jìn)一步完善課程教學(xué)體制，在工程教育認(rèn)證的基礎(chǔ)上培養(yǎng)新一代綜合性人才。

3 結(jié)論

“熱工過(guò)程與設(shè)備”課程是無(wú)機(jī)非金屬材料工程專業(yè)的一門重要專業(yè)類課程，但目前在教學(xué)中，相比于工程教育認(rèn)證的要求，目前還存在較多問(wèn)題。在工程教育認(rèn)證的大背景下，應(yīng)在完善原有課堂教育的基礎(chǔ)上，針對(duì)教學(xué)方法進(jìn)行改進(jìn)，緊跟時(shí)代發(fā)展前沿，努力推行教學(xué)改革，從而培養(yǎng)出符合社會(huì)需求的多樣型綜合型人才。

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