工程熱力學(xué)與傳熱學(xué)課程體系建設(shè)的實踐與探索

胡 石，劉全義

(中國民用航空飛行學(xué)院 民航安全工程學(xué)院，四川 廣漢 618307)

工程熱力學(xué)與傳熱學(xué)課程是安全工程、消防工程等專業(yè)的基礎(chǔ)課程之一，其教學(xué)水平直接影響相關(guān)專業(yè)學(xué)生的培養(yǎng)質(zhì)量。由于是新增專業(yè)的新開課程，在專業(yè)及課程建設(shè)方面較其他學(xué)校的同類專業(yè)存在一定的差距。此外，學(xué)院是一所民航院校，行業(yè)特色明顯，畢業(yè)生也多數(shù)從事民航領(lǐng)域油料安全相關(guān)的工作，因此在該課程的建設(shè)與教學(xué)過程中必須結(jié)合專業(yè)實際、突出專業(yè)特色。本文從課程體系內(nèi)容及教學(xué)方法角度總結(jié)了我校在該課程體系建設(shè)實踐過程中的一些經(jīng)驗。

1 課程體系內(nèi)容

1.1 教材選擇注重基礎(chǔ)、兼顧專業(yè)

工程熱力學(xué)與傳熱學(xué)是一門涉及高等數(shù)學(xué)、物理學(xué)、流體力學(xué)等知識的綜合性課程。因此，選擇涵蓋有工程熱力學(xué)及傳熱學(xué)兩部分內(nèi)容，章節(jié)編排層次分明，概念、定律嚴(yán)謹(jǐn)、精煉易于學(xué)生理解的《熱工基礎(chǔ)》作為主要教材。該教材通用性較好，適于對工程熱力學(xué)與傳熱學(xué)的基礎(chǔ)理論知識進行講解。

此外，鑒于學(xué)院安全工程及消防工程專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)的設(shè)置，學(xué)生在學(xué)習(xí)與日后工作中會經(jīng)常與航空油料打交道。因此，在實際教學(xué)過程中輔以《石油工程傳熱學(xué)》《埋地輸油管道泄漏過程傳熱理論與應(yīng)用》等教材，重點講解其中油料儲運相關(guān)的傳熱學(xué)理論知識，以做到通識理論與專業(yè)知識相結(jié)合，使培養(yǎng)出的學(xué)生理論扎實、專業(yè)能力強。

1.2 課程安排內(nèi)容全面、重點突出

在課程體系建設(shè)中要注意對數(shù)量較多的概念、定理講全講透，不能因為內(nèi)容多，而對基本原理有所忽略。該課程理論邏輯性較強，對中間某一部分掌握不足就有可能導(dǎo)致知識鏈的斷節(jié)，影響整個知識體系的構(gòu)建。例如，教師對理想氣體狀態(tài)方程式重視不夠，就會使學(xué)生對方程式的形式及對應(yīng)參數(shù)區(qū)分不清，影響后續(xù)理想氣體的熱容、熱力學(xué)能、焓和熵的教學(xué)，進而造成學(xué)生難以理解理想氣體熱力過程的計算。因此，在課程體系建設(shè)中，對學(xué)科基礎(chǔ)知識點要做到全面覆蓋。

此外，鑒于我校該課程是48學(xué)時的非長學(xué)時課程，在不影響理論體系的前提下，部分非重點章節(jié)可以忽略不講，例如燃?xì)廨啓C裝置的理想循環(huán)、凝結(jié)與沸騰換熱等。

在全面內(nèi)容的基礎(chǔ)上，還要做到重點突出。該課程由工程熱力學(xué)、傳熱學(xué)兩部分組成。工程熱力學(xué)主要講解熱能與機械能和其他能量之間相互轉(zhuǎn)換的規(guī)律以及提高能量轉(zhuǎn)化效率的途徑，而傳熱學(xué)主要講解不同溫度的物體或同一物體的不同部分之間熱量傳遞規(guī)律以及控制熱量傳遞過程的技術(shù)措施。二者之間有所聯(lián)系也有所區(qū)分，對于安全工程以及消防工程本科專業(yè)來說，為了利于學(xué)生日后的升學(xué)與就業(yè)，應(yīng)更加注重傳熱學(xué)部分的教學(xué)。因此，在課程體系建設(shè)中，稍微突出了傳熱學(xué)在學(xué)科體系中的地位，而略微削減工程熱力學(xué)部分所占課時。

1.3 課件制作理論嚴(yán)謹(jǐn)、趣味生動

本課程理論邏輯性較強，公式較多，在課程體系建設(shè)中一定要注意公式、定理推導(dǎo)的重要性，以板書或多媒體的形式一步步展示推導(dǎo)過程。需要注意的是，可以采取課后作業(yè)或者課堂跟隨講解步驟自行推導(dǎo)等方式，帶領(lǐng)學(xué)生得出最后的結(jié)論。不能一味地以“背下來”“劃重點”來敷衍了事。讓學(xué)生參與到公式、定理的推導(dǎo)過程中，可以培養(yǎng)其獨立思考的能力，并使其在自行推導(dǎo)的過程中深刻體會各概念與定理的應(yīng)用，讓學(xué)生知其然更知其所以然。例如，在講解卡諾定理時，應(yīng)當(dāng)對卡諾的生平及其所處的時代背景進行一定的介紹，從而使學(xué)生了解卡諾定理建立的過程及其必要性，并自然而然地意識到該定理的重要性。此外，多媒體課件在以文字描述為主的同時，應(yīng)適當(dāng)增加圖片以及視頻等資料。多樣性展示可以使知識點更加直觀易于理解，增加課堂趣味性并調(diào)動學(xué)生積極性。例如，在講解溫度變化對不同物質(zhì)的熱導(dǎo)率的影響這部分內(nèi)容時，涉及到“晶格”等材料學(xué)知識，在講解此部分內(nèi)容時應(yīng)當(dāng)借助視頻資料或者實物模型等手段使學(xué)生更易理解。

1.4 篇章過渡方法區(qū)分、邏輯連貫

本課程由區(qū)分明顯的工程熱力學(xué)、傳熱學(xué)兩部分組成。在進入第二部分傳熱學(xué)之后，課程內(nèi)容一定要注重與第一部分工程熱力學(xué)相結(jié)合。在比較兩者差異的同時，也要強調(diào)兩者之間的聯(lián)系，否則會割裂這兩部分內(nèi)容，不利于學(xué)生建立系統(tǒng)的工程熱力學(xué)與傳熱學(xué)知識體系。例如，在用集總參數(shù)法求解沒入冷水的灼熱鐵塊達到特定溫度所需的冷卻時間時，要強調(diào)工程熱力學(xué)只能求出系統(tǒng)的最終平衡溫度而無法得出溫度隨時間的變化情況，但是同時，在導(dǎo)熱微分方程的建立過程中要強調(diào)熱力學(xué)第一定律的運用，從而使學(xué)生意識到工程熱力學(xué)和傳熱學(xué)絕對不是不相關(guān)的兩門課，其相互聯(lián)系、各有所長。

1.5 學(xué)時設(shè)置理論為主、實驗為輔

該課程是一門理論課程而不是專門的實驗實踐課，因此我們在48學(xué)時的總學(xué)時中選取了4學(xué)時用于學(xué)生實驗。工程熱力學(xué)與傳熱學(xué)的實驗大多較為復(fù)雜，可以挑選一些較為簡易的實驗讓學(xué)生動手操作，實驗裝置可以購買也可以自制。我們自制了一套等截面直肋片溫度測量裝置，通過使用熱電偶對不同時間、不同位置的肋片溫度進行測量，使學(xué)生對穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱下肋片的溫度分布規(guī)律又直觀地了解。

2 課程教學(xué)方法

2.1 課堂注重基本概念，講解典型例題

工程熱力學(xué)與傳熱學(xué)是一門理論性較強的課程，知識點較多、涉及面較廣，因此在教學(xué)過程中要不斷對知識點進行強化并及時了解學(xué)生的掌握情況。對于概念、定理及公式等基本概念采取課堂點名提問的方式敦促學(xué)生在課堂上及時消化掌握。對于基本概念的實際應(yīng)用，需要大量的習(xí)題進行強化，以加深學(xué)生的理解。在定理與公式的講解過程中需要適時地跟進若干例題，先讓學(xué)生進行思考，再對步驟進行講解。由于課程時間有限，例題的選擇一定要具有代表性，數(shù)量不宜過多。

2.2 課后布置多元作業(yè)，安排答疑時間

每一節(jié)課后都應(yīng)布置相應(yīng)的課后作業(yè)。課后作業(yè)的題目類型要注意多元化，在證明題、計算題等大題之外輔以選擇、填空、判斷等題型，加強對基本概念的考察。

2.3 考核采取多樣形式，培養(yǎng)應(yīng)用能力

該課程的工程熱力學(xué)、傳熱學(xué)兩部分之間具有一定的聯(lián)系，但也有較大的差異與跨度。為避免學(xué)生遺忘以及減輕期末復(fù)習(xí)的負(fù)擔(dān)，在兩部分教學(xué)階段之間設(shè)置期中考試。為突出知識的應(yīng)用性，減少學(xué)生花在死記硬背上的時間，考試采取半開卷的形式，即允許學(xué)生在考試時攜帶一張規(guī)定大小及行數(shù)的紙張，以記錄其難以背誦下來的公式或定理，在減輕學(xué)生負(fù)擔(dān)的同時引導(dǎo)其將注意力放在知識應(yīng)用、問題解決上。課程總評采用“總成績=平時成績(30%)+實驗成績(10%)+期中卷面成績(25%)+期末卷面成績(35%)；平時成績=課堂表現(xiàn)(30%)+出勤(20%)+作業(yè)(50%)”的計算方式，綜合、全面考察學(xué)生的學(xué)習(xí)情況。

3 總結(jié)

在工程熱力學(xué)與傳熱學(xué)的建設(shè)過程中要做到兼具理論性與實踐性，不能將該課程變成公式背誦與數(shù)學(xué)計算課程。要聯(lián)系專業(yè)實際，調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。教學(xué)方法上以學(xué)生為本，注重培養(yǎng)學(xué)生的理論思考能力與解決實際問題的能力。此外，在實際的課程建設(shè)與教學(xué)過程中，仍舊會有新問題不斷產(chǎn)生，這就要求必須以學(xué)習(xí)的態(tài)度，不斷構(gòu)想新方法、解決新問題，以確保課程的教學(xué)質(zhì)量不斷進步，緊跟時代步伐，滿足國家的人才需求。