機(jī)械類專業(yè)熱工基礎(chǔ)課程教學(xué)探討

李享 李子騰 張亞豪

摘 要：近年來(lái)教育體制的改革，教育方式也在不斷深化改革。熱現(xiàn)象是自然界和科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域最普遍的物理現(xiàn)象，熱能是人類利用自然界能源的一種最主要的能量形式。“熱工基礎(chǔ)”就是專門研究如何提高熱功轉(zhuǎn)換效率、熱能轉(zhuǎn)換及傳遞基本規(guī)律的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，在工程教育中占有舉足輕重的地位。本文就機(jī)械類專業(yè)熱工基礎(chǔ)課程教學(xué)展開探討。

關(guān)鍵詞：機(jī)械類專業(yè);熱工基礎(chǔ);教學(xué)方法

引言

“熱工基礎(chǔ)”課程以研究熱能的有效利用及轉(zhuǎn)換與傳遞規(guī)律為其基本內(nèi)容，在機(jī)械類本科生人才培養(yǎng)中具有重要地位。課程內(nèi)容包含工程熱力學(xué)和傳熱學(xué)兩部分，其中工程熱力學(xué)篇主要研究熱能與其他形式能量（特別是機(jī)械能）之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系、轉(zhuǎn)換規(guī)律及其應(yīng)用;傳熱學(xué)篇主要研究熱量傳遞的基本方式及其傳遞過(guò)程。

1熱工基礎(chǔ)課程改革背景及意義

熱工基礎(chǔ)課程由兩門專業(yè)基礎(chǔ)課程合并而成，包含工程熱力學(xué)部分和傳熱學(xué)部分，知識(shí)組成與兩門獨(dú)立的工程熱力學(xué)和傳熱學(xué)課程相同，但是只有32學(xué)時(shí)。熱工課程內(nèi)容繁多，課程體系復(fù)雜，而課程開設(shè)學(xué)時(shí)較少。這就形成了內(nèi)容多與學(xué)時(shí)少的鮮明矛盾，如何在原有學(xué)時(shí)基礎(chǔ)上達(dá)到很好的教學(xué)效果就成了一個(gè)值得關(guān)注的話題。目前，機(jī)械類專業(yè)包括機(jī)械自動(dòng)化、機(jī)核、機(jī)電、過(guò)控、車輛等專業(yè)方向均開設(shè)了熱工基礎(chǔ)課程，如何在達(dá)到基本教學(xué)效果的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步滿足不同專業(yè)方向的要求也是需要考慮的問(wèn)題。經(jīng)幾年教學(xué)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，機(jī)械類專業(yè)熱工基礎(chǔ)課程存在以下問(wèn)題：（1）傳統(tǒng)教學(xué)方法和手段與“互聯(lián)網(wǎng)+教育”之間的矛盾;（2）課程學(xué)時(shí)少與內(nèi)容多的矛盾;（3）大類專業(yè)統(tǒng)一授課與兼顧各個(gè)專業(yè)特點(diǎn)的矛盾;（4）教師自身工程經(jīng)驗(yàn)不足與學(xué)生工程能力培養(yǎng)的矛盾;（5）實(shí)驗(yàn)內(nèi)容少且單一與學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新能力培養(yǎng)的矛盾。工程教育專業(yè)認(rèn)證對(duì)機(jī)械專業(yè)提出了新的人才培養(yǎng)要求，因此，為解決課程存在的問(wèn)題及適應(yīng)工程教育專業(yè)認(rèn)證的要求，迫切的需要對(duì)熱工基礎(chǔ)課程實(shí)施改革。

2機(jī)械類專業(yè)熱工基礎(chǔ)課程教學(xué)探討

2.1教學(xué)內(nèi)容調(diào)整和優(yōu)化

在機(jī)械類專業(yè)中開設(shè)“熱工基礎(chǔ)”首先遇到的就是理論學(xué)時(shí)不足的問(wèn)題。因?yàn)檎n時(shí)數(shù)的限制，在機(jī)械類專業(yè)中開設(shè)“熱工基礎(chǔ)”課程不可能像能源動(dòng)力類專業(yè)那樣教學(xué)內(nèi)容和知識(shí)點(diǎn)面面俱到，必須要結(jié)合機(jī)械類專業(yè)的特點(diǎn)和知識(shí)需求有所取舍。根據(jù)工程教育專業(yè)認(rèn)證中對(duì)本科生的畢業(yè)要求，針對(duì)課程內(nèi)容多、概念多、公式多、既重理論又具有較強(qiáng)實(shí)踐性的特點(diǎn)，采用主線式教學(xué)，梳理課程目標(biāo)、課程內(nèi)容與畢業(yè)生畢業(yè)要求的對(duì)應(yīng)關(guān)系。其基本指導(dǎo)思想是：以能量守恒為線索將課程內(nèi)容融會(huì)貫通，以形成一個(gè)有機(jī)的整體，以基本概念、基本定律為主要知識(shí)點(diǎn)，重基礎(chǔ)、重應(yīng)用、避免死記硬背，改變傳統(tǒng)教學(xué)中將“熱工基礎(chǔ)”課程當(dāng)作兩個(gè)獨(dú)立部分的做法?；谝陨纤枷?，構(gòu)筑起以能量守恒定律及其方程為基礎(chǔ)，學(xué)科知識(shí)有機(jī)結(jié)合的課程內(nèi)容體系，在保證“工程熱力學(xué)”和“傳熱學(xué)”自身特點(diǎn)的同時(shí)，加強(qiáng)學(xué)科間的內(nèi)在聯(lián)系;同時(shí)，把學(xué)生從記憶繁雜的定義和公式中解放出來(lái)，把更多的精力放在對(duì)概念的理解和應(yīng)用上。這樣一來(lái)教學(xué)內(nèi)容更具條理性，學(xué)生能夠站在學(xué)科高度上看待具體問(wèn)題，教學(xué)也更為系統(tǒng)、高效。突出學(xué)科前沿及社會(huì)熱點(diǎn)問(wèn)題，圍繞機(jī)械類專業(yè)后續(xù)課程及機(jī)電產(chǎn)品設(shè)計(jì)所必備的專業(yè)知識(shí)組織教學(xué)，比如節(jié)能問(wèn)題、新能源問(wèn)題、與機(jī)電產(chǎn)品設(shè)計(jì)緊密聯(lián)系的熱設(shè)計(jì)問(wèn)題等，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣與積極性，增加學(xué)生解決工作中所遇到的熱工工程領(lǐng)域?qū)嶋H問(wèn)題的能力。

2.2教學(xué)方法與手段

學(xué)習(xí)熱工基礎(chǔ)課程的最終目的是解決：（1）能量傳遞與轉(zhuǎn)換;（2）傳熱有關(guān)的工程實(shí)際問(wèn)題。在制定教學(xué)計(jì)劃、設(shè)置課堂、選擇課程內(nèi)容時(shí)，必須考慮以應(yīng)用型教學(xué)為主。同時(shí)，教師在講授熱工基礎(chǔ)知識(shí)的過(guò)程中，要避免照本宣科，注重學(xué)生對(duì)基本概念的理解，強(qiáng)化工程實(shí)際應(yīng)用，將復(fù)雜的東西簡(jiǎn)單化，弱化數(shù)學(xué)推導(dǎo)和邏輯證明，最終讓學(xué)生在理解相對(duì)深?yuàn)W的理論知識(shí)后，能夠快速轉(zhuǎn)入實(shí)際應(yīng)用。例如工程熱力學(xué)篇的基本概念、基本定律的論述都是以熱能利用、熱機(jī)工作原理為背景展開的，那么可以利用第一類、第二類永動(dòng)機(jī)的例子引出熱力學(xué)第一定律、第二定律的教學(xué)內(nèi)容;結(jié)合P-v圖和T-s圖講解功量和熱量以及理想氣體的典型4個(gè)熱力過(guò)程，包括定容、定壓、定溫和定熵。傳熱學(xué)篇中，在探討熱量傳遞的方式及定律時(shí)，可參照“一個(gè)概念、一個(gè)公式、兩個(gè)定律、三種方式”展開。一個(gè)概念指熱阻的概念，類似于高中物理的電阻，由此可引入溫差、熱流量（或熱流密度）、熱阻（或單位熱阻）的熱網(wǎng)絡(luò)圖;一個(gè)公式指對(duì)流換熱過(guò)程的牛頓冷卻公式。其中，熱對(duì)流與對(duì)流換熱的聯(lián)系和區(qū)別是學(xué)生在實(shí)際應(yīng)用中需要理解的一個(gè)要點(diǎn)。兩個(gè)定律分別指導(dǎo)熱的傅里葉定律和黑體輻射的四次方定律。三種方式指三種基本的傳熱方式，即熱傳導(dǎo)、熱對(duì)流和熱輻射。在講解這三類傳熱方式時(shí)，可從具體的工程實(shí)例出發(fā)，避免復(fù)雜的公式推導(dǎo)。

2.3倡導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)

學(xué)生在課堂上的參與程度是影響其課堂效果的重要因素。從頭至尾的灌輸式教育使得學(xué)生在理論教學(xué)中參與度低、積極性差。針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，在課時(shí)安排上已經(jīng)對(duì)授課內(nèi)容進(jìn)行改進(jìn)，突出應(yīng)用實(shí)例的趣味性、吸引力;在學(xué)生方面，如果能夠調(diào)動(dòng)他們自主學(xué)習(xí)的意識(shí)將有效促進(jìn)最終的教學(xué)效果。教不嚴(yán)，師之惰。在日常的教學(xué)環(huán)節(jié)中，教師巧妙設(shè)置需要學(xué)生自主參與的環(huán)節(jié)。針對(duì)每個(gè)章節(jié)安排學(xué)生在課外進(jìn)行小課題研究，調(diào)研近期的研究熱點(diǎn)，尋找生活中應(yīng)用的實(shí)例，對(duì)自然現(xiàn)象進(jìn)行科學(xué)解釋。在這種自主結(jié)隊(duì)、自主研究和自主總結(jié)成文的過(guò)程中，鍛煉學(xué)生的自學(xué)能力，提高學(xué)生對(duì)于課程的熟悉程度，增加課程學(xué)習(xí)的趣味性，最終培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的習(xí)慣。該措施不僅有利于本課程的學(xué)習(xí)，同時(shí)助于培養(yǎng)學(xué)生終生學(xué)習(xí)的能力。

2.4建立合理的質(zhì)量考核指標(biāo)，評(píng)價(jià)反饋教學(xué)效果

熱工基礎(chǔ)課程為必須專業(yè)基礎(chǔ)課程，課程學(xué)生總評(píng)成績(jī)由期末考試成績(jī)和平時(shí)成績(jī)組成，而平時(shí)成績(jī)包括課堂表現(xiàn)，作業(yè)和課程實(shí)驗(yàn)。期末考試成績(jī)能從一定程度上反映學(xué)生對(duì)課程知識(shí)點(diǎn)的掌握情況，而班級(jí)成績(jī)平均值能反映出學(xué)生的平均掌握情況，因此將各個(gè)班級(jí)考試平均成績(jī)作為考核的一個(gè)指標(biāo)點(diǎn)。為適應(yīng)專業(yè)認(rèn)證要求，對(duì)課程設(shè)定了兩個(gè)課程目標(biāo)，通過(guò)計(jì)算課程目標(biāo)的達(dá)成度來(lái)評(píng)價(jià)對(duì)于每個(gè)目標(biāo)要求的滿足情況，其課程目標(biāo)達(dá)成度結(jié)果作為另一個(gè)考核指標(biāo)點(diǎn)。通過(guò)對(duì)兩個(gè)指標(biāo)點(diǎn)的對(duì)比分析，可得出學(xué)生對(duì)于知識(shí)點(diǎn)的掌握情況，以及工程知識(shí)的分析運(yùn)用情況，并把考核結(jié)果反饋于教學(xué)的每個(gè)環(huán)節(jié)，從而改進(jìn)教學(xué)手段，提高教學(xué)質(zhì)量。

結(jié)語(yǔ)

大多機(jī)電類產(chǎn)品在設(shè)計(jì)時(shí)都要進(jìn)行熱設(shè)計(jì)或者考慮熱控制的問(wèn)題，“熱工基礎(chǔ)”課程已成為機(jī)械類專業(yè)學(xué)生的知識(shí)體系中不可缺少的部分?！盁峁せA(chǔ)”作為機(jī)械類專業(yè)的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，包括“工程熱力學(xué)”和“傳熱學(xué)”兩部分，但又不是兩部分的簡(jiǎn)單累加，教師在教學(xué)中應(yīng)將這兩部分有機(jī)的融合在一起，科學(xué)規(guī)劃教學(xué)內(nèi)容，改革傳統(tǒng)的教學(xué)方法和考核方式，結(jié)合多媒體和網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)等新興教學(xué)手段改善理論教學(xué)效果;同時(shí)，通過(guò)建立“熱工基礎(chǔ)”實(shí)驗(yàn)平臺(tái)和科技創(chuàng)新項(xiàng)目，改進(jìn)實(shí)踐教學(xué)，提高學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力和創(chuàng)新性，并對(duì)其進(jìn)行綜合實(shí)踐訓(xùn)練。

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