熱工基礎(chǔ)課程內(nèi)容交叉滲透研究及其教學(xué)改革探索

王艷 周向葵 李瑩

摘 要：在工程教育認(rèn)證的背景下，結(jié)合培養(yǎng)計(jì)劃的基本要求，針對(duì)熱工基礎(chǔ)課程中教學(xué)內(nèi)容交叉滲透和教學(xué)方式存在的問題，本研究提出了合理優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容、改革教學(xué)方式、改革考核方式和增加實(shí)驗(yàn)類別四個(gè)方面的教學(xué)改革方法。該教學(xué)改革實(shí)踐將理論和工程應(yīng)用結(jié)合起來，全面提升學(xué)生的創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力，為培養(yǎng)機(jī)械類專業(yè)應(yīng)用型創(chuàng)新人才奠定了基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：熱工基礎(chǔ);課程內(nèi)容;交叉滲透研究;教學(xué)改革

熱工基礎(chǔ)課程的基本內(nèi)容包括熱能的有效利用、轉(zhuǎn)換及傳遞規(guī)律等，在工科專業(yè)培養(yǎng)中具有重要的地位。課程內(nèi)容可劃分為熱力學(xué)和傳熱學(xué)兩部分。其中，熱力學(xué)主要是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)系及規(guī)律，傳熱學(xué)主要研究熱量傳遞的方式及過程。

鄭州輕工業(yè)大學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)創(chuàng)建于1977年，2003年獲得碩士學(xué)位授予權(quán)，2008年所屬的機(jī)械工程一級(jí)學(xué)科被評(píng)為省級(jí)重點(diǎn)學(xué)科，2011年成為河南省特色專業(yè)。根據(jù)現(xiàn)代化建設(shè)和社會(huì)進(jìn)步需要，鄭州輕工業(yè)大學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)貫徹“全面素質(zhì)提升與工程實(shí)踐能力培養(yǎng)相結(jié)合”的思想，培養(yǎng)具有機(jī)械設(shè)計(jì)、制造、電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)CAD/CAM/CAE等方面的應(yīng)用能力，從事機(jī)械裝備、制造工程自動(dòng)化、工程設(shè)計(jì)研究等具有創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的高級(jí)工程技術(shù)人才。因此，提高熱工基礎(chǔ)等專業(yè)課程的教學(xué)要求勢(shì)在必行。為了加強(qiáng)課程建設(shè)，完善機(jī)械類專業(yè)應(yīng)用型創(chuàng)新人才培養(yǎng)體系，滿足工程教育認(rèn)證對(duì)人才培養(yǎng)的要求，根據(jù)鄭州輕工業(yè)大學(xué)的實(shí)際辦學(xué)條件和筆者對(duì)熱工基礎(chǔ)教學(xué)現(xiàn)狀的認(rèn)知，本研究對(duì)該課程的教學(xué)內(nèi)容與方法進(jìn)行研究和探索，以提高教學(xué)質(zhì)量。

一、熱工基礎(chǔ)教學(xué)現(xiàn)狀

（一）課程內(nèi)容方面

首先，熱工基礎(chǔ)課程涉及面較廣。主要內(nèi)容包括：熱力學(xué)第一定律和第二定律，理想氣體及蒸汽的熱力性質(zhì)與過程，以及導(dǎo)熱、對(duì)流換熱、輻射換熱的基本傳熱理論等。此外，還包括活塞式內(nèi)燃機(jī)循環(huán)、蒸汽動(dòng)力循環(huán)、壓縮空氣制冷循環(huán)與壓縮蒸汽制冷循環(huán)等內(nèi)容。鄭州輕工業(yè)大學(xué)機(jī)械類專業(yè)熱工基礎(chǔ)課程學(xué)時(shí)計(jì)劃為32學(xué)時(shí)，其中包含理論教學(xué)28學(xué)時(shí)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)4學(xué)時(shí)。就目前的教學(xué)學(xué)時(shí)安排，僅用28學(xué)時(shí)就講完上述內(nèi)容，是非常緊張的。

其次，該課程是面向機(jī)械制造及其自動(dòng)化、機(jī)械設(shè)計(jì)及其自動(dòng)化、機(jī)械電子工程及車輛工程等專業(yè)開設(shè)，涉及多個(gè)不同專業(yè)。由于采用相同的教材和教案，有時(shí)甚至不同專業(yè)學(xué)生一起上課，導(dǎo)致授課脫離專業(yè)需求，使學(xué)生普遍感到枯燥乏味。因此，對(duì)于不同專業(yè)的培養(yǎng)需求，往往需要因材施教。例如，對(duì)于機(jī)械專業(yè)的學(xué)生，有些課程內(nèi)容只需要了解;對(duì)于車輛工程專業(yè)的學(xué)生，則要求熟練掌握。但是，教學(xué)內(nèi)容應(yīng)如何刪減、側(cè)重均值得探索。

最后，熱工基礎(chǔ)課程中對(duì)流換熱部分教學(xué)內(nèi)容涉及流體力學(xué)課程中的部分概念與理論，如邊界層、連續(xù)方程等。但是，在學(xué)習(xí)熱工基礎(chǔ)課程之前，學(xué)生并未學(xué)習(xí)流體力學(xué)課程。因此，在授課時(shí)教師還需增加相關(guān)的、必要的流體力學(xué)知識(shí)，使得原本不充足的教學(xué)學(xué)時(shí)更加緊張。另一方面，雖然熱力學(xué)與傳熱學(xué)在發(fā)展中互相滲透，且部分內(nèi)容互為前提，但是，這種優(yōu)勢(shì)在熱工基礎(chǔ)課程中并未體現(xiàn)出來。當(dāng)熱力學(xué)與傳熱學(xué)被整合為熱工基礎(chǔ)后，熱力學(xué)與傳熱學(xué)并沒有很好地融合?，F(xiàn)在使用的教材中，仍將熱力學(xué)部分和傳熱學(xué)部分分開講授，內(nèi)容也是相互獨(dú)立的，從而導(dǎo)致在講授過程中出現(xiàn)很多問題。例如，部分熱力學(xué)內(nèi)容需要在了解傳熱學(xué)概念的基礎(chǔ)上進(jìn)行講授，但是學(xué)生此前并未了解，因此，學(xué)生的聽課難度就會(huì)增加。

（二）教學(xué)方法方面

首先，熱工基礎(chǔ)的教學(xué)仍然采用被動(dòng)授課方式，即教師通過PPT與少量板書對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行講述。這種單向灌輸方式和抽象概念的結(jié)合，致使課堂氛圍枯燥乏味，從而打擊學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性，嚴(yán)重影響了熱工基礎(chǔ)課程的教學(xué)效果。

其次，講授過程中，如果過分強(qiáng)調(diào)對(duì)新知識(shí)的掌握，忽略了專業(yè)技能的培養(yǎng)，就會(huì)導(dǎo)致教學(xué)內(nèi)容脫離學(xué)生專業(yè)及工程實(shí)際應(yīng)用。另外，熱工基礎(chǔ)課程內(nèi)容與實(shí)踐結(jié)合性較強(qiáng)，學(xué)生對(duì)應(yīng)用環(huán)境了解較少，在現(xiàn)有的理論和實(shí)驗(yàn)授課基礎(chǔ)上，學(xué)生就難以將該課程的理論知識(shí)與實(shí)踐相聯(lián)系，從而對(duì)該課程的學(xué)習(xí)失去興趣，降低學(xué)習(xí)效率。

最后，目前的熱工基礎(chǔ)課程比較注重講授理論知識(shí)，忽視了對(duì)學(xué)生實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。在學(xué)時(shí)安排上，實(shí)驗(yàn)教學(xué)只有4學(xué)時(shí)，且均為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)。通常，實(shí)驗(yàn)前由指導(dǎo)教師做好實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)備工作，實(shí)驗(yàn)過程中由學(xué)生進(jìn)行數(shù)據(jù)的記錄，這種操作會(huì)使學(xué)生失去對(duì)實(shí)驗(yàn)的興趣，且難以培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力。此外，實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)質(zhì)量缺乏硬性考核指標(biāo)，對(duì)學(xué)生參加實(shí)驗(yàn)情況缺乏有效監(jiān)督。

二、教學(xué)改革的探索與實(shí)踐

（一）教學(xué)內(nèi)容調(diào)整與優(yōu)化

由于學(xué)時(shí)的限制，結(jié)合機(jī)械類專業(yè)的特點(diǎn)、培養(yǎng)目標(biāo)和需求等，我們對(duì)熱工基礎(chǔ)課程的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了取舍與刪減。在制訂新版大綱與教案時(shí)，充分考慮了工程教育認(rèn)證對(duì)人才培養(yǎng)的要求。在教學(xué)過程中，針對(duì)本課程特點(diǎn)，從熱力學(xué)與傳熱學(xué)教學(xué)內(nèi)容中尋找主線，對(duì)兩部分內(nèi)容進(jìn)行融合，從而形成一個(gè)有機(jī)整體。例如，流體力學(xué)中黏性流體流動(dòng)過程是講解對(duì)流換熱過程的前提，涉及邊界層、雷諾數(shù)、連續(xù)方程等。此外，以能量守恒為主線，對(duì)熱工基礎(chǔ)內(nèi)容進(jìn)行了融合，在保證熱力學(xué)和傳熱學(xué)自身特點(diǎn)的同時(shí)，加強(qiáng)了兩者間的內(nèi)在聯(lián)系，使熱工基礎(chǔ)教學(xué)更加系統(tǒng)與高效。

（二）教學(xué)方式改革

在熱工基礎(chǔ)課程的教學(xué)過程中，摒棄了灌輸式的教學(xué)模式，采用啟發(fā)式和互動(dòng)式的授課方式，將課堂中心轉(zhuǎn)向?qū)W生，結(jié)合日常生活及工程應(yīng)用背景，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)思考，培養(yǎng)學(xué)生邏輯思維能力和自主學(xué)習(xí)能力。在每次教學(xué)結(jié)束時(shí)，結(jié)合本次課程內(nèi)容和生活實(shí)際或者工程問題，提出幾個(gè)問題供學(xué)生思考。在下次上課時(shí)，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)回答問題。例如，在講到熱對(duì)流與熱輻射時(shí)，提出“在晴朗無(wú)風(fēng)的夜晚（溫度為2℃左右），草地上出現(xiàn)白霜，但在陰天或者有風(fēng)的夜晚，草地上卻未出現(xiàn)白霜”類似問題，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，鼓勵(lì)學(xué)生思考并主動(dòng)回答問題，帶著問題去學(xué)習(xí)。該過程有利于學(xué)生把相關(guān)的知識(shí)點(diǎn)串聯(lián)起來，從而掌握并靈活應(yīng)用課程內(nèi)容。

此外，在教學(xué)過程中，教師結(jié)合自身的科研工作，將科研現(xiàn)象引入課堂，幫助學(xué)生了解相關(guān)科研領(lǐng)域的前沿工作。筆者主要研究方向之一是摩擦學(xué)行為研究，摩擦熱量的釋放與傳遞是其中一個(gè)不可或缺的因素。在講解熱傳遞過程時(shí)，從現(xiàn)有機(jī)械設(shè)備的摩擦、磨損現(xiàn)象入手，介紹熱傳遞的過程及其對(duì)機(jī)械設(shè)備壽命的影響，從而對(duì)熱傳遞過程展開講述，讓學(xué)生意識(shí)到科研的魅力與價(jià)值，進(jìn)而引導(dǎo)學(xué)生獨(dú)立思考，逐步提升其將理論知識(shí)應(yīng)用到實(shí)際工程中的能力。

（三）考核方法改革

以往熱工基礎(chǔ)課程的考核包括平時(shí)成績(jī)和期末考試成績(jī)兩部分，其中期末考試成績(jī)占70%，導(dǎo)致很多學(xué)生平時(shí)不認(rèn)真學(xué)習(xí)，期末考試前臨時(shí)抱佛腳?？梢?，這種考核方法不能對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)過程進(jìn)行合理評(píng)價(jià)，這也與課程的培養(yǎng)目標(biāo)背道而馳。參考其他高校的課程評(píng)價(jià)方法，我們對(duì)熱工基礎(chǔ)課程的考核方法進(jìn)行了改革與探索。目前，該課程的考核成績(jī)由期末考試成績(jī)、實(shí)驗(yàn)成績(jī)、課堂表現(xiàn)與作業(yè)三個(gè)方面組成，其所占比例分別為50%、30%和20%。如此，課程考核的重點(diǎn)傾向于教學(xué)過程，期末考試成績(jī)僅占總評(píng)成績(jī)的50%，有效避免了學(xué)生突擊式的學(xué)習(xí)方式。此外，在考試內(nèi)容中還增加了開放性、綜合性的試題，并適當(dāng)引入工程應(yīng)用案例分析題，為培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的高級(jí)工程技術(shù)人才奠定了基礎(chǔ)。

（四）增加實(shí)驗(yàn)，加強(qiáng)工程應(yīng)用

實(shí)驗(yàn)教學(xué)服務(wù)于理論教學(xué)，為此，我們適當(dāng)增加了實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)和項(xiàng)目，由原來的4學(xué)時(shí)增加至6學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目也在驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，增加了開放性實(shí)驗(yàn)和綜合性實(shí)驗(yàn)，這類實(shí)驗(yàn)具有探索性和創(chuàng)新性。例如，提高循環(huán)效率實(shí)驗(yàn)，要求學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)過程進(jìn)行設(shè)計(jì)，并擬定相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)方案;指導(dǎo)教師對(duì)其進(jìn)行審核和指導(dǎo)，從而促進(jìn)對(duì)學(xué)生創(chuàng)新性和探索性能力的培養(yǎng)。而實(shí)驗(yàn)成績(jī)?cè)诳己酥械谋壤嵘?0%，加強(qiáng)了教師對(duì)實(shí)驗(yàn)過程的管理與考核，提升了實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果，有助于培養(yǎng)學(xué)生理論與實(shí)踐相結(jié)合的能力。

三、結(jié)語(yǔ)

熱工基礎(chǔ)課程是機(jī)械類專業(yè)必修專業(yè)基礎(chǔ)課程之一，對(duì)學(xué)生后續(xù)的課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)等都具有重要的作用。在教學(xué)中將傳熱學(xué)和熱力學(xué)進(jìn)行有機(jī)融合，因材施教，改革傳統(tǒng)的教學(xué)方法與考核方式，有助于培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)以及發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的能力，從而為培養(yǎng)機(jī)械類專業(yè)應(yīng)用型創(chuàng)新人才奠定基礎(chǔ)。

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責(zé)編：艾 和